CN103639613A - 一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，该放热焊剂包括如下重量份组分：氧化铁红Fe2O30～15份、氧化铁黑Fe3O421～55份、金属铝粉末15～22份、金属铬粉末5～10份、萤石粉末4.5～7份、金属锡粉末2～3份、金属镍粉末0.1～2.5份、金属铁粉末0～15份、硅钙粉末1.1～2.5份、铁合金粉末0.5～3.5份。该放热焊剂采用铁的氧化物和铝粉为基础原料，大大降低成本，萤石(CaF2)粉末能增加熔融金属的流动性，有利于气体的排出。加入了金属铬粉末，铬可以生成稳定、致密氧化膜的金属，铬加入到铁等金属中可以显著提高其耐腐蚀能力。

Description

一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂
技术领域
本发明涉及金属焊接领域，具体涉及一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂。
背景技术
电网接地系统能确保电力系统、电气设备的安全运行，同时确保电力系统运行人员及其他人员的人身安全，所以接地系统设计是电力工程建设中非常重要的一个环节。在电网接地领域中，人们越来越关注接地网的可靠性，许多接地工程已逐步采用耐腐蚀性能较好，成本较低的铜包钢。
放热焊接是一种简单、高效率、高质量的金属连接工艺，它利用金属化合物化学反应热作为热源，通过过热的(被还原)熔融金属，直接或间接加热工作，在特制的石墨模具的型腔中形成一定形状、尺寸，符合工程需求的熔焊接头。当前，放热焊接已经普遍取代了以往金属之间的机械连接方法。
放热焊接在电力系统应用广泛。接地网采用放热焊接，可确保连接为分子结合，无腐蚀，无松弛，操作简单快捷，牢固可靠。
焊剂的成分决定着焊接接头的成分，焊接接头的熔点、导电率、机械性能又主要由接头的成分决定。焊接接头的导电性能应该满足标准Q／GDW467-2010，含焊接接头的导体的初始电阻不得大于相同长度母材电阻的1.05倍。目前放热焊接主要为以氧化铜、铜粉和氧化铝为主要原料，以追求焊接接头的高导电率，焊接接头主要以铜为主要成分。高的铜含量会要求原料成分大量使用铜粉和氧化铜粉末，且要求铜和氧化铜粉末的高纯度，氧化铜的成本在55元／kg以上，导致焊剂的成本很高，不利于放热焊接的推广。
例如申请号为CN200410021807.X，发明名称为“热熔焊料及其构成的放热熔融焊接剂”的发明专利申请，涉及一种热熔焊料，由表面氧化铜粉末、金属铜粉末、金属铝粉末、氟石粉末、锌或／和锡粉末组成，其中含氧化铜组分重量百分比为50～60％，铜组分重量百分比为20～30％；焊剂中加入较多的铜粉和氧化铜成本较高。
又如申请号为CN201110116020.1，发明名称为“一种铜覆钢／铜质接地网放热焊剂”的发明专利申请，涉及一种放热焊剂，由氧化铜、金属铜粉末、金属铝粉末、氧化铁红、氧化铁黑、硅钙粉、萤石粉末组成，其中含氧化铜组分重量百分比为20～36％，铜组分重量百分比为20～24％；焊剂中仍含有较多的铜粉和氧化铜，成本较高。而且由于焊接接头中残余部分金属铝，降低了焊接接头的熔点温度；焊接接头中含有杂质元素氢、氧、硫、磷，容易产生热裂纹和气孔，降低接头的稳定性。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种主要以铁的氧化物和铝粉为原料的放热焊剂，且加入一定量的合金粉末，对焊接接头进行合金化，提高接头的熔点、抗腐蚀性、导电性，氧化铁红Fe2O3和氧化铁黑Fe3O4的成本为6元／kg左右，大大降低了成本。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：
一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，包括如下重量份组分：
进一步的，铁基铜包钢接地网用放热焊剂，包括如下重量份组分：
Figure BSA0000098852200000022
铁合金粉末包括钼铁，其重量份为0.5～1.5份。
进一步的，氧化铁红Fe2O3纯度≥98％，粒度为100～270目。
进一步的，氧化铁黑Fe3O4纯度≥98％，粒度为60～100目。
进一步的，金属铝粉末纯度≥99％，粒度为60～120目。
进一步的，金属铬粉末纯度≥98％，粒度为40～80目。
进一步的，萤石粉末粒度为150～300目。
进一步的，金属锡粉末纯度≥99.9％，粒度为200～300目。
进一步的，金属镍粉末纯度≥99％，粒度为40～80目。
进一步的，金属铁粉末纯度≥97％，粒度为40～60目。
进一步的，硅钙粉末粒度为150～300目。
进一步的，铁合金粉末粒度为40～100目。
进一步的，钼铁粒度为60～100目，其中钼的质量百分含量为50～60％。
放热焊接的工作原理为：放热焊剂中的金属铝粉末和氧化剂之间在引燃剂的催化作用下发生氧化还原反应：
3MO+2Al=3M+Al2O3+Q(热量)
放出大量热量，生成温度2500℃～3500℃的高温铁合金溶液，隔离垫片使焊剂能够充分反应，溶液沿注入孔快速地流入溶接腔中，完成焊接。
本发明的放热焊剂中各组分的作用如下：
氧化铁(氧化铁红Fe2O3和氧化铁黑Fe3O4)与金属铝粉末(A1)：氧化还原反应的关键配料，反应生成大量热量，是反应中的热源，放热焊(铝热焊)剂中氧化铁红Fe2O3和氧化铁黑Fe3O4所占重量百分比能调节反应速度，氧化铁红Fe2O3较细，再加上氧化铁红Fe2O3激发能相对较低。
铝热反应的生成物为铁，由Cu-Fe二元相图，铝热反应生成的铁和铜包钢外层的铜形成共晶成分，形成成分范围很宽，形成的组织机械性能稳定，韧性好，且熔点高于铜的熔点，且组织的电阻能满足电阻的行业标准。铁和铜包钢内部的钢芯熔融反应，由于铁的熔点是1535℃，铜的熔点为1083℃，接头的熔点比母材金属熔化温度略高，在短时间大电流的冲击下，接头部分不会先融化，提高焊接接头的可靠性。
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。萤石粉末的加入能增加熔融金属的流动性，有利于气体如氢气的排出。
硅钙钾粉末：粉末的作用主要为脱氧，造渣，具有还原性。
金属铬粉末：铬可以生成稳定、致密氧化膜的金属，铬加入到铁等金属中可以显著提高其耐腐蚀能力。
金属锡粉末和金属镍粉末：焊接接头合金化，减少热裂纹和气孔的形成，提高焊接接头的稳定性。
铁合金粉末(钼铁等)：焊接接头合金化，提高焊接接头的稳定性和耐腐蚀性。
由于接头融合接头，焊接件没有接触表面无残余应力。
采用引燃剂引燃本发明放热焊剂时，引燃剂与放热焊剂的质量比为1：55～65。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1.本发明中的放热焊剂，铝热反应生成的铁和铜包钢外层的铜形成共晶成分，成分范围很宽，形成的组织机械性能稳定，韧性好，且熔点高于铜的熔点，且组织的电阻能满足电阻的国际标准。铁和铜包钢内部的钢芯熔融反应，由于铁的熔点是1535℃，接头的熔点比母材金属熔化温度略高，在短时间大电流的冲击下，接头部分不会先融化，提高焊接接头的可靠性。
2.本发明中的放热焊剂，采用铁的氧化物和铝粉为基础原料，大大降低成本。
3.本发明中的放热焊剂，加入了萤石(CaF2)粉末能增加熔融金属的流动性，有利于气体的排出。
4.本发明中的放热焊剂，加入了金属铬粉末，铬可以生成稳定、致密氧化膜的金属，铬加入到铁等金属中可以显著提高其耐腐蚀能力。
5.本发明中的放热焊剂，加入了金属锡粉末和金属镍粉末，焊接接头合金化，减少热裂纹和气孔的形成，提高焊接接头的稳定性。
6.本发明中的放热焊剂，由于接头融合接头，焊接件没有接触表面无残余应力。
7.本发明中的放热焊剂，形成的焊接点完整，接头表面平滑。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的说明。
实施例1：
一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，包括如下重量份组分：
Figure BSA0000098852200000041
Figure BSA0000098852200000051
钼的质量百分含量为50％。
采用引燃剂引燃本发明放热焊剂时，引燃剂与放热焊剂的质量比为1：55。
实施例2
一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，包括如下重量份组分：
Figure BSA0000098852200000052
钼的质量百分含量为55％。采用引燃剂引燃本发明放热焊剂时，引燃剂与放热焊剂的质量比为1：60。
实施例3
一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，包括如下重量份组分：
Figure BSA0000098852200000053
Figure BSA0000098852200000061
钼的质量百分含量为60％。
采用引燃剂引燃本发明放热焊剂时，引燃剂与放热焊剂的质量比为1：60。
实施例4
一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，包括如下重量份组分：
Figure BSA0000098852200000062
钼的质量百分含量为50％。
采用引燃剂引燃本发明放热焊剂时，引燃剂与放热焊剂的质量比为1：65。
实施例1一4中的放热焊焊剂的焊接效果如表1中所示
Figure BSA0000098852200000071
以上实施例组合均以普通方法搅拌混合而成，并能实现本发明的目的。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (13)

