一、概述                                                                                             
1、 基本原理
铝热焊是应用铝和氧化铁发生化学反应置换出铁的原理而形成的一种钢轨焊接技术，其化学反应式：Fe2O3+2Al→2Fe＋Al2O3+850KJ这一反应式说明，铝能与氧化铁发生氧化还原反应（即铝热反应），并伴随产生大量的热能，在无需外部能源的情况下，就可以生成熔化的高温铁水。这些高温铁水可以将添加在铝热焊剂中并已混合均匀的合金元素完全熔化在一起，形成特定化学成分的钢水。如果将钢水浇铸于固定在两根钢轨接缝处的砂型内，即可将两根钢轨焊铸在一起，最后形成与钢轨的化学、冶金和机械性能等方面相匹配的焊接接头。这种熔铸式的钢轨焊接方式，焊缝整体性能好，焊接速度快，而操作并不复杂。
 
2、 操作原理
先将铝热焊剂投放到一个耐高温坩埚中，然后将点燃的高温火柴插入铝热焊剂中，铝热焊剂随即开始铝热反应。反应过程中，氧化铁在高温下被还原形成铁水并熔化其它添加元素后形成特定化学成分的钢水，铝被氧化并与其它氧化物一起形成熔渣。钢水由于比重大而沉于坩埚底部，溶渣比重小而浮于钢水上部。反应结束后，经过短暂镇静，熔渣上浮并与钢水完全分层，坩埚底部特别设计的自熔塞自动熔开，高温钢水被释放到连接两根钢轨的耐高温砂型中，从而将它们焊接在一起。耐高温砂型带有钢轨的几何形状特征，使焊接好的接头几何形状与钢轨基本一致。在焊缝冷却下来后，如果采用适当的热处理，还可以进一步提高其机械特性。
 
二、产品的特点
1、经济性：耗材少，费用低；   
2、实用性：耗时少，高效率；
3、方便性：辅助机具轻便小型，劳动强度低；
4、通用性：操作工艺大部分与普通铝热焊相同；
5、自动浇注和最佳钢质纯净度，有效保证焊头品质；
6、可以进行异型轨之间的焊接（槽型轨/普通轨）；
7、必要时可以利用扩展工艺L50和L75宽焊缝焊接；
8、有效的熔合区和最小的热影响区以及稳定的焊后化学成分 ；
9、绿色环保产品，不损害人体、不污染环境。
 
三、适用范围
焊接不同材质的钢轨采用不同的铝热焊剂，特制的槽型轨砂型可满足钢轨截面、焊缝宽度以及采用特殊工艺的焊接要求。
1、钢轨类型： 槽型轨59R1，59R2，60R1, 60R2等。
2、钢轨材质：R260, R260Mn, R290GHT, R330GHT等。
3、焊剂的选择规则见下表。
 

四、焊接参数表
 

备注：
1、此焊接参数仅适用于使用施密特95.506型预热枪进行焊接。特殊情况下焊接参数也可进行适当调整，详询施密特公司。
2、预热的关键是要控制好火焰形态，注意观察轨端预热效果。
3、冬季轨温低于5℃时，不推荐铝热焊施工。特殊情况必须施工时，则燃气压力和预热时间需要适当调整，并要采取焊后保温措施。详细技术要求请咨询施密特公司。
 
