[发明专利]一种自蔓延铝焊剂及焊条

说明书

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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%；钪0.05%-0.1%；钇0.05%-0.25%和银0.5%-2%。

采用本发明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℃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坯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铝的耗损。

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。

本发明涉及的自蔓延铝焊剂中主要组分的作用如下：

（1）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+3CaSO₄=Al₂O₃+3CaO+3SO₂+大量热量