便携式无电焊接技术的研究与应用

便携式无电焊接技术的研究与应用

武丙东 杨月 徐洪壮

海洋石油工程股份有限公司  天津市  300450

摘要：焊接技术是机械设备维修与材料加工过程中的一项重要技术，已经在诸多领域得到了广泛应用。近些年以来，随着科学技术的不断发展，人们对材料加工与设备维修提出了更高标准，要求能够在各种复杂环境下进行应急维修，近期出现的便携式无电焊接技术能够满足这项要求，这项技术在特殊环境下材料与设备焊接维修工作中发挥着非常关键的作用。与常规的电弧焊等技术项目，便携式无电焊接技术在应用等过程中不需要供电，而且操作比较简单，不需要对操作人员进行专业培训；在多种复杂环境下都能够正常工作，可以快捷地实现设备维修，正是由于这些优点的存在，使得便携式无电焊接技术拥有广阔的应用前景。

关键词：便携式无电焊接技术；研究；应用

0 引言

随着科学技术的不断发展，便携式无电焊接技术在最近这些年得到了快速发展，属于一种新型焊接技术，这项技术具有多种应用优势，其中包括携带方便，操作简单、不需要外接供电、能够适应多种应用场景等，因此成为了应急焊接工作中的重要手段。这篇文章重点对无电焊接技术的基本概念以及特点进行介绍，并对当前的研究现状和今后的应用前景进行分析。

1 便携式无电焊接

1.1 自蔓延高温合成

便携式无电焊接应用了自蔓延高温合成原理。从化学理论层面来看，自蔓延高温合成通常也被称作燃烧合成，这项技术通过反应物产生的化学反应而实现持续放热，化学反应被成功激发之后，就会快速的向未反应区域进行不断蔓延[1]。现如今，自蔓延焊接通常被用来对金属与金属、陶瓷和金属之间的焊接。无论是从物理角度还是从化学角度来看，金属与陶瓷的物理与化学性质都存在着比较大的差异，两者的特膨胀系数相差很大，在实际焊接的过程中会产生热应力。如果仅仅使用普通的焊接手段是无法实现两者之间有效连接的。通过自蔓延焊接技术，能够在短时间内产生大量的热量，这种热量足以使两者之间产生焊接过渡层，进而实现异种材料的焊接。但是在实际应用自蔓延焊接技术的时候，通常都需要在高压环境下进行操作，因此对操作人员的技能水平要求高。

1.2 便携式无电焊接原理

便携式无电焊接技术在技术原理上其实就是将常规焊接与自蔓延高温合成两者融合发展而来的焊接技术，这项技术与传统自蔓延焊接存在着一定的差异，便携式无电焊接的便捷性更高。操作人员可以使用类似手工电弧焊的操作方法进行作业，在焊接的时候不需要外部热源，仅靠焊料自身产生的热量就能够完成焊接焊，相比常规焊接方式，便携式无电焊接具有更高的稳定性。

1.3 焊笔

手持式焊笔属于便携式无电焊接技术应用过程中所需的一个重要材料，这种焊笔通常由以下几种原材料制成：高热剂、稀释剂以及造渣剂等，通过将上述几种原料进行融合掺杂制成[2]。其中，造渣剂的成份是二氧化硫和一氧化钙，而合金剂的原材料包含以下几种元素：W、Ni、Zn等，高热剂的主要含有的成分是Fe2O3，在进行焊接的时候会产生高热，温度通常能够达到5000K左右，发生的化学反映如下：

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

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

手持焊笔结构的物理结构比较简单，主要包括以下几部分：引线、焊药、套筒以及纸筒等。其中，纸筒主要是对焊药药柱起到一定的保护作用，纸筒也是焊笔成型的主要结构件。引线通常放置在纸筒的一侧，用来激发焊药产生自蔓延高温反应。在实际进行焊接的过程中，把套筒固定在焊笔末端的堵头位置，然后使用明火将引线点燃，这样就可以促使焊药产生自蔓延高温合成反应，在发生化学反映的过程中会释放高热，焊接位置逐渐会被高热熔化，反应期间出现的金属产物将会牢固地粘结在物体表面，使受焊物之间形成焊渣，保护焊缝。

