CN103506755B - 一种铁基无电焊接装置 - Google Patents

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Abstract

一种铁基无电焊接装置，主体是装有铁基焊剂的抛弃式模具。铁基焊剂含：三氧化二铁粉末48%～57%、金属铝粉末15%～25%、金属镍粉末0.2%～2.8%、萤石粉末0.5%～4%、二氧化硅粉末1%～6%、氧化钙粉末3.1%～8.2%、金属铁粉末12%～21%。抛弃式模具由合脂油与标准砂混合后一次压制并烘干成型。焊剂的主要成分为氧化铁与铁粉并含少量镍粉，通过引燃后的自蔓延反应，在焊接点处生产铁镍合金。该合金与接地装置的母材钢电极电位相近，不会引起母材的电偶腐蚀。模具保温效果好，价格低廉，一次性使用减少清理、开模、装模等环节，节约了时间，降低了人员烫伤风险。焊剂反应速度在45秒～60秒，长于普通自蔓延焊接20秒，减少反应产物飞溅的可能性，便于撤离安全性好。

Description

一种铁基无电焊接装置
技术领域
本发明涉及野外、无电环境，特别是电力系统防雷接地装置与设施焊接过程中的自蔓延与焊接技术领域，具体地说是基于自蔓延技术的一种铁基防雷接地装置无电焊接装置，主要应用于输电线路杆塔的钢制接地装置、变电站钢制接地网、野外及无电环境钢制接地装置的焊接实施。
背景技术
我国自上世纪50～60年代确定以钢材代替铜材作为主要接地材料以来，我国防雷地网接地材料中，钢材被广泛使用，其中镀锌钢的使用范围达到90％以上。
钢制地网由多段圆钢通过焊接的方法制成，野外焊接实施过程中，将焊接设备运到施工现场的难度大，维持电源持续供电所需物资不易到达施工现场，焊接过程对工人的技术要求较高，这使得野外实施焊接的成本高。目前，基于自蔓延技术的，应用于钢制地网野外焊接施工的无电焊接材料，主要是铜基材料，其优势在于可以不依赖于外界能源，实施无电焊接，较传统焊接技术比较，更适合野外焊接环境，但是现有产品存在成本高、操作工序复杂、操作不便等不足。如：国产的无电焊接材料，每个焊接点所需成本约￥40～￥50；焊药反应后生成的焊接接头为铜合金，容易与母材形成原电池，加剧钢制地网的腐蚀；模具为高强度石墨材质，使用前需要清理、预热，焊药反应后，需要在适当时机开模，开模时机不当，会使焊接失败或模具报废；焊药反应速度较快，工人在点燃焊药后，撤离时间较短；在清理模具、点燃焊药和开模环节，容易出现烫伤等。上述诸方面不足，制约了现有无电焊接材料的推广与应用。由此可见，研究一种适用于野外环境的无电焊接材料，此种材料以铁基材料为焊接接头材质，焊接成本更加低廉、操作工序简单，能够降低操作的难度、劳动强度，最终将使得无电焊接技术在钢制地网焊接施工中得到推广应用，产生广泛的社会效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铁基无电焊接装置及其抛弃式模具的制作方法，解决现有相关产品成本高、操作工序复杂、操作不便等问题。本发明针对现有技术的缺陷，提供一种成本低、操作简便、安全性好；能改善由于异种材料“电位差”引起的母材的腐蚀，从而能够改善材料埋地腐蚀情况的无电焊接材料。
为解决上述技术问题，本发明提供一种铁基无电焊接装置，其包括抛弃式模具及装在抛弃式模具中的铁基焊剂，铁基焊剂连接有引火线。
所述铁基焊剂，其组分及质量比如下：三氧化二铁粉末48％～57％、金属铝粉末15％～25％、金属镍粉末0.2％～2.8％、氟化钠粉末1.9％或2.0％、二氧化硅粉末1％～6％、氧化钙粉末3.1％～8.2％、金属铁粉末12％～21％。
所述铁基焊剂，其三氧化二铁粉末粒度在50-200目，纯度≥96％；金属铝粉末在50～200目，纯度≥96％；金属镍粉末在50～150目，纯度≥96％；氟化钠粉末在40～150目，纯度≥96％；二氧化硅粉末在40～100目，纯度≥96％；氧化钙粉末在40～100目，纯度≥96％；金属铁粉末在50～200目，纯度≥96％。
所述抛弃式模具，其主体上部设置用于盛装铁基焊剂的开口容器，开口容器下部呈漏斗形，开口容器下部通过自熔塞经浇注通道连接焊点成型腔体，焊点成型腔体两侧分别设置用于固定被焊接圆钢的通孔。
所述抛弃式模具，由合脂油与标准砂混合后，一次压制并烘干成型，其组分质量比如下：合脂油1％～7％，标准砂93％～99％。
所述抛弃式模具，由合脂油与粒径为0.15mm～0.3mm的标准砂，经过混合、压制、烘干而成。
铁基焊剂也称无电焊接焊药(剂)，由粉末状的高热剂、合金剂、造渣剂混合而成，焊药被引燃后发生自蔓延反应，生成焊接所需要的合金和足够的热量；抛弃式模具由合脂油材质的砂模，按照实际需求一次压型烧制而成，在实际焊接中为焊药提供燃烧室、浇注通道和焊接接头成型所需要的腔体空间，同时起到保温的作用；自熔塞与模具燃烧室锥度一致，由低碳钢薄板一次冲压成型，在焊药反应时，延迟反应后的混合物过早进入模具的成型空间，待有效合金与熔渣完全分离后，自熔塞被熔化，进而完成焊接过程。
由于本发明的焊药被点燃后发生自蔓延反应，反应产物通过熔池的冶金反应后分为底层用于实施焊接的铁合金与上层用于保温熔渣，在适当时机，自熔塞熔化，液相合金浇注到模具的成型腔体空间当中，通过保温最终实现焊接目的。
本发明的焊药成份采用铁基材料，焊接接头为铁合金，与母材的活泼型接近，降低了电化学腐蚀的程度，使地网金属进一步得到了保护。
通过控制反应物的粒度和添加金属粉末，有效地降低了反应的剧烈程度。尤其是控制三氧化二铁(Fe2O3)粉末与铝(Al)粉的粒度，使其以适当的比表面积参加反应，保证反应速度在45秒～60秒之间；另外，合理选择金属粉末作为添加剂，在满足合金成分要求的同时，也能够有效地降低反应速度，使反应时间充足，减少反应物飞溅的可能性，便于施工人员撤离，增加施工操作的安全性。
尤其是，本发明合脂油成份的抛弃式模具，使用前不需要清理，预热，使用后不用开模；成本低廉，可以一次性使用；操作环节少，焊接点之间的等待周期短，焊接效率高。降低施工的难度与成本，降低了铜基焊剂焊接可能会引起钢制接地装置加速腐蚀的可能性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明中合脂油成份模具与自熔塞结构示意图。
图2为本发明中实施焊接过程中的装配示意图。
具体实施方式
下述实施例中的三氧化二铁(Fe2O3)纯度≥96％，粒度为80目；铝粉(Al)纯度≥96％，粒度为100目；镍粉(Ni)纯度≥96％，粒度100目；氟化钠(NaF)为分析纯，过40目筛；二氧化硅(SiO2)为分析纯，过40目筛；氧化钙(CaO)为分析纯，过40目筛；铁粉(Fe)纯度≥96％，粒度为100目。
实施例1：
一种铁基防雷接地装置无电焊接焊剂，组分及其重量百分比为：
实施例2：
一种铁基防雷接地装置无电焊接焊剂，组分及其重量百分比：
实施例3：
一种铁基防雷接地装置无电焊接焊剂，组分及其重量百分比为：
实施例4：
一种铁基防雷接地装置无电焊接焊剂，组分及其重量百分比为：
以下结合附图的具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
附图1标记说明如下：
可抛弃式模具1；自熔塞2；被焊接圆钢3、4；焊点成型腔体5；焊药6；引火线7。
本发明具体实施方式如下：
按照附图2示意，将自熔塞2、焊药6、引火线7、被焊接圆钢3、4，分别安装到可抛弃式模具1当中；
用一般火源引燃引火线7、由引火线7引燃焊药6，使之在可抛弃式模具1发生自蔓延反应；
在焊药6发生自蔓延反应初期，自熔塞2阻隔反应产物进入焊点成型腔体5当中，是反应产物可以在可抛弃式模具1上半部分进行充分的冶金反应，并且使反应生成的金属合金与熔渣有效分离；
焊药6发生自蔓延反应生成的金属合金与熔渣有效分离后，自熔塞2被液相金属熔融，随液相金属一同进入焊点成型腔体5当中，对被焊接圆钢3、被焊接圆钢4进行焊接；
当焊药6发生自蔓延反应生成的液相进入焊点成型腔体5后，可抛弃式模具1对其进行保温保护，最终达到焊接目的；
当焊药6发生自蔓延反应后的生成物降至室温时，将可抛弃式模具与被焊接圆钢3和被焊接圆钢4一并埋置。
实施例1－4中的放热焊接的焊接效果如表1所示。
表1
铁基焊剂材料的焊药反应速度在45秒～60秒之间，反应时间充足，便于施工人员撤离，适于工程实际操作需要。
抛弃式模具简化了装填过程，剩去了清理模具、焊前预热模具和焊后开模的环节，降低了对施工人员技术的要求，节约了施工人员时间，使之更便于在实际工程中推广应用。

