CN103962749B

CN103962749B - 一种无电焊条

Info

Publication number: CN103962749B
Application number: CN201410218231.XA
Authority: CN
Inventors: 张国栋; 杨辉; 肖亚东; 李莉; 张晖; 邱智华; 张雅芝
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Chengdu Galaxy Power Co., Ltd.
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2034-05-22
Also published as: CN103962749A

Abstract

本发明属于特种焊接技术领域，涉及一种无电焊条，由药管、焊药、引火帽、夹持端、套管组成，所述焊药装载于药管中，所述药管的一端与夹持端连接，药管的另一头塞入引火帽进行封装，药管和引火帽装入一端封闭的套管中。焊药以质量百分比计，各组分的配比为：CuO粉58.0%-70.0%、Al粉13.0%-18.0%、Si-Ca合金粉5.0%-6.7%、CaF₂粉5.0%-6.3%、B粉0.7%-1.5%、Fe粉4.8%-9.5%、Mn粉0.4%-1.0%。焊条体积小，方便携带，制作所用材料易得，价格低廉，焊接操作简单，可实现普通钢、不锈钢、铜等多种材料的焊接。

Description

一种无电焊条

技术领域

本发明属于特种焊接技术领域，涉及一种焊条，尤其是一种适用于普通钢、不锈钢、铜等材料焊接的无电焊条。

背景技术

焊接技术是民用、工程机械及军事装备与制造、抢修及应急维修安装的重要手段。传统的焊接方式主要采用电焊、气焊等方式，但是焊条电弧焊需要能够输出千瓦以上功率的焊接电源和沉重的电焊机，气焊则需要储存氧气和乙炔等可燃性气体的高压专用设备，牵连工程极大，且操作者必须受过专门的训练。这极大地限制了在野外、停电、雨雪天气等情况下应急焊接抢修任务机动、灵活、高效的展开。此外，在高空、地下、水下等一些能源不方便供应的极端特殊条件下，这些传统的应急维修方法也无法有效施展。在地震、火灾等抢险救灾，消防破拆中，亦迫切需要一种无需外界任何能源和设备，且使用方便的切割工具。

此外，传统焊接方法耗能较高，污染严重，在能源日益紧张，环境保护日益受到重视的今天，传统焊接方法的应用也受到了一定程度的限制。因此开发一种无需外界能源和大型设备、使用方便、操作简单、高效、节能的新型焊接技术和焊接材料，弥补传统焊接技术的不足已显得非常必要。

为满足社会发展对焊接技术提出的上述需求，很多学者投入了该领域的研究中。并取得了一些研究成果。专利CN200810227057.X提出了一种手工热剂焊条，利用铝热焊的基本原理，将高热剂（CuO粉、Cu₂O粉、NiO粉、Fe₂O₃粉和Al粉），造渣剂（B₂O₃粉、SiO₂粉、CaO粉和CaF₂粉），合金剂（Fe粉、Mn粉和Si粉）按照一定比例采用球磨机混合均匀，成型于纸质圆筒内，再装上其他部件构成热剂焊条。然而，此专利存在焊粉成分复杂，制造工序繁琐，成本较高，套筒固定在堵头上后容易脱落等缺点。实用新型ZL200620024766.4发明了一种袖珍式焊笔，由笔管、药筒、锥形助燃罩、引火头、阻燃头、引燃段等部分组成，药筒里面的铝热剂含有铝粉、镁粉、钛粉、铁的氧化物和用作粘接剂的二甲基硅氧烷，药筒的成分类似焊条药皮成分，包括硅酸盐、碳酸盐、二氧化钛、锰铁及钛铁矿等。此专利把造渣剂单独成型为药筒的形式，同时铝热剂里面含有较贵重的钛粉，成本较高。发明名称为一种无电焊接型焊条及其制备和焊接方法，申请号为201210391069.2的专利同样也存在焊药成分复杂，铝热剂含有贵重金属粉末，成本较高等问题。专利201110126018.2公布了一种便携式焊笔及其制备方法，其采用CuO粉和Al粉作为放热剂，CaF₂和CaSO₄作为造渣剂，锰铁粉和镍铁粉作为合金剂，该专利所用物料大多采用工业用料，虽降低了焊药成本，但同时在焊缝中引入过多的杂质元素，严重破坏焊缝力学性能，并且该便携式焊笔所用套筒与夹持端采用螺纹配合，虽配合可靠，但却显著延长了加工工序，增大了加工难度。发明名称为简易无电焊笔及其制备方法，申请号为201210159201.7的专利公开了一种简易无电焊笔，其焊药组成包括CuO粉、Al粉、KClO₃粉、KNO₃+S+C混合粉、CaF₂粉、CaSO₄粉、Fe粉、Mn粉。该焊药成分及其复杂，且KClO₃是一种敏感度极高的炸响剂，与焊药中的S等粉末混合会形成爆炸性混合物，危险性极高。同时，KNO₃+S+C混合粉会发生黑火药反应，生成N₂和CO₂，对液态金属产生冲击作用，导致焊接飞溅较严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种焊条结构紧凑、焊药成分简单、焊接反应平稳、安全、可靠的新型无电焊条。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种无电焊条，由药管、焊药、引火帽、夹持端、套管组成，所述焊药装载于药管中，所述药管的一端与夹持端连接，药管的另一头塞入引火帽进行封装，药管和引火帽装入一端封闭的套管中。

