王志银，雷 斌

(山东正元地理信息工程有限责任公司，山东济南250101)

一、引 言

钢制天然气管道安装牺牲阳极保护系统施工中，需要将阳极包线缆固定至管道上。由于牺牲阳极包需将电子经由线缆传导至管道上，因此焊点必须具有较高的导电性。埋地管道处于地下，长年累月与周围地面相互作用，管道与线缆的连接处承受一定的拉伸应力，因此连接点还需要具有一定的抗拉伸力学性能。

高导电性和较强的拉伸强度是连接点所必须具备的性能。铝热焊法在实际施工中具有诸多优势，且焊点具有高导电性和较高强度的抗拉伸性能使其在管道阴极保护系统安装中得到广泛的应用。

二、铝热焊特点及实用性分析

1.铝热焊原理

铝热焊接就是利用金属氧化物和金属铝之间的放热反应所产生的过热熔融金属来加热金属而实现结合的方法。这一反应通式为

金属氧化物+铝(粉)→氧化铝+金属+热能

实际应用较多的是铁氧化物与铝粉的化学反应，其反应的化学方程式可表示为

铝热焊剂的主要组成部分为铝粉和氧化铁。铝粉主要起还原氧化铁的作用。氧化铁一方面可供给反应时需要的氧，产生大量热量;另一方面，还原的铁可作为焊接的填充金属。氧化铁包括FeO、Fe2O3和Fe3O43种成分。

焊接时，预先把待焊的线缆搭接在管壁上，然后把铝粉和氧化铁粉混合物(称铝热剂)放在模具内引燃，使之发生还原放热反应，成为液态金属(铁)和熔渣(主要为Al2O3)，覆盖线缆与钢管表面。液态金属凝固后形成焊点，熔渣则浮在表面上。为了调整熔液温度和焊缝金属化学成分，常在铝热剂中加入适量的添加剂和合金。

2.铝热焊的特点

铝热焊焊点承受应力的性能相比于其他种类的焊接方式较弱，但已经完全满足燃气管道与线缆之间的焊接所需要的强度。且其具有自己独特的优势及适用范围:

1)焊接点的电流载流量和导线相等，这一点同于钎焊，但是铝热焊又具有钎焊所不具有的优势，且这种优势使其更适合实际施工。

2)焊接点是永久性的，不会因松动或腐蚀造成高电阻。

3)焊接点像铜一样，而比铜本身更加坚韧，且不受腐蚀性产物的影响;焊点金属是铁、铜及其他金属的合金，具有较高的拉伸强度。

4)焊接操作方法简单，容易上手，并且设备轻便，携带方便。

5)焊接时，不需要外接电源或热源;焊接时少量的引药即可引起铝热反应，且反应时放出大量的热，使得铝热反应可以持续进行，直至反应原料耗尽。

6)从外观便能核查焊接的质量。

3.铝热焊在牺牲阳极系统安装施工中的优势

铝热焊除了具有以上特点外，在实际埋设牺牲阳极包的施工操作中，也具有其他焊接方式不具备的优越性。

1)作业时间短。铝热焊接过程中对钢管的焊口及线缆的要求低。线缆只需刨掉线皮露出一定长度铜芯。钢管只需用少量工具刨掉防腐层，除掉防锈漆露出钢制管道即可，且焊接所需焊口小，实际施工时刨出2 cm×3 cm的焊口即可。每个铝热焊焊点从准备到最后的打磨完工，可在一个小时内完成。

2)焊接占用空间小。燃气管道铝热焊接过程时，如果管道已经覆土，则只需挖出宽1 m、长2 m且露出管道上表面的坑即可施工。若管道未覆土，则直接在管道沟道里施工即可。

3)焊接施工占用工程时间少。新管线安装过程中，只需在设计地点将管道露出即可，不影响其他各种作业。

三、铝热焊施工

施工方便，操作简单使铝热焊在阴保施工中具有几乎无可替代的优势。实际操作如图1所示，先将管道防腐层刨掉，露出约2 cm×3 cm的钢制管壁，并用工具除掉管壁上的防锈漆。将去掉线皮的铜线压在钢管表面。

石墨模具在使用前小心清理掉内表面的焊渣，以防影响本次的焊接效果。清理好的模具压在焊口上，且无明显缝隙，否则焊接时液状的铁液容易外流。

将铜片放入图1所示位置，并将底部孔盖住。铜片放入后再倒入适量的铝热焊剂，铝热焊剂上方倒入少量的引药。

图1 管道阴保施工铝热焊焊接示意图

操作人员戴隔热手套握住木质手柄，既保证石墨模具的位置不偏移，又可以防止模具与管道之间的缝隙过大造成铁液外流。另一操作人员戴隔热手套与防护面罩，盖上石墨模具的防溅射盖后可引燃引药开始铝热焊剂的施工。焊接结束后，需要轻轻敲掉焊点表面玻璃状的焊渣。

四、铝热焊施工注意

1.影响焊接效果的因素及注意事项

一个良好的焊点表面丰满光亮、没有气孔、夹渣，切开后其剖面成一整体无气孔与瑕疵。影响到焊接效果的最主要原因是湿气或水气。由于模具、焊粉及被焊管道表面均可能吸附水分，因此与其他各种焊接方式类似，如何防止或驱除水气，是焊接时必须采取的最重要步骤。另一影响焊接效果的因素是模具及被焊接钢管的清洁程度，如被焊钢管表面未处理干净，表面有尘土、氧化物或其他附着物必须清除，使其洁净光亮后才可进行焊接作业，否则焊接后的焊点的导电性能与机械性能将受到影响。如果模具内遗留的残渣不完全清除，将造成焊点表面不平滑、不光亮。

2.铝热焊在低温下的注意事项

由于铝热焊高温材料遇到湿气容易发生爆炸现象。因此在低温，特别是在冬天时，潮湿源一般以雪或雾的形式存在于管道焊口周围。任何时候都必须严格按照厂家的焊接操作工艺进行焊接。另外，在下雪或有雾的天气下进行焊接时必须遵循以下注意事项:当气温低于零下18℃时，严禁进行铝热焊接;若必须要施工，可搭建暖棚将所需焊接区域遮盖起来，将管道两侧进行加热烘烤处理，提高焊接环境温度。焊接时，确保不必要的人员远离焊接区域，以免焊接时的铁液及焊渣喷溅伤人，等焊药反应之后再返回焊接工作区域。

五、结束语

铝热焊施工操作简单，携带方便，较高的安全性等优点使其在阴保系统的安装焊接中广泛应用。

略)