专利名称：一种便携式焊笔的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接切割技术领域，涉及一种应急情况下钢、铜材料焊接切割用的便携式焊笔。
背景技术：
焊接技术是工业、民用机械及军事装备制造、抢修及应急维修安装的重要手段之一，但是目前普遍采用的焊条电弧焊需要能输出千瓦以上功率的电源和沉重的电焊机，气焊则需要储存氧气和乙炔气体的高压专用设备，牵连工程大，且操作者需受过专门的训练。 这极大地限制着在停电、野外、雨雪天气等特殊情况下应急焊修任务机动、灵活、高效的展开。另外，在高空、地下、水下等能源不方便供应的极端条件下，这些传统的应急维修方法也无法施展。同时，在水气管道、采暖管网和工程电缆的紧急维修中，也迫切需要便捷的应急焊接方法原位快速恢复或部分恢复使用功能；在地震，火灾等的抢险救灾，消防破拆中，也迫切需要一种无需外界能源和设备，使用方便的切割工具。针对此现实需求，专利CN200810227057. X公布了一种手工热剂焊条，利用铝热焊的基本原理，将高热剂(CuO粉、Cu2O粉、NiO粉、Fe2O3粉和Al粉)，造渣剂( 粉、SW2粉、 CaO粉和CaF2粉)，合金剂( 粉、Mn粉和Si粉)按照一定比例采用球磨机混合均勻，成型于纸质圆筒内，再装上其他部件构成热剂焊条。然而，此专利存在焊粉成分复杂，制造工序繁琐，成本较高，套筒固定在堵头上后容易脱落等缺点。实用新型ZL200620024766. 4发明了一种袖珍式焊笔，由笔管、药筒、锥形助燃罩、引火头、阻燃头、引燃段等部分组成，药筒里面的铝热剂含有铝粉、镁粉、钛粉、铁的氧化物和用作粘接剂的二甲基硅氧烷，药筒的成分类似焊条药皮成分，包括硅酸盐、碳酸盐、二氧化钛、锰铁及钛铁矿等。此专利把造渣剂单独成型为药筒的形式，同时铝热剂里面含有较贵重的钛粉，成本较高。且供操作者手持的阻燃头长度过短，使得操作者在实施焊接时的安全系数不高。
发明内容
本发明针对现有技术的上述缺点和不足，提供一种廉价的便携式焊笔。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案
一种便携式焊笔，包括药管，内部装填铝热剂，药管头部设有点火头，点火头与铝热剂之间有引燃段，药管尾部用一端带有外螺纹的夹持端密封；所述点火头的成分为红磷，引燃段采用铝热焊引火粉，所述铝热剂的成分包括放热剂、造渣剂和合金剂三部分，放热剂的成分为CuO粉60 70wt%，Al粉15 20wt% ；造渣剂的成分为=CaF2粉4 8wt%，CaSO4粉 5 7wt% ；合金剂成分为锰铁粉1 3wt%、镍铁粉2 #t%。其中CuO粉为工业铜屑，氧化率为70 80%。锰铁粉中Mn的含量为88wt%，Fe的含量为10wt%，其余为杂质；镍铁粉中Ni的含量为55wt%，Fe的含量为43wt%，其余为杂质。 所有铝热剂原料颗粒度均在150目 200目之间。上述的便携式焊笔，还包括笔筒，笔筒直径比药管大1 2mm，长度比药管长4 5mm，笔筒一端带有与夹持端的外螺纹相配合的内螺纹。笔筒在焊笔不使用时套在药管外面，使用时，抽出笔筒，通过笔筒上的内螺纹和药管尾部夹持端的外螺纹之间简单快速地配合，可以起固定和支撑焊笔的作用。便携式焊笔的制备流程如下(1)将各原料在电热恒温鼓风干燥箱(T=80°C)中烘干6 8小时；( 按所述质量百分比称取各原料，于高速混料机中混合，制得铝热剂；(3) 将铝热剂填装于直径为11 14mm，长度为150 200mm的纸质药管1内，一端安装引燃段和点火头，另一端安装夹持端密封；(4)将药管装入直径大1 2mm，长度长4 5mm的笔筒中，焊笔即制成。