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推动无电切割焊接革命

涨姿势:何为“无电焊接技术”

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发表时间:2017-04-14 00:00作者:小编


无电焊接技术,是将自蔓延技术与焊接技术相结合的一种新型焊接方法,该技术利用SHS反应的放热及其产物来焊接受焊母材,但它不同于一般的SHS焊接,而是将可进行SHS反应的焊药制成小巧轻便、大小和形状类似笔状的燃烧型焊条,焊接时只需用普通火源(火柴、火机、香烟等)将焊条点燃,焊药反应放出的热量使焊条维持燃烧并产生类似焊弧的燃烧弧,采用手工电弧焊的运条方法,即可实施焊接。该焊接方法不需要外界能源和设备,携带使用方便、操作灵活简单,在紧急情况下可及时地进行应急焊修,保证机器正常运转。另外无电焊接热变形小,对金属表面锈蚀不敏感,焊缝具有较高的强度和防腐蚀性能,因此该焊接方法是武器装备应急抢修和野外工程机械、输油管路等应急快速修复的理想焊接手段。

1.       无电焊接技术的原理

无电焊接技术是一种新的自蔓延熔焊方法,以燃烧合成反应放出的热量为高温热源,将焊接母材局部加热熔化,以反应的产物为填料,采用手工电弧焊的操作方法,实现焊接母材的永久牢固连接。

焊接所需能量来自焊药中能发生SHS反应的高热剂。高热剂在发生SHS反应时,产生的能量不仅能够维持SHS反应进行,而且产生足够的热量使母材局部熔化,同时反应生成一定的金属成分与受焊母材共同形成焊缝,已达到焊接的目的。

无电焊条(combustionwelding rod)是实施无电焊接的一种结构小巧、携带和操作都很方便的笔状工具。焊条直径Φ10~Φ20mm、长度100~300mm,由纸管、药柱、堵头、引火帽和套管组成,结构如图1所示。其特点如下:不需要电源、气源和其他辅助设备;能够产生足够的焊接能量(能量密度达0.7×104W•cm-2);具有良好的机械保护作用,保证熔融金属不受空气的侵害;冶金处理作用,保证焊接接头的力学性能;良好的焊接工艺性;安全、可靠、药时性好;发尘量为5g/kg(普通电焊条平均发尘量为15~25g/kg),环保性好。

1 燃烧型焊条结构

2.       无电焊接使用的焊药简介

无电焊接所应用的焊药主要作用有三方面:提供焊接所需的能量;提供适当的金属元素,保证焊缝金属的综合性能;造渣,对焊缝金属进行保护。另外,由于无电焊接是一种高温(3622K5151K)快速反应,还需要在焊药当中添加一定物质,调整反应温度和速度,使反应便于控制。综上所述,焊药由四部分组成:

高热剂:焊药的重要组成部分,保证有足够的能量以维持SHS反应,同时为焊接提供能量,以保证焊接的完成。一般可选用燃烧热大、绝热燃烧温度高的铝热剂作为高热剂,如CuO+Al系铝热剂、Fe2O3+Al系铝热剂等。这类高热剂发生自蔓延反应放出的大量热量,足以满足上述要求,同时还生成一定的金属,作为焊缝金属的基体,充填于母材焊缝之中。高热剂一般选用燃烧热大、绝热燃烧温度高的铝热剂作为高热剂,例如CuO+Al系铝热剂、Fe2O3+Al系铝热剂,这两类铝热剂的燃烧合成反应分别为

Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+836KJ/mol

3CuO+2Al=3Cu+Al2O3+1519KJ/mol

上述反应的绝热燃烧温度分别为3622K5151K,理论上足以使钢铁构件熔化,且反应产生FeCu,满足焊接金属母材的需要。

合金剂:为保证焊缝金属的综合性能(如良好的力学性能、耐蚀、耐热、耐磨等),在焊药当中添加适当的合金元素,用以向焊缝金属中添加,或补充母材在焊接过程中合金元素的烧损。常用的合金剂有NiMnTi等。

造渣剂:焊药当中添加造渣剂的目的主要有两点:一是为了形成熔点低、密度低、粘度适宜的焊渣覆盖在金属熔池上方,使焊缝金属免受空气和水分的侵蚀,从而获得合格的焊缝金属;二是为了使铝热反应生成的非金属成分Al2O3(在生成物中含量达30%以上),能够有效地与金属产物分离,避免焊缝金属当中夹杂Al2O3,从而保证焊接接头具有良好的强度和韧性。常用的造渣剂有CaO SiO2CaF2NaFV2O5等。

稀释剂:为了调整反应温度和速度,使反应便于控制,还需要在焊药当中添加一定比例不参加燃烧合成反应的惰性添加剂,即稀释剂。可以用一些金属氧化物作为稀释剂。

3.       燃烧速度

焊条的燃烧速基本保持稳定,大小为13.5mm/s左右,燃速比较适宜,焊接可控性较好,焊弧稳定。

4.       焊接接头进行宏观分析

焊接时,焊药反应产生充足的热量,被焊接零件能够被焊透,金属熔池具有较好的流动性,焊渣与金属成分有效分离,能够起到保护焊缝金属的作用,且易于清除。焊接接头表面质量良好,外观比较平整光滑,焊道成形良好,焊缝宽度均匀,而且沿整个焊缝长度将试件焊透,达到单面焊双面成形的效果。焊缝正面和背面宏观形貌如图2和图3所示。

                          


5.       焊接接头的力学性能

5mmQ235板材进行焊接试验,测试焊接试件焊缝的抗拉强度发现,焊缝的抗拉强度最高可以达到425MPa,最低强度350MPa。由此可见,焊缝抗拉强度达350MPa以上,与受焊母材Q235强度基本相当。


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