CN101637852A - 一种高熔点铜包钢/铜质接地网放热焊剂 - Google Patents
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Abstract
一种高熔点铜包钢/铜质接地网放热焊剂属于金属焊接领域。现有铜包钢焊接用放热焊剂存在接头金属熔点低于母材温度，组织均匀性差等缺点。本发明所提供的放热焊剂的组分及其重量百分比为：氧化铜50～60％、金属铝粉末9～10％、金属铜粉末20～35％、萤石粉末3～4％、金属锡粉末2～3％、金属镍粉末0～5％，余量为合金粉末。本发明放热焊剂具有与母材金属相近的熔化温度，可以保证接头与母材构成的接地体具有均一的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于金属焊接领域，具体涉及一种高熔点铜包钢/铜质接地网放热焊剂。
背景技术
随着经济发展的稳步前进，对于能源的需求逐年递增，电力建设的进程也逐渐加快，电力建设的发展体现在基础设施建设数量与质量的双重发展。
在电网的接地领域，人们对于接地网可靠性的关注越来越多，以往的镀锌钢接地网经济性优良，但使用温度低，尤其镀锌层，在420℃下即发生熔化，如锌层发生熔化，则失去保护层的碳钢极易发生腐蚀，随着接地体的腐蚀，用于导通故障电流的道题截面积逐渐减小，对于接地网的可靠性极为不利，因此镀锌钢接地网的服役温度规定在350℃以下。因此，以镀锌层作为耐蚀保护层有其局限性。而铜质或铜包钢接地网其熔点以铜材熔点记，其服役温度可达到1083℃，故采用铜质或铜包钢接地网可大幅提高接地网的服役温度，增加服役可靠性，但铜质或铜包钢接地网的连接需有和母材相同或相近的熔点，以保证接地网整体的服役温度。
由于接地网布设环境较多处于野外偏远地区，环境较为恶劣，传统的电弧焊、气焊多受制于焊接设备运输携带的限制。放热熔焊技术(又称铝热焊)因具有设备简单、投资少，焊接作业快、不需要大功率电源、操作简单等特点，而适用于接地网接头的焊接。
针对特定的铜质或铜包钢材料，采用放热焊进行焊接，接头的熔点高低取决于接头成分。而接头成分取决于放热焊焊剂成分。焊剂中主要由三部分构成，氧化剂、还原剂、其它添加剂。现有的铜质/铜包钢材料用放热焊剂，焊接后接头成分复杂，组织均一性差，熔点难以接近母材熔点。
达到高熔点需满足两个条件，首先，接头金属应具有高熔点；其次组织应均匀。
为满足第一个条件，材料的成分应严格控制，反应完毕后接头组织中Cu元素所占比例应较高，可通过减少铝含量、提高金属铜粉末添量加或氧化铜粉末添加量调节，此外也可添加其它高熔点合金，如Ni、Co、Mo、Fe、W等。但应注意添加元素需与Cu形成固溶体或金属间化合物。此外，高熔点元素的添加后产生的金属间化合物易引起组织脆性上升，导致接头开裂。故添加种类及添加数量需严格控制。
满足第二个条件，各种材料成分的百分比应严格控制，形成接头后的组织应有好的均匀性，即在高温状态下各部分熔化过热度相当。表现在DTA曲线上为在熔点附近出现单一的放热峰，而非出现起伏的连续放热峰
发明内容
本发明的目的在于提供一种高熔点铜包钢/铜质接地网放热焊剂。
本发明所提供的放热焊剂的组分及其重量百分比为：氧化铜50～60％、金属铝粉末9～10％、金属铜粉末20～35％、萤石粉末3～4％、金属锡粉末2～3％、金属镍粉末0～5％，余量为合金粉末；其中，所述的氧化铜的氧化度≤85％，粒度为200～300目；所述的金属铝粉末的粒度为200～300目；所述的金属铜粉末的纯度≤99.5％，粒度为200～300目；所述的萤石粉末的粒度为150～200目；所述的金属锡粉末的粒度为200～300目；所述的合金粉末组成为Ca：8～10％、Si：40～45％、Mg：2～3％、Ba：28～30％，Al：1～2％，剩余为杂质，粒度为80～150目。
放热焊技术的原理是应用金属铝与氧化铜之间发生氧化还原反应(3CuO+2Al＝3Cu+Al2O3)，放出大量热量，产生足够高的温度，使焊接部位金属及相关辅料熔融达到焊接效果。
氧化铜(CuO)与金属铝粉末(Al)：是起氧化还原反应的关键配料，是反应中的热源，放热焊(铝热焊)剂中二者所占重量百分比起到调节反应温度的作用。
氧化铜：是主要的氧化剂，小粒度(200～300目)的氧化铜处于高能量状态，大的比表面积在反应中同时发生反应的面积大，即释放能量相同情况下，反应周期短，热量集中。
