铝热焊操作指导书

铝热焊接工艺介绍
目录
铝热焊接工艺介绍 (1)
一、引言 (1)
二、铝热焊接的技术原理 (2)
2.1定义 (2)
2.2原理 (2)
三、铝热焊接的应用特点 (3)
四、铝热焊接的操作方法： (3)
4.1焊接操作 (4)
4.2注意事项: (5)
4.3常用模具型号 (6)
一、引言
铝热焊接技术可追溯到19世纪后期，当时德国就有人用铝作为氧化铁的还原剂来制作铸件和修补铸件。

20世纪初，德、英、美、法等国开始将铝热焊法付诸于钢轨的焊接，到50-60年代铝热焊接已是钢轨接头无缝焊接的普通技术。

该技术具有设备简单、投资少、焊接作业快，不需要大功率的电源，操作简便等特点，特别适用于野外施工和利用行车间隔的定点抢修，因而在各国发展很快。

我国在1958年开始试验研究并于1960年4月首次采用自制铝热焊剂进行了钢轨接头的焊接。

1966年开始批量生产钢轨铝热焊剂。

到1982年，我国已焊接了8000多公里无缝线路。

铝热焊接的商品名称为CADWELD，这是为了纪念查尔斯·卡特威尔博士(Dr. CharlesCaldwell) 1938年首次将这一技术应用到有色金属上。

目前铝热焊接应用领域有:钢轨焊接;铜芯电缆连接;接地极导线连接;铁路信号线的连接。

随着管道事业的发展、高压、薄壁高强度管道钢的应用，对焊接的热影响区有着更加苛刻的要求，NACE(美国腐蚀工程师协会)通过大量试验认定铝热焊可以应用在高强度的输油、气管道上，已列进了标准ANSI B31.4及31.8。

在接地连接技术中，IEEE(国际电工协会)第80号标准也推荐采用CADWELD技术。

在
国内近几年颁布的防蚀标准中，电缆铝热焊接技术也是首选技术，如SYJ 36-89。

二、铝热焊接的技术原理
2.1定义
铝热焊接（也称热剂焊）就是利用金属氧化物和金属铝之间的放热反应所产生的过热熔融金属来加热金属而实现结合的方法。

铝热焊接是一种把两个或是多个导体或是多个导体焊接起来的焊接工艺，此工艺多用于阴极保护中管道与管道之间的连接；铝热焊接工艺通常是铝热焊剂和铝热焊模两者的组成品。

2.2原理
铝热焊接创始于19世纪末，当时H.戈德施密特发现铝粉与金属氧化物可由外部热源使之开始放热反应，且一旦反应便可自行持续，这一反应的通式为：金属氧化物+ 铝（粉）→ 氧化铝+ 金属+ 热能
只有当还原剂(铝)对氧的亲和力比被还原金属对氧亲合力大时，反应才能进行。

在放热反应放出的热量作用下产生熔融金属和氧化铝的液态产物。

当渣的密度比金属小时，它们就会自动分开，熔渣浮在上部，而熔融态的金属正好用于焊接。

典型的铝热反应和所产生的热量如下:
3Fe3O4+8Al→9Fe+4Al2O3△H=3350kJ
3Fe O+2Al→3Fe+Al2O3△H=880kJ
Fe2O3+2Al→2Fe+Al2O3△H=850kJ
3Cu O+2Al→3Cu+Al2O3△H=1210kJ
3Cu2O+2Al→6Cu+Al2O3△H=1060kJ
在上述的各反应式中，铝是还原剂。

