淺析鋁熱焊法在管道陰極保護施工中的應用

王志銀，雷 斌

(山東正元地理信息工程有限責任公司，山東濟南250101)

一、引 言

鋼制天然氣管道安裝犧牲陽極保護系統施工中，需要將陽極包線纜固定至管道上。由于犧牲陽極包需將電子經由線纜傳導至管道上，因此焊點必須具有較高的導電性。埋地管道處于地下，長年累月與周圍地面相互作用，管道與線纜的連接處承受一定的拉伸應力，因此連接點還需要具有一定的抗拉伸力學性能。

高導電性和較強的拉伸強度是連接點所必須具備的性能。鋁熱焊法在實際施工中具有諸多優勢，且焊點具有高導電性和較高強度的抗拉伸性能使其在管道陰極保護系統安裝中得到廣泛的應用。

二、鋁熱焊特點及實用性分析

1.鋁熱焊原理

鋁熱焊接就是利用金屬氧化物和金屬鋁之間的放熱反應所產生的過熱熔融金屬來加熱金屬而實現結合的方法。這一反應通式為

金屬氧化物+鋁(粉)→氧化鋁+金屬+熱能

實際應用較多的是鐵氧化物與鋁粉的化學反應，其反應的化學方程式可表示為

鋁熱焊劑的主要組成部分為鋁粉和氧化鐵。鋁粉主要起還原氧化鐵的作用。氧化鐵一方面可供給反應時需要的氧，產生大量熱量;另一方面，還原的鐵可作為焊接的填充金屬。氧化鐵包括FeO、Fe2O3和Fe3O43種成分。

焊接時，預先把待焊的線纜搭接在管壁上，然后把鋁粉和氧化鐵粉混合物(稱鋁熱劑)放在模具內引燃，使之發生還原放熱反應，成為液態金屬(鐵)和熔渣(主要為Al2O3)，覆蓋線纜與鋼管表面。液態金屬凝固后形成焊點，熔渣則浮在表面上。為了調整熔液溫度和焊縫金屬化學成分，常在鋁熱劑中加入適量的添加劑和合金。

2.鋁熱焊的特點

鋁熱焊焊點承受應力的性能相比于其他種類的焊接方式較弱，但已經完全滿足燃氣管道與線纜之間的焊接所需要的強度。且其具有自己獨特的優勢及適用范圍:

1)焊接點的電流載流量和導線相等，這一點同于釬焊，但是鋁熱焊又具有釬焊所不具有的優勢，且這種優勢使其更適合實際施工。

2)焊接點是永久性的，不會因松動或腐蝕造成高電阻。

3)焊接點像銅一樣，而比銅本身更加堅韌，且不受腐蝕性產物的影響;焊點金屬是鐵、銅及其他金屬的合金，具有較高的拉伸強度。

4)焊接操作方法簡單，容易上手，并且設備輕便，攜帶方便。

5)焊接時，不需要外接電源或熱源;焊接時少量的引藥即可引起鋁熱反應，且反應時放出大量的熱，使得鋁熱反應可以持續進行，直至反應原料耗盡。

6)從外觀便能核查焊接的質量。

3.鋁熱焊在犧牲陽極系統安裝施工中的優勢

鋁熱焊除了具有以上特點外，在實際埋設犧牲陽極包的施工操作中，也具有其他焊接方式不具備的優越性。

1)作業時間短。鋁熱焊接過程中對鋼管的焊口及線纜的要求低。線纜只需刨掉線皮露出一定長度銅芯。鋼管只需用少量工具刨掉防腐層，除掉防銹漆露出鋼制管道即可，且焊接所需焊口小，實際施工時刨出2 cm×3 cm的焊口即可。每個鋁熱焊焊點從準備到最后的打磨完工，可在一個小時內完成。

2)焊接占用空間小。燃氣管道鋁熱焊接過程時，如果管道已經覆土，則只需挖出寬1 m、長2 m且露出管道上表面的坑即可施工。若管道未覆土，則直接在管道溝道里施工即可。

3)焊接施工占用工程時間少。新管線安裝過程中，只需在設計地點將管道露出即可，不影響其他各種作業。

三、鋁熱焊施工

施工方便，操作簡單使鋁熱焊在陰保施工中具有幾乎無可替代的優勢。實際操作如圖1所示，先將管道防腐層刨掉，露出約2 cm×3 cm的鋼制管壁，并用工具除掉管壁上的防銹漆。將去掉線皮的銅線壓在鋼管表面。

石墨模具在使用前小心清理掉內表面的焊渣，以防影響本次的焊接效果。清理好的模具壓在焊口上，且無明顯縫隙，否則焊接時液狀的鐵液容易外流。

將銅片放入圖1所示位置，并將底部孔蓋住。銅片放入后再倒入適量的鋁熱焊劑，鋁熱焊劑上方倒入少量的引藥。

圖1 管道陰保施工鋁熱焊焊接示意圖

操作人員戴隔熱手套握住木質手柄，既保證石墨模具的位置不偏移，又可以防止模具與管道之間的縫隙過大造成鐵液外流。另一操作人員戴隔熱手套與防護面罩，蓋上石墨模具的防濺射蓋后可引燃引藥開始鋁熱焊劑的施工。焊接結束后，需要輕輕敲掉焊點表面玻璃狀的焊渣。

四、鋁熱焊施工注意

1.影響焊接效果的因素及注意事項

一個良好的焊點表面豐滿光亮、沒有氣孔、夾渣，切開后其剖面成一整體無氣孔與瑕疵。影響到焊接效果的最主要原因是濕氣或水氣。由于模具、焊粉及被焊管道表面均可能吸附水分，因此與其他各種焊接方式類似，如何防止或驅除水氣，是焊接時必須采取的最重要步驟。另一影響焊接效果的因素是模具及被焊接鋼管的清潔程度，如被焊鋼管表面未處理干凈，表面有塵土、氧化物或其他附著物必須清除，使其潔凈光亮后才可進行焊接作業，否則焊接后的焊點的導電性能與機械性能將受到影響。如果模具內遺留的殘渣不完全清除，將造成焊點表面不平滑、不光亮。

2.鋁熱焊在低溫下的注意事項

由于鋁熱焊高溫材料遇到濕氣容易發生爆炸現象。因此在低溫，特別是在冬天時，潮濕源一般以雪或霧的形式存在于管道焊口周圍。任何時候都必須嚴格按照廠家的焊接操作工藝進行焊接。另外，在下雪或有霧的天氣下進行焊接時必須遵循以下注意事項:當氣溫低于零下18℃時，嚴禁進行鋁熱焊接;若必須要施工，可搭建暖棚將所需焊接區域遮蓋起來，將管道兩側進行加熱烘烤處理，提高焊接環境溫度。焊接時，確保不必要的人員遠離焊接區域，以免焊接時的鐵液及焊渣噴濺傷人，等焊藥反應之后再返回焊接工作區域。

五、結束語

鋁熱焊施工操作簡單，攜帶方便，較高的安全性等優點使其在陰保系統的安裝焊接中廣泛應用。

略)