淺析鋁熱焊法在管道陰極保護(hù)施工中的應(yīng)用

王志銀，雷 斌

(山東正元地理信息工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250101)

一、引 言

鋼制天然氣管道安裝犧牲陽極保護(hù)系統(tǒng)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(jīng)由線纜傳導(dǎo)至管道上，因此焊點必須具有較高的導(dǎo)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(yīng)力，因此連接點還需要具有一定的抗拉伸力學(xué)性能。

高導(dǎo)電性和較強(qiáng)的拉伸強(qiáng)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(yōu)勢，且焊點具有高導(dǎo)電性和較高強(qiáng)度的抗拉伸性能使其在管道陰極保護(hù)系統(tǒng)安裝中得到廣泛的應(yīng)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(yīng)所產(chǎn)生的過熱熔融金屬來加熱金屬而實現(xiàn)結(jié)合的方法。這一反應(yīng)通式為

金屬氧化物+鋁(粉)→氧化鋁+金屬+熱能

實際應(yīng)用較多的是鐵氧化物與鋁粉的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)時需要的氧，產(chǎn)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(yù)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(nèi)引燃，使之發(fā)生還原放熱反應(yīng)，成為液態(tài)金屬(鐵)和熔渣(主要為Al2O3)，覆蓋線纜與鋼管表面。液態(tài)金屬凝固后形成焊點，熔渣則浮在表面上。為了調(diào)整熔液溫度和焊縫金屬化學(xué)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(yīng)力的性能相比于其他種類的焊接方式較弱，但已經(jīng)完全滿足燃?xì)夤艿琅c線纜之間的焊接所需要的強(qiáng)度。且其具有自己獨特的優(yōu)勢及適用范圍:

1)焊接點的電流載流量和導(dǎo)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(yōu)勢，且這種優(yōu)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(chǎn)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(qiáng)度。

4)焊接操作方法簡單，容易上手，并且設(shè)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(yīng)，且反應(yīng)時放出大量的熱，使得鋁熱反應(yīng)可以持續(xù)進(jìn)行，直至反應(yīng)原料耗盡。

6)從外觀便能核查焊接的質(zhì)量。

3.鋁熱焊在犧牲陽極系統(tǒng)安裝施工中的優(yōu)勢

鋁熱焊除了具有以上特點外，在實際埋設(shè)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(yōu)越性。

1)作業(yè)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(zhǔn)備到最后的打磨完工，可在一個小時內(nèi)完成。

2)焊接占用空間小。燃?xì)夤艿冷X熱焊接過程時，如果管道已經(jīng)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(shè)計地點將管道露出即可，不影響其他各種作業(yè)。

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(yōu)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(nèi)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(zhì)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(hù)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(jié)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(qū)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(jìn)行焊接作業(yè)，否則焊接后的焊點的導(dǎo)電性能與機(jī)械性能將受到影響。如果模具內(nèi)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(fā)生爆炸現(xiàn)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(yán)格按照廠家的焊接操作工藝進(jìn)行焊接。另外，在下雪或有霧的天氣下進(jìn)行焊接時必須遵循以下注意事項:當(dāng)氣溫低于零下18℃時，嚴(yán)禁進(jìn)行鋁熱焊接;若必須要施工，可搭建暖棚將所需焊接區(qū)域遮蓋起來，將管道兩側(cè)進(jìn)行加熱烘烤處理，提高焊接環(huán)境溫度。焊接時，確保不必要的人員遠(yuǎn)離焊接區(qū)域，以免焊接時的鐵液及焊渣噴濺傷人，等焊藥反應(yīng)之后再返回焊接工作區(qū)域。

五、結(jié)束語

鋁熱焊施工操作簡單，攜帶方便，較高的安全性等優(yōu)點使其在陰保系統(tǒng)的安裝焊接中廣泛應(yīng)用。

略)