一种自蔓延铝焊剂及焊条制造技术

本发明专利技术属于铝及铝合金焊接材料技术领域，涉及一种自蔓延铝焊剂及焊条。本发明专利技术焊剂由普通石膏粉、铝粉、铜粉、锡粉、锌粉、硅粉、氟化钙粉、氟硅酸钠粉、钪粉、钇粉、银粉组成。将上述焊剂和松香粉、石蜡粉经脱水、混合、压力加工、致密化处理、定型、包装等步骤制得焊条，其主要结构包括药柱、引燃线、手柄、药柱外包薄铝筒四个部分。本发明专利技术焊条便于储运，生产成本低，设备投入小；施焊前无需对母材进行预处理；施焊过程无需外加电源，不受磁场干扰，燃烧过程安全、稳定；焊后母材与焊缝合金形成良好冶金结合，接头无常规焊接缺陷，力学性能优良。本发明专利技术焊条除用于常规铝合金部件焊接外，还适用于铝母线、铝导线等导电母材的焊接。

Self propagating aluminum flux and welding rod

The invention belongs to the technical field of aluminum and aluminium alloy welding materials, and relates to a self propagating aluminum flux and an electrode. The present invention flux by ordinary gypsum powder, aluminum powder, copper powder, tin powder, zinc powder, silica powder, calcium fluoride, sodium fluoride powder, powder, powder, powder composed of yttrium. The flux and loose powder, paraffin powder via the steps of dehydration, mixing, pressure processing, densification processing, shaping and packaging to prepare electrode, which comprises a medicine column, ignition wire, handle, grain thin aluminum cylinder four parts outsourcing. The invention of electrode and convenient storage, low production cost, low equipment investment; application without material pretreatment before welding; welding process without external power supply, no magnetic field interference, the combustion process is safe and stable; weld metal and weld alloy after forming good metallurgical bonding, conventional welding defect free joints, mechanical properties excellent. The electrode is used for welding the conventional aluminum alloy parts, and is also suitable for welding the conductive base material of the aluminum bus and the aluminum conductor.