1.4 特点

便携式无电焊接采用了自蔓延高温反应技术，这项焊接技术的特点如下：(1)节能。在实际进行焊接的过程中，焊料会自发产生化学反应，并释放较高的热量，不需要外界供热，放热的温度甚至可以超过4000摄氏度，能够充分满足焊接对热量的需求，而且焊接效率非常高；(2)操作比较简便，易于携带。由于焊笔相对来说比较小，在焊接过程中不需要外部供电、供热，只需要使用火柴就能够触发化学反映，因此操作非常简便，在野外应急焊接中得到了广泛应用；(3)焊接质量高。便携式无电焊接属于熔焊焊接，在焊接位置释放高热，因此能够形成非常牢固的焊缝；(4)应用相对来说比较广泛。由于这种焊接技术具有多种应用优势，能够适应多种应用场景，因此在各类工程机械设备应急维修中得到了广泛应用。

2 便携式无电焊接应用

2.1 焊接45钢

就目前来看，对于45钢的无电焊接研究相对来说比较多，而且已经形成了大量的研究成果，市面上按照钢材厚度差异设计出了不同类型的焊接焊笔，目前主要有以下几种型号的焊笔：焊接5mm以下，6~10mm，以及10~15mm钢材的焊笔。在进行焊接的过程中，需要按照受焊母材的尺寸大小选用合适的焊笔，只有这样才能够提升焊接效果，充分满足焊接需求

[3]。利用Fe系焊料对5毫米厚度的钢材进行无电焊接，焊接完成后会形成牢固的焊缝，焊缝主要包括以下几种元素Cu、Fe、Ni，这种焊缝具有超强的抗拉强度，抗拉强度一般都在400MPa以上。采用Al+CuO高放热体系，在实际对12毫米厚的45钢板进行焊接时，通过增大焊笔直径、降低反应物料粒径等措施，能够显著提升焊接效率。焊接接头位置由于存在固溶强化作用，因此焊缝具有较高的力学性能，拉伸强度一般会达到357MPa左右。

2.2 焊接Q235钢

利用CuO、Fe2O3+Al作为高热剂，对5mm厚的Q235钢进行了无电焊接，发现焊缝冶金结合，存在明显过渡区，抗拉强度达到350MPa，抗弯强度达到1000MPa，焊缝力学性能较好。焊接5mm厚的A3钢，焊缝合金存在细晶强化和弥散强化作用，抗拉强度和弯强度分别为370和1100MPa。

2.3 异种金属焊接

采用CuO+Al系的Cu基便携式无电焊接材料分别对不同厚度的Q235钢和45钢进行焊接，焊缝强度接近Q235钢而低于45钢，冲击韧性较好。焊接4mm厚的Q235和45钢，焊缝和母材基体存在明显的过渡区，焊缝抗拉强度超过200MPa，且弯强度接近600MPa，表面硬度达HRB130。焊接10mm厚的Q235和45钢板，焊缝组织区出现不均匀分布的柱状晶，焊缝抗拉强度达到282MPa，抗弯强度达到628MPa，冲击韧性达到46.43J/cm2[4]。焊缝显微硬度达2300MPa(HV0.1)，熔合区显微硬度达2556MPa(HV0.1)。

结语

便携式无电焊接技术应用了自蔓延高温合成技术，具有便捷、易操作、效率高等优势，因此在焊接领域得到了非常广泛的应用，能够满足各种场景下的焊接任务。此外，便携式无电焊接的时候由于会产生高热，需要操作人员对无电焊接的温度进行精准控制，这也是当前研究人员研究的热点课题。所以，为了能够提升焊接效率和质量，技术人员仍需在可控化、精细化便携式无电焊接设备方面加强研究，提升焊接接头位置的综合力学性能，将有利于进一步拓展便携式无电焊接的应用。

参考文献：

[1]龚寅卿,蒋相森,高霆,肖亚东,张建强,张国栋.便携式无电焊接技术的研究与应用[J].焊接,2023,(10):38-46.

[2]王含宇,崔军,张国涛.便携式相贯线切割焊接一体机的设计[J].电焊机,2012,42(03):55-58.

[3]刘吉延,黄鑫,邱骥,巴德玛.无电焊接材料的燃烧速度和燃烧温度研究[J].装甲兵工程学院学报,2009,23(03):81-83+94.

[4]金立山.防氧化便携式焊接装置[J].真空与低温,1986,(04):74.