五、主要焊接耗材

 
提示：焊接施工时，应携带一定量的焊接耗材备品。
 
六、铝热焊工具 （略）
 
七、产品使用技术要求
1、产品使用条件
铝热焊可以在下列条件下施工操作：
● 在弯道上，焊接点的两股钢轨高度差不超过180mm
● 线上和线下
● 厂房内
● 雨雪天有严密遮挡设施
2、铝热焊剂
●铝热焊剂为密封但非真空包装。
●铝热焊剂储存于干燥、无火源环境。        
●包装上有标记，可以识别焊剂类别、规格、批次号和生产日期等。
3、砂型        
●砂型是预制好的，并和与之相匹配的待焊钢轨外形是相吻合的。
●砂型储存于干燥环境，搬运时轻拿轻放，防止受潮、破损和开裂。
●焊接时，砂型不可过早启封，避免在空气中因暴露时间过长而吸潮。
●包装纸箱有标记，可以识别砂型类别、型号、生产日期等。
4、坩埚
●坩埚成型于马口铁桶内，有良好的防潮、防变形性能。
●坩埚储存于干燥环境，搬运时轻拿轻放，防止受潮、破损和开裂。
●坩埚底部的自熔塞必须保持完好状态，使用前应仔细检查。
●包装纸箱有标记，可以识别坩埚类别、生产日期等。
5、预热系统
●预热参数仅适用于使用我公司提供的预热系统，而不适用于其它预热系统。
●冬季气温低时，可用适当方式对丙烷气瓶进行加热，以提高丙烷的气化速度和压力。
  提示：加热并不能提高丙烷气的内在质量。
6、操作人员
●铝热焊焊接施工时，操作人员至少两人。
●操作人员必须经培训合格，持证上岗。
 
