CN104907739B - 一种适用于5mm以下低碳钢薄板件的应急焊接维修的无电焊接焊药及含有该焊药的焊接笔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于野外应急焊接维修的无电焊接焊药，所述焊药由粉末状的高热剂、造渣剂、合金剂和稀释剂混合而成。本发明的焊药在被引燃后发生自蔓延反应，焊药中高热剂反应产生热量除维持反应进行外，还提供足够的热量使母材熔化，同时高热剂生成的金属部分与母材的熔融部分共同形成熔池，在高温下进行冶金反应；造渣剂与高热剂生成的Al2O3共同形成了低熔点，低粘度的熔渣，在熔池中与金属成份有效分离，将Al2O3带出，避免焊缝金属出现夹渣缺陷；合金剂中的合金成份在高热剂产生的高温下进入熔池，共同参加熔池的冶金反应，使焊缝金属具有理想的微观组织与合理的力学性能；稀释剂的作用是调剂焊药自蔓延反应速度和反应温度，使之便于操作。

Description

一种适用于5mm以下低碳钢薄板件的应急焊接维修的无电焊 接焊药及含有该焊药的焊接笔
技术领域
本发明涉及应急焊接领域，特别涉及一种以适用于5mm以下低碳钢薄板件的无电焊接材料，此种材料以自蔓延技术为基础的，通过自蔓延焊药反应实现无电应急焊接的目的。
背景技术
焊接技术在机器制造、石油化工、航空航天和电子工业等部门发挥着重要作用，特别是在野外应急抢修领域，对工程机械、管道、箱体、型材结构件等出现的折断、裂纹(裂缝)、破孔等失效的修复方法中，利用焊接进行修复占具很大的比例。利用自蔓延原理，实施野外无电焊接维修，可以解决野外缺少外界能源，设备笨重，机动灵活性差等问题，能够在野外无外界能源和设备情况下进行抢修。应用此种技术，能够简化操作工艺，减少辅助设施，降低抢修修成本，对完成快速抢修任务具有十分重要的经济意义。另外，目前市场同类产品成本较高，且焊药成分中多数含有重金属氧化物如V2O5等，在实施焊接时所产生的气体会危害操作人员的身体健康，可能引起鼻、咽、肺部刺激症状，重者出现支气管炎或支气管肺炎。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于5mm以下低碳钢薄板件的应急焊接维修的无电焊接焊药及含有该焊药的焊接笔。
本发明的技术方案是：
一种适用于野外应急焊接维修的无电焊接焊药，所述焊药由粉末状的高热剂70％～85％、造渣剂5.5％～15.4％、合金剂7.5％～12.5％和稀释剂1.5％～3.5％混合而成。
在上述方案的基础上，所述高热剂为：CuO、Fe2O3和Al。
在上述方案的基础上，所述造渣剂为CaCO3、SiO2和CaF2中的组合物。
在上述方案的基础上，所述合金剂为：Fe、Ti、Ni和Mn。
在上述方案的基础上，所述稀释剂为KNO3。
在上述方案的基础上，所述焊药由以下重量百分比的组分混合而成：
氧化铜51％，三氧化二铁25％，铝粉9.2％，碳酸钙2.8％，二氧化硅1.7％，氟化钙1.4％，硝酸钾1.5％，镍粉1.5％，铁粉1.5％，钛粉1.5％，锰粉1.4％，二氧化钛1.5％。
在上述方案的基础上，所述焊药由以下重量百分比的组分混合而成：
氧化铜53.0％，三氧化二铁22.0％，铝粉9.0％，碳酸钙5.0％，二氧化硅2.5％，氟化钙1.5％，硝酸钾2.2％，镍粉0.8％，铁粉1.0％，钛粉1.5％，锰粉0.7％，二氧化钛0.8％。
在上述方案的基础上，所述焊药由以下重量百分比的组分混合而成：