焊笔的点火方式为三级点火。即由火柴或者打火机点燃点火头，点火头燃烧后点燃引燃段，引燃段再引燃铝热剂。原因是铝热剂发生铝热反应需要较高的温度，普通的烟花爆竹火药燃烧产生的温度不能引发铝热反应，只有采用市售的专用铝热焊引燃段才能引燃。而专用铝热焊引燃段又不能被火柴或者打火机点燃，只能采用火焰燃烧温度更高的喷枪，但喷枪不便于携带。所以设计了与普通火柴头所使用的药剂成分一致的红磷制作点火头。点火头的药剂与引燃段的引燃段都加入粘接剂，压制成块，便于组装。焊笔的使用方法是，将药管从笔筒中抽出，并把笔筒拧在夹持端上，用手握住笔筒，将焊笔对准待焊接或者待切割的工件部位，用火柴或者打火机点燃点火头，经过2 3 秒，引燃段引发铝热剂发生铝热反应。焊接时，焊接方向采用后倾，焊接倾角在70°左右，焊条焰长(焊条前端燃烧点距母材表面的距离)控制在5mm左右，焊接速度在7-9mm/s，利用焊条燃烧放出的巨大热量作为焊接热源，生成的合金作为熔敷金属，完成工件间的焊接；切割时，使焊笔燃烧火焰紧贴待切割处，利用铝热剂发生铝热反应放出的巨大热量将金属熔化， 反应产生的气流将熔化的金属冲除，完成切割。本发明现有技术水平能够焊接厚度5mm以下的钢板和铜板，能够切割20mm厚的金属板以及30mm直径的金属棒。本发明与现有技术相比较，具有如下有益效果和优势
(1)焊笔核心部分的铝热剂成分简单，易于保证焊接切割效果的一致性和可重复性。 同时，铝热剂的成分取自工业废料或者其他工业常用物料，焊笔的药筒、笔管、夹持端、点火头、引燃段也选用普通材质，价格低廉；
(2)铝热剂的混合工艺简单，以高速混料机代替球磨机，高效方便；
(3)笔管和夹持端独特的螺纹设计使得操作快捷的同时，笔管的长度增加了操作时的安全性；
(4)造渣剂中的部分CaSO4粉与Al粉反应，放出更大的热量，增强焊接熔池的流动性；
(5)采用工业上常用的锰铁粉和镍铁粉代替纯锰和纯镍作为合金剂，大幅降低焊笔成本。
附图为本发明焊笔的结构示意图。图中标号1-药管；2-铝热剂；3-点火头；4-引燃段；5-夹持端；6-笔筒。
具体实施例方式一种便携式焊笔，包括药管1，内部装填铝热剂2，药管头部设有点火头3，点火头 3与铝热剂2之间有引燃段4，药管尾部用一端带有外螺纹的夹持端5密封；所述点火头3 的成分为红磷，引燃段4采用铝热焊引火粉，所述铝热剂2的成分包括放热剂、造渣剂和合金剂三部分，放热剂的成分为CuO粉60 70wt%，Al粉15 20wt% ；造渣剂的成分为=CaF2 粉4 8wt%，CaSO4粉5 7wt% ；合金剂成分为锰铁粉1 3wt%、镍铁粉2 #t%。焊笔各部分的组成及选择理由如下
铝热剂是焊笔的核心部分，由CuO粉、Al粉、CaF2粉、CaSO4粉、锰铁粉、镍铁粉等冶金工业上常用的添加剂组成，以尽可能降低焊笔制造成本。其中CuO粉为工业铜屑，颗粒表层被氧化，心部仍为金属铜，氧化率为70 80%。锰铁粉中Mn的含量为88wt%，Fe的含量为 10wt%，其余为杂质；镍铁粉中Ni的含量为55wt%，Fe的含量为43wt%，其余为杂质。所有铝热剂原料颗粒度均在150目 200目之间。便携式焊笔利用了铝热反应的基本原理，铝热剂中放热剂的作用就是发生剧烈的化学反应一招热反应，3Cu0+2A1=A1203+3Cu，同时造渣剂中的部分CaSO4也与Al发生如下反应，3CaS04+8Al=3CaS+4Al203,放出巨大的热量，作为焊接和切割时的热源，将焊接母材焊缝处熔化，将切割件熔穿。