CN104439756B - 一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体及其制备方法与使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体，其包括基本配方组合物和粘结剂，所述粘结剂与基本配方组合物的重量比为26：100。此外还提供一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法及该焊接膏体的使用方法。本发明涉及的焊接膏体采用硼粉等新的还原剂作为燃烧成分，引燃后高放热性的反应物释放出的热能足以使燃烧产物铜、铁等熔焊材料与受焊母材通过润透、扩散及反应结晶等机制实现冶金结合从而完成自动焊接，可在无外接电源、气源和其它能源、无任何设备和工具情况下、及任何特殊地方和天气条件下实现高效简便地完成碳钢类金属焊接工作。

Description

一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体及其制备方法与使用方法

技术领域

本发明属于金属焊接领域，涉及金属焊料，特别涉及一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体及其制备方法与使用方法。

背景技术

中国是世界上最大的焊接钢制造国，以焊接为主要工艺技术的企业就有约7000家，焊接技术在许多领域发挥不可或缺的重大作用。现代先进技术，如激光与电弧复合热源焊接、等离子弧焊接、精细等离子弧切割、数控切割系统等都己得到广泛应用。但是，在进行焊接操作是上述工艺方法均无一例外的需要设备和附加工具，以及大量的能源。传统的电焊、气焊等方法同样具有在无外接电源、气源和其它能源、没有任何设备和工具，以及在恶劣天气条件下和难以到达的地方无法工作的致命缺点。常用的铝热焊是利用金属氧化物和金属铝之间的化学反应热作为热源来加热金属而实现焊接的方法。焊接时，必须预先把待焊两工件的端头固定在铸型内，然后把铝粉和氧化铁粉混合物（称铝热剂）放在坩埚内加热，使之发生还原放热反应，成为液态金属（铁）和熔渣（主要为Al2O3），注入铸型。液态金属流入接头空隙，形成焊缝金属。铝热焊虽然具有不需要电源、使用方便等特点，但也有必须使用铸型模具和坩埚等设备的缺点。国内外，如美国、俄罗斯、日本等国都在研发新型的焊接技术，如自蔓延焊接技术。自蔓延焊接技术是在待拟焊接的两块材料之间添进合适的能燃烧反应的原料，并要以一定的压力夹紧拟焊材料，待燃烧反应过程完成后才能实现两块材料的焊接。

因此寻求一种无需外接电源、气源（如氧气、乙炔气、氢气）和其它能源、可在没有任何设备和工具的情况下，及任何特殊需要的地方（如高空、地下和难以到达的地方）和天气条件下（如大雨、大雪、大雾）完成金属焊接的焊接技术成为了行业内的研究热点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种与传统焊接材料完全不同的膏状金属焊材，即一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体：该焊接膏体采用硼粉等新的还原剂作为燃烧成分，引燃后高放热性的反应物释放出的热能足以使燃烧产物铜、铁等熔焊材料与受焊母材通过润透、扩散及反应结晶等机制实现冶金结合从而完成自动焊接，可在无外接电源、气源和其它能源、无任何设备和工具情况下、及任何特殊地方和天气条件下实现高效简便地完成碳钢类金属焊接工作。

其次提供一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法。

此外还提供一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的使用方法。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体，其特征在于，其包括基本配方组合物和粘结剂，所述粘结剂与基本配方组合物的重量比为26：100；所述基本配方组合物的组分包括硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾，以上各组分的重量百分比分别为：硼粉7.8-8.3%、氧化铜86.0-87.0%、三氧化二铁2.2-2.9%、硝酸钾2.8-3.0%；所述粘结剂的组分包括乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素，以上各组分的重量百分比分别为：乙二醇53.8-54.2%、高氯酸钠45.0-45.2%、氢氧化乙基纤维素0.8-1.0%。

在其中一个实施例中，所述基本配方组合物各组分的重量百分比分别为：硼粉8.2%、氧化铜86.0%、三氧化二铁2.9%、硝酸钾2.9%；所述粘结剂各组分的重量百分比分别为：乙二醇54.0%、高氯酸钠45.1%、氢氧化乙基纤维素0.9%。

所述基本配方组合物的各组分为粉末颗粒状，且粒径为4-200μm，湿度小于其质量的0.1%。

如权利要求1-3所述任意一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）基本配方组合物的配制：将硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾分别经干燥、粉碎、筛分后按比例混合，并搅拌均匀得到基本配方组合物；

2）粘结剂的配制：将乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素按比例混合，并搅拌均匀得到粘结剂；

