一种金属棒内芯式自蔓延焊笔及其制备方法与流程

本发明属于焊接技术领域，涉及一种应急情况下钢、铜材料焊接用的焊接技术，具体涉及一种金属棒内芯式自蔓延焊笔及其制备方法。

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。因此，亟需开发一种无须大量外界能源和大型设备、使用方便、操作简单、高效、节能的新型焊接技术和焊接材料来弥补传统焊接技术的不足。

自蔓延是利用化学反应自身放热合成材料的一种技术，又被称为燃烧合成，它利用化学反应放热，完全(或部分)不需要外热源；通过快速自动波燃烧的自维持反应得到所需成份和结构的产物；通过改变热的释放和传输速度来控制过程的速度、温度、转化率和产物的成份及结构。利用自蔓延反应原理可以设计出符合上述特定需求的焊接设备。专利20110126018.2公布了一种便携式焊笔及其制备方法，其采用cuo粉和al粉作为放热剂，caf2和caso4作为造渣剂，锰铁粉和镍铁粉作为合金剂，该专利所用材料和结构虽可以满足应急条件下的焊接需求，但由于反应原料均为细颗粒状粉末，反应过程剧烈，反应过程中金属损失比例大，金属液得液率低，增加了使用成本。专利201210159201.7公开了一种简易无电焊笔，也存在着反应过于剧烈，金属损失较多的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种制作简单，反应平稳，金属利用率高的金属棒内芯式自蔓延焊笔。

本发明的技术方案如下：

一种金属棒内芯式自蔓延焊笔，包括纸质药管，药管中间为金属棒内芯，金属棒长度与药管长度相同，直径为药管直径的20％～40％。金属棒内芯与药管之间装填铝热剂，药管头部设有点火头，点火头与焊剂之间有引燃段，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。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，引燃段再引燃焊剂。

还包括直径和长度比外层药管略大的笔筒，材料为pvc管，用于套在药管外面，所述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部；使用时将笔筒抽出，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，可以起到固定和支撑焊笔的作用。

所述金属棒材料为铁棒、铜棒或其他满足焊接要求的金属。

所述铝热剂的成分包括放热剂、造渣剂和合金剂三个部分，采用现有技术中使用的铝热剂即可，放热剂成分为：cuo粉60.0％～75.0wt.％，al粉15.0％～25.0wt.％；造渣剂成分为：caf2粉4.0％～6.0wt.％，b粉0.5％～1.5wt.％，sio2粉4.0％～8.0wt.％；合金剂成分为：fe粉2.0％～5.0wt.％，nio粉2.5％～6.0wt.％。所有铝热剂原料颗粒度均在150～200目之间。

采用金属棒内芯式焊笔制作步骤如下：(1)将各原料在电热恒温鼓风干燥箱(t＝80℃)中烘干6～8小时；(2)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)将铁棒、铜棒或其他满足焊接要求的金属棒置于纸质药管中间；(4)将铝热剂装填于金属棒和药管间；(5)在药管一端安装引燃段和点火头，另一端安装夹持端密封；(6)将药管装入直径比外层药管直径大1～2mm，长度比外层药管长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，引燃段再引燃焊剂。原因是焊剂发生铝热反应需要较高的温度，普通的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。

本发明具有如下有益效果和优势：

(1)金属棒内芯式药管结构易于实现，成型可靠，金属棒为常用工业原料，价格低廉；

(2)金属棒内芯式结构提高了药管的强度，便于储存和运输；

(3)金属棒内芯在铝热剂反应时吸热熔化，使反应平稳，金属损失少，焊接效率高；

(4)焊笔除可用于焊接外，还可用于切割。

附图说明

图1本发明的金属棒内芯式自蔓延焊笔结构示意图。

图2为本发明金属棒内芯式自蔓延焊笔储存状态示意图。

图3为本发明金属棒内芯式自蔓延焊笔使用状态示意图。

图中标号：1-纸质药管，2-金属棒内芯，3-铝热剂，4-点火头，5-引燃段，6-夹持端，7-笔筒。

具体实施方式

结合说明书附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。

如图1和图2所示，一种金属棒内芯式自蔓延焊笔，包括纸质药管1，纸质药管1中间为金属棒内芯2。金属棒内芯2与纸质药管1之间装填铝热剂3，纸质药管1头部设有点火头4，点火头4与铝热剂3之间有引燃段5，纸质药管1尾部用一端带有外螺纹的夹持端6密封。还包括直径和长度比外层纸质药管1略大的笔筒7，用于套在纸质药管1外面，所述笔筒7一端带有与夹持端6的外螺纹相配合的内螺纹。

本发明实施例中作为金属棒内芯2的金属棒长度与纸质药管1长度相同，直径为纸质药管1直径的20％～40％。所述点火头4的成分为红磷，引燃段5采用铝热焊引火粉。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4，点火头4燃烧后点燃引燃段5，引燃段5再引燃焊剂。