所述引火帽是将铝热焊引火粉与粘结剂混匀，压制成型为高3-5mm的圆柱体，并插上烟花引线制成。其中粘结剂的量不可过多，应以保证铝热焊引火粉润湿，能压制成块为宜。

所述套管内径大于药管外径1-2mm,长于药管3-4mm。套管在焊条的储存运输过程中，套在药管外起保护作用，焊条使用时，抽出套管，反套于夹持端一侧，可做焊接手柄之用。

所述夹持端呈圆台状，上底面直径小于套管内径1-2mm,下底面直径大于套管内径1-2mm。

所述药管是由普通办公用纸卷制而成，直径12-14mm，长度130-180mm。

所述焊药由高热剂、造渣剂、合金剂和稀释剂组成。以质量百分比计，各组分的配比为：CuO粉58.0%-70.0%、Al粉13.0%-18.0%、Si-Ca合金粉5.0%-6.7%、CaF₂粉5.0%-6.3%、B粉0.7%-1.5%、Fe粉4.8%-9.5%、Mn粉0.4%-1.0%。

所述焊药目数在150目-200目之间为宜。

本发明提出的新型无电焊条的制备方法具体为：（1）按照所述的质量百分比称取各物料，于混粉机中混合，即可制得焊药；（2）将焊药装入与夹持端堵头封闭的药管中，并不断敦实，距离药管端口4-6mm处停止装药；（3）在药管端口塞入引火帽，保证引火帽与焊药紧密接触；（4）将药管装入套管中，即可完成焊条的制作。

本发明还提出了针对该无电焊条的使用方法：取下焊条的套管，将夹持端的圆台紧塞于套管中，手持套管，引火帽正对待焊部位，用火柴或打火机点燃引火帽上的烟花引线，经过数秒，引火帽发生燃烧反应，放出大量热，足以引起焊药发生放热反应。焊接时将焊条后倾，焊接倾角在80°左右为宜，焊条焰长6mm左右，焊接速度在6-9mm/s。焊接过程中，焊药发生铝热反应放出大量热，使母材待焊部位熔化，反应生成的金属液与熔化的母材混合填充于焊缝，凝固后即可形成牢固的焊接接头。本发明所提出的无电焊条目前可焊接厚度为3-5mm的普通钢板、不锈钢板和铜板。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果和优势：

（1）本发明提出的无电焊条利用焊药发生铝热反应放出的大量热熔化母材待焊部位，反应生成的金属液与熔化的母材混合填充于焊缝，凝固后形成牢固的焊接接头。该焊条无需任何外界能源和设备，充分利用了材料合成中的化学能，节约能源，绿色环保。

（2）采用Si-Ca合金粉作为造渣剂，一方面Si、Ca发生氧化反应，放出大量热能，增加焊接热量；同时吸收熔池中的氧，担当了脱氧剂的角色；另一方面，该氧化反应生成SiO₂、CaO，与Al₂O₃形成焊接渣系，有效改善了焊接脱渣性。

（3）在焊接技术中，B元素多用于喷焊和等离子堆焊等领域，起到调节焊层硬度或与Si联合改善粉末雾化工艺和等离子弧堆焊工艺性的作用，但在无电焊条的研制中却未见到有关B的记录。本发明将B添加到无电焊条焊药中，经过实验验证，发现B一方面可以有效改善反应剧烈程度，使焊接反应平稳进行，提高焊接操作的可控性和安全性，另一方面，B与氧的亲和力较大，在焊接过程中起到很好的脱氧效果；同时生成的脱氧产物与其它合金的氧化物在焊缝表面化合形成一层极薄的均匀保护膜,从而阻止了空气中的N₂、O₂等有害气体的渗入。