3）焊接膏体的制备：将上述粘结剂与粉末颗粒状基本配方组合物按重量比26：100混合，并搅拌均匀得到焊接膏体。

较佳实施情况下，所述步骤1）中的干燥工序具体操作为将基本配方组合物的各组分于100-110℃温度下干燥不少于1h。

所述制备得到的焊接膏体包装入牙膏状容器或罐体容器或压力喷涂器里或纸质包装中。

如权利要求1-3所述的任意一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：受焊母材水平放置或与水平呈45度角的倾斜放置，可进行对接焊接或搭接焊接；接焊时根据受焊母材金属的厚度，适量涂敷在其间焊缝上；将引线插入涂敷在焊缝处的膏体中，当点燃引线后，焊接材料被引燃实现焊接工作自动进行；焊接膏体燃烧完毕，焊接工作即告结束，轻敲焊缝表面的熔渣后即可得到光滑和高强度的焊缝。

所述引燃焊接膏体的引线自燃温度不低于200℃，燃烧速度为5mm/s，直径为1.5-2.5mm。

较佳实施情况下，所述引燃焊接膏体的引线为鞭炮引线。

上述用于焊接碳钢类金属的焊接膏体实现自动焊接的基本原理为氧化—还原反应作用，如下所示：

当点燃插入涂敷在焊缝处的膏体端部的引线后，焊接材料引燃后高放热性的反应物成分释放出足够的热能，其燃烧温度高达2050-2300℃，形成作为焊接热源的燃烧高温，足以使铜、铁等燃烧产物作为熔焊材料与局部熔化的受焊母材通过润透、扩散及反应结晶等机制实现冶金结合，实现焊接工作自动进行。同时硝酸钾受热放出氧气，氧气具有助燃作用，利于自动焊接持续进行。焊接膏体燃烧完毕，焊接工作即告结束，在轻敲焊缝表面的熔渣后即可得到光滑和高强度的焊缝。由于膏体被引线引燃后其燃烧温度高达2050-2300℃，所以膏体燃烧时用水不可浇灭，只能用砂或土。

本发明的有益效果：本发明提供一种与传统焊接材料完全不同的膏状金属焊材，即一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体：该焊接膏体采用硼粉等新的还原剂作为燃烧成分，高放热性的反应物成分释放出足够的热能，其燃烧温度高达2050-2300℃，形成作为焊接热源的燃烧高温，足以使铜、铁等燃烧产物作为熔焊材料与受焊母材通过润透、扩散及反应结晶等机制实现冶金结合从而完成自动焊接。且焊接膏体在使用时根据受焊毌材金属的厚度，适量均匀涂敷在其间焊缝上，燃烧时具有稳定的燃烧速度，反应过程不会过于剧烈，又不会过低或过慢，整个焊接过程更加容易控制。焊后不需要清除受焊母材金属表面锈迹，焊接排渣性能好，焊接燃烧产物无毒无害，产品制造无爆燃危险，符合环保要求。

本发明的焊接膏体便于随身携用，可在无外接电源、气源（如氧气、乙炔气、氢气）和其它能源、无任何设备和工具的情况下，及任何特殊地方（如高空、地下和难以到达的地方）和天气条件（如大雨、大雪、大雾）下实现高效简便地完成金属焊接工作。它只需要普通太阳镜和手套作为防护工具，以及火柴或打火机，甚至烟头都可作为焊接工作的引燃火源。焊接膏体一经点燃，自身释放的化学热能足以进行自动焊接，不需任何其它外部能量补充，甚至非专业人员也可使用本发明产品进行焊接工作。本发明制备的焊接膏体具体能觧决如下问题：1）野外条件下和难以到达地方的安装和修理，农机具的田间修理；2）反恐、消防、救援和紧急条件下的抢险、维修工作；3）野战条件下军械装备的应急修理；4）船舶、铁路和汽车等运输工具的修理及事故的紧急处理；5）电网和电力输送设备的导线焊接，变电设备和接地线的焊接；6）矿井、石油天然气等井架和高架电网上的高空焊接；7）家庭备用的修理工具。

本发明提供的一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法，该方法操作简单易控，不需使用任何设备，成本较低，易于实现大规模推广与生产。

综上所述，本发明产品为当前金属焊接领域里独创的高新技术，其能完成传统焊接方法不可能完成的工作，是传统焊接方法不可替代的补充手段，具有广泛的使用价值。

附图说明

图1为一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法工艺流程图。

图2为利用实施例1得到的焊接膏体进行碳钢类金属焊接后的焊层组织金相图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体，其包括基本配方组合物和粘结剂，所述粘结剂与基本配方组合物的重量比为26：100；所述基本配方组合物的组分包括硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾，以上各组分的重量百分比分别为：硼粉7.8-8.3%、氧化铜86.0-87.0%、三氧化二铁2.2-2.9%、硝酸钾2.8-3.0%；所述粘结剂的组分包括乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素，以上各组分的重量百分比分别为：乙二醇53.8-54.2%、高氯酸钠45.0-45.2%、氢氧化乙基纤维素0.8-1.0%。

