CN112077481A - 一种扁带型铜覆钢接地体的焊接用焊粉配方 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扁带型铜覆钢接地体的焊接用焊粉配方，包括如下按照重量计算百分比的组分：41～50％的氧化铜粉末、21～30％的金属铝粉末、13～20％的金属铜粉末、0.7～1.3％的金属铬、0.7～1.3％的金属锰、1.6～2.4％的硼砂、1.1～2.1％的金属锡、3～9％的碳粉、1.5～2.5％的氟化钙粉末、0.6～1.6％的硅粉。焊接过程中熔池内部温度将在1300℃以上，焊接过程中反应平稳，不会出现熔融物喷溅、爆燃等威胁到操作人员安全的现象，焊接形成的接头连接稳固、无焊缝、气泡、砂眼等焊接缺陷，强度高，电阻率低，具有生产实践应用价值。

Description

一种扁带型铜覆钢接地体的焊接用焊粉配方

技术领域

本发明涉及电力系统及电气装置等接地体材料焊接领域，具体的为一种扁带型铜覆钢接地体的焊接用焊粉配方。

背景技术

接地设施是为保证电气设备正常工作和人身安全而采取的一种用电安全措施。接地装置可将电气设备和其他生产设备上可能产生的漏电流、静电荷以及雷电电流等引入地下，从而避免人身触电和可能发生的火灾、爆炸等事故。

我国普遍使用的接地材料有镀锌钢、纯铜、铜覆钢等，其中镀锌钢使用范围达到90％以上。这是由于我国铜资源不丰富和沿用前苏联技术体系造成的，而欧美等西方国家则普遍使用铜质接地网或铜覆钢接地网。随着技术进步及对电网服役可靠性要求提高，我国目前一些重点或大型项目也逐步开始采用铜质或铜覆钢接地材料铺设接地网。铜质或铜覆钢接地材料的连接普遍采用的方法是放热焊，即热剂焊。放热焊是通过引燃剂引燃焊粉，焊粉发生氧化还原反应放出大量热量并同时还原出填充金属的焊接方式，填充金属最终在模腔里冷却形成接头，属于自蔓延高温合成技术的一种。放热焊焊接速度快、操作简便、设备简单，是野外施工高效、简便的连接方式。形成的焊接头无缝，可以达到冶金分子结合，连接紧密，因此在扁带型铜覆钢接地体的铺设过程中往往使用放热焊接进行接地体的连接，接头处的金属仍为铜，耐腐蚀性较强。

接地网的铺设后基本处于免维护的状态，现有的焊粉配方往往为了追求经济性而放弃对焊接头可靠性和使用年限的保障，焊接后的接头夹杂有气泡和杂质等，当接头位于地下土壤环境中时，往往为形成原电池反应，即发生腐蚀，影响接头的连接强度，给接地体的连接可靠性及接地网的使用年限造成不利影响，例如申请号201110116020.1名称为《一种铜覆钢/铜质接地网放热焊剂》中为了追求裁量成本的降低，而降低焊粉中铜、氧化铜以及锡粉的含量，这样做无疑大大降低成本，但是当锡粉的含量降低时，焊接时熔融金属的流动性将会降低，而金属的流动性却是达到无缝焊接的决定性因素。因此有必要开发出一种焊接牢固、焊后接头无杂质的高质量焊粉配方，以用于重大项目或大型项目的接地体施工中。除了考虑接头焊接后的强度问题外，还需要将接头的电学因素纳入考虑范围，即等长度焊接后含接头部位的导体电阻率与不含接头的完整导体电阻率的比值。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种焊接扁带型铜覆钢的焊粉配方，以解决现有技术中的问题，具体技术方案如下：

一种扁带型铜覆钢接地体的焊接用焊粉配方，各个组成部分及其重量百分比为：氧化铜41～50％、金属铝粉末21～30％、金属铜粉末13～20％、金属铬0.7～1.3％、金属锰0.7～1.3％、硼砂1.6～2.4％、金属锡1.1～2.1％、碳粉3～9％、氟化钙粉末1.5～2.5％、硅粉0.6～1.6％。

所述氧化铜的氧化度≥85％，，所述金属铝粉末的纯度≥99.5％，所述金属铜粉末的纯度≥99.5％，所述金属铬粉末的纯度≥99.5％，所述金属锰粉末的纯度≥99.5％，所述硼砂的纯度≥99.5％，所述金属锡粉末的纯度≥99.5％，所述碳粉的纯度≥99.5％，所述氟化钙粉末纯度≥95％。

