CN109759746B

CN109759746B - 一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉

Info

Publication number: CN109759746B
Application number: CN201910163362.5A
Authority: CN
Inventors: 龙伟民; 李秀朋; 钟素娟; 沈元勋; 裴夤崟
Original assignee: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2021-07-02
Anticipated expiration: 2039-03-05
Also published as: CN109759746A

Abstract

本发明提供一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，所述铝热焊粉由以下重量份数的组分均匀混合而成：30~50份氧化铜、5~20份氧化亚铜、8~15份铝粉、18~28份铜粉、3~12份铜磷合金、1~4份锌铝合金、0.5~2.5份铜锰镍合金、2~5份萤石粉、1~2份硼砂、余量为合金添加物粉末，其中所述铜锰镍合金采用真空雾化方式制备，真空雾化能有效降低金属粉末中氮、氢、氧含量，保证铝热焊粉焊接质量，本发明制得的铝热焊粉在焊接不锈钢包钢新型接地网材料时不易产生气孔，不易出现夹渣、热裂，且抗腐蚀性能较好，降低了不锈钢包钢新型接地材料的连接成本。

Description

一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉

技术领域

本发明涉及铝热焊粉技术领域，具体的说是一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉。

背景技术

接地的概念广泛，在电力系统中通常是指将电力系统或电气设备的某一金属经金属接地线连接到接电极上，其目的是将电力系统或电气设备的任一部分与大地（土壤）之间实现良好的电气连接，从而达到保障设备正常运转及保护人身生命安全，电力系统或电气设备的接地装置主要是由接地体和接地线组成，接地体是与土壤直接接触的金属，接地线则是连接电气设备与接地体之间的导线；

改革开放以来，随着我国经济迅猛发展，电力供应的需求急剧上升，高效、环保的电网建设正紧锣密鼓的展开，而为了满足社会需求，电力系统在不断增容改造的过程中产生了接地短路电流大幅升高、电力监控设备抗干扰能力减弱等问题，为维护电力系统稳定运行、保障运行人员和电气设备安全，电力系统中对接地装置的要求越来越严格，而保证接地系统长期安全可靠运行的关键在于品质好的接地材料和可靠的连接；

目前，国内电力系统接地装置常用的材料参差不齐，其中镀锌、镀铜钢材不仅容易造成对空气、水、及土壤的环境污染，其生产制造过程中要消耗大量能源，且运输安装过程需要保证镀层完整，为获得较高的导电性能和抗腐蚀能力，国家电网研发出一种由优质碳素钢专用线材和特制专用不锈钢管两部分组成的新型耐腐蚀接地网材料，其生产制造过程全部采用物理工艺，对大气、水、土壤无污染，已在部分区域高压输电线路接地系统推广使用；

传统的接地网连接工艺普遍使用气焊或电弧焊，但焊接工艺安全要求较高，焊接人员必须持特种作业证，工作场所必须符合一定的安全技术，铝热焊接仅需焊剂、引燃装置和模具即可实施焊接，无需大量辅助焊接设备，对于野外环境施焊快捷方便，被誉为接地系统最佳连接方式，但现有焊粉焊接不锈钢包钢新型接地网材料时不仅容易产生气孔、夹渣、热裂等缺陷，抗腐蚀性能也差强人意（土壤腐蚀是接地装置最主要的腐蚀类型），虽然国外特制焊粉能够满足接地装置要求，但成本较高，供货周期较长，容易受制于人。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，解决了铝热焊粉焊接不锈钢包钢容易产生气孔、夹渣、热裂等缺陷以及抗腐蚀性能差的问题，降低了不锈钢包钢新型接地材料的连接成本，其制备简单。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，所述铝热焊粉包括以下重量份数的组分：30~50份氧化铜、5~20份氧化亚铜、8~15份铝粉、18~28份铜粉、3~12份铜磷合金、1~4份锌铝合金、0.5~2.5份铜锰镍合金、2~5份萤石粉、1~2份硼砂、余量为合金添加物粉末。

进一步的，所述氧化铜纯度≥88%，所述氧化亚铜纯度≥97%，所述铝粉纯度≥95%，所述铜粉纯度≥99.5%，所述萤石粉纯度≥98.5%，所述硼砂纯度≥95.0%。

