DE2363520C2 - Aluminothermisches Reaktionsgemisch auf Basis Kupferoxid - Google Patents

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.

Feinstkohle einer

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

Das verwendete Ca/Si hatte folgende Zusammensetzung:

Gewichtsprozent

Si 64,3

Ca 27,3

Fe 3,6

Al 1,97

C 0,67

Rest Spurenelemente und Sauerstoff.

Claims (2)

L· Patentansprüche:

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.

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