CN105880869A - 一种铁基接地网用放热焊剂 - Google Patents

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韩钰
聂京凯
祝志祥
马光
陈云
药宁娜
陈新
孔晓峰
王斌
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Abstract

本发明提出了一种铁基接地网用放热焊剂，该放热焊剂包括如下质量份组分：氧化铁黑Fe3O432～60份、金属铝粉末16～30份、金属铬粉末11～18份、金属镍粉末4～8份、金属钼粉末0～5份、金属锡粉末0～1.5份、硅锰合金粉末0～2份、萤石粉末3～4份、天然金红石粉末0～2份、氟化钠粉末0～2份、硅钙粉末1.5～3份、合金粉末0～2份。该放热焊剂采用铁的氧化物和铝粉为基础原料，添加了金属铬粉末，金属钼粉末和金属镍粉末等合金粉末增加耐腐蚀性能，添加了萤石(CaF2)粉末、氟化钠粉末和天然金红石粉末等矿物粉末，形成熔渣，保护内部接头。加入了金属铬粉末、金属镍粉末和金属钼粉末，可以形成不锈钢接头，显著提高其耐腐蚀能力。

Description

一种铁基接地网用放热焊剂
技术领域
本发明涉及一种焊接剂，具体涉及一种铁基接地网用放热焊剂。
背景技术
在电网接地领域中，接地网由于下述原因会引起接地故障：(1)雷害事故(2)污闪故障(3)铁磁谐振过电压(4)弧光接地过电压(5)由单相接地引起的相间短路事故(6)线路的腐蚀。
在电网接地领域中，人们越来越关注接地网的可靠性，特别是针对部分重工业污染区酸性土壤，新型接地网材料技术开发有效的保证了接地网的可靠性和稳定性，保证了电力设备和人员的安全，而针对新型接地网材料，相应的连接材料的质量可靠性和稳定性也不容忽视，在众多的连接方法中，放热焊接是一种简单、高效率、高质量的金属连接工艺。
在接地网中采用放热焊接，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。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。放热焊接技术简单易操作，焊接速度快、质量高，焊接点几乎无过渡电阻。而搭接接头容易导致过渡电阻的增加，并影响热稳定性。同时放热焊接技术可有效提升连接能力，大幅降低接地网工频接地电阻，提高系统耐腐蚀能力，增加使用寿命，降低维护成本，减少接触电压和跨步电压，从而从整体上提高变电所的安全运行水平。采用放热焊接技术可有效降低接地电阻。
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。目前放热焊剂主要为以氧化铜、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。而随着锌覆钢、耐蚀钢、铁基耐蚀涂层接地材料等新型钢基接地材料的开发，铜焊剂将难以适应此类接地材料的连接性能要求，需要开发一种新型耐蚀焊剂以保证上述接地材料的接地网的安全可靠运行，同时要求具有较好的耐腐蚀性、导电性能和机械性能。
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。
另有说明除外，本发明的组份均为质量份计。为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：
一种铁基接地网用放热焊剂，包括如下质量份组分：
进一步的，铁基接地网用放热焊剂，包括如下质量份组分：
进一步的，所述氧化铁黑Fe3O4纯度≥99％，粒度为60～120目。
进一步的，金属铝粉末纯度≥99％，粒度为80～120目。
进一步的，金属铬粉末纯度≥98％，粒度为60～80目。
进一步的，金属镍粉末纯度≥99％，粒度为60～80目。
进一步的，金属钼粉末纯度≥98％，粒度为80～150目。
进一步的，金属锡粉末纯度≥99.9％，粒度为200～300目。
进一步的，硅锰合金粉末粒度为80～120目，其中锰的质量百分含量为62～77％，硅的质量百分含量为23～38％。