Claims (2)

1.一种铁基无电焊接装置，其特征在于，其包括抛弃式模具及装在抛弃式模具中的铁基焊剂，铁基焊剂连接有引火线；
所述抛弃式模具，其主体上部设置用于盛装铁基焊剂的开口容器，开口容器下部呈漏斗形，开口容器下部通过自熔塞经浇注通道连接焊点成型腔体，焊点成型腔体两侧分别设置用于固定被焊接体的通孔；
所述铁基焊剂，其组分及质量比如下：三氧化二铁粉末48％～57％、金属铝粉末15％～25％、金属镍粉末0.2％～2.8％、氟化钠粉末1.9％或2.0％、二氧化硅粉末1％～6％、氧化钙粉末3.1％～8.2％、金属铁粉末12％～21％；
所述铁基焊剂，其三氧化二铁粉末粒度在50-200目，纯度≥96％；金属铝粉末在50～200目，纯度≥96％；金属镍粉末在50～150目，纯度≥96％；氟化钠粉末在40～150目，纯度≥96％；二氧化硅粉末在40～100目，纯度≥96％；氧化钙粉末在40～100目，纯度≥96％；金属铁粉末在50～200目，纯度≥96％。
2.如权利要求1所述的铁基无电焊接装置的抛弃式模具制作方法，其特征在于，所述抛弃式模具，由合脂油与标准砂混合后，一次压制并烘干成型，其组分质量比如下：合脂油1％～7％，标准砂93％～99％；
合脂油与粒径为0.15mm～0.3mm的标准砂，经过混合、压制、烘干而成。
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