所述笔筒7直径和长度比外层纸质药管1略大，材料为pvc管，用于套在纸质药管1外面，所述笔筒7一端带有与夹持端6的外螺纹相配合的内螺纹。笔筒7在焊笔不使用时套在纸质药管1外部；使用时将笔筒7抽出，通过笔筒7上的内螺纹和纸质药管1尾部夹持端6的外螺纹之间简单快速地配合，可以起到固定和支撑焊笔的作用。

所述金属棒为铁棒、铜棒其他满足焊接要求的金属。，所述铝热剂3的成分包括放热剂、造渣剂和合金剂三个部分，采用现有技术中使用的铝热剂3即可，放热剂成分为：cuo粉60.0％～75.0wt.％，al粉15.0％～25.0wt.％；造渣剂成分为：caf2粉4.0％～6.0wt.％，b粉0.5％～1.5wt.％，sio2粉4.0％～8.0wt.％；合金剂成分为：fe粉2.0％～5.0wt.％，nio粉2.5％～6.0wt.％。所有铝热剂3原料颗粒度均在150～200目之间。

采用金属棒内芯2式焊笔制作步骤如下：(1)将各原料在电热恒温鼓风干燥箱(t＝80℃)中烘干6～8小时；(2)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；(3)将直径2.0～6.0mm，长度为150～250mm的铁棒、铜棒或其他满足焊接要求的金属棒置于直径10～15mm，长度150～250mm的纸质药管1中间；(4)将铝热剂3装填于金属棒和纸质药管1间；(5)在纸质药管1一端安装引燃段5和点火头4，另一端安装夹持端6密封；(6)将纸质药管1装入直径比外层纸质药管1直径大1～2mm，长度比外层纸质药管1长4～5mm的笔筒7中，焊笔即制成，如图2所示。

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，引燃段再引燃焊剂。原因是焊剂发生铝热反应需要较高的温度，普通的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。

工作时，如图3所示，将纸质药管1从笔筒7中抽出，并把笔筒7拧在夹持端6上，用手握住笔筒7，将焊笔对准待焊接的工件部位，用火柴或者打火机点燃点火头4，经过2～3秒，引燃段5引发纸质药管1内铝热剂3的铝热反应，产生大量热量，熔化金属棒内芯2。焊接时，焊接方向采用后倾，焊接倾角在70°左右，焰长(焊笔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，熔化金属棒内芯2产生的金属液作为熔敷金属，完成工件间的焊接。本发明能够焊接5mm以下的钢板、铜板或其他金属板材。

实施例1：

药管为直径12mm，长度200mm的纸质药管；金属棒内芯为直径4.0mm，长200mm的铁棒；铝热剂成分为cuo粉68.0wt.％，al粉16.0wt.％，caf2粉4.2wt.％，b粉0.8wt.％，sio2粉5.6wt.％，fe粉2.4wt.％，nio粉3.0wt.％。按上述制备过程制得焊笔后，对两块100mm×40mm×5mm的q235板进行平板对焊，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，焊接速度在7mm/s。焊接过程平稳可控，焊接完毕后清除表面焊渣，焊缝成形良好。

实施例2：

药管为直径10mm，长度150mm的纸质药管；金属棒内芯为直径3.8mm，长150mm的铜棒；铝热剂成分为cuo粉70.0wt.％，al粉15.0wt.％，caf2粉4.5wt.％，b粉1.0wt.％，sio2粉4.6wt.％，fe粉2.2wt.％，nio粉2.7wt.％。按上述制备过程制得焊笔后，对两块100mm×40mm×5mm的铜板进行平板对焊，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，焊接速度在8mm/s。焊接过程平稳可控，焊接完毕后清除表面焊渣，焊缝成形良好。

实施例3：

药管为直径12.5mm，长度180mm的纸质药管；金属棒内芯为直径4.2mm，长180mm的铁棒；铝热剂成分为cuo粉67.0wt.％，al粉18.0wt.％，caf2粉5.0wt.％，b粉0.6wt.％，sio2粉4.9wt.％，fe粉2.0wt.％，nio粉2.5wt.％。按上述制备过程制得焊笔后，对两块70mm×25mm×5mm的不锈钢进行平板对焊，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，焊接速度在7mm/s。焊接过程平稳可控，焊接完毕后清除表面焊渣，焊缝成形良好。

实施例4：

药管为直径12mm，长度160mm的纸质药管；金属棒内芯为直径3.0mm，长160mm的铜棒；铝热剂成分为cuo粉65.0wt.％，al粉18.5wt.％，caf2粉5.5wt.％，b粉0.9wt.％，sio2粉5.2wt.％，fe粉2.1wt.％，nio粉2.8wt.％。按上述制备过程制得焊笔后，对两块100mm×40mm×5mm的铜板进行平板对焊，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，焊接速度在7mm/s。焊接过程平稳可控，焊接完毕后清除表面焊渣，焊缝成形良好。