铝热焊接钢轨所用的材料Word格式.docx

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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（Fe２O3）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FeO所需铝量d：

3FeO十2Al＝3Fe十Al2O3十199.5千卡（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Fe2O3所需的铝量

根据化学反应式（Ⅱ），可以求出氧化铁中Fe2O3和铝粉起化学反应时，每克Fe2O3所需铝量f：

Fe2O3十2Al＝2Fe十AL2O3十198.3千卡（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Fe2O3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Fe2O3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Fe2O3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Fe2O3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：

（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）

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

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658oC熔化，化学纯铝（99.99%Al）熔点为660oC，铝在2000oC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；

质量要求稳定。

铝与空气接触很容易被氧化，而铝热焊要求铝粉不被氧化，因为氧化铝不但在反应中延缓了燃烧作用，而且降低了还原能力，影响焊接质量。

所以制成的铝粉应避免潮湿，有时由于储藏或处理不当，可能形成氢氧化铝，在高温反应下，会产生水，分解成氢和氧，以致引起气孔等缺陷，所以铝热焊剂要求铝粉化学成分合适外，应用塑料袋密封好。

③对铝粉粒度的要求：

粒度大小反应速度影晌很大，颗粒度太大反应时间长而且热量损失大，所以铝热焊剂对铝粉粒度有一定的要求范围；

一般采用粒度小于0.6mm的铝粉，并且要求不同粒度的铝粉按一定比例进行配制。

④铝粉的加工工艺

按铝热焊剂规定要求的铝锭，经化学分析合格后，置于熔铝坩埚内，待铝熔化后，要继续加热并保持在一定的温度范围内，用环风喷雾器把铝液吹制成细小的铝粉。

在喷制过程中要经常观察铝液流量和吹散情况，并适当调整风压，以保证铝粉粒度在要求范围内。

收集好的铝粉按规定要求进行不同粒度的筛分，筛分后必须分别用塑料袋装好置于专用容器中，密封保存。

铝粉是铝热焊剂主要材料之一，一定要求保证质量，所以对化铝坩埚与工作场地要求十分干净，并应注意防尘，防火，防氧化。

铝粉易受潮，氧化变质，使其金属铝含量降低，直到现在接影响到铝热焊剂质量。

铝粉除在加工后应进行化学分析外，还应定期检查和化验金属铝成分。

铝粉是易燃品严禁与氧化铁粉末、油类等物放在一起，严禁受潮，水浸和过热遇火等，应按照铝热焊剂安全生产规则进行生产。

（2）氧化铁：

铝热焊剂主要材料之一，氧化铁一方面可以供给反应时需要的大量氧产生热量，另一方面，还原的铁可以作为焊接的填充金属。

氧化铁有三种化合物和不同的理论舍氧量：

氧化亚铁（FeO）的理论含氧量（重量百分比）是22.22%，三氧化二铁（Fe2O3）的理论含氧量是30.0%，磁性氧化铁（Fe3O4）的是27.58%。

氧化铁是轧钢厂的废品，最好要求热轧普通碳素钢时，从钢材表面脱落的碎氧化铁皮。

从氧化铁的来源方面，希望能有固定不变的粒度范围和一定的化学成分，氧化铁原料中氧化亚铁（FeO）含量较高，为了达到铝热焊剂要求的FeO和Fe2O3含量，氧化铁皮可以通过回转炉焰烧氧化法增加氧含量。

氧化铁的氧化是从表面氧化逐渐深入到颗粒内部，所以氧化铁颗粒的表层由三氧化二铁组成，而核心部分则由氧化亚铁组成，在表层与核心之间还有一小层磁性氧化铁，大颗粒的氧化铁中氧化亚铁的含量比小颗粒为高，也就是说，氧含量随颗粒大小而变化。