【技术实现步骤摘要】
一种自蔓延铝焊剂及焊条
本专利技术涉及一种自蔓延铝焊剂及焊条，属于铝及铝合金焊接材料
。
技术介绍
由于铝及铝合金密度小、强度高、耐腐蚀、导热和导电性好，在交通运输、冶金、航空航天、建筑桥梁、电子电气、汽车制造、包装容器、军工装备等行业应用日趋广泛。在铝及铝合金部件服役过程中，由于某些原因可能发生损伤，大部分需要进行焊接修复。通常情况下采用手工电弧焊和气焊进行修复。但在一些环境下，可能面临着无电、无气源、无焊接设备的情况，比如5.12大地震、南方冰灾、雪灾情况下的铝结构部件和铝导线的快速抢修；以及高山、水下、恶劣环境情况下损伤铝部件及铝导线的快速连接。另外一种情况是现场工况下不允许采用电弧焊技术。在铝冶炼生产中，为提高铝的产量，铝电解槽的电流强度呈上升趋势，目前国内铝电解槽的电流强度己达350000安培。如此大的直流电流使电解槽及其周围产生了直径达数米的强磁场，磁场强度经计算可达180高斯。铝导线在生产中常会意外损坏，一般情况下降电流或停电后采用碳弧焊。降电流焊接依然受磁场的影响，接头质量差，接头强度和导电性受到影响；停电焊接不但造成电解铝产量减少、能耗大幅增加，还会增加有害气体排放，造成环境污染，而且由于热胀冷缩，会对电解槽内衬产生影响。所以，开发适合于铝基体材料无电焊接的自蔓延焊条具有非常重要的意义和应用前景。无电自蔓延焊剂是借鉴熔焊和钎焊连接机理，基于自蔓延高温合成技术与焊接技术的一种新型焊接材料，它以高热剂的自蔓延反应放热为焊接热源，以反应生成的金属为焊缝填充成分实现焊接。使用无电自蔓延焊条进行焊接不需外界能源和设备，只需要一根小巧轻便的自蔓延焊条，即可随时随地实施焊接，携带使用方便，操作灵活简单。目前的无电自蔓延焊条主要用来进行钢铁材料和铜材料的焊接，尚未见到适合于铝及铝合金焊接的无电自蔓延焊条。这是因为适用于钢铁料和铜材料的焊条主要成分为氧化铁、氧化铜和铝粉，而铁、铜和铝在凝固的过程中容易生成脆性化合物，力学性能很差，焊接刚刚完成，焊缝就发生了脆性破坏。所以，无法采用普通的铜、铁等金属氧化物作为自燃型焊条高热剂成分来实现铝及铝合金的自蔓延焊接。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种专用于铝及铝合金焊接的自蔓延焊剂。使用该焊剂，无需外界能源和设备，安全便携，操作快捷简便；无需专业人员、工人劳动强度低；不存在焊接电弧，适合在强磁场等特殊环境下应用；焊接效率高；焊接热变形小；焊缝具有较高强度。本专利技术的自蔓延铝焊剂由如下质量分数的粉末组成:石膏(生石膏、熟石膏皆可)26%-32.5% ;铝 40.5%-57.7% ;氟化钙 1.8%-2.5% ;氟硅酸钠 1%-2.5% ;铜 3%-8% ;锡 1%-13% ；锌 1%-4% ;硅 0.5%-2% M 0.05%-0.1% ;钇 0.05%-0.25% 和银 0.5%_2%。采用本专利技术上述的自蔓延铝焊剂的焊条制备步骤如下: (1)选用200目的石膏(生石膏、熟石膏皆可)粉、铝粉、铜粉、锡粉、锌粉、硅粉、氟化钙粉、氟硅酸钠粉、钪粉、钇粉和银粉，将之分别干燥以去除粉料内的自由水与结合水； (2)按比例将上述干燥后的原料粉末均匀混合，然后，将混合好的粉末与松香粉、石蜡粉按照质量比28:1:1均匀混合；混合好的粉末在90°C下搅拌成泥状，后将其反复敦实挤压成型为圆柱状坯体； (3)在坯体的一端插入镁带作为引线，另一端插入手柄，之后保持压力，将两端插入镁带和手柄的还体在模具中晾凉至室温从而定型； (4)将定型好的坯体表面包覆一层0.1mm厚的铝筒，用以支撑坯体以及补充焊接过程中招的耗损。将包覆好铝筒的焊条逐条进行独立真空包装，以免其在储运过程中发生潮解与氧化。坯体的直径为20mm，长度为220mm。所述手柄上有一棱柱，插入坯体中。插入坯体中的长度为50mm。本专利技术涉及的自蔓延铝焊剂中主要组分的作用如下: (I)焊剂中作为焊缝填充金属来源的组分包括:铝、铜、锡、锌、硅、钪、钇和银，其中铝为焊缝填充金属的合金基体；铜、锡、锌、钪、钇和银则用于改善填充金属的合金体系，以提高焊缝金属的性能；而锡、锌和硅则是用于改善焊接时金属的润湿性与流动性，以提高焊接品质。