优选的，所述基本配方组合物各组分的重量百分比分别为：硼粉8.2%、氧化铜86.0%、三氧化二铁2.9%、硝酸钾2.9%；所述粘结剂各组分的重量百分比分别为：乙二醇54.0%、高氯酸钠45.1%、氢氧化乙基纤维素0.9%。

所述基本配方组合物的各组分为粉末颗粒状，且粒径为4-200μm，湿度小于其质量的0.1%。

上述焊接膏体采用硼粉等新的还原剂作为燃烧成分，高放热性的反应物成分释放出足够的热能，其燃烧温度高达2050-2300℃，形成作为焊接热源的燃烧高温，足以使铜、铁等燃烧产物作为熔焊材料与受焊母材通过润透、扩散及反应结晶等机制实现冶金结合从而完成自动焊接。

参看图1，一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法，包括以下步骤：

S110、1）基本配方组合物的配制：将硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾分别经干燥、粉碎、筛分按比例混合，并搅拌均匀得到基本配方组合物；优选的，所述的干燥工序具体操作为将基本配方组合物的各组分于100-110℃温度下干燥不少于1h；

S120、2）粘结剂的配制：将乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素按比例混合，并搅拌均匀得到粘结剂；

S130、3）焊接膏体的制备：将上述粘结剂与粉末颗粒状基本配方组合物按重量比26：100混合，并搅拌均匀得到焊接膏体。所述制备得到的焊接膏体包装入牙膏状容器或罐体容器或压力喷涂器里或纸质包装中。

无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的使用方法，包括以下步骤：受焊母材水平放置或与水平呈45度角的倾斜放置，可进行对接焊接或搭接焊接；接焊时根据受焊母材金属的厚度，适量涂敷在其间焊缝上；将引线插入涂敷在焊缝处的膏体中，当点燃引线后，焊接材料被引燃实现焊接工作自动进行；焊接膏体燃烧完毕，焊接工作即告结束，轻敲焊缝表面的熔渣后即可得到光滑和高强度的焊缝。所述引燃焊接膏体的引线自燃温度不低于200℃，燃烧速度为5mm/s，直径为1.5-2.5mm。优选的，所述引燃焊接膏体的引线为鞭炮引线。

上述焊接膏体的制备方法与使用方法操作简单易控，不需使用任何设备，成本较低，易于实现大规模推广与生产。

以下是具体实施例。

实施例1

一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体，其包括基本配方组合物和粘结剂，所述粘结剂与基本配方组合物的重量比为26：100，所述基本配方组合物的组分包括硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾，以上各组分的重量百分比分别为：硼粉8.2%、氧化铜86.0%、三氧化二铁2.9%、硝酸钾2.9%。所述粘结剂的组分包括乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素，以上各组分的重量百分比分别为：乙二醇54.0%、高氯酸钠45.1%、氢氧化乙基纤维素0.9%。

参看图1，上述无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法，其包括以下步骤：

1）基本配方组合物的配制：将硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾分别于100℃温度下干燥3h，经粉碎、筛分后按比例混合，并搅拌均匀得到基本配方组合物；

2）粘结剂的配制：将乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素按比例混合并搅拌均匀得到粘结剂；

3）焊接膏体的制备：将上述粘结剂与粉末颗粒状基本配方组合物按重量比26：100混合，并搅拌均匀得到焊接膏体。所述制备得到的焊接膏体包装入牙膏状容器内。

实施例2

一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体，其包括基本配方组合物和粘结剂，所述粘结剂与基本配方组合物的重量比为26：100；所述基本配方组合物的组分包括硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾，以上各组分的重量百分比分别为：硼粉8.2%、氧化铜86.3%、三氧化二铁2.7%、硝酸钾2.8%；所述粘结剂的组分包括乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素，以上各组分的重量百分比分别为：乙二醇53.8%、高氯酸钠45.2%、氢氧化乙基纤维素1.0%。

参看图1，上述无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法，其包括以下步骤：

1）基本配方组合物的配制：将硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾分别于110℃温度下干燥1h，经粉碎、筛分后按比例混合，并搅拌均匀得到基本配方组合物；

2）粘结剂的配制：将乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素按比例混合并搅拌均匀得到粘结剂；

3）焊接膏体的制备：将上述粘结剂与粉末颗粒状基本配方组合物按重量比26：100混合，并搅拌均匀得到焊接膏体。所述制备得到的焊接膏体包装入罐体容器里。

实施例3

一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体，其包括基本配方组合物和粘结剂，所述粘结剂与基本配方组合物的重量比为26：100，所述基本配方组合物的组分包括硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾，以上各组分的重量百分比分别为：硼粉7.8%、氧化铜87.0%、三氧化二铁2.2%、硝酸钾3.0%。所述粘结剂的组分包括乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素，以上各组分的重量百分比分别为：乙二醇54.2%、高氯酸钠45.0%、氢氧化乙基纤维素0.8%。