八、铝热焊工艺的主要流程
准备工作 → 轨端干燥 → 轨端除锈去污 → 对轨 → 夹具安装 → 砂模安装 → 封箱 → 预热 → 坩埚安装 → 点火 →反应 → 拆模 → 推瘤 → 打磨。
九、铝热焊操作步骤
1、准备工作
●预先了解待焊钢轨的轨型和材质，正确选择砂型和焊剂的类型。
●出发前必须安排专人根据焊接清单清点全部施工物品，以免少带、漏带影响施工。
●对施工设备、燃气瓶等进行检查，确保使用时安全可靠。
●从焊缝两侧钢轨开始，每一侧松开2 - 4组扣件，然后至少将50m范围内的钢轨扣件按规范锁紧，并在焊缝两侧各第一个锁紧扣件处的钢轨上划线做记号，以便观察钢轨是否移动，然后才可以进行铝热焊焊接。
提示：在焊接过程中，如果钢轨发生明显移动则会拉伤甚至拉裂焊缝，并可能引发高温钢水从砂型中外泄，导致焊接事故。
●气温急剧变化时必须用拉伸机锁定钢轨，然后进行焊接操作。
●焊接处有缺口、损伤、磨损严重以及端面不规则的钢轨必须切除后，才能进行焊接。
2、轨端干燥
砂型安装前需用预热枪对焊缝两侧0.5米范围内钢轨进行加热干燥，充分除去钢轨表面水分。
3、轨端除锈去污
●在距轨端50mm范围内，用角磨机安装钢丝轮对焊接钢轨的端面、轨头、轨腰和轨脚进行打磨清污除锈，随后用安装了砂轮的角磨机进行打磨，要特别注意将轨底打磨清洁干净。
●打磨完成后，轨头端部边缘需倒角1mm×45°。
4、对轨
●以轨脚处为基准，控制轨缝宽度为24-26mm。
●水平调整：用一米钢直尺分别检查焊缝两端钢轨轨头顶面、轨头侧面及轨腰是否平直。如有偏差，用对轨架或者钢楔子进行调节，轨头侧面以行车面为基准进行调整。
●尖点调整：将一米钢直尺自由放置在轨顶，使其中点与焊缝中点相重合，用对轨架或者钢楔子对轨端高度进行调节，使直尺的两个端部与轨顶面之间的间隙（即尖点值）为1.4-1.6mm 。
●砂模底板安装定位后必须进行二次对轨。
5、砂型安装
●确认砂型无裂痕、无缺损、无受潮，否则不能使用。
●砂型浇注孔略作修整，防止预热和浇注时砂粒脱落，造成焊接夹杂。
●安装砂型时，浇注孔要对准焊缝中心，并与轨底垂直，以确保焊缝两端钢轨特别是轨底预热均匀。
●锁紧夹具时，应由一人完成，使两侧均匀夹紧。
●必须检测砂型与轨腰部分的贴合，确保贴合紧密没有间隙，防止产生飞边。
●安装砂型过程中，切勿让砂粒等杂物落入焊缝型腔内。封箱后用吹风机或预热枪除去枪头全开氧气在轨缝及浇注孔处吹出焊缝型腔内的渣物。
6、预热枪支座安装
●预热枪支座应安装在上风方向，避免逆风安装导致火焰灼伤预热系统。
●调整预热枪管与轨面平行。
●用多用塞尺设定预热枪高度,预热枪头高度设为85mm，详见第四章《焊接参数表》。
7、封箱
封箱是铝热焊操作过程中比较关键的步骤，应高度注意，如果封箱发生问题，很容易造成泄漏钢水的焊接事故。
●盖上砂模顶部，防止砂粒等杂物落入焊缝型腔内，造成焊接夹杂。
●首先对轨底、轨头处缝隙用封箱砂塞紧压实，然后整体封箱，用捣实棒将所有缝隙捣紧捣实。
●将侧模板顶端的边耳，覆盖封箱砂以保护侧模板。
●试放分流塞，如果过紧，进行适当修锉。
●封箱结束后，焊接负责人应仔细检查封箱是否达到规定要求，以确保焊接成功。
●将灰渣盘安装在侧模板的挂臂上，要挂稳落位，以避免熔渣流入时灰渣盘发生倾斜甚至脱落。
8、预热过程的控制
●预热气体压力及时间等参数，请参见第四章《焊接参数表》。
●火焰调节：先微开预热枪的氧气阀门，3秒钟后微开燃气阀门，再点火。然后交替开大两个阀门，直到氧气阀门完全打开为止。
●调节燃气阀门，控制火焰形态，使火焰为中性焰。
提示：在火焰调节过程中，时刻观察氧气和丙烷工作压力是否符合参数要求。  
●用预热枪对两个灰渣盘稍作烘烤，去除灰渣盘可能带有的水分。
●将预热枪安置在预热枪支座上，调节枪头垂直并在焊缝中的位置呈前后左右置中，火焰喷出浇注孔，开始预热计时。
●密切关注整个预热过程，特别是轨腰受热颜色的变化，预热完成时，轨腰的温度为900～1000℃，其颜色为亮黄色。
●预热的过程中，必须对分流塞作适当烘烤干燥去除水分。
●预热完毕，撤除预热枪，先关闭燃气阀门，后关闭氧气阀门。
  提示：预热枪须朝天，避免伤及周边人员；任何情况下，预热时都不可使用氧化焰。
9、坩埚的使用
●打开一次性坩埚的封盖，确认坩埚壁、自熔塞完好无损，清理并倒出坩埚内浮砂。
●确认焊剂袋无破损，用容器将焊剂反复倾倒三次，混合均匀后倒入坩埚中，使其顶部成锥形，此时可以把高温火柴放置在坩埚内的焊剂上面。
●预热完成后，立即将坩埚安置在砂型侧模板顶部定位片内，取出坩埚内高温火柴，在红热状态下的砂型浇注孔内将其擦燃，然后快而稳地将高温火柴头2/3长度插入焊剂锥形顶部点燃焊剂，迅速盖上坩埚盖，所有人员退离到3米以外安全距离。
  提示：高温火柴插入焊剂时，切勿用力过猛，速度过快，否则高温火柴容易熄灭。
10、焊剂反应
●记录者观察焊剂反应状况，当坩埚盖孔一出现明火时，为焊剂反应开始时间；一旦明火出现迅速萎缩，则为焊剂反应结束时间。
●当坩埚底部一出现钢水时，即为钢水落下时间。钢水落下与焊剂反应结束之间的时间间隔为钢水镇静时间。
11、拆模
●浇铸完成后1分钟，移去坩埚，将其放在干燥、无易燃物的地方，然后移去灰渣盘，并将灰渣倒入坩埚中。
●浇铸完成后3分30秒，拆除侧模板及底板。
●浇注完毕后4分30秒，去除轨头砂型。
在拆除模板的过程中一定要小心，不要晃动砂型，更不能拉裂砂型，以免影响焊缝金属的正常结晶，甚至导致砂型开裂，钢水流出。
●拆除模板后，及时将轨面清理干净，防止推瘤时残渣拉伤轨面。
12、推瘤
●浇铸完毕后7分钟30秒开始推瘤。
  提示：推瘤过早会因轨头硬度过软而容易拉伤轨面；
        推瘤过迟会因轨头硬度过硬而难以推除焊瘤。
●推瘤完成后，用撬棍将浇注棒向外侧下方扳曲，便于下一步进行热打磨。
●浇注完毕30分钟以后，才能打掉浇注棒。
13、打磨
●推瘤完成后，可以立即进行粗打磨，以节省施工时间。
●焊头温度降至300℃以下时才能放车通行，焊头冷却至300℃之前，不得采取浇水等手段进行强制冷却。
●焊头冷却至环境温度后，进行精打磨，精打磨标准按照铁道部TB/T1632.3 - 2005《钢轨焊接第3部分:铝热焊接》规定的技术条件执行。
14、完成焊接
●焊接完成后，将熔渣、废钢料、废砂型等清理干净，装入反应后的废坩埚中，撤离工地时带到指定的场所处理，不得将其丢弃在施工现场，造成对铁路沿线环境的垃圾污染。
●将焊接点涂抹上油，做好标记，拆除对轨架或钢楔子，按规范要求恢复轨道正常的通车条件。
●做好焊接记录，存档保管。
 