特别地，焊粉配方中粉末的粒径范围均在140～230μm之间，通过三维搅拌器将各个组分的粉末搅拌均匀形成。

各个成分的作用如下：

碳是焊粉的辅助成分，配方中含有少量的碳粉，在焊接过程中将全部燃烧，并释放出大量的热量，能够有效提高焊接中熔融铜液的温度，大大提高了熔融金属的流动性，加快了放热焊粉的置换反应速率，同时各个原料的混合也更为均匀，冷却后，连接强度好，表面光滑，焊件质量稳定。

焊粉中含有少量的锡粉有助于增加流动性，改善焊接点的强度，以及提高硬度。但是需要严格控制锡粉的含量。氟化钙和硼砂是非常好的脱氧剂以及造渣剂，起到助熔造渣、消除气孔、改善故热焊接点的表面质量的作用。

金属铬和金属锰则起到增强焊件表面强度的作用。

采用上述技术方案后，本发明在进行铜覆钢焊接中及焊接后具有如下有益效果；

在焊接过程中，使用上述配方的焊接剂燃烧程度适中，不会发生喷溅现象对操作人员的入身安全造成威胁，整个反应过程在1～3秒钟之间，焊接过程中安全性高。

在焊接过程中，反应池中熔融金属的温度在1300℃以上，而金属铜的熔点仅为1083℃，可以将被焊接母材充分熔化，使形成的焊接头表面光洁度高，金属均匀，不会出现砂眼、焊缝、气泡等焊接缺陷，焊件可靠性良好，焊件的接头处电阻率与被焊母材的电阻率相比在0.95～1.1之间。焊接的反应速度是通过调节焊粉的各组分粉末的粒径来进行实现的，粒径越小反应速率越快，反之则相反。

焊粉配方不含磷、硫、铅等有害金属，属于环境友好型配方。本发明用于焊接扁带型铜覆钢的焊粉配方同样可以应用于圆棒形等其它异形截面铜覆钢、铜材等的焊接，只需更改焊接模具即可。

具体实施方式

实施例1～6

如下表1中的数据所示，列出了每一种实施例中的焊粉各组分的比重，其中实施例1、实施例2和实施例3中的组分比例一致，区别仅为各组分混合粉末的粒径不同，分别经过65、80和100的筛网目数，得到的焊粉微粒直径分别为230μm、180μm和150μm。实施例4、实施例5和实施例6中均采用80的筛网目数，得到的粉末粒径均为180μm。配方中所列出的各个组分在使用前均主要经过三维混分机进行充分混合以保证反映充分、焊粉的效力能够完全发挥。将需要焊接的扁带型铜覆钢放在焊接模具的两端，其中扁带型铜覆钢的截面尺寸为30mm×10mm，铜层厚度0.8mm，两段待焊的扁带型铜覆钢长度均为200mm，在模具中加入所述放热焊粉，点火冷却，冷却之后对含有焊接点的导体进行抗拉强度检测和电阻率测试，测量的结果如表2中所示。中华人民共和国电力行业标准DL/T 1312-2013《电力工程接地用铜覆钢技术条件》和国家电网公司企业标准Q/GDW 1466-2014《电气工程接地用铜覆钢技术条件》中对于铜覆钢的电阻率规定值应≤8.62×10^-8Ωm，抗拉强度≥300MPa。

从表2中可以看到实施例1～6的不同焊粉配方下的扁带型铜覆钢的焊接体的电阻率和抗拉强度虽然略有差异，但结果均符合相关的标准规定，具有良好示范作用。

其次需要对焊接过程中的反应现象予以说明，在实施例1～6的焊粉配方焊接过程中，反应程度正常，无火花溅射等现象，得到的焊体表面结构均匀，无气泡、砂眼和裂缝等不良现象，具有工程示范意义。

Claims (3)

1.一种扁带型铜覆钢接地体的焊接用焊粉配方，其特征在于：各个组成部分及其重量百分比为：氧化铜41～50％、金属铝粉末21～30％、金属铜粉末13～20％、金属铬0.7～1.3％、金属锰0.7～1.3％、硼砂1.6～2.4％、金属锡1.1～21％、碳粉3～9％、氟化钙粉末1.5～2.5％、硅粉0.6～1.6％。

2.根据权利要求1所述的一种扁带型铜覆钢接地体的焊接用焊粉配方，其特征在于，所述氧化铜的氧化度≥88％，，所述金属铝粉末的纯度≥99.9％，所述金属铜粉末的纯度≥99.7％，所述金属铬粉末的纯度≥99.8％，所述金属锰粉末的纯度≥99％，所述硼砂的纯度≥98％，所述金属锡粉末的纯度≥99％，所述碳粉的纯度≥99％，所述氟化钙粉末纯度≥97％。

3.根据权利要求1所述的一种扁带型铜覆钢接地体的焊接用焊粉配方，其特征在于，焊粉配方中粉末的粒径范围均在140～230μm之间，通过三维搅拌器将各个组分的粉末搅拌均匀形成。