进一步的，萤石粉末粒度为150～300目。
进一步的，天然金红石粉末中二氧化钛百分含量≥92％，粒度为60～100目。
进一步的，氟化钠粉末纯度≥98％，粒度为60～100目。
进一步的，硅钙粉末粒度为150～300目。
进一步的，合金粉末为铝镁合金，粒度为60～150目。其中镁的质量百分含量为≥45％，，铝的质量百分含量为≥45％。
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氧化铁黑之间在引燃剂的催化作用下发生氧化还原反应：
3Fe3O4+8Al＝9Fe+4Al2O3+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。
本发明提供的放热焊剂中各组分的作用如下：
氧化铁(氧化铁黑Fe3O4)与金属铝粉末(Al)：氧化还原反应的关键配料，经引燃剂引燃，反应生成大量热，是反应的热源。
金属铬粉末、金属镍粉末：
铁与添加的合金元素铬、镍等元素形成不锈钢成分的焊接接头，焊接接头的电阻能满足电力行业的行业标准：焊接接头的导体初始电阻不得大于相同长度母材电阻的1.05倍。由于铁的熔点是1535℃，焊接接头的熔点在1440℃，其接头的熔点的熔化温度较高，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。
金属材料的抗氧化性、抗腐蚀性主要决定于金属表面能否形成稳定致密的金属氧化膜。金表面形成的氧化膜是否具有保护性，即缓慢的生长速度，良好的粘附性与剥落后的愈合性，取决于合金的组织结构、组分以及氧化膜的生长机理。
铁铬尖晶石(FeO·Cr2O3)(晶格常数a＝0.8379nm)，化学通式为AB2O4，立方晶系Fd3m空间群，在结构中的A，B两种阳离子分别形成四面体和八面体两种配位体。通常呈粒状和致密块状集合体，由尖晶石型氧化物的标准摩尔自由能可知氧化物的稳定性：FeO·Cr2O3＞NiCr2O4＞Fe3O4＞NiFe2O4，铁铬尖晶石的稳定性很好。
金属钼粉末：焊接接头合金化，提高焊接接头抗点蚀性能，提高焊接接头的稳定性和耐腐蚀性。
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，有利于气体如氮气的排出。
硅钙钾粉末：该粉末的作用主要为脱氧，造渣，具有还原性。
天然金红石粉末：反应中的造渣剂，有利于改善接头的脱渣性，接头夹渣的缺陷减少了。
氟化钠粉末：有利于降低焊渣的熔点，利于气体的及时排出，防止形成贯穿形气孔。
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。
引燃剂包括如下质量份组分：镁粉40目-200目100份，氧化铜或/和氧化铁100目-300目氧化率80％-99.9％20份-80份，氧化铁是四氧化三铁与三氧化二铁的任一单一组分或任意比例的混合物。
本发明中的放热焊剂，主要用于镀锌钢、耐蚀钢等钢材类接地材料。
按照以上组分及质量份数配料，按如下步骤进行放热焊接：
1)进行组分检测选择组分；
2)粒度筛选；
3)清理导线及熔模，将导线熔接处用喷灯加热；
4)安置导线于熔模内；
5)用夹具将模具加紧，放入钢垫片盖住导流孔确保密封良好；
6)配置定量，根据焊接位置截面面积的大小来具体选定实际的用量，混合上述质量份的各种粉末；
7)均匀搅拌；
8)在焊粉上面洒上引燃剂，并在模具顶部洒上另一部分引燃剂然后封装；
9)引燃剂做用下引燃进行焊接。
与最接近的现有技末相比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1.本发明提供的的放热焊剂不含铜，以铁元素为主要成分，有效的保证了钢材类接地材料的接地网的安全有效运行，并且具有较好的耐腐蚀性、导电性能和机械性能。
2.本发明提供的放热焊剂，加入的氟化钠粉末能降低焊渣的熔点，有利于气体的排出。
3.本发明提供的放热焊剂，金属铬粉末和金属镍粉末的加入，形成了保护性好的尖晶石型复合氧化物(FeO·Cr2O3)，而加入的Cr可生成Cr2O3相，具有更好的保护性。
