铝热焊接钢轨所用的材料Word格式.docx

1、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

2、，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（FeO3）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（），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 Al2O3十199.5千卡 （I）215.55克 53.96克 167.55克 101.96克d53.96/215.55=0.2503克即每1克FeO需02503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（），可以求出氧

3、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 （） 159.7克 53.96克 111.7克 101.96克f53.96/159.7=0.3379克即每l克 Fe2 O3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）、（）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

4、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）、（）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）、

5、（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

6、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：Mgm1/Gm2 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、

7、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2000 oC沸腾。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995%。对加工后铝粉化学成分的要求：一般要求铝粉

8、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。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。铝粉的加工工

9、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

10、、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

11、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。 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。 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。

12、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。 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。 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

13、、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

14、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。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。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。对铁丁头粒度要求：一般要求粒度在4mm以下。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、