鋁熱焊施工方案

鋁熱焊施工方案

一、概況

京滬高鐵上海虹橋站及相關(guān)工程分為三大塊，分別為京滬高速場(chǎng)、滬寧城際綜合場(chǎng)、七寶站改造。本次為高速場(chǎng)和城際場(chǎng)中的道岔及長(zhǎng)鋼軌。

具體焊接工程量如下：京滬高速場(chǎng)道岔共44組，滬寧城際綜合場(chǎng)道岔共25組。

二、概述

1、基本原理

鋁熱焊是應(yīng)用鋁和氧化鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)置換出鐵的原理而形成的一種鋼軌焊接技術(shù)，其化學(xué)反應(yīng)式：

Fe2O3+2Al

→2Fe+Al2O3+850KJ

這一反應(yīng)式說明，鋁能與氧化鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)（即鋁熱反應(yīng)），并伴隨生產(chǎn)大量的熱能量，在無需外部能源的情況下，就可以生成熔化的高溫鐵水。這些高溫鐵水可以將添加在鋁熱焊劑中并已混合均勻的合金元素完全熔化在一起形成特定化學(xué)成分的鋼水。如果將鋼水澆鑄于固定在兩根鋼軌接縫處的砂型內(nèi)，即可將兩根鋼軌焊鑄在一起，最后形成與鋼軌的化學(xué)、冶金和機(jī)械性能等方面相匹配的焊接接頭。這種熔鑄式的鋼軌焊接方式，焊縫整體性能好，焊接速度快，而操作卻并不復(fù)雜。

2、操作原理

先將鋁熱焊劑投放到一個(gè)耐高溫坩堝中，然后將點(diǎn)燃的高溫火柴插入鋁熱焊劑中，鋁熱焊劑隨即開始鋁熱反應(yīng)。反應(yīng)過程中，氧化鐵在高溫下被還原形成鐵水（熔化其它添加元素后形成特定化學(xué)成分的鋼水），鋁被氧化并與其它氧化物一起形成熔渣。鋼水由于比重大而沉于坩堝底部，熔渣比重小而浮于鋼水上部。反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)過短暫鎮(zhèn)靜，熔渣上浮并與鋼水完全分層，坩堝底部特別設(shè)計(jì)的自熔塞自動(dòng)熔開，高溫鋼水被釋放到連接兩根鋼軌的耐高溫砂型中，從而將它們焊接在一起。耐高溫砂型帶有鋼軌的幾何形狀特征，使焊接好的接頭形狀與鋼軌基本一致。在焊縫冷卻下來后，如果采用適當(dāng)?shù)臒崽幚恚€可以進(jìn)一步提高其機(jī)械特征。

三、產(chǎn)品特征

1、經(jīng)濟(jì)性：耗材少，費(fèi)用低。

2、實(shí)用性：耗時(shí)少，滿足鐵路封鎖點(diǎn)施工要求。

3、方便性：輔助機(jī)具輕便小型，勞動(dòng)強(qiáng)度低，操作人員少。

4、質(zhì)量體系通過國(guó)際專業(yè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證，質(zhì)量保證有完善的可追溯性。

5、自動(dòng)澆注和最佳鋼質(zhì)純凈度，有效保證鋼軌焊頭品質(zhì)。

6、有效的熔合區(qū)和最小的熱影響區(qū)以及穩(wěn)定的焊后化學(xué)成分。

7、綠色環(huán)保產(chǎn)品，不損害人體、不污染環(huán)境。

四、適用范圍

焊接不同材質(zhì)的鋼軌采用不同的鋁熱焊劑，各種砂型可滿足不同型號(hào)鋼軌截面、焊縫寬度以及采用特殊工藝的焊接要求。

1、鋼軌類型：50kg/m、60kg/m。

2、鋼軌材質(zhì)：U71MnU75V以及R350等。五、鋁熱焊焊接耗材

序

號(hào)