氧化铜50.0％，三氧化二铁24.0％，铝粉7.2％，碳酸钙5.2％，二氧化硅2.6％，氟化钙1.6％，硝酸钾2.4％，镍粉1.6％，铁粉1.7％，钛粉1.4％，锰粉1.6％，二氧化钛0.7％。
在上述方案的基础上，所述焊药由以下重量百分比的组分混合而成：氧化铜49.0％，三氧化二铁25.0％，铝粉8.1％，碳酸钙5.4％，二氧化硅2.5％，氟化钙1.2％，硝酸钾2.2％，镍粉1.3％，铁粉1.6％，钛粉0.7％，锰粉1.5％，二氧化钛1.5％。
一种用于野外应急焊接维修的无电焊接笔，其特征在于：使用了上述的焊药，具体的制备方法为：将各种组分粉末分别球磨过筛后，于120℃烘干2小时，按配比混合均匀，装入一端装有堵头、外径为壁厚0.2mm的纸管，形成焊药药柱，装药完成后，装上引火药柱和引火线。
本发明的有益效果：
焊药在被引燃后发生自蔓延反应，焊药中高热剂反应产生热量除维持反应进行外，还提供足够的热量使母材熔化，同时高热剂生成的金属部分与母材的熔融部分共同形成熔池，在高温下进行冶金反应；造渣剂与高热剂生成的Al2O3共同形成了低熔点，低粘度的熔渣，在熔池中与金属成份有效分离，将Al2O3带出，避免焊缝金属出现夹渣缺陷；合金剂中的合金成份在高热剂产生的高温下进入熔池，共同参加熔池的冶金反应，使焊缝金属具有理想的微观组织与合理的力学性能；稀释剂的作用是调剂焊药自蔓延反应速度和反应温度，使之便于操作。本发明的组方及配比是一个整体，该整体中任何组分的改变或者组分含量的改变都会改变本发明的效果。
本发明所述的焊接材料能够适应更为宽泛的环境温度，能够在+40℃～-55℃的温度范围实施焊接，更加适用于野外应急抢修的环境，针对性强，使用时无需外界电源和气源，携带方便、操作简单，适用于野外应急抢修，且焊药中不含V2O5等有害物质可以在实施焊接时所产生的气体会危害操作人员的身体健康。应用本发明对厚度不大于5mm的低碳钢板状构件实施焊接时,焊后的抗拉强度可以达到430Mpa,明显高于现有同类产品。
本发明的制备工艺简单，设备要求低，在装填药粉时，严格控制工艺，制成的焊接笔成型好，燃烧速度稳定。在此制备工艺的辅助下，更大的发挥焊药的焊接效果。
附图说明
图1是本发明所述焊接笔结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种适用于5mm以下低碳钢薄板件的应急焊接维修的无电焊接焊药，组分及其重量百分比为：
实施例2
一种适用于5mm以下低碳钢薄板件的应急焊接维修的无电焊接焊药，组分及其重量百分比为：
实施例3
一种适用于5mm以下低碳钢薄板件的应急焊接维修的无电焊接焊药，组分及其重量百分比为：
实施例4
一种适用于5mm以下低碳钢薄板件的应急焊接维修的无电焊接焊药，组分及其重量百分比为：
实施例1-4中所示用的各组分为：纯度≥96％CuO(-200目)、纯度≥96％Fe2O3(-200目)、纯度≥96％Al(-250目)、分析纯CaCO3(-250目)、分析纯SiO2(-150目)、分析纯CaF2(-200目)、分 析纯KNO3(-150目)、纯度≥96％Ni(-150目)、分析纯Fe(-100目)、分析纯Ti(-100目)、分析纯Mn(-100目)、分析纯TiO2(-100目)。
实施例5