参看图1，上述无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法，其包括以下步骤：

1）基本配方组合物的配制：将硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾分别于105℃温度下干燥2h，经粉碎、筛分后按比例混合，并搅拌均匀得到基本配方组合物；

2）粘结剂的配制：将乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素按比例混合并搅拌均匀得到粘结剂；

3）焊接膏体的制备：将上述粘结剂与粉末颗粒状基本配方组合物按重量比26：100混合，并搅拌均匀得到焊接膏体。所述制备得到的焊接膏体包装入压力喷涂器里。

实施例4

利用实施例1得到的焊接膏体进行焊接试验，具体操作如下：受焊母材金属的厚度分别为2mm和3mm，将焊接膏体适量涂敷在其间焊缝上；将鞭炮引线插入涂敷在焊缝处的膏体中，当点燃引线后，焊接材料被引燃实现焊接工作自动进行；焊接膏体燃烧完毕，焊接工作即告结束。焊缝颜色呈铜铁合金的淡铜黄色。

焊后对焊缝组织结构、焊接接头的拉伸结合强度和弯曲结合强度进行了机械性能试验。试验方法为试验前按国标GB2649-81焊接接头机械性能试验取样法取样，然后在WA-10万能试验机上按国标GB2651-81进行焊接接头拉伸试验；按国标GB2653-81进行焊接接头弯曲试验；并对焊层的组织形貌进行金相分析。

试验结果表明，当受焊母材为厚度为2和3mm的碳钢类金属焊接时，焊接接头的平均结合强度为272.7MPa，正靣弯曲强度为86.8MPa，背面弯曲强度为83.9MPa。且试验中72.3%试样的拉伸和弯曲破坏发生在受焊母材金属，而在焊缝处仅为26.7%，说明焊缝机械性能较好。碳钢焊层组织形貌的金相如图1所示。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体，其特征在于，其包括基本配方组合物和粘结剂，所述粘结剂与基本配方组合物的重量比为26：100；所述基本配方组合物的组分包括硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾，以上各组分的重量百分比分别为：硼粉7.8-8.3%、氧化铜86.0-87.0%、三氧化二铁2.2-2.9%、硝酸钾2.8-3.0%；所述粘结剂的组分包括乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素，以上各组分的重量百分比分别为：乙二醇53.8-54.2%、高氯酸钠45.0-45.2%、氢氧化乙基纤维素0.8-1.0%。

2.根据权利要求1所述的一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体，其特征在于，所述基本配方组合物各组分的重量百分比分别为：硼粉8.2%、氧化铜86.0%、三氧化二铁2.9%、硝酸钾2.9%；所述粘结剂各组分的重量百分比分别为：乙二醇54.0%、高氯酸钠45.1%、氢氧化乙基纤维素0.9%。

3.根据权利要求1或2所述的一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体，其特征在于，所述基本配方组合物的各组分为粉末颗粒状，且粒径为4-200μm，湿度小于其质量的0.1%。

4.如权利要求1-3所述任意一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）基本配方组合物的配制：将硼粉、氧化铜、三氧化二铁、硝酸钾分别经干燥、粉碎、筛分后按比例混合，并搅拌均匀得到基本配方组合物；

2）粘结剂的配制：将乙二醇、高氯酸钠、氢氧化乙基纤维素按比例混合，并搅拌均匀得到粘结剂；

3）焊接膏体的制备：将上述粘结剂与粉末颗粒状基本配方组合物按重量比26：100混合，并搅拌均匀得到焊接膏体。

5.根据权利要求4所述的一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中的干燥工序具体操作为将基本配方组合物的各组分于100-110℃温度下干燥不少于1h。

6.根据权利要求4所述的一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的制备方法，其特征在于，所述制备得到的焊接膏体包装入牙膏状容器或罐体容器或压力喷涂器里或纸质包装中。

7.如权利要求1-3所述的任意一种无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：受焊母材水平放置或与水平呈45度角的倾斜放置，进行对接焊接或搭接焊接；接焊时根据受焊母材金属的厚度，适量涂敷在其间焊缝上；将引线插入涂敷在焊缝处的膏体中，当点燃引线后，焊接材料被引燃实现焊接工作自动进行；焊接膏体燃烧完毕，焊接工作即告结束，轻敲焊缝表面的熔渣后即可得到光滑和高强度的焊缝。

8.根据权利要求7所述的无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的使用方法，其特征在于，所述引燃焊接膏体的引线自燃温度不低于200℃，燃烧速度为5mm/s，直径为1.5-2.5mm。

9.根据权利要求7或8所述的无源自滋生高热自动焊接碳钢类金属的膏体的使用方法，其特征在于，所述引燃焊接膏体的引线为鞭炮引线。