1.一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于，所述放热焊剂包括如下重量份组分：
Figure FSA0000098852190000011
2.如权利要求1所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于，所述放热焊剂包括如下重量份组分：
所述铁合金粉末包括钼铁，其重量份为0.5～1.5份。
3.如权利要求1所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于：所述氧化铁红Fe2O3纯度≥98％，粒度为100～270目。
4.如权利要求1所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于：所述氧化铁黑Fe3O4纯度≥98％，粒度为60～100目。
5.如权利要求1所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于：所述金属铝粉末纯度≥99％，粒度为60～120目。
6.如权利要求1所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于：所述金属铬粉末纯度≥98％，粒度为40～80目。
7.如权利要求1所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于：所述萤石粉末粒度为150～300目。
8.如权利要求1所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于：所述金属锡粉末纯度≥99.9％，粒度为200～300目。
9.如权利要求1所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于：所述金属镍粉末纯度≥99％，粒度为40～80目。
10.如权利要求1所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于：所述金属铁粉末纯度≥97％，粒度为40～60目。
11.如权利要求1所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于：所述硅钙粉末粒度为150～300目。
12.如权利要求1所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于：所述铁合金粉末粒度为40～100目。
13.如权利要求2所述的一种铁基铜包钢接地网用放热焊剂，其特征在于：所述钼铁粒度为60～100目，其中钼的质量百分含量为50～60％。
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