铝热焊接钢轨所用的材料

第七章铝热焊接钢轨所用的材料

第一节铝热焊剂

铝热焊接的质量与铝热焊剂有直接关系，优良的铝热焊剂才能得到合乎质量要求的铝热到钢。铝热焊剂的质量与铝热焊剂组成材料的选择，化学成分，物理状态，加工工艺和铝热焊剂的合理配方有关。所以应严格按照各项技术规程要求进行。从事铝热焊接人员必须对铝热焊剂的组成、性能、应用范围与保管方法等有一定的了解，才能更好地保管和使用铝热焊剂，在合理的焊接工艺配合下，避免缺陷的产生，从而获得优良的焊接效果。

一铝热焊剂的组成

铝热焊剂的组成可分为三部分：

1.铝热焊剂的主要组成部分：铝粉、氧化铁、铁丁头和铁合金，石墨等。

2.铝热焊剂的辅助材料：镁砂等。

3.铝热焊剂的引燃剂：高温火柴。

二铝热焊剂的配方计算

铝热焊剂的配方直接影响着铝热焊剂的质量，铝热焊剂的质量又是影响焊接接头质量的重要因素之一，因此，铝热焊剂配方是较重要的问题。铝热焊剂配方的计算是以钥热化学反应和冶金理论为基础的，同时又根据各种组成材料的化学分析，机械性能检验进行必要的试验，以求得能够满足各项机械性能与化学成分要求的铝热焊剂配方。

铝热焊剂配方主要需确定三个问题：

1.铝粉和氧化铁的配合比

铝粉和氧化铁是铝热焊剂中的主要组成部分，铝热焊剂

的计算也主要以这两顶为基础，因此，铝粉和氧化铁的合理配比是铝热焊剂的关键。从理论上说，铝粉和氧化铁的反应，要使氧化铁中的铁全部被还原出来而无剩余的氧化铁存在。铝除保证还原氧化铁外，还要求有微量铝过渡到焊缝中去，对钢起细化晶粒的作用。铝粉以金属铝含量(即铝粉中实际能与氧化铁起作用的部分)，氧化铁以氧化铁中三氧化二铁(Fe ２O 3)和氧化亚铁(FeO)含量为计算基础。

(1)根据化学反应式氧化铁中FeO 所需的铝量

根据化学反应式(Ⅰ)，可以求出氧化铁中FeO 和铝粉起化学反应肘，每克Fe O 所需铝量d ：

3Fe O 十 2Al ＝ 3Fe 十 Al 2O 3十199.5千卡 (I)

215.55克 53.96克 167.55克 101.96克

d ＝53.96/215.55=0.2503克

即每1克FeO 需0．2503克铝。

(2)根据化学反应式氧化铁中 Fe 2O 3所需的铝量

根据化学反应式(Ⅱ)，可以求出氧化铁中Fe 2O 3和铝粉起化学反应时，每克Fe 2O 3所需铝量f ：

Fe 2O 3 十 2Al ＝ 2Fe 十 AL 2O 3十198.3千卡 (Ⅱ)

159.7克 53.96克 111.7克 101.96克

f ＝53.96/159.7=0.3379克

即每l 克 Fe 2 O 3需0.3379克铝

(3)铝热焊剂中铝粉加入量的近似计算

从上列(I)、(Ⅱ)两式中，可以求出铝热焊剂中FeO 和Fe 2O 3分别所需的铝量(即d 和f 值)。但由于铝热焊剂组成材料中的铝粉含金属铝量不同，氧化铁中含FeO 和Fe 2O 3的量在不同处理工艺下也不相同，随着铝热焊剂氧化铁的FeO 和Fe 2O 3含量不同，要求铝粉的加入量也不同。

铝热焊剂中铝粉加入量可按照下列近似简化计算式计算：

金焊A H cf bd cf bd Al ∙=+++1（甲）

式中：Al焊——铝热焊剂中铝粉加入量(克)；

b——氧化铁中氧化亚铁(FeO)含量(%)；

C——氧化铁中三氧化二铁(Fe2O3)含量(%)；

A金——铝热焊剂铝粉中金属铝含量(％)；

H——铝热焊剂量(克)(这里仅包括铝粉和氧化铁)；

d、f值见上(I)、(Ⅱ)两式。

(4)铝热焊剂中氧化铁加入量

根据铝热焊剂中铝粉加入量的计算式(甲)求得铝粉的加入量后，可以由此求出氧化铁的加入量

F氧=H—AI焊(乙)

式中：F氧——铝热焊剂氧化铁中(FeO十Fe2O3)总量。

从以上可以看出，铝热焊剂中铝粉和氧化铁的计算，基本上是按照化学反应式，但实际上，由于考虑到铝粉中金属铝含量和氧化铁中杂质等因素，因此上列(甲)、(乙)两计算式仅为近似计算式，所以在计算实际用量时，还应据据试验，找出校正系数，这样，才能使所配制的铝热剂获得最好质量的效果。

2.铁丁头加入量

铁丁头加入的作用是调节铝热焊剂反应时的温度和增加铁水，加入的数量和焊剂数量有关。预热法铝热焊时，铁丁头加入量占铝粉和氧化铁总量的10%至20%；如果采用不预热铝热焊时，铁丁头加入量应考虑少加或不加，以便于提高铝热钢水温度。

3.铁合金的加入量

铁合金的加入主要是使焊缝金属具有一定的化学成分和机械性能。铁合金在铝热焊剂中的加入量要根据铝热钢对化学成分的要求、铝热钢水重量、合金元素含量和铁合金的过渡系数而定。

铁合金的过渡系数与其在坩埚中放置高度有关，放置低则过渡系数高，不过在这样的情况下合金元素不能均匀地分布在焊缝金属中。因此，为了使会金元素能均匀分布于焊缝

金属中，应进行多次试验以求得合金放置的理想高度。

铁合金加入量可以按照下式计算：

M＝g×m1/G×m2

式中：M——铁合金加入量；

g——铝热钢水重量；

m1——铝热钢水中该合金元素的含量(%)；

G——合金元素过渡系数；

m2——铁合金中该合金元素的含量(%)。

总之，铝热焊剂的配方计算是以上述各项为基础，根据铝热焊剂组成材料的化学成分物理要求，从理论上进行计算外，更重要的是通过科学试验，反复实践，采用优选法等，以求得最好的配合比。

三铝热焊剂的生产

1．铝热焊剂原材料的要求和加工工艺

原材料的化学成分的选择和加工工艺以及加工后材料的化学成分、颗粒度、各项材料的配合比等对铝热焊剂具有特别重要的意义。

(1)铝粉：铝热焊剂中主要组成之一，它主要起还原氧化铁的作用。

铝在地壳中的含量约占7.5%，比铁在地壳中的储藏量多将近两倍，比其他有色金属储藏量的总和还多数倍。我国有极其丰富的铝矿资源。铝是银白色金属，比重小，导电性能高，导热性能良好。工业用铝(99.5% Al)在658o C熔化，化学纯铝(99.99% Al)熔点为660o C，铝在2000 o C沸腾。

①对铝锭化学成分的要求：铝热焊剂一般要求铝锭有较高的纯度，金属铝含量高，银中有害杂质如铁，硅，铜，杂质总和少。

铝热焊剂所用的铝锭含铝量应大于99．5%。

②对加工后铝粉化学成分的要求：一般要求铝粉中金属铝含量高，杂质少。

铝热焊剂所用铝粉金属铝含量应大于98%，杂质要少；