（4）堵头夹持端圆台形设计可保证堵头与套管之间紧密配合，避免焊条滑离套管，且加工简单。

（5）焊条体积小，方便携带，操作简单，且焊条制作所用材料易得，价格低廉。

附图说明

图1为本发明提出的无电焊条的结构示意图。

图中编号：1-药管，2-焊药，3-引火帽，4-夹持端，5-套管。

具体实施方式

一种无电焊条，由药管1、焊药2、引火帽3、夹持端4、套管5组成，所述焊药2装载于药管1中，所述药管1的一端与夹持端4连接，药管1的另一头塞入引火帽3进行封装，药管1和引火帽3装入一端封闭的套管5中。

所述药管1采用普通办公用纸卷制而成，起封装焊药作用；所述套管5采用市售PVC管，一方面对强度较低的药管和引火帽起到保护作用，方便焊条的运输和储存，另一方面在焊接过程中作焊接手柄用，增加焊接操作的安全性。所述夹持端4均采用普通塑料车制而成，夹持端为圆台状，圆台上底面直径小于套管内径1-2mm,下底面直径大于套管内径1-2mm，该设计使得套管与堵头能够更加方便地紧密接触，防止焊接过程中焊条滑离套管，且加工容易。管堵头为直径与套管内径匹配的塑料圆片，起封装套管作用。

所述引火帽是由铝热焊引火粉与粘结剂混合，压制成型为底面直径与药管内径相同，高3-5mm的圆柱体，并插上烟花引线制成。火柴或打火机点燃引线，经过2-3s，引火帽发生燃烧反应，产生的热量可直径引起焊药的放热反应。

所述焊药2的成分包括高热剂，造渣剂、合金剂和稀释剂，其中高热剂的成分为CuO粉58.0%-70.0%、Al粉13.0%-18.0%；造渣剂的成分为Si-Ca合金粉5.0%-6.7%；合金剂的成分为Fe粉4.8%-9.5%、Mn粉0.4%-1.0%；稀释剂的成分为CaF₂粉5.0%-6.3%、B粉0.7%-1.5%。

该发明所提出的无电焊条以手工自蔓延焊接技术为理论指导，焊接所需要的热量来自高热剂，即CuO粉和Al粉的燃烧合成反应，该反应释放的热量大，燃烧温度高，燃烧波传播速度快，足以使得待焊母材局部熔化或软化，反应生成的金属Cu液与熔化的母材混合填充于焊缝，凝固后即可形成牢固的焊接接头。造渣剂的成分为Si-Ca合金粉，Ca、Si可以降低熔渣的凝固点和密度，但由于Ca非常活泼，极易与O₂、H₂O等反应，不安全，所以Ca和Si以硅钙合金粉的形式引入。一方面Si、Ca发生氧化反应，放出大量热能，增加了焊接热量；同时，这两种元素中全部的Ca和大部分的Si都会在反应中被氧化，充当了脱氧剂的角色；另一方面，该氧化反应生成SiO₂、CaO，与CaF₂、Al₂O₃一起形成CaO-SiO₂-Al₂O₃-CaF₂焊接熔渣，该熔渣属于盐-氧化物型渣系，具有密度小、熔点低、黏度适中、排气性良好的特点。高温下，该熔渣浮在液态金属的表面，使液态金属与空气隔离，避免了其中的合金元素氧化烧损，防止气相中的氢、氮、氧、硫等直接溶入，并减少液态金属的热损失。凝固后的熔渣形成的渣壳覆盖在焊缝上，继续保护处在高温下的焊缝金属免受空气的有害作用。硼在焊药中的主要作用是改善反应剧烈程度，使焊接反应平稳进行，提高焊接操作的安全性。同时，在焊接过程中硼可以俘获氧化气氛，在熔池中可与熔池中的氧作用，具有极佳的脱氧作用。脱氧产物与其它合金的氧化物化合形成一种低熔点的硼硅酸盐的玻璃状复杂化合物,在熔池的强烈搅拌下浮到焊缝的表面,形成一层极薄的均匀保护膜,从而阻止了空气中的N₂、O₂等有害气体的渗入。CaF₂有效降低了焊缝合金与焊接母材之间的表面张力，增加了金属液和熔渣的流动性，改善了焊缝合金的铺展填缝能力。在焊药中添加合金剂的目的是改变反应过程中金属液的流动和成型机理，改善焊缝合金的显微组织和力学性能，提高焊接接头的寿命。焊药中添加Fe作为合金剂，一方面是为了改善焊缝金属与母材的焊接相容性和物化相容性，另一方面，将焊缝金属由纯铜转变为铜合金，优化接头力学性能；Mn具有提高焊缝金属强度的作用。

