DE2363520C2 - Aluminothermisches Reaktionsgemisch auf Basis Kupferoxid - Google Patents
Aluminothermisches Reaktionsgemisch auf Basis KupferoxidInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein aluminothermisches Reaktionsgemisch zum Herstellen einer im wesentlichen
aus Kupfer bestehenden Metallschmelze, insbesondere zum Verschweißen von Kupferkabeln und
Erdungskabeln an Schienen.
Bei der aluminothermischen Reaktion bedient man sich der großen Affinität von Aluminium zu
Sauerstoff, wobei bei der Bildung des Aluminiumoxids solche Wärmetönungen auftreten, daß das Metalloxid,
welches den Sauerstoff liefert, reduziert und das entstandene Metall und das Aluminiumoxid aufgeschmolzen
werden. Am bekanntesten ist die Reaktion zwischen Eisenoxid und Aluminium, wobei
dem Reaktionsgemisch noch Metallzusätze zugegeben werden können, um eine Eisen- bzw. Eisenlegierungsschmelze
zu erhalten, welche zur Verschweißung von Schienenenden, für Reparaturschweißungen
u. dgl. in großem Umfang verwendet wird.
Eine erst in jüngerer Zeit technisch genutzte Variation des aluminothermischen Verfahrens besteht
in dem Ersatz des Eisenoxids durch Kupferoxid, wodurch Kupferschmelzen erhalten werden, welche
für spezielle Anwendungszwecke zum Einsatz gelangen. Beispiel eines solchen Anwendungszwecks
ist das Anschweißen von Kupferkabeln an Schienen zur überbrückung von Schienenstößen und damit
Eur Gewährleistung der Stromübertragung. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der aluminothermischen
Kupfersohweißung ist das Anschweißen von Strombrücken zwischen Radstern und Radreifen bei
gummigefederten Straßenbahnrädern. Es lassen sich jedoch auch aus anderen Metallen, z. B. aus Stahl,
bestehende Erdungskabel mit derartigen Kupferschmelzen verschweißen. Literatur über die aluminothermisohe
Schweißung auf Basis Kupferoxid findet sich in der Zeitschrift »Eisenbahntechnische Rundschau«,
Heft 12, 1969, S. 518 ff.
Bei der praktischen Durchführung der Kupferkabelschweißung
hat sich jedoch mitunter gezeigt, daß die Schweißstellen störende Poren aufweisen,
welche die mechanische Festigkeit der Schweißstellen und den Stromdurchgang beeinträchtigen.
Durch systematische Untersuchungen wurde festgestellt,
daß diese Porigkeit der Schweißstellen mit Sicherheit beseitigt werden kann, wenn man ein
Kupferoxid verwendet, dessen Sauerstoffanteil in einer bestimmten Größenordnung liegt und zusätzlich
dem Reaktionsgemisch aus Aluiu und Kupferoxid noch Kohlenstoff zufügt
Es ist dabei zu bedenken, daß nicht chemisch reines Kupferoxid verwendet wird, sondern daß man
im Regelfall bei der Kupferbearbeitung anfallende Pulver, Späne oder bei der Warmformgebung anfallende
Zunder, die zum Teil nur oberflächlich oxidiert sind, verwendet Diese werden durch eine Behandlung
im Drehrohrofen bei erhöhten Temperaturen auf den gewünschten Sauerstoffgehalt oxidiert
Es wurde außerdem festgestellt, daß durch die Verwendung einer Aluminium-Kupfer-Legierung an
Stelle reinen Aluminiums eine gleichsam gebremste Reaktion gewährleistet wird, welche ein gleichmäßiges
Ausbringen der Schmelze begünstigt
Das erfindungsgemäße aluminothermische Reaktionsgemisch ist deshalb gekennzeichnet durch folgende
Zusammensetzung:
70 bis 75 Gewichtsteile Kupferoxid mit einem Sauerstoff anteil >
14 bis 15 Gewichtsprozent,
25 bis 30 Gewichtsteile Aluminium-Kupfer-Legierung im Gewichtsverhältnis von etwa i: 1 mit
einer Korngröße von > 0,15 mm und < 1,0 mm und
35 0,1 bis 0,5 Gewichtsteile
Korngröße von < 0,2 mm.
Korngröße von < 0,2 mm.
Die mit diesem erfindungsgemäßen Reaktionsgemisch erhaltenen Schweißstellen zeigen keinerlei
Porigkeit. Dies mußte den Fachmann insofern überraschen, da bei dem bisher verwendeten Kupferoxid
mit einem nicht genau definierten Sauerstoffgehalt von etwa 11 bis 13 Gewichtsprozent die Porigkeit
sehr häufig auftrat, jedenfalls nicht mit Sicherheit zu vermeiden war. Es wird vermutet, daß durch die Erhöhung
des Sauerstoffgehaltes die Menge an von der Schmelze aufgenommenen Wasserstoff reduziert
wird. Daß duroh eine geringfügige Änderung des Sauerstoffanteils im Kupferoxid und durch Zusatz
von Kohlenstoff diese Effekte eintreten, war jedoch nicht vorauszusehen.
Eine zusätzliche Verbesserung der Eigenschaften des Schweißgutes läßt sich durch den Zusatz von
bis zu 3 Gewichtsteilen Zinn und/oder bis zu 1 Gewichtsteil einer Calcium-Silicium-Legierung mit
einem Calcium-Silicium-Verhältnis von 1:2 bis 1:2,6 neben üblichen Verunreinigungen erreichen.
Beispiele für erfindungsgemäß zusammengesetzte Reaktionsgemische sind die folgenden (alle Angaben
in Gewichtsteilen):
6o
I | II | in | IV | |
CuO 65 CuAl Sn |
75 25 3 |
70 30 3 |
73 27 |
71 29 2 |
Ca/Si | 1 | 1 | 0,8 | 1 |
C | 0,4 | 0,3 | 0,5 | 0,2 |
Gewichtsprozent
Si 64,3
Ca 27,3
Fe 3,6
Al 1,97
C 0,67
Claims (2)
1. Aluminothermisches Reaktionsgemisch zum Herstellen einer im wesentlichen aus Kupfer be- S
stehenden Metallschmelze, insbesondere zum Verschweißen von Kupferkabeln und Erdungskabeln an Schienen, gekennzeichnet
durch folgende Zusammensetzung:
70 bis 75 Gewichtsteile Kupferoxid mit einem Sauerstoffanteil
>14 bis 15 Gewichtsprozent, 25 bis 30 Gewichtsteile Aluminium-Kupfer-Legierung
im Gewichtsverhältnis von etwa 1:1 mit einer Korngröße von
> 0,15 mm und < 1,0 mm und 1S
0,1 bis 0,5 Gewichtsteile Feinstkohle einer Korngröße von <
0,2 mm.
2. Reaktionsgemisch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt an ao
bis zu 3 Gewichtsteilen Zinn und/oder bis zu 1 Gewichtsteil einer Calcium-Silicium-Legierung
mit einem Calcium-Silicium-Verhältnis von 1 : 2 bis 1: 2,6 neben üblichen Verunreinigungen.
«5
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