4.本发明提供的放热焊剂，金属钼粉末的加入，使焊接接头合金化，提高了焊接接头抗点的耐腐蚀性、焊接接头的稳定性和耐腐蚀性。
5.本发明提供的放热焊剂，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：
一种铁基耐蚀接地网用放热焊焊剂，包括如下重量份组分：
采用引燃剂引燃本发明放热焊焊剂时，引燃剂与放热焊焊剂的质量比为1∶60。
氧化铁黑Fe3O4纯度为99％，粒度为60目；
金属铝粉末纯度为99％，粒度为80目。
金属铬粉末纯度98％，粒度为60目。
金属镍粉末纯度99％，粒度为60目。
金属钼粉末纯度98％，粒度为80目。
金属锡粉末纯度99.9％，粒度为200目。
硅锰合金粉末粒度为80目，其中锰的质量百分含量为62％，硅的质量百分含量为36％，余量为杂质。
萤石粉末粒度为150目。
天然金红石粉末中二氧化钛百分含量92％，粒度为60目。
氟化钠粉末纯度98％，粒度为60目。
硅钙粉末粒度为150目。
合金粉末为铝镁合金，粒度为60目。其中镁的质量百分含量为45％，，铝的质量百分含量为45％，余量为杂质。
按照以上组分及质量份数配料，按如下步骤进行放热焊接：
1)进行组分检测选择组分；
2)粒度筛选；
3)清理导线及熔模，将导线熔接处用喷灯加热；
4)安置导线于熔模内；
5)用夹具将模具加紧，放入钢垫片盖住导流孔确保密封良好；
6)配置定量，根据焊接位置截面面积的大小来具体选定实际的用量，混合上述质量份的各种粉末；
7)均匀搅拌；
8)在焊粉上面洒上引燃剂，并在模具顶部洒上另一部分引燃剂然后封装；
9)引燃剂做用下引燃进行焊接。
实施例2
一种铁基耐蚀接地网用放热焊焊剂，包括如下重量份组分：
氧化铁黑Fe3O4纯度99％，粒度为120目。
金属铝粉末纯度99％，粒度为120目。
金属铬粉末纯度98％，粒度为80目。
金属镍粉末纯度99％，粒度为80目。
金属钼粉末纯度98％，粒度为150目。
金属锡粉末纯度99.9％，粒度为300目。
硅锰合金粉末粒度为120目，其中锰的质量百分含量为65％，硅的质量百分含量为33％。
萤石粉末粒度为300目。
天然金红石粉末中二氧化钛百分含量92％，粒度为100目。
氟化钠粉末纯度98％，粒度为100目。
硅钙粉末粒度为300目。
合金粉末为铝镁合金，粒度为150目。其中镁的质量百分含量为48％，，铝的质量百分含量为47％。
按照以上组分及质量份数配料，按如下步骤进行放热焊接：
1)进行组分检测选择组分；
2)粒度筛选；
3)清理导线及熔模，将导线熔接处用喷灯加热；
4)安置导线于熔模内；
5)用夹具将模具加紧，放入钢垫片盖住导流孔确保密封良好；
6)配置定量，根据焊接位置截面面积的大小来具体选定实际的用量，混合上述质量份的各种粉末；
7)均匀搅拌；
8)在焊粉上面洒上引燃剂，并在模具顶部洒上另一部分引燃剂然后封装；
9)引燃剂做用下引燃进行焊接。
实施例3
一种铁基耐蚀接地网用放热焊焊剂，包括如下重量份组分：
采用引燃剂引燃本发明放热焊焊剂时，引燃剂与放热焊焊剂的质量比为1∶60。
氧化铁黑Fe3O4纯度99.5％，粒度为100目。
金属铝粉末纯度99.5％，粒度为100目。
金属铬粉末纯度98.5％，粒度为70目。
金属镍粉末纯度99.5％，粒度为70目。
金属钼粉末纯度98.5％，粒度为100目。
金属锡粉末纯度99.9％，粒度为250目。
硅锰合金粉末粒度为100目，其中锰的质量百分含量为77％，硅的质量百分含量为22％。
萤石粉末粒度为200目。
天然金红石粉末中二氧化钛百分含量94％，粒度为80目。
氟化钠粉末纯度98.5％，粒度为80目。
硅钙粉末粒度为200目。
合金粉末为铝镁合金，粒度为100目。其中镁的质量百分含量为46％，，铝的质量百分含量为47％。
按照以上组分及质量份数配料，按如下步骤进行放热焊接：
1)进行组分检测选择组分；
2)粒度筛选；
3)清理导线及熔模，将导线熔接处用喷灯加热；
4)安置导线于熔模内；
5)用夹具将模具加紧，放入钢垫片盖住导流孔确保密封良好；
