CN102990240B

CN102990240B - 一种无电焊接型焊条及其制备和焊接方法

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Publication number: CN102990240B
Application number: CN201210391069.2A
Authority: CN
Inventors: 王胜军; 高勇; 李宝峰; 侯忠明; 田新民; 姚凯; 辛涛; 赵晓文; 侯宝科
Original assignee: Architectural Engineering Institute of General Logistics Department of PLA
Current assignee: Architectural Engineering Institute of General Logistics Department of PLA
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-10-15
Also published as: CN102990240A

Abstract

本发明公开了一种无电焊接型焊条及其制备和焊接方法，该焊条包括堵头、药柱、纸管、引火帽、管堵头和套管；所述堵头与纸管通过乳胶同轴粘接在一起，药柱和引火冒成型于纸管内，所述套管套在纸管上，套管一端与堵头紧配合连接，另一端由管堵头进行密封。本发明将焊接材料制成专用手持式焊笔，只需火柴点燃即引发反应，以高热剂自身释放的化学能为焊接热源，使反应产物和母材熔化，通过润湿、扩散及反应结晶等机理实现被焊母材牢固结合。

Description

一种无电焊接型焊条及其制备和焊接方法

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，涉及一种焊条，尤其是一种无电焊接型焊条及其制备和焊接方法。

背景技术

焊接技术不仅在工业生产中得到广泛应用，而且也是战场装备和民用机械应急抢修的重要手段之一，机械装备在使用中零部件出现断裂、裂纹、穿孔、破损等损坏时，大部分均须采用焊接的方法加以修复。目前在机械应急修理中一般采用手工电弧焊或气焊，电弧焊需要输出千瓦以上功率的电源和重量达数十公斤以上的电焊机，气焊则需要储存氧气和乙炔气体的高压设备，操作者需经过严格的专门训练，这些都极大地限制在战场和野外等特殊环境下应急焊修任务的机动、灵活、高效开展。

当今，各类野外工程机械作业强度的增大对应急维修提出了更高要求。焊接是装备应急维修的重要技术手段之一，目前常用的焊接技术是电弧焊和气焊，但应急维修现场的特殊地理环境及恶劣的工作条件使得大功率电源与储气设备等难以得到保证。

在通常情况下，工程机械或军事武器装备在野外使用中，经常出现发动机、传动装置等的零部件不可避免出现的损伤和管路断裂，比如箱体裂纹、裂缝、孔隙以及油水管路、箱体的跑、冒、滴、漏等现象，将严重影响工程机械的正常使用和训练。传统的野外应急维修方法如电焊、气焊、胶粘等，修理时需要专业人员和车、电、气、工具等专用设备，牵连的工程比较大，粘结固化时间长，不能满足野外应急的使用需要。

另外，在高空、地下、水下等能源不方便供应的条件下，这些传统的应急维修方法也无法施展。同时在能源日益紧张的今天，传统的焊接技术由于在焊接时需使用大量的能源而限制了其应用。因此开发一种具有快速、高效、节能的新型焊接技术，弥补传统焊接技术的不足已显得非常必要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种无电焊接型焊条及其制备和焊接方法，其将焊接材料制成专用手持式焊笔，只需火柴点燃即引发反应，以高热剂自身释放的化学能为焊接热源，使反应产物和母材熔化，通过润湿、扩散及反应结晶等机理实现被焊母材牢固结合。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种无电焊接型焊条，包括堵头、药柱、纸管、引火帽、管堵头和套管；所述堵头与纸管通过乳胶同轴粘接在一起，药柱和引火冒成型于纸管内，所述套管套在纸管上，套管一端与堵头紧配合连接，另一端由管堵头进行密封。

上述药柱的主体系为CuO+Al、Fe₂O₃+Al、SiO₂、CaO、TiO₂和硅酸盐。

进一步的，以质量百分比计，所述药柱的成份配比为：CuO+Al：40.03～40.60%；Fe₂O₃+Al：30.05～30.90%；CaO：12.4～13.40%；SiO₂：6.2～7.50%；CaF₂：0.5～0.90%；TiO₂：4.3～5.6%；Ni：1.02～1.40%；Mn：2～3%；Ti：2～3.4%。

本发明提出一种上述无电焊接型焊条的制备方法，具体为：将纸管与堵头用乳胶进行牢固粘接，然后将按比例混合的药粉进行灌装，并不断进行敦实，形成药柱，在距纸管顶端8-10mm处，停止灌装，将引火药膏填塞进纸管，形成引火冒，插上引火线，放入试管架，静置24小时后，观察引火冒，变干，即完成焊条制作。