名

稱

備

注

1

焊劑

Z90、Z100、Z120

2

高溫火柴

3

分流塞

4

砂型

兩片?；蛉?/p>

5

一次性坩堝6

封箱砂

干砂或濕砂

7

氧氣

8

丙烷

9

鋸軌機(jī)砂輪片

10

打磨機(jī)砂輪片

11

發(fā)電機(jī)用油等

提示：焊接施工時(shí)，應(yīng)攜帶一定量的焊接耗材備用。

六、鋁熱焊工具

1、工具類別：預(yù)熱槍、丙烷表、氧氣表、三片模模板、預(yù)熱槍支座、坩堝蓋、灰渣盤、對(duì)軌架、棘輪扳手、搗實(shí)棒、火鉗、撬棍、多用塞尺、1米鋼直尺、鋼楔子、巨形家居等。

2、主要工具特性

（1）預(yù)熱槍：用于鋼軌端部和砂模預(yù)熱。槍孔因使用起源不同而不同。使用氧氣/丙烷時(shí)，槍孔為32個(gè)，當(dāng)使用氧氣/乙炔時(shí)，槍孔為14個(gè)。

（2）預(yù)熱槍支座：為預(yù)熱槍提供固定位置，并可為預(yù)熱槍提供左右前后調(diào)節(jié)功能。

（3）坩堝蓋：多次性坩堝蓋有利于節(jié)約耗材成本，并且不會(huì)再運(yùn)輸、搬運(yùn)過程中損壞。但在每次焊接后需要將其內(nèi)部清理干凈。

（4）多用塞尺：用于軌縫尺寸、預(yù)熱槍高度的快速定位，有利于節(jié)省操作時(shí)間。

（5）丙烷、氧氣表：用于控制丙烷、氧氣的壓力。

七、技術(shù)要求

1、鋁熱焊可在下列條件下施工操作：

（1）在彎道上，焊接點(diǎn)的兩股鋼軌高度差不超過180mm。

（2）線上和線下。

（3）廠房?jī)?nèi)。

（4）雨雪天有嚴(yán)密遮擋設(shè)施。

2、鋁熱焊劑

（1）鋁熱焊劑為密封但非真空包裝。（2）鋁熱焊劑儲(chǔ)存于干燥、無火源環(huán)境。

（3）包裝上有標(biāo)記，可以識(shí)別焊劑類別、規(guī)格、批次號(hào)和生產(chǎn)日期等。

3、砂型

（1）砂型是預(yù)制好的，并和與之相匹配的待焊鋼軌外形相吻合的。

（2）砂型儲(chǔ)存于干燥環(huán)境搬運(yùn)時(shí)輕拿輕放，防止受潮、破損和開裂。

（3）焊接時(shí)，砂型不可過早啟封，避免在空氣因暴露時(shí)間過長(zhǎng)而吸潮。

（4）包裝紙箱有標(biāo)記，可以識(shí)別砂型類別、型號(hào)、生產(chǎn)日期等。

4、坩堝

（1）坩堝成型于馬口鐵桶內(nèi)、防變形性能。

（2）坩堝儲(chǔ)存于干燥環(huán)境搬運(yùn)時(shí)輕拿輕放，防止受潮、破損和開裂。

（3）坩堝底部自熔塞必須保持完好狀態(tài)，使用前應(yīng)仔細(xì)檢查。

（4）包裝紙箱有標(biāo)記，可以識(shí)別坩堝類別、生產(chǎn)日期等。

5、操作人員

（1）鋁熱焊焊接施工時(shí)，操作人員至少兩人。

（2）操作人員必須經(jīng)培訓(xùn)合格，持證上崗。

八、鋁熱焊工藝的主要流程

準(zhǔn)備工作→軌端干燥→軌端除銹去污→對(duì)軌→夾具安裝→砂模安裝→封箱→預(yù)熱→坩堝安裝→點(diǎn)火→反應(yīng)→鎮(zhèn)靜→拆磨→推瘤→打磨