6)配置定量，根据焊接位置截面面积的大小来具体选定实际的用量，混合上述质量份的各种粉末；
7)均匀搅拌；
8)在焊粉上面洒上引燃剂，并在模具顶部洒上另一部分引燃剂然后封装；
9)引燃剂做用下引燃进行焊接。
实施例4
一种铁基耐蚀接地网用放热焊焊剂，包括如下重量份组分：
采用引燃剂引燃本发明放热焊焊剂时，引燃剂与放热焊焊剂的质量比为1∶65。
氧化铁黑Fe3O4纯度99.5％，粒度为100目。
金属铝粉末纯度99.5％，粒度为100目。
金属铬粉末纯度98.5％，粒度为70目。
金属镍粉末纯度99.5％，粒度为70目。
金属钼粉末纯度98.5％，粒度为100目。
金属锡粉末纯度99.9％，粒度为250目。
硅锰合金粉末粒度为100目，其中锰的质量百分含量为77％，硅的质量百分含量为22％。
萤石粉末粒度为200目。
天然金红石粉末中二氧化钛百分含量94％，粒度为80目。
氟化钠粉末纯度98.5％，粒度为80目。
硅钙粉末粒度为200目。
合金粉末为铝镁合金，粒度为100目。其中镁的质量百分含量为46％，，铝的质量百分
含量为48％。
按照以上组分及质量份数配料，按如下步骤进行放热焊接：
1)进行组分检测选择组分；
2)粒度筛选；
3)清理导线及熔模，将导线熔接处用喷灯加热；
4)安置导线于熔模内；
5)用夹具将模具加紧，放入钢垫片盖住导流孔确保密封良好；
6)配置定量，根据焊接位置截面面积的大小来具体选定实际的用量，混合上述质量份的各种粉末；
7)均匀搅拌；
8)在焊粉上面洒上引燃剂，并在模具顶部洒上另一部分引燃剂然后封装；
9)引燃剂做用下引燃进行焊接。
实施例1-4中的放热焊焊剂的焊接效果如表1中所示
对比例的焊剂的配比如下：
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。
相比之前的放热焊剂，中性盐雾试验结果为240小时接头未出现锈点，耐腐蚀性明显提高。
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 (14)

1.一种铁基接地网用放热焊剂，其特征在于，所述放热焊剂包括如下质量份组分：
2.如权利要求1所述的一种铁基接地网用放热焊剂，其特征在于：所述放热焊剂包括如下质量份组分：
3.如权利要求1所述的一种铁基接地网用放热焊剂，其特征在于：所述氧化铁黑Fe3O4纯度≥99％，粒度为60～120目。
4.如权利要求1所述的一种铁基接地网用放热焊剂，其特征在于：所述金属铝粉末纯度≥99％，粒度为80～120目。
5.如权利要求1所述的一种铁基接地网用放热焊剂，其特征在于：所述金属铬粉末纯度≥98％，粒度为60～80目。
6.如权利要求1所述的一种铁基接地网用放热焊剂，其特征在于：所述金属镍粉末纯度≥99％，粒度为60～80目。
7.如权利要求1所述的一种铁基接地网用放热焊剂，其特征在于：所述金属钼粉末纯度≥98％，粒度为80～150目。
8.如权利要求1所述的一种铁基接地网用放热焊剂，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所述的一种铁基接地网用放热焊剂，其特征在于：所述硅锰合金粉末粒度为80～120目，其中锰的质量百分含量为62～77％，硅的质量百分含量为23～38％。
10.如权利要求1所述的一种铁基接地网用放热焊剂，其特征在于：所述萤石粉末粒度为150～300目。
11.如权利要求1所述的一种铁基接地网用放热焊剂，其特征在于：所述天然金红石粉末中二氧化钛百分含量≥92％，粒度为60～100目。
12.如权利要求1所述的一种铁基耐蚀接地网用放热焊剂，其特征在于：所述氟化钠粉末纯度≥98％，粒度为60～100目。
13.如权利要求1所述的一种铁基接地网用放热焊剂，其特征在于：所述硅钙粉末粒度为150～300目。
14.如权利要求1所述的一种铁基耐蚀接地网用放热焊剂，其特征在于：所述合金粉末为铝镁合金，粒度为60～150目。
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