通过以下实施例的说明将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。

实施例1：

药管尺寸：直径12mm,长度130mm；焊药配方：按质量百分比计，CuO粉58.0%、Al粉18.0%、Si-Ca合金粉6.7%、CaF₂粉5.8%、B粉1.0%、Fe粉9.5%、Mn粉1.0%。待焊母材：两块70mm×30mm×3mm的Q235钢板进行平板对焊；工艺参数：焊接倾角80°，焊条焰长6mm左右，焊接速度9mm/s；焊接效果：焊缝成型良好，达到单面焊双面成型效果。

实施例2：

药管尺寸：直径12mm,长度140mm；焊药配方：按质量百分比计，CuO粉62.0%、Al粉15.5%、Si-Ca合金粉6.0%、CaF₂粉6.3%、B粉0.7%、Fe粉9.0%、Mn粉0.5%；待焊母材：两块70mm×30mm×5mm的Q235钢板进行平板对焊；工艺参数：焊接倾角80°，焊条焰长6mm左右，焊接速度8mm/s；焊接效果：焊缝成型良好，达到单面焊双面成型效果。

实施例3：

药管尺寸：直径12.5mm,长度150mm；焊药配方：按质量百分比计，CuO粉66.0%、Al粉17.0%、Si-Ca合金粉5.0%、CaF₂粉5.5%、B粉0.8%、Fe粉5.2%、Mn粉0.5%；待焊母材：两块70mm×30mm×3mm的不锈钢板进行平板对焊；工艺参数：焊接倾角80°，焊条焰长6mm左右，焊接速度7mm/s；焊接效果：焊缝成型良好，达到单面焊双面成型效果。

实施例4：

药管尺寸：直径13mm,长度160mm；焊药配方：按质量百分比计，CuO粉67.0%、Al粉16.0%、Si-Ca合金粉5.3%、CaF₂粉5.0%、B粉0.9%、Fe粉5.3%、Mn粉0.4%；待焊母材：两块70mm×30mm×5mm的不锈钢板进行平板对焊；工艺参数：焊接倾角80°，焊条焰长6mm左右，焊接速度7mm/s；焊接效果：焊缝成型良好，达到单面焊双面成型效果。

实施例5：

药管尺寸：直径13.5mm,长度170mm；焊药配方：按质量百分比计，CuO粉68.0%、Al粉14.0%、Si-Ca合金粉6.0%、CaF₂粉5.2%、B粉1.2%、Fe粉5.0%、Mn粉0.6%；待焊母材：两块70mm×30mm×3mm的铜板进行平板对焊；工艺参数：焊接倾角80°，焊条焰长6mm左右，焊接速度6mm/s；焊接效果：焊缝成型良好，达到单面焊双面成型效果。

实施例6：

药管尺寸：直径14mm,长度180mm；焊药配方：按质量百分比计，CuO粉70.0%、Al粉13.0%、Si-Ca合金粉5.0%、CaF₂粉5.2%、B粉1.5%、Fe粉4.8%、Mn粉0.5%；待焊母材：两块70mm×30mm×5mm的铜板进行平板对焊；工艺参数：焊接倾角80°，焊条焰长6mm左右，焊接速度6mm/s；焊接效果：焊缝成型良好，达到单面焊双面成型效果。

Claims

1.一种焊药，其特征在于，以质量百分比计，各组分的配比为：CuO粉58.0%-70.0%、Al粉13.0%-18.0%、Si-Ca合金粉5.0%-6.7%、CaF₂粉5.0%-6.3%、B粉0.7%-1.5%、Fe粉4.8%-9.5%、Mn粉0.4%-1.0%。

2.一种无电焊条，由药管（1）、焊药（2）、引火帽（3）、夹持端（4）、套管（5）组成，所述焊药（2）装载于药管（1）中，所述药管（1）的一端与夹持端（4）连接，药管（1）的另一头塞入引火帽（3）进行封装，药管（1）和引火帽（3）装入一端封闭的套管（5）中；其特征在于，所述焊药为权利要求1所述的焊药。

3.根据权利要求2所述的无电焊条，其特征在于，所述焊药目数在150目-200目之间。

4.根据权利要求2所述的无电焊条，其特征在于，所述引火帽是由铝热焊引火粉与粘结剂混合，压制成型为高3-5mm的圆柱体，并插上烟花引线制成。

5.根据权利要求2所述的无电焊条，其特征在于，所述夹持端呈圆台状，上底面直径小于套管内径1-2mm,下底面直径大于套管内径1-2mm。

6.权利要求2所述的无电焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按照所述的质量百分比称取各物料，于混粉机中混合，即可制得焊药；（2）将焊药装入与夹持端堵头封闭的药管中，并不断敦实，距离药管端口4-6mm处停止装药；（3）在药管端口塞入引火帽，保证引火帽与焊药紧密接触；（4）将药管装入套管中，即可完成焊条的制作。