CN102581503B - 一种新型的焊条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的焊条及其制备方法，所述焊条是由硝化棉、高热剂、造渣剂和安定剂经粉碎、胶化、挤压成型后彻底驱溶后制成。本发明焊条利用硝化棉和高热剂的燃烧热将焊料及焊接母材的表面熔化，形成焊接母材与焊料间的原子结合，进而实现焊接。整个焊接过程不需外界提供任何能源，也不需要特殊地焊接设备，极大地方便了其焊接操作。该焊条能够适应战场颠簸的作战环境，不会因震动轻易产生折断现象，即使被折断其燃烧性能仍保持不变、仍可进行有效焊接；而且焊条的内部结构并非为粉状，所以其燃烧也不会因经过震动出现爆燃现象。

Description

一种新型的焊条及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型的焊条及其制备方法。

技术背景

随着智能、高能弹药的迅猛发展，战场装备极易遭受远程精确打击，战场装备应急抢修能力的强弱，是关系战争成败的重要因素之一。研究统计表明，战场装备金属构件的损伤占全部损伤构件的80%以上，而且大部分损伤的部件需要焊接方法进行修复。另外，随着全球气候的不断变暖，各种极端天气时有发生，对工业设施和民用设备都有一定的破坏作用，如2008年我国南方出现极端冰冻天气，造成基础电力设施的严重破坏，其修复大多也需要焊接技术。传统的焊接方法如手工电弧焊、气焊以及新开发的激光焊和电子束焊等，由于受到焊接能源、焊接设备以及焊接工艺等方面的限制，不能做到随时随地、便捷地展开焊接操作。正是由于受到这些限制，传统的焊接方法已不能满足战场应急抢修及民用设施抢险救援的要求。

发明内容

本发明针对上述现状，提供了一种具有携带方便、操作简便、使用安全、燃烧可控性强、不需外界能源等特点的适合用于战场装备应急抢修及民用设施抢险救援的新型焊条。

本发明还提供了上述焊条的制备方法。

本发明采取的技术方案：

一种新型焊条，由如下重量份的组分制成：

硝化棉         2-20份

高热剂         37-97份

造渣剂         7-18份

安定剂         0.5-2份。

所述高热剂由30-65重量份的氧化铜、0-15重量份氧化铁和7-15重量份的铝粉组成。

所述造渣剂由3-6重量份二氧化硅、3-8重量份氧化钙和1-4重量份氟化钙组成。

所述安定剂为二苯胺。

本发明还提供了制备上述新型焊条的方法，具体步骤如下：

（1）按比例称取硝化棉，烘干备用；

（2）按比例称取高热剂和造渣剂，混合均匀后烘干得无机混合物，按比例称取安定剂并烘干；

（3）依次将硝化棉、有机溶剂、安定剂和无机混合物加入胶化机中于20~25℃下胶化4.5~5小时形成塑性药团；所述有机溶剂由1:1~1.5（v/v）的乙醇和丙酮组成，有机溶剂的加入量为硝化棉质量的15~30%；

（4）将上述塑性药团用模具挤压成型，20-25℃下进行凉药1小时，切成所需尺寸，然后于55~60℃下干燥5~6小时彻底驱溶即得所述焊条。

本发明采用上述技术方案取得的有益效果是：

本发明焊条利用硝化棉和高热剂的燃烧热将焊料及焊接母材的表面熔化，形成焊接母材与焊料间的原子结合，进而实现焊接。整个焊接过程不需外界提供任何能源，也不需要特殊地焊接设备，极大地方便了其焊接操作。使用本发明焊条进行焊接时不需要特殊的设备，焊接技术采用电弧焊的操作方式，焊接工艺类似于钎焊，整个焊接过程仅需有限地焊接工具即可完成，且燃烧安全性强，焊接操作人员可放心使用，本发明焊条的燃烧属于截面稳定燃烧，燃烧稳定性强，不会出现串燃或爆燃现象，焊条在挤压成型过程中，在挤压力和硝化棉粘结剂的共同作用下，焊条中各组分之间的大部分气体都将逸出，大大减小了各组分间的空隙及气体量，降低了焊条燃烧时气体的热膨胀力，避免了爆燃现象的发生。本发明焊条力学性能优异，焊条并非一生产出就被使用，需经过一段时间的储存和运输，战场环境下的道路坎坷不平，运输过程中颠簸严重，易造成焊条的机械性破坏。力学性能测试结果表明，该焊条能够适应战场颠簸的作战环境，不会因震动轻易产生折断现象，即使被折断其燃烧性能仍保持不变、仍可进行有效焊接；而且焊条的内部结构并非为粉状，所以其燃烧也不会因经过震动出现爆燃现象。