同时生成熔融态金属Cu，作为熔敷金属，填充在焊缝处凝固后完成焊接。造渣剂的作用是与铝热反应生成的高熔点Al2O3发生复杂的冶金反应，降低Al2O3的活度，最终形成熔点低(熔点小于被焊金属熔点)、密度小(密度小于液态金属的密度，以利上浮)、不溶解于液态金属中、具有良好排气性、粘度和表面张力适宜的CaF2-CaSO4- Al2O3焊接渣系，实现焊接熔渣与焊缝液态合金的有效分离，分离后形成的粘度适中的焊接熔渣覆盖在焊缝熔池上方，防止焊缝金属在空气中的氧化。同时，造渣剂减小了铝热反应的剧烈程度，使焊笔燃烧平稳，燃烧速度在可控的范围内，易于操作。合金剂起渗合金作用，向焊缝金属中添加适当的合金元素，以保证焊接接头具有良好的力学性能与其他特殊性能(如耐磨、 耐蚀、耐热等)，或补充母材在焊接过程中合金元素的烧损。Ni和狗能增加焊缝合金与母材的润湿，Ni还能增加焊缝的耐蚀性，Mn能提高焊缝的强度。焊笔的笔筒采用具有较高强度的PVC管制成，一端用塑料圆片密封，另一端设计有内螺纹，与夹持端的外螺纹相配合。笔筒一方面可对强度较低的纸质药管实行保护，方便贮存和运输，另一方面可防止点火头意外引燃，防止事故的发生。并且焊接切割作业时，将笔筒抽出拧在夹持端上，防止手握住笔筒时夹持端与笔筒滑落，同时增加了操作者的手离焊笔燃烧火焰的距离，提高了安全性。夹持端也采用普通塑料制作，药管也只用普通报纸即可，将焊笔的制作成本降至最低。下面结合实施例和附图对本发明进行说明，有助于更好地理解本发明。实施例1
一种便携式焊笔，铝热剂由放热剂、造渣剂和合金剂三部分组成。放热剂各成分及比例为CuO 粉60wt%，Al 粉20 wt% ；造S剂各成分比例为=CaF2 粉8wt%，CaSO4 粉5wt% ；合金剂各成分及比例为锰铁3wt%、镍铁#t%。各粉料颗粒度均在150目 200目之间，其中 CuO粉为工业铜屑，颗粒表层被氧化，心部仍为金属铜，氧化率为70%。首先按照上述百分数比例称取各成分，在电热恒温鼓风干燥箱(T=80°C)中烘干6小时。然后在高速混料机混合 1分钟，即得到铝热剂2 ；将铝热剂2填入直径为11mm，长度为150mm的纸质药管1中，在药管的一端安装引燃段4和点火头3，另一端安装耐热的塑料夹持端5 ；将由PVC管制成，直径为12. 5mm，长度为155mm的笔筒6套在药管2上，焊笔即告制成，示意图如附图所示。对两块规格为IOOmmX40mmX 3mm的Q235钢板进行平板对焊，将药管从笔筒中抽出，并把笔筒拧在夹持端上，用手握住笔筒，将焊笔对准待焊接的工件部位，用火柴点燃点火头，经过2秒，引燃段引发铝热剂发生铝热反应。焊接时，焊接方向采用后倾，焊接倾角在 70°左右，焊条焰长控制在5mm左右，焊接速度约为7mm/s。焊接完毕，钢板正反面均被焊透，焊缝表面光滑平整，宽度均勻，成形良好。实施例2
一种便携式焊笔，铝热剂由放热剂、造渣剂和合金剂三部分组成。放热剂各成分及比例为=CuO粉:68wt%, Al粉17 wt% ；造渣剂各成分比例为-.CaF2粉5wt%，CaSO4粉7wt% ；合金剂各成分及比例为锰铁lwt%、镍铁2wt%。各粉料颗粒度均在150目 200目之间，其中 CuO粉为工业铜屑，颗粒表层被氧化，心部仍为金属铜，氧化率为75%。首先按照上述百分数比例称取各成分，在电热恒温鼓风干燥箱(T=80°C)中烘干7小时。然后在高速混料机混合 1分钟，即得到铝热剂2 ；将铝热剂2填入直径为13mm，长度为170mm的纸质药管1中，在药管的一端安装引燃段4和点火头3，另一端安装耐热的塑料夹持端5 ；将由PVC管制成，直径为14mm，长度为174mm的笔筒6套在药管2上，焊笔即告制成，示意图如附图所示。