进一步的，所述氧化铜的粒度为30~100目，所述氧化亚铜的粒度为80~200目，所述铝粉的粒度为60~100目，所述铜粉的粒度为30~80目，所述铜磷合金的粒度为200~300目，所述锌铝合金的粒度为30~80目，所述铜锰镍合金的粒度为30~80目，所述萤石粉的粒度为150~200目，所述硼砂的粒度为100~300目，所述合金添加物粉末的粒度为200~300目。

进一步的，所述铜磷合金含磷量的重量百分比为13~16%。

进一步的，所述锌铝合金中含铝量的重量百分比为13~17%。

进一步的，所述铜锰镍合金含锰量的重量百分比为20~25%，铜锰镍合金含镍量的重量百分比为20~30%。

进一步的，所述合金添加物粉末包括以下重量份数的组分：8~10份Ca、40~45份Si、28~30份Ba，余量为杂质。

进一步的，所述铜锰镍合金的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将铜、镍、锰原材料装入坩埚内，置于熔炼炉中在氩气保护中进行熔炼；

步骤二、熔炼结束后，熔炼后的原料通过坩埚底部导流管流到雾化室进行气水雾化处理，得到铜锰镍合金粉末。

本发明的有益效果在于：

（1）氧化铜、氧化亚铜与铝是反应中的热源，氧化铜与铝反应反应剧烈，热量较高但生成铜液量相对较少，氧化亚铜与铝反应产生热量稍低但产生铜液量大，本发明铝热焊粉中氧化铜、氧化亚铜含量所占比例起到调节温度的作用；

（2）本发明铝热焊粉中的铜粉是焊缝金属的主要成分，铜磷合金不仅可以作为脱氧剂，还可以改善合金的流动性，便于气体、熔渣排除焊缝，锌铝合金可使接头熔体偏于黄铜成分（如H96黄铜熔点1071℃稍低于铜的1083℃，但对熔化温度影响不大），在不降低太多导电性能的同时，增加接头的耐腐蚀性能和力学性能（强度和硬度）；

（3）本发明铜锰镍合金在补充焊缝金属的同时，锰的加入不降低接头熔点（锰熔点1244℃，镍熔点1455℃，比铜熔点高），可以提高接头强度和硬度，以及大幅提升接头对酸碱土壤的耐腐蚀性，且铜锰镍合金采用真空雾化方式制备，真空雾化能有效降低金属粉末中氮、氢、氧含量，保证铝热焊粉焊接质量；

（4）本发明铝热焊粉中的萤石粉、硼砂及合金粉末的添加主要起到除气造渣等功能；

综上所述，本发明制得的铝热焊粉在焊接不锈钢包钢新型接地网材料时不易产生气孔，不易出现夹渣、热裂，且抗腐蚀性能较好。

具体实施方式

一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，所述铝热焊粉包括以下重量份数的组分：30~50份氧化铜、5~20份氧化亚铜、8~15份铝粉、18~28份铜粉、3~12份铜磷合金、1~4份锌铝合金、0.5~2.5份铜锰镍合金、2~5份萤石粉、1~2份硼砂、余量为合金添加物粉末，本发明铝热焊粉中氧化铜、氧化亚铜含量所占比例起到调节温度的作用，铜粉是焊缝金属的主要成分，铜磷合金不仅可以作为脱氧剂，还可以改善合金的流动性，便于气体、熔渣排除焊缝，锌铝合金可使接头熔体偏于黄铜成分，在不降低太多导电性能的同时，增加接头的耐腐蚀性能和力学性能，添加铜锰镍合金在补充焊缝金属的同时，锰的加入不降低接头熔点（锰熔点1244℃，镍熔点1455℃，比铜熔点高），可以提高接头强度和硬度，以及大幅提升接头对酸碱土壤的耐腐蚀性，本发明铝热焊粉中的萤石粉、硼砂及合金粉末的添加主要起到除气造渣等功能；

下述实施例中所使用的氧化铜纯度≥88%，所述氧化亚铜纯度≥97%，所述铝粉纯度≥95%，所述铜粉纯度≥99.5%，所述萤石粉纯度≥98.5%，所述硼砂纯度≥95.0%，所述氧化铜的粒度为30~100目，所述氧化亚铜的粒度为80~200目，所述铝粉的粒度为60~100目，所述铜粉的粒度为30~80目，所述铜磷合金的粒度为200~300目，所述锌铝合金的粒度为30~80目，所述铜锰镍合金的粒度为30~80目，所述萤石粉的粒度为150~200目，所述硼砂的粒度为100~300目，所述合金添加物粉末的粒度为200~300目，其中所述铜磷合金含磷量的重量百分比为13~16%，所述锌铝合金中含铝量的重量百分比为13~17%，所述铜锰镍合金含锰量的重量百分比为20~25%，铜锰镍合金含镍量的重量百分比为20~30%，所述合金添加物粉末包括以下重量份数的组分：8~10份Ca、40~45份Si、28~30份Ba，余量为杂质。