金属铝粉末：作为还原剂还原氧化铜外，还起到清除焊接点处表面氧化物的作用，故金属铝粉末略微过量。此外金属铝粉末的粒度同样影响着反应的速度，大的比表面积的铝粉配合大比表面积的氧化铜共同起到提高反应活性的作用。
金属铜粉末：是焊缝金属的主要成分，在铜包钢接地网焊接中，主要起导通作用，在放热过程中金属铜粉末全部熔化。大比表面积的铜粉末处于高能量状态，在熔化中消耗氧化还原的能量小，利于提高反应温度，同时，接头中高熔点Cu或其它高熔点元素比例越高，接头合金的熔点越高，如接头金属中Cu比例达到98％以上，由于金属熔化时的过热，金属接头熔点可达到1080℃左右。
萤石(CaF2)粉末：是反应中的主要造渣剂，起到助熔造渣、消除气孔的作用。
锡粉(Sn)：锡粉的主要作用为增加熔融金属的流动性，强化金属焊缝的强度，降低反应温度。
合金粉末：合金粉末的作用主要为脱氧，造渣，合金中元素以Ca、Si、Mg、Ba为主，具有还原性。
金属镍(N)i粉末：金属Ni粉末的主要作用是提高接头金属的熔点，由于金属镍(Ni)的熔点为1453℃，无论其固溶体或金属间化合物都具有较高熔点，故其对于提高接头金属温度有较大作用。
采用引燃剂引燃本发明放热焊剂时，放热焊剂与引燃剂的质量比可以按50～65∶1使用。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
具有与母材金属相近的熔化温度，可以保证接头与母材构成的接地体具有均一的可靠性。且形成组织均匀。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
下述实施例中所使用的氧化铜的氧化度为85％，粒度为40～80目，金属铜粉末的纯度为99.5％，粒度为200～300目；金属铝粉末的粒度为200～300目；金属锡粉末的粒度为200～300目；萤石粉末粒度为150～200目；所述的合金粉末的粒度为：80～150目，组分及其重量百分含量为Mg：3％、Al：2％、Si：44％、Ca：10％、Ba：30％、剩余为杂质。
实施例1
一种高熔点铜包钢/铜质接地网放热焊剂，组分及其重量百分比为：
氧化铜 60％
金属铝粉末 10％
金属铜粉末 20％
萤石粉末 3.5％
金属锡粉末 2％
合金粉末 余量。
实施例2
一种高熔点铜包钢/铜质接地网放热焊剂，组分及其重量百分比为：
氧化铜 55％
金属铝粉末 9％
金属铜粉末 30％
萤石粉末 3％
金属锡粉末 2％
合金粉末 余量。
实施例3
一种高熔点铜包钢/铜质接地网放热焊剂，组分及其重量百分比为：
氧化铜 56％
金属铝粉末 9.5％
金属铜粉末 25％
萤石粉末 4％
金属锡粉末 2％
金属镍粉末 1.5％
合金粉末 余量。
实施例4
一种高熔点铜包钢/铜质接地网放热焊剂，组分及其重量百分比为：
氧化铜 53％
金属铝粉末 9％
金属铜粉末 24％
萤石粉末 3.7％
金属锡粉末 3％
金属镍粉末 3％
合金粉末 余量。
实施例5
一种高熔点铜包钢/铜质接地网放热焊剂，组分及其重量百分比为：
氧化铜 50％
金属铝粉末 9％
金属铜粉末 22％
萤石粉末 3.6％
金属锡粉末 3％
金属镍粉末 5％
合金粉末 余量。
实施例1-5中的放热焊剂的焊接效果如表1所示。
| 实施例 | DTA测定熔点 | 开裂情况 |
| 1 | 1080℃ | 无 |
| 2 | 1090℃ | 无 |
| 3 | 1094℃ | 无 |
| 4 | 1091℃ | 无 |
| 5 | 1104℃ | 轻微 |
表1
Claims (1)
1、一种高熔点铜包钢/铜质接地网放热焊剂，其特征在于，所述的放热焊焊剂的组分及其重量百分比为：氧化铜50～60％、金属铝粉末9～10％、金属铜粉末20～35％、萤石粉末3～4％、金属锡粉末2～3％、金属镍粉末0～5％，余量为合金粉末；其中，所述的氧化铜的氧化度≤85％，粒度为200～300目；所述的金属铝粉末的粒度为200～300目；所述的金属铜粉末的纯度≥99.5％，粒度为200～300目；所述的萤石粉末的粒度为150～200目；所述的金属锡粉末的粒度为200～300目；所述的合金粉末组成为Ca：8～10％、Si：40～45％、Mg：2～3％、Ba：28～30％，Al：1～2％，剩余为杂质，粒度为80～150目。
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