本发明焊条中各组分的作用如下：

1、硝化棉作为焊条的主要成分，其作用主要有以下两个方面：

(1) 作为粘结剂，将火药复合焊条的其它组分粘合成均匀体，为焊条的机械强度提供基体；

(2) 作为火药复合焊条的能量组分，硝化棉属于含能的高分子材料，其燃烧会放出大量的热量，计算结果表明每千克硝化棉可以产生将近3000KJ的热量，可以为焊接提供一定量的燃烧热。

2、高热剂的成分为：CuO粉30~65wt%，Fe2O3粉0~15wt%，Al粉7~17wt%。高热剂是焊条的主要能量成分，其作用主要有两方面：一是为焊接提供提供足够的热量；二是提供焊缝所需的基体材料，高热剂燃烧产物中含有大量的液态金属，主要用于填补焊缝，确保焊道的力学性能。高热剂焊接的化学原理，是利用活动性较强的金属能够把活动性较弱的金属从它的氧化物中还原出来的原理。因为铝在足够高的温度下有较强的活动性，它可以金属的氧化物中夺取氧，而把金属还原出来，同时放出大量的热，温度可达2500～3500℃，从而使这些金属成为液态。高热剂焊接基本原理的主要化学方程式是：

3CuO+2Al=3Cu+Al2O3+1519kJ；

Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+829.9kJ。

3、造渣剂的成分为：SiO2粉3~6wt%，CaO粉3~8wt%，CaF2粉1~4wt%。火药复合焊条是以高热剂为主能量成分，高热剂燃烧产物中Al2O3的质量分数达到30%以上，而且Al2O3的熔点高于焊缝金属及焊接母材。焊接过程中，Al2O3会首先在熔池内凝固，无法与焊缝金属进行有效分离，Al2O3就如同石棉网一样，将液态金属同焊接母材分离，无法实现焊接（见图1）。造渣剂的作用主要用于分离Al2O3，造渣剂的存在可降低Al2O3的熔点，与其形成熔点低、密度低、黏度适宜的焊渣，浮于熔池上方。这样焊接母材就能够实现熔焊连接，形成良好的焊道。

4、安定剂的成分为二苯胺0.5~2wt%。安定剂的作用是为了提高焊条的贮存性能。硝化棉基火药复合焊条中的硝化棉组分属于含能的高分子材料，在常温条件下就能发生缓慢的热分解，其反应过程如下所示：

RCH2O－NO2→NO2＋RCH2O－Q            (1)

NO2＋R′CH2O→NO＋H2O＋CO2＋R1′＋Q1    (2)

NO2＋RONO2→NO＋H2O＋CO2＋R2＋Q2     (3)

从上述反应方程式中不难发现，方程(1)属于吸热反应，有利于硝化棉的稳定；方程(2)和(3)属于放热反应，而且两者的放热总量大于方程(1)的吸热量，若反应热不能及时导出，会形成热积累，会加速硝化棉的热分解。此外，反应方程式(2)和(3)主要是有NO2参与完成，为了控制上述反应的进行，常采用添加安定剂的方法进行控制，其控制原理是通过安定剂不断地消耗方程(1)产生的NO2，进而减弱了方程(2)和(3)的进程。