九、鋁熱焊操作步驟

1、準(zhǔn)備工作

晃動(dòng)砂型，更不能拉裂砂型，以免影響焊縫金屬的正常結(jié)晶。甚至導(dǎo)致砂型開裂，鋼水流出。

12、推瘤

（1）澆注完畢8分鐘，去除軌頭砂型。

（2）8分30秒鐘開始推瘤。

提示：推瘤過早會(huì)因軌頭硬度過軟而容易拉傷軌面；

推瘤過遲會(huì)因軌頭硬度過硬而難以推除焊瘤。

13、打磨

（1）推瘤完成后，可以立即進(jìn)行粗打磨，以節(jié)省施工時(shí)間。

（2）焊頭溫度降至300℃以下時(shí)才能放車通行，焊頭冷卻期間，不得采取澆水等手段進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。

（3）焊頭冷卻至環(huán)境溫度后，進(jìn)行精打磨。

14、完成焊接

（1）焊接完成后，將熔渣、廢鋼材、廢砂型等清理干凈，裝入反應(yīng)后的坩堝中，撤離工地時(shí)帶到指定的場(chǎng)所處理，不得將其丟棄在施工現(xiàn)場(chǎng)，造成對(duì)鐵路沿線環(huán)十二、常見的鋁熱焊缺陷及原因分析1、夾雜

特征：斷口處存在不規(guī)則體積的夾渣，一般呈暗灰色。

形成原因：自熔塞打開過早使焊渣未來得及和鋼水分離；或者其他雜物進(jìn)入焊縫；封箱過程中，預(yù)熱過火，軌端“滴淚”；軌端不潔等。

2、未焊透

特征：斷口呈未溶合狀態(tài)。

產(chǎn)生原因：預(yù)熱溫度不夠或不均勻；砂模孔與軌腳對(duì)位不準(zhǔn)確，間隙不均勻。

3、氣孔

特征：接頭內(nèi)部表面光滑的圓形或橢圓形的孔。

主要原因：焊劑、砂模、坩堝受潮；封箱砂過潮；軌端的水分和油污沒有清理干凈。

3、未溶合

特征：接頭內(nèi)部熔合區(qū)域平整性斷裂。

主要原因：焊接澆注時(shí)，鋼軌受拉，軌縫發(fā)生位移。

十三、安全事項(xiàng)

1、氧氣、丙烷的存放、運(yùn)輸和使用必須遵照國(guó)家《易燃易爆化學(xué)物品消防安全監(jiān)督管理辦法》執(zhí)行。

2、施工前，對(duì)燃?xì)馄亢透黝愒O(shè)備按規(guī)程進(jìn)行檢查，確保施工過程安全可靠。

3、高溫火柴與焊劑在包裝、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中必須分開，絕對(duì)不能將高溫火柴隨身放在衣袋中。

4、確保燃?xì)庋b置沒有泄露。如果發(fā)生回火，應(yīng)立即先關(guān)閉氧氣閥門，后關(guān)閉丙烷閥門。

5、預(yù)熱槍在點(diǎn)火、調(diào)節(jié)火焰和帶火移動(dòng)時(shí)，應(yīng)該舉高槍口火焰斜向無物的上空，防止火焰灼傷人和物品。

6、焊劑、坩堝和砂型要防潮。正在反應(yīng)的焊劑及其裝置不能與水接觸，不能用水和液體滅火劑滅火。遇緊急情況時(shí)，應(yīng)該使用干砂或者干粉滅火器滅火。

7、預(yù)熱時(shí)，觀察預(yù)熱效果應(yīng)戴護(hù)目墨鏡，墨鏡鏡片界別為5級(jí)。

8、在焊劑反應(yīng)與鋼水澆注期間，所有人員應(yīng)該保持距坩堝3米以上距離，觀察者戴護(hù)目鏡。

9、焊劑反應(yīng)完成后，如果鋼水沒能從坩堝中釋放出來，必須讓鋼水在坩堝中冷卻20分鐘后才能移動(dòng)坩堝。

10、灼燒狀態(tài)下的澆鑄棒、砂型殘?jiān)?、坩堝、灰渣盤及坩堝蓋等鋁熱反應(yīng)后產(chǎn)生的產(chǎn)物和物品，應(yīng)該放置在干燥、無易燃物的地方。

11、在隧道內(nèi)和通風(fēng)不良的場(chǎng)所施工必須