(2)铝焊剂焊接时的主要热量来源于干燥后的石膏粉(CaSO4)和铝粉(Al)的自蔓延高温放热反应: 2Al+3CaS04=Al203+3Ca0+3S02+ 大量热量 在焊接时，该反应释放的热量将点燃后面未反应的焊剂，从而使得焊条得以在始端燃烧后逐步向末端推进，直至燃尽。在此过程中，松香粉与石蜡粉也将随之辅助燃烧释放热量，且由于其完全燃烧产物为二氧化碳(气体，将随之散入空气中)，不会混入填充金属，影响焊接品质。(3)焊剂中作为造渣剂的组分包括:氟化钙、氟硅酸钠、以及上述(2)中反应所生成的氧化钙(CaO)与氧化铝(Al2O3X这四者在焊接过程中共同形成焊接熔池的渣系，以达到净化熔池、保护填充金属的目的。(4)松香粉与石蜡粉也是焊条的粘合剂与稳定剂。在90°C时，松香粉与石蜡粉以黏稠液态混入焊条原料粉末中，使其成泥状便于塑型。在常温下，二者又回复固态起到粘结周围粉体与稳定焊条形态的作用。本专利技术涉及的自蔓延铝焊条具体使用步骤如下: (I)将焊条从真空包装中取出，手握手柄将焊条始端对准待焊焊缝。(2)点燃镁带，当焊条始端被引燃时开始焊接。在焊接过程中建议采用后倾的方式握持，具体倾角、焊条的燃烧端与待焊母材表面的距离、焊条移动速度可因具体情况而定，但建议控制在75°倾角、5mm间距、6 mm/s的移动速度为宜，以达到最佳焊接效果。(3)焊条燃尽时，焊条底托之前没入焊条的部分将随之烧毁脱离，最终完成焊接。本专利技术与现有技术相比较，具有如下有益效果: (I)焊接品质好:焊条成分中铜和锡的加入不仅降低了铝热反应药剂的综合成本，也降低了焊缝金属的熔点，促进了熔化金属与铝母材的焊合。由于锌与铝具有的良好润湿性，焊条成分中的锌能够很好地改善熔融金属与铝母材的浸润性能。焊条成分中加入的硅，在焊接时转变为氧化硅，一方面可以扩大焊缝金属的固液转变温度范围，从而改善液态金属的流动和润湿性能，有利于良好的熔合；另一方面，则可以改善渣系结构，提高渣系对熔池金属的保护能力。此外，银和稀土元素的加入，能够很好地净化焊缝金属，细化晶粒，去除气体和有害杂质，从而减少裂纹源，进而改善焊缝金属的综合力学性能。(2)操作简便，适应性强:由于本专利技术焊条在焊接时将释放大量热量，使得待焊母材接触面瞬间熔化与焊缝金属发生冶金反应，因而待焊母材接触面的形态将发生重塑，且表面有机质(如油污)将完全燃烧随之挥发，而表面无机质(如表层氧化膜)将在铝母材熔化后随熔池冶金反应进入渣系。因此，使用本专利技术焊条焊接前无需对铝母材的待焊界面进行坡口加工、除污除油和去氧化膜等处理。焊接过程无须其他辅助能源、焊剂和设备，且不受外界磁场环境干扰。(3)安全可靠，便于储运:在焊条制备过程中经过致密化处理，极大降低了焊条中的孔隙量，有效避免了焊条使用过程中发生爆燃。焊条中弥散分布的松香与石蜡，能够有效避免焊条燃烧时发生燃烧中断或串燃。焊条药柱外包覆的薄壁铝筒能够有效避免焊条在储运过程中被折断、损伤。真空包装能够有效防止焊条药柱潮解与氧化，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自蔓延铝焊剂，由如下质量分数的粉末组成：石膏26%?32.5%；铝40.5%?57.7%；氟化钙1.8%?2.5%；氟硅酸钠1%?2.5%；铜3%?8%；锡1%?13%；锌1%?4%；硅0.5%?2%；钪0.05%?0.1%；钇0.05%?0.25%和银0.5%?2%。

【技术特征摘要】
1.一种自蔓延铝焊剂，由如下质量分数的粉末组成:石膏26%-32.5% ;铝40.5%_57.7% ；氟化钙 1.8%-2.5% ;氟硅酸钠 1%-2.5% ；铜 3%-8% ；锡 1%-13% ；锌 1%-4% ；硅 0.5%-2% ；钪0.05%-0.1% ;钇 0.05%-0.25% 和银 0.5%_2%。2.采用权利要求1所述的自蔓延铝焊剂制备焊条的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)选用200目的石膏粉、铝粉、铜粉、锡粉、锌粉、硅粉、氟化钙粉、氟硅酸钠粉、钪粉、钇粉和银粉作为原料，将之分别干燥以去除粉料内的自由水与结合水； (2)按比例将原料粉末均匀混合，然后，将混合好的粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国栋，刘念，任志鹏，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：