不同硝化棉含量下硝化棉基火药复合焊条的力学性能见表1及图1-图3。

表1 硝化棉含量与焊条力学性能的关系

附图说明

图1为本发明焊条1号样的抗压曲线；

图2为本发明焊条2号样的抗压曲线；

图3为本发明焊条3号样的抗压曲线。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制其范围。

实施例1

一种新型焊条，由如下重量份的组分制成：

硝化棉         2份

氧化铜         65份

铝粉           15份

二氧化硅       3份

氧化钙         3份

氟化钙         1份

二苯胺         0.5份。

实施例2

一种新型焊条，由如下重量份的组分制成：

硝化棉         20份

氧化铜         30份

氧化铁         7份

铝粉           7份

二氧化硅       6份

氧化钙         8份

氟化钙         4份

二苯胺         1份。

实施例3

一种新型焊条，由如下重量份的组分制成：

硝化棉         10份

氧化铜         40份

氧化铁         15份

铝粉           10份

二氧化硅       4份

氧化钙         4份

氟化钙         2份

二苯胺         2份。

实施例4

制备实施例1所述焊条的方法，步骤如下：

（1）按比例称取硝化棉，烘干备用；

（2）按比例称取高热剂（氧化铜及铝粉）和造渣剂（二氧化硅、氧化钙和氟化钙），混合均匀后烘干得无机混合物，按比例称取二苯胺并烘干；

（3）依次将硝化棉、有机溶剂、安定剂和无机混合物加入胶化机中于20~25℃下胶化4.5小时形成塑性药团；所述有机溶剂由1:1（v/v）的乙醇和丙酮组成，有机溶剂的加入量为硝化棉质量的20%；

（4）将上述塑性药团用模具挤压成型，20-25℃下进行凉药1小时，切成所需尺寸，然后于55~60℃下干燥6小时彻底驱溶即得焊条。

实施例5

制备实施例2所述焊条的方法，步骤如下：

（1）按比例称取硝化棉，烘干备用；

（2）按比例称取高热剂（氧化铜、氧化铁和铝粉）和造渣剂（二氧化硅、氧化钙和氟化钙），混合均匀后烘干得无机混合物，按比例称取二苯胺并烘干；

（3）依次将硝化棉、有机溶剂、安定剂和无机混合物加入胶化机中于20~25℃下胶化4.5小时形成塑性药团；所述有机溶剂由1:1（v/v）的乙醇和丙酮组成，有机溶剂的加入量为硝化棉质量的30%；

（4）将上述塑性药团用模具挤压成型，20-25℃下进行凉药1小时，切成所需尺寸，然后于55~60℃下干燥6小时彻底驱溶即得焊条。

实施例6

制备实施例3所述焊条的方法，步骤如下：

（1）按比例称取硝化棉，烘干备用；

（2）按比例称取高热剂（氧化铜、氧化铁和铝粉）和造渣剂（二氧化硅、氧化钙和氟化钙），混合均匀后烘干得无机混合物，按比例称取二苯胺并烘干；

（3）依次将硝化棉、有机溶剂、安定剂和无机混合物加入胶化机中于20~25℃下胶化4.5小时形成塑性药团；所述有机溶剂由1:1.5（v/v）的乙醇和丙酮组成，有机溶剂的加入量为硝化棉质量的15%；

（4）将上述塑性药团用模具挤压成型，20-25℃下进行凉药1小时，切成所需尺寸，然后于55~60℃下干燥5小时彻底驱溶即得焊条。

Claims (3)

1.一种新型焊条，其特征在于其由如下重量份的组分制成：

硝化棉        2-20份

高热剂         37-97份

造渣剂         7-18份

安定剂         0.5-2份；

所述高热剂由30-65重量份的氧化铜和7-15重量份的铝粉组成；

所述造渣剂由3-6重量份二氧化硅、3-8重量份氧化钙和1-4重量份氟化钙组成。

2.根据权利要求1所述的新型焊条，其特征在于所述安定剂为二苯胺。

3.一种制备权利要求1或2任一项所述的新型的焊条的方法，其特征在于其具体步骤如下：

（1）按比例称取硝化棉，烘干备用；

（2）按比例称取高热剂和造渣剂，混合均匀后烘干得无机混合物，按比例称取安定剂并烘干；

（3）依次将硝化棉、有机溶剂、安定剂和无机混合物加入胶化机中于20~25℃下胶化4.5~5小时形成塑性药团；所述有机溶剂由1:1~1.5（v/v）的乙醇和丙酮组成，有机溶剂的加入量为硝化棉质量的15~30%；

（4）将上述塑性药团用模具挤压成型，20-25℃下进行凉药1小时，切成所需尺寸，然后于55~60℃下干燥5~6小时彻底驱溶即得所述焊条。