对两块规格为IOOmmX40mmX 5mm的Q235钢板进行平板对焊，将药管从笔筒中抽出，并把笔筒拧在夹持端上，用手握住笔筒，将焊笔对准待焊接的工件部位，用打火机点燃点火头，经过3秒，引燃段引发铝热剂发生铝热反应。焊接时，焊接方向采用后倾，焊接倾角在70°左右，焊条焰长控制在5mm左右，焊接速度约为7mm/s。焊接完毕，钢板正反面均被焊透，焊缝表面光滑平整，宽度均勻，成形良好。实施例3
一种便携式焊笔，铝热剂由放热剂、造渣剂和合金剂三部分组成。放热剂各成分及比例为=CuO粉:70wt%, Al粉:15wt% ；造渣剂各成分比例为-.CaF2粉-Awt0Z0, CaSO4粉6wt% ；合金剂各成分及比例为锰铁2wt%、镍铁3wt%。各粉料颗粒度均在150目 200目之间，其中 CuO粉为工业铜屑，颗粒表层被氧化，心部仍为金属铜，氧化率为80%。首先按照上述百分数比例称取各成分，在电热恒温鼓风干燥箱(T=80°C)中烘干8小时。然后在高速混料机混合 1分钟，即得到铝热剂2 ；将铝热剂2填入直径为14mm，长度为200mm的纸质药管1中，在药管的一端安装引燃段4和点火头3，另一端安装耐热的塑料夹持端5 ；将由PVC管制成，直径为16mm，长度为205mm的笔筒6套在药管2上，焊笔即告制成，示意图如附图所示。对两块规格为IOOmmX40mmX5mm的铜板进行平板对焊，将药管从笔筒中抽出，并把笔筒拧在夹持端上，用手握住笔筒，将焊笔对准待焊接的工件部位，用火柴点燃点火头， 经过2秒，引燃段引发铝热剂发生铝热反应。焊接时，焊接方向采用后倾，焊接倾角在70° 左右，焊条焰长控制在5mm左右，焊接速度约为7mm/s。焊接完毕，铜板正反面均被焊透，焊缝表面光滑平整，宽度均勻，成形良好。实施例4
一种便携式焊笔，铝热剂由放热剂、造渣剂和合金剂三部分组成。放热剂各成分及比例为=CuO粉:70wt%, Al粉:15wt% ；造渣剂各成分比例为-.CaF2粉-Awt0Z0, CaSO4粉6wt% ；合金剂各成分及比例为锰铁2wt%、镍铁3wt%。各粉料颗粒度均在150目 200目之间，其中CuO粉为工业铜屑，颗粒表层被氧化，心部仍为金属铜，氧化率为77%。首先按照上述百分数比例称取各成分，在电热恒温鼓风干燥箱(T=80°C)中烘干8小时。然后在高速混料机混合 1分钟，即得到铝热剂2 ；将铝热剂2填入直径为14mm，长度为200mm的纸质药管1中，在药管的一端安装引燃段4和点火头3，另一端安装耐热的塑料夹持端5 ；将由PVC管制成，直径为16mm，长度为205mm的笔筒6套在药管2上，焊笔即告制成，示意图如附图所示。对直径为20mm，长度为200mm的钢筋进行切割，钢筋水平架起放置。将笔筒抽出， 拧在夹持端上，用手握住笔筒，将焊笔对准钢筋，用打火机点燃点火头，经过2秒，引燃段引发铝热剂发生铝热反应，这时使切割笔燃烧火焰紧贴钢筋待切割处，经过6秒钟，钢筋被切断。实施例5