本发明还提出一种上述无电焊接型焊条的焊接方法，使用时将套管取下反装在管堵头上作为焊接手柄；使引火冒处在焊条最前端，实施焊接时用火源将引火冒引燃，自蔓延反应从引火冒开始，进而将药柱引燃，完成焊接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的无电焊接型焊条在焊接时，无需对低碳钢母材的待焊部位进行开坡口、清污、除油、去除氧化膜等处理，只需火源（如火柴）点燃焊条的引火帽即引发反应，以高热剂自身释放的化学能为高温焊接热源使焊接母材局部融化，以燃烧合成反应的产物为填料，使反应产物和母材熔化，通过润湿、扩散及反应结晶等机制实现被焊母材牢固结合，采用手工电弧焊的操作方式，解决低碳钢母材的快速焊接修复；本发明提供的方法能解决应急焊接维修、提高焊接质量、降低劳动强度、操作简单迅速。

附图说明

图1是无电焊接型焊条结构示意图；

图2是无电焊接型焊条构成示意图。

其中：1、堵头；2、药柱；3、纸管；4、引火冒；5、管堵头；6、套管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，本发明的无电焊接型焊条包括堵头1、药柱2、纸管3、引火帽4、管堵头5和套管6；所述堵头1与纸管3通过乳胶同轴粘接在一起，药柱2和引火冒4成型于纸管3内，所述套管6套在纸管3上，套管6一端与堵头1紧配合连接，另一端由管堵头5进行密封。药柱2的主体系为CuO+Al、Fe₂O₃+Al、SiO₂、CaO、TiO₂和硅酸盐。以质量百分比计，所述药柱的成份配比为：CuO+Al：40.03～40.60%；Fe₂O₃+Al：30.05～30.90%；CaO：12.4～13.40%；SiO₂：6.2～7.50%；CaF₂：0.5～0.90%；TiO₂：4.3～5.6%；Ni：1.02～1.40%；Mn：2～3%；Ti：2～3.4%。

本发明提出一种上述无电焊接型焊条的制备方法，具体为：将纸管3与堵头1用乳胶进行牢固粘接，然后将按比例混合的药粉进行灌装，并不断进行敦实，形成药柱2，在距纸管顶端8-10mm处，停止灌装，将引火药膏填塞进纸管，形成引火冒4，插上引火线，放入试管架，静置24小时后，观察引火冒，变干，即完成焊条制作。

本发明还提出一种上述无电焊接型焊条的焊接方法，使用时将套管6取下反装在管堵头5上作为焊接手柄；使引火冒4处在焊条最前端，实施焊接时用火源将引火冒4引燃，自蔓延反应从引火冒4开始，进而将药柱引燃，完成焊接。

本发明是将燃烧合成技术与传统的焊接技术相结合，利用燃烧合成反应放出的热量为高温热源使焊接母材局部融化，以燃烧合成反应的产物为填料，采用手工电弧焊的操作方法，实现母材的牢固连接。无电焊接型焊条是将燃烧合成反应的高热剂和必要的造渣剂、合金剂及粘接剂等均匀混合作为焊药，成型于纸质的外壳中，一端封闭，一端安装引火冒制成以普通焊条相类式的结构，也称其为燃烧型焊条。燃烧型焊条是通过特定的工艺和方法成型于纸管中的多种化学粉体混合物。涉及焊药的成份配比、焊药的成型参数（成型压力、焊药添加量等）以及主高热剂成份配比。

进一步本发明给出所述无电焊接型焊条的药柱的具体成份配比：

配比1

以质量百分比计，所述药柱2的成份配比为：CuO+Al：40.03%；Fe₂O₃+Al：30.05%；CaO：11.9%；SiO₂：6.2%；CaF₂：0.62%；TiO₂：4.4%；Ni：1.4%；Mn：2.5%；Ti：2.9%。

配比2

以质量百分比计，所述药柱2的成份配比为：CuO+Al：40.6%；Fe₂O₃+Al：30.9%；CaO：13.4%；SiO₂：7.5%；CaF₂：0.5%；TiO₂：4.3%；Ni：1.02%；Mn：3%；Ti：3.4%。

配比3

以质量百分比计，所述药柱2的成份配比为：CuO+Al：40.03%；Fe₂O₃+Al：30.3%；CaO：13.4%；SiO₂：6.2%；CaF₂：0.5%；TiO₂：4.3%；Ni：1.27%；Mn：2%；Ti：2%。

配比4

以质量百分比计，所述药柱2的成份配比为：CuO+Al：40.2%；Fe₂O₃+Al：30.7%；CaO：12.4%；SiO₂：6.2%；CaF₂：0.9%；TiO₂：4.3%；Ni：1.3%；Mn：2%；Ti：2%。

配比5

以质量百分比计，所述药柱2的成份配比为：CuO+Al：40.23%；Fe₂O₃+Al：30.05%；CaO：12.4%；SiO₂：7.5%；CaF₂：0.5%；TiO₂：4.3%；Ni：1.02%；Mn：2%；Ti：2%。

配比6

以质量百分比计，所述药柱2的成份配比为：CuO+Al：40.03%；Fe₂O₃+Al：30.05%；CaO：12.4%；SiO₂：6.2%；CaF₂：0.5%；TiO₂：5.6%；Ni：1.02%；Mn：2%；Ti：2.2%。