一种用于野外应急焊接维修的无电焊接笔，是由以下方法制备而成：将实施例1-4人一个组方中各种组分粉末分别球磨过筛后，于120℃烘干2小时，按配比混合均匀，装入一端装有堵头1、外径为壁厚0.2mm的纸管(如图1所示)，形成焊药药柱2，装药完成后，装上引火药柱3和引火线4。
装填药粉时，每次装填的药粉量应使其在纸管内的高径比(H/D)应在0.2≤H/D≤0.5之间，成型压应力(P)应在0.566Mpa≤P≤3.113Mpa之间；
以装填药粉时高径比H/D＝0.35，成型压应力P＝2.264Mpa为例，焊条成型后，燃烧速度基本稳定在12.0mm/s左右，便于实施焊接操作。
焊接时，将焊接笔取出，用火机引燃后，焊药药柱会发生自蔓延反应，此时按照手工电弧焊的操作方法实施焊接操作，即可达到焊接维修的效果。
利用实施例5的方法将实施例1-4的焊药制成焊接笔，
实施例1的焊药制成的焊接笔，在环境温度为+40℃下，对4.5mm的低碳钢薄板件进行无电焊接，焊后测得其抗拉强度为425Mpa。
实施例2的焊药制成的焊接笔，在环境温度为+20℃下，对4.5mm的低碳钢薄板件进行无电焊接，焊后测得其抗拉强度为430Mpa。
实施例3的焊药制成的焊接笔，在环境温度为-10℃下，对4.5mm的低碳钢薄板件进行无电焊接，焊后测得其抗拉强度为415Mpa。
实施例4的焊药制成的焊接笔，在环境温度为-55℃下，对4.5mm的低碳钢薄板件进行无电焊接，焊后测得其抗拉强度为400Mpa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于野外应急焊接维修的无电焊接焊药，其特征在于：由以下重量百分比的组分混合而成：
氧化铜51％，三氧化二铁25％，铝粉9.2％，碳酸钙2.8％，二氧化硅1.7％，氟化钙1.4％，硝酸钾1.5％，镍粉1.5％，铁粉1.5％，钛粉1.5％，锰粉1.4％，二氧化钛1.5％。
2.一种适用于野外应急焊接维修的无电焊接焊药，其特征在于：由以下重量百分比的组分混合而成：
氧化铜53.0％，三氧化二铁22.0％，铝粉9.0％，碳酸钙5.0％，二氧化硅2.5％，氟化钙1.5％，硝酸钾2.2％，镍粉0.8％，铁粉1.0％，钛粉1.5％，锰粉0.7％，二氧化钛0.8％。
3.一种适用于野外应急焊接维修的无电焊接焊药，其特征在于：由以下重量百分比的组分混合而成：
氧化铜50.0％，三氧化二铁24.0％，铝粉7.2％，碳酸钙5.2％，二氧化硅2.6％，氟化钙1.6％，硝酸钾2.4％，镍粉1.6％，铁粉1.7％，钛粉1.4％，锰粉1.6％，二氧化钛0.7％。
4.一种适用于野外应急焊接维修的无电焊接焊药，其特征在于：由以下重量百分比的组分混合而成：
氧化铜49.0％，三氧化二铁25.0％，铝粉8.1％，碳酸钙5.4％，二氧化硅2.5％，氟化钙1.2％，硝酸钾2.2％，镍粉1.3％，铁粉1.6％，钛粉0.7％，锰粉1.5％，二氧化钛1.5％。
5.一种用于野外应急焊接维修的无电焊接笔，其特征在于：使用了权利要求1-4任一项所述的焊药，具体的制备方法为：将各种组分粉末分别球磨过筛后，于120℃烘干2小时，按配比混合均匀，装入一端装有堵头(1)、外径为壁厚0.2mm的纸管，形成焊药药柱(2)，装药完成后，装上引火药柱(3)和引火线(4)；装填药粉时，每次装填的药粉量应使其在纸管内的高径比H/D应在0.2≤H/D≤0.5之间，成型压应力P应在0.566MPa≤P≤3.113MPa之间。
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