①对氧化铁原材料化学成分的要求：

焊剂一般要求氧化铁原材料合FeO量在60%左右，硫、磷杂质含量都需在0.05%以下，否则影响铝热钢含硫、磷量，所以必须严格选择氧化铁原材料。

②对加工后氧化铁化学成分的要求：

一般要求氧化铁中FeO和Fe2O3控制在一定的稳定范围内，同时要求硫、磷含量都必须在0.05%以下。

氧化铁中主要成分是Fe2O3，其次是FeO，磁性氧化铁含量很少，所以要正确控制FeO和Fe2O3含量。

假如FeO含量高，那么Fe2O3含量就低，同样数量的氧化铁，供给铝粉的氧就要减少，铝热焊剂就不能充分反应，氧化铁就不能完全被还原，就有多余的氧化铁进入焊缝内，使焊缝质量受到影响，所以一定要严格按照铝热焊剂技术规程要求进行之。

③对氧化铁粒度要求：

氧化铁颗粒大小对铝热焊剂反应速度是直接有关的，为了控制反应速度，所以对氧化铁的粒度要有规定，一般要求在一定范围内，过细的氧化铁最好不使用，因为这些小颗粒含硅酸盐最多。

④氧化铁的加工工艺

1）过筛：

入厂的氧化铁皮必须用规定孔径的筛子过筛，以清除大块氧化铁皮、铁块和大颗粒杂质。

2）清洗：

用清洗机清洗，以除去油污、泥土等杂质。

3）烘干：

清洗后的氧化铁皮送进烘干回转炉进行烘干。

4）粗筛：

进行粗筛，粒度合格的进行下道工序。

5）焙烧：

于回转炉内在一定温度范围内进行焙烧，为了严格控制FeO和Fe2O3的含量，每小时进行化学分析一次。

6）细筛：

熔烧化验合格的氧化铁按规定要求经过细筛，然后要确保干燥，妥为保存。

7）磁选：

清除杂质，必须适当调整电流，使磁选能保证效率又能把杂质除去。

磁选加工时应特别注意防止氧化硅和其他杂质混入。

8）化学分析：

磁选后的氧化铁经混匀后取若干今样品进行化验，确定其氧化亚铁（FeO）含量，分析数据在要求范围内的，可留作混合用。

9）混合：

这是很重要的工序，混合均匀后，需再进行化学分析，合格后严封待用。

氧化铁是铝热焊剂中含量最多并起主要作用的材料，因此必须严格按照铝热焊剂技术规程进行。

加工好的氧化铁应该使其氧化亚铁FeO含量、粒度在铝热焊剂要求范围内，要干燥、无杂质、无油污。

合格的氧化铁要贮藏好备用。

如氧化铁存放超过规定的时间，在使用前必须经过化学分析，合格的方可使用。

（3）铁丁头：

为了控制铝热钢水温度和增加钢水生成量，在铝热焊剂中加入适量的铁丁头。

①对铁丁头化学成分的要求：

对低碳或低合金钢焊缝来说，铝热焊剂所用的铁丁头为普通低碳钢材料，一般合碳量在0.2%以下。

②加工后的铁丁头：

其一般合碳量在0.2%以下，要求干燥、无油、无杂质。

③对铁丁头粒度要求：

一般要求粒度在4mm以下。

④铁丁头的加工工艺

收集制钉工厂在制钉过程中切制铁钉尖时的下脚料，经清除杂质，清洗，在一定的温度下加热处理至呈清灰色或兰灰色后再筛分磁选，合格品装入容器内封盖严密，以防受潮。

加工后的铁丁头如为褐色则说明铁丁头合有氢氧化物，这种铁丁头不准投入生产应用，以免造成焊接缺陷。

（4）铁合金：

为了提高焊缝的强度和硬度，在铝热焊剂中，须加入一定数量的铁合金，例如锰铁、硅铁以及其他的铁合金等。

其加入的合金数量主要根据铝热钢的化学成分，以及对焊缝硬度、