所述铜锰镍合金的制备方法包括以下步骤：

步骤二、熔炼结束后，熔炼后的原料通过坩埚底部导流管流到雾化室进行气水雾化处理，高压高速的氩气经雾化喷嘴冲击熔融合金液流，将液流雾化乘弥散细小的液态颗粒，冷却后得到所需金属粉末，

真空雾化能有效降低金属粉末中氮、氢、氧含量，保证铝热焊粉焊接质量。

采用引燃剂引燃本发明铝热焊粉时，铝热焊粉与引燃剂按75~90:1使用。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：

一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，所述铝热焊粉由以下重量份数的组分均匀混合而成：35份氧化铜、11份氧化亚铜、12份铝粉、21份铜粉、12份铜磷合金粉末、2份锌铝合金、1份铜锰镍合金、2份萤石粉、2份硼砂、2份合金添加物粉末。

实施例2：

一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，所述铝热焊粉由以下重量份数的组分均匀混合而成：44份氧化铜、13份氧化亚铜、11份铝粉、18份铜粉、5份铜磷合金粉末、3份锌铝合金、2份铜锰镍合金、2份萤石粉、1份硼砂、1份合金添加物粉末。

实施例3：

一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，所述铝热焊粉由以下重量份数的组分均匀混合而成：30份氧化铜、20份氧化亚铜、10份铝粉、19份铜粉、8份铜磷合金粉末、4份锌铝合金、2份铜锰镍合金、3份萤石粉、2份硼砂、2份合金添加物粉末。

表2为在滨海盐土（其成分见表1）中本发明铝热焊粉焊接的铝热焊接接头耐腐蚀性能检测结果，其中焊接接头失重试样有效工作面积为1600mm²，非工作面积用沥青密封。

表1滨海盐土理化性质数据

表2滨海盐土环境中自然腐蚀状态下焊接接头90天腐蚀失重数据

注V=（ΔW/St）（3650/d）；式中：V——试样腐蚀速率，mm/a；ΔW——试样损失质量，g；S——试样表面积，cm²；t——试样埋入土壤的时间，d（天）；d——试样材料密度，g/cm³。

由表2可以看出，本发明所述铝热焊粉焊接接头耐腐蚀性能好于国外同类焊粉焊接接头，具有推广意义。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，其特征在于：所述铝热焊粉包括以下重量份数的组分：30~50份氧化铜、5~20份氧化亚铜、8~15份铝粉、18~28份铜粉、3~12份铜磷合金、1~4份锌铝合金、0.5~2.5份铜锰镍合金、2~5份萤石粉、1~2份硼砂、余量为合金添加物粉末；

所述铜锰镍合金含锰量的重量百分比为20~25%，铜锰镍合金含镍量的重量百分比为20~30%；

其中所述铜锰镍合金的制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，其特征在于：所述氧化铜纯度≥88%，所述氧化亚铜纯度≥97%，所述铝粉纯度≥95%，所述铜粉纯度≥99.5%，所述萤石粉纯度≥98.5%，所述硼砂纯度≥95.0%。

3.根据权利要求1所述的一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，其特征在于：所述氧化铜的粒度为30~100目，所述氧化亚铜的粒度为80~200目，所述铝粉的粒度为60~100目，所述铜粉的粒度为30~80目，所述铜磷合金的粒度为200~300目，所述锌铝合金的粒度为30~80目，所述铜锰镍合金的粒度为30~80目，所述萤石粉的粒度为150~200目，所述硼砂的粒度为100~300目，所述合金添加物粉末的粒度为200~300目。

4.根据权利要求1或3所述的一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，其特征在于：所述铜磷合金含磷量的重量百分比为13~16%。

5.根据权利要求1或3所述的一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，其特征在于：所述锌铝合金中含铝量的重量百分比为13~17%。

6.根据权利要求1或3所述的一种强耐腐蚀性不锈钢包钢接地网铝热焊粉，其特征在于：所述合金添加物粉末包括以下重量份数的组分：8~10份Ca、40~45份Si、28~30份Ba，余量为杂质。