理论上讲，镁、硅、钙等元素也可作还原剂用，但对于一般用途来说，由于技术上的某些缺点，镁和钙的使用是有限的，硅则常用于象热处理那样不需要液态产物的热剂混合物中。

此外，还有用
等量的铝和硅的合金作为还原剂的。

在第一个反应中，所能达到的理论温度大约是3093℃，非反应组分的添加剂以及向反应模具散热及辐射损失使这一温度大约降低到2482℃。

这大约也是可允许的最高温度，因为铝在2500℃将会汽化。

另一方面，最高温度不应低得过多，因为铝渣（Al2O3)在凝固。

铝热反应是非爆炸性的，一般只需几秒钟便能完成，而与数量多少无关。

需要特制的引燃粉末、高温火柴或电子点火器，引燃材料所产生的温度大约在1204℃，足以将焊剂粉末点燃。

三、铝热焊接的应用特点
放热熔焊主要可焊接纯铜、黄铜、青铜、紫铜、铜包钢、纯铁、不锈钢、锻铁、镀锌钢铁、铸铁等。

该工艺具有如下特点和优点：
a)焊接点的电流截流量和导线相等；
b)焊接点是永久性的，不会因松动或腐蚀造成高电阻；
c)焊接点像铜一样，而比铜本身更加坚韧，且不受腐蚀性产物的影响；
d)焊接点能经受反复多次的大浪涌（故障）电流而不退化；
e)焊接操作方法简单，容易上手；
f)设备轻便，携带方便；
g)焊接时，不需要外接电源或热源；
h)从外观便能核查焊接的质量；
i)可用于焊接铜、铜合金、镀铜钢、各种合金钢包括不锈钢及高阻加热热源材料。

四、铝热焊接的操作方法：
铝热焊接不同于电焊接的繁琐、麻烦和牢固性，它需要一个铝热焊模具和一包铝热焊剂，铝热焊模具可以用到100次以上，而铝热焊剂是一个焊接点对应一包铝热焊剂；使用用铝热焊接工艺的焊接点具有牢固、耐腐蚀、导电率好等优点。

4.1焊接操作
铝热焊接工作程序为:
1)电缆剥皮，用钢丝刷除去污物及氧化皮;
2)用挫刀除去被焊接钢管上的涂料和铁锈;
3)模具就位，将电缆插入底孔部位;
4)将金属片放入模具腔内;
5)倒入焊剂，并捣实;
6)放入点火器、盖上盖子;
7)点火焊接;
8)移去模具，消除浮渣，检查焊接头。

图表1铝热焊示意图
a-接地棒上焊线缆；b-管道与线缆连接
1-模具盖；2-点火粉；3-模具；4-焊剂；5-金属盘；
6-底洞；7-焊腔；8-导线；9-接地棒
4.2注意事项:
铝热焊接是需要注意的事项有：
1）铝热焊接为明火作业，应确保施工位置允许施工进行并准备好相关防火防爆器具，焊接施工时，操作人员须严格按操作规程进行，不必要的人员应远离焊接区域；
2）铝热焊接瞬时温度很高，未防止焊接点变形，要求焊接位置钢材厚度不的小于未查到标准mm；
3）铝热焊高温材料有遇到湿气发生爆炸现象的性质，因此在低温有雪雾天气进行铝热焊接时必须注意：当气温低于-18℃时，不得进行铝热焊接，必须施工时应在施工位置搭建暖棚，并对焊接位置周围进行烘烤以提高环境温度；4）为防止水分影响燃烧并导致焊点出现气孔，模具使用时必须干燥，故第一次使用前应对其烘烤；
5）钢材及电缆的焊接部位应清洁光亮并除去氧化皮；
6）按不同目的、不同的电缆选择不同的模具；
7）使用时模具和钢管表面应结合紧密无空隙；
8）为防电缆过热应在焊接部位加铜套；
9）操作人员应佩戴隔热阻燃手套，握压模具稳定，防止焊接时的铁液及焊渣喷溅伤人；
10）点火时存在有害气体和强光，操作人员用做相应防护；
11）待反应终止后，取下模具，对焊点进行焊渣清除；
12）用锤正面敲击焊点，检验其焊接情况；
13）焊接完成后焊点位置线缆会有一定老化且无外皮保护，故应尽量避免折弯以防断掉；
4.3常用模具型号
昆明冶金机械厂生产的铝热焊模具和焊剂用量列在下表中。

本文主要内容取自《阴极保护手册》—胡士信。