配比7

以质量百分比计，所述药柱2的成份配比为：CuO+Al：40.03%；Fe₂O₃+Al：30.05%；CaO：12.4%；SiO₂：6.2%；CaF₂：0.5%；TiO₂：4.3%；Ni：1.02%；Mn：2.1%；Ti：3.4%。

配比8

以质量百分比计，所述药柱2的成份配比为：CuO+Al：40.03%；Fe₂O₃+Al：30.05%；CaO：12.4%；SiO₂：6.2%；CaF₂：0.5%；TiO₂：4.3%；Ni：1.02%；Mn：3%；Ti：2.5%。

其基本原理是通过铝和氧化铜、氧化铁的还原反应，将氧化铜、氧化铁中的铜、铁还原。铝热焊剂一经点燃，燃烧就会自行进行，蔓延至整个反应体系，反应产物为Cu、Fe和Al₂O₃。两种铝热化学反应方程式为：

3CuO+2Al=3Cu+Al₂O₃+1519kJ

Fe₂O₃+2Al＝Al₂O₃+2Fe+836kJ

其中主体系为CuO+Al、Fe₂O₃+Al、SiO₂、CaO、TiO₂、硅酸盐等，同时在焊药当中添加一定量的合金剂以调整焊缝金属的合金成份，具体成份见下表。

成份	CuO+Al	Fe₂O₃+Al	CaO	SiO₂	CaF₂	TiO₂	Ni	Mn	Ti
										比例	40.23%	30.55%	12.8%	6.4%	0.5%	4.5%	1.02%	2%	2%

本发明的无电焊接型焊条的制备方法为：将纸管3与堵头1用乳胶进行牢固粘接，然后将按比例混合的药粉进行灌装，并不断进行敦实，形成药柱2，在距纸管顶端8-10mm处，停止灌装，将配置的引火药膏填塞进纸管，形成引火冒4，插上引火线，放入试管架，静置24小时后，观察引火冒，变干，即完成焊条制作。上述的引火药膏由漆片10～20克、乒乓球2只、火棉胶20～30毫升、焊药15～25克。

焊条结构如图1所示，由纸管（内管）、药柱、堵头、引火帽和套管组成。套管用来保护内管，在储存时，能够起到密封防潮的作用，在使用时将其取下反装在堵头上则成为焊接手柄；堵头能够防止焊药外逸，在实施焊接时亦为焊条与套管的连接结构；引火帽处在焊条最前端，制备和储存时，引火帽能够防止焊药从前端逸出，实施焊接时用一般火源（火柴或火机）将其引燃，自蔓延反应从引火帽开始，进而将药柱引燃，使焊接得以实现；纸管的作用为装盛焊药，使焊药能够按预期尺寸成型。

这样的结构设计可以保证无电焊接所用的焊条结构简单、操作方便。在实施焊接时不需要过多的辅助设备。另外，焊条的长度和直径可以根据不同的需要设计，以达到适应实际焊接要求的需要。使得无电焊接技术在解决问题时更加灵活，具有适应不同焊接情况针对性更强的优势。

Claims

1.一种无电焊接型焊条，其特征在于，包括堵头(1)、药柱(2)、纸管(3)、引火帽(4)、管堵头(5)和套管(6)；所述堵头(1)与纸管(3)通过乳胶同轴粘接在一起，药柱(2)和引火帽(4)成型于纸管(3)内，所述套管(6)套在纸管(3)上，套管(6)一端与堵头(1)紧配合连接，另一端由管堵头(5)进行密封；所述药柱(2)的主体系为CuO+Al、Fe₂O₃+Al、SiO₂、CaO、TiO₂和硅酸盐；所述药柱(2)的成份配比为：CuO+Al：40.03～40.60％；Fe₂O₃+Al：30.05～30.90％；CaO：12.4～13.40％；SiO₂：6.2～7.50％；CaF₂：0.5～0.90％；TiO₂：4.3～5.6％；Ni：1.02～1.40％；Mn：2～3％；Ti：2～3.4％。

2.一种权利要求1所述无电焊接型焊条的制备方法，其特征在于，将纸管(3)与堵头(1)用乳胶进行牢固粘接，然后将按比例混合的药粉进行灌装，并不断进行敦实，形成药柱(2)，在距纸管顶端8-10mm处，停止灌装，将引火药膏填塞进纸管，形成引火帽(4)，插上引火线，放入试管架，静置24小时后，观察引火帽，变干，即完成焊条制作。

3.一种权利要求1所述无电焊接型焊条的焊接方法，其特征在于，使用时将套管(6)取下反装在管堵头(5)上作为焊接手柄；使引火帽(4)处在焊条最前端，实施焊接时用火源将引火帽(4)引燃，自蔓延反应从引火帽(4)开始，进而将药柱引燃，完成焊接。