十、焊接检验
●执行和满足铁道部TB/T1632.1- 2005《钢轨焊接第1部分:通用技术条件》和TB/T1632.3 - 2005《钢轨焊接第3部分:铝热焊接》。
●检验项目：超声波探伤、疲劳、静弯、断口、拉伸、硬度、冲击和显微组织等。
 
十一、安全事项
1、氧气、丙烷、乙炔的存放、运输和使用必须遵照国家《易燃易爆化学物品消防安全监督管理办法》执行。
2、施工前，对燃气瓶和各类设备按规程进行检查，确保施工过程安全可靠。
3、高温火柴与焊剂在包装、储存和运输过程中必须分开，绝对不能将高温火柴随身放在衣袋中。
4、确保燃气装置没有泄漏。如果发生回火，应立即先关闭氧气阀门，后关闭丙烷（或乙炔）阀门。
5、焊剂、坩埚和砂型要防潮。正在反应的焊剂及其装置不能与水接触，不能用水和液体灭火剂灭
火。遇紧急情况时，应该使用干砂或者干粉灭火器灭火。
6、预热枪在点火、调节火焰和带火移动时，应该举高枪口并使枪口火焰斜向无物的上空，防止火焰灼伤人和物品。
7、预热时，观察预热效果应戴护目墨镜，墨镜镜片界别为5级。
8、在焊剂反应与钢水浇注期间，所有人员应该保持距坩埚3米以上距离，观察者戴护目镜。
9、焊剂反应完成后，如果钢水没能从坩埚中释放出来，必须让钢水在坩埚中冷却20分钟后才能移动坩埚。
10、灼热状态下的浇铸棒、砂型残渣、坩埚、灰渣盘及坩埚盖等铝热焊反应后产生的产物和物品，应该放置在干燥、无易燃物的地方。
11、在隧道内和通风不良的场所施工必须使用乙炔做燃气。
12、氧气瓶、燃气瓶（丙烷瓶或乙炔瓶）与焊缝之间的放置安全距离≥10m，气瓶之间的放置安全距离≥7.5m(或按照铁标执行)。
13、丙烷瓶及乙炔瓶必须在直立状态下使用。
14、打磨时，操作人员必须穿戴适当防护用品：护目镜、手套、靴子、工作服、工作裤等，注意隔离打磨时产生的火花。
15、报废的焊剂，要与2倍以上体积的干砂混合均匀后，再作妥善处理。