科普百篇系列（221）

无缝钢轨的几种焊接方法（三）——铝热焊

徐长发，华中科技大学，2023.8.25.

1.铝热焊原理

铝热焊主要用铝粉、氧化铁粉等作为‘铝热焊剂’，将其存放于耐高温坩埚中，点燃插入焊剂中的高温火柴，铝热焊剂随即开始铝热反应。这是一种氧化还原反应（即铝热反应），其化学反应式：

Fe2O3+2Al →2Fe+Al2O3+释放高温

该反应拌随产生大量的热能，在无需外部能源的情况下，不仅可以熔化接口附近的钢铁材料，而且熔化的铁水可以填补接口，完成焊接过程。

2.焊接过程中的几个特点

1）焊接前必需对接口及其附近表面认真清理干净，必需将两端钢轨放平对齐。

2）为了减少焊接造成的局部应力过于集中，一般需要对接口附近的钢轨预热后再焊接。

3）‘铝热焊剂’需要严格配置，要保证熔化出来的钢水成分，与待焊接的钢轨成分一致。

4）‘高温火柴’是特制的镁条，要求能够引燃铝粉燃烧。

5）为了保证铝热反应还原出来的金属仅局限于焊缝附近，需要构建限制铁水的耐火模具。

6）无缝钢轨的铝热焊接方法，实际上就是在现场实施的、局部式炼钢的、局部式铸造的方法；为了避免熔渣夹入钢水中，一是要将坩埚中的钢水滞留一段时间，让熔渣上浮后再浇注；二是钢水应从砂模下部注入，保证钢水充满型腔，挤出空气，防止夹杂气孔。

7）完成焊接后还需检测、‘正火’、‘打磨’工序。

‘铝热焊接’示意图一示意图二，‘铝热焊接’就是局部铸造钢件，钢水由模具下部注入

3。铝热焊技术的优缺点和改进办法

优点：

1）工序简单、工期缩短、工作效率高、性价比高。施工人员只需2-4名，

焊接时间为30-40分钟左右。

2 ）绿色环保。对人体无害，不污染环境。

不足之处：

焊接质量没有闪光焊好，其主要原因是，如何避免钢水中夹杂熔渣。

改进办法：

虽然在通常的铝热焊接中已经采取了一些措施，让坩埚中的钢水滞留一段时间，让熔渣上浮后再浇注；但是，停留时间不能太长，也不能保证熔渣全部上浮；于是建议在坩埚底部添加‘钢水浇注滤片’，这种滤片在市场中有成品出售。

适合的工况：

铝热焊最大的优点是灵活机动，工作效率高，特别适合在施工现场，在特殊设备不是很齐全的条件下，用铝热焊接方法去焊接行车、吊车轨道，焊接要求不是特别高的工字梁。在野外用铝热焊接电缆。当然，不同的焊接对象，要采取不同的‘焊剂配方’、‘铸造模具’。

为铝热焊架设耐火模具 铝热焊接钢轨现场 铝热焊接电缆

为铝热焊架设耐火模具

铝热焊接钢轨现场

铝热焊接电缆