一种便携式焊笔，铝热剂由放热剂、造渣剂和合金剂三部分组成。放热剂各成分及比例为=CuO粉:68wt%, Al粉17 wt% ；造渣剂各成分比例为-.CaF2粉5wt%，CaSO4粉7wt% ；合金剂各成分及比例为锰铁lwt%、镍铁2wt%。各粉料颗粒度均在150目 200目之间，其中 CuO粉为工业铜屑，颗粒表层被氧化，心部仍为金属铜，氧化率为73%。首先按照上述百分数比例称取各成分，在电热恒温鼓风干燥箱(T=80°C)中烘干7小时。然后在高速混料机混合 1分钟，即得到铝热剂2 ；将铝热剂2填入直径为13mm，长度为170mm的纸质药管1中，在药管的一端安装引燃段4和点火头3，另一端安装耐热的塑料夹持端5 ；将由PVC管制成，直径为14mm，长度为174mm的笔筒6套在药管2上，焊笔即告制成，示意图如附图所示。对一块200mmX 120mmX 20mm的普通碳素钢板进行宽度方向的切割，钢板水平架起放置。将笔筒抽出，拧在夹持端上，用手握住笔筒，将焊笔对准钢板，用火柴点燃点火头， 经过2秒，引燃段引发铝热剂发生铝热反应，这时使焊笔燃烧火焰紧贴钢板待切割处，并沿宽度方向缓慢移动，经过20秒钟，钢板被切开。
权利要求
1.一种便携式焊笔，其特征在于，包括药管(1 )，内部装填铝热剂(2)，药管头部设有点火头(3)，点火头(3)与铝热剂(2)之间有引燃段(4)，药管尾部用一端带有外螺纹的夹持端 (5)密封；所述点火头(3)的成分为红磷，引燃段(4)采用铝热焊引火粉，所述铝热剂(2)的成分包括放热剂、造渣剂和合金剂三部分，放热剂的成分为=CuO粉60 70wt%，Al粉15 20wt% ；造渣剂的成分为=CaF2粉4 8wt%，CaSO4粉5 7wt% ；合金剂成分为锰铁粉1 3wt%、镍铁粉2 4wt%0
2.根据权利要求1所述的便携式焊笔，其特征在于，所述CuO粉为工业铜屑，氧化率为 70 80%ο
3.根据权利要求1或2所述的便携式焊笔，其特征在于，所述锰铁粉中Mn的含量为 88wt%,Fe的含量为10wt%，其余为杂质；镍铁粉中Ni的含量为55wt%，Fe的含量为43wt%， 其余为杂质。
4.根据权利要求1或2所述的便携式焊笔，其特征在于，所述铝热剂的颗粒度在150 目 200目之间。
5.根据权利要求1或2所述的便携式焊笔，其特征在于，还包括笔筒(6)，笔筒直径比药管大1 2mm，长度比药管长4 5mm，笔筒一端带有与夹持端的外螺纹相配合的内螺纹。
6.权利要求广5所述便携式焊笔的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)将各原料在电热恒温鼓风干燥箱中烘干6 8小时；( 按质量百分比称取各原料，于高速混料机中混合，制得药粉；(3)将药粉填装于直径为11 14mm，长度为150 200mm的纸质药管内，一端安装引火粉和点火头，另一端安装夹持端密封；(4)将药管装入直径大1 2mm，长度长4 5mm的笔筒中，焊笔即制成。
全文摘要
本发明公开了焊接切割技术领域的一种便携式焊笔，包括药管，内部装填铝热剂，药管头部设有点火头，点火头与铝热剂之间有引燃段，药管尾部用一端带有外螺纹的夹持端密封；所述点火头的成分为红磷，引燃段采用铝热焊引火粉，所述铝热剂的成分包括放热剂、造渣剂和合金剂三部分，放热剂的成分为CuO粉60～70wt%，Al粉15～20wt%；造渣剂的成分为CaF2粉4～8wt%，CaSO4粉5～7wt%；合金剂成分为锰铁粉1～3wt%、镍铁粉2～4wt%。使用时，将笔筒抽出拧在夹持端上，用手握住笔筒，点燃焊笔前端点火头，就能对工件进行焊接和切割。焊笔制作成本低，小巧便携，尤其适用于紧急情况下钢材铜材的焊接切割作业，焊接质量良好，切割速度高。
文档编号B23K23/00GK102151982SQ201110126018
公开日2011年8月17日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者任志鹏, 张国栋, 徐锦飞 申请人:武汉大学