热熔焊料、引燃剂及其构成的放热熔融焊接剂 一、技术领域
本发明涉及在金属焊接中使用的焊接材料，更具体地说，本发明涉及以高温热熔剂焊接法对金属进行焊接所使用的热熔焊料、引燃剂以及由热熔焊料与引燃剂构成的热熔焊接剂。
二、背景技术
在以铁路导轨或长途运输管道为导线的通信联络系统，野外建筑物和构筑物的防雷接地工程等有线信号传输工程中的导线之间、金属构件之间及与导线与构件之间有大量的连接焊接点。传统的焊接方法是采用电弧焊或气焊。但由于这些连接焊接点分布范围广且在野外，受电源与焊接设备运输携带的限制，施工多有不便，难于满足方便、高效的施工要求。后来人们将高温热熔剂焊接法引入上述领域的焊接，克服了传统焊接方法存在的一些不足，取得了比较好的焊接效果，即不但焊接操作方便快捷，焊接质量也得到了明显提高，因此在国内外得到了广泛的采用。高温热熔剂焊接法是利用氧化还原化学反应产生的高温热能熔融金属，使铜导线与构件之间(或导线之间或构件之间)熔融相互焊接在一起。这种焊接方法的技术关键与焊接质量主要取决于热熔焊料、与其配比使用的引燃剂以及它们构成的焊接物系。公开号为CN1069215A的中国发明专利申请公开了这类物系的一种方案。该方案以氧化铜(CuO)、金属铝(Al)、金属铜(Cu)、氟化钙(CaF2)、硅钙(CaSi)等粉末为热熔焊料，引燃剂以镁(Mg)、重铬酸钾(K2Cr2O7)或氯酸钾(KClO3)、铜(Cu)、红磷(P)等粉末为原料组分，并用有机物火棉粘结成颗粒状，热熔焊料与引燃剂的比为10～20∶1。上述方案揭示了一个可行的热熔焊接物系。但该方案存在着明显的不足。其一，由于作为引燃剂主要组分的重铬酸钾或氯酸钾具有爆敏性，引燃剂在引燃时需要特殊地点燃装置，因此焊接操作还不够方便，并且在其运输储存中，备加小心，操作稍有不慎就有发生火灾与爆炸的危险，安全性差。其二，焊接后形成的焊接点强度与化学稳定性还不够很高，为了提高其抗腐蚀的能力，还须涂覆特殊的保护漆。
三、发明内容
本发明的目的旨在同时提供在有线信号传输导线中以高温热熔剂焊接法进行焊接所使用的热熔焊料、引燃剂以及由热熔焊料与引燃剂构成的放热熔融焊接剂，以克服现有技术所存在的安全性差、使用还不够方便、焊接点的强度与化学稳定性还不够高等缺陷。
本发明提供的热熔焊料，其原料重量组分的构成为：
表面氧化铜粉末 50～60％
金属铜粉末 20～30％
金属铝粉末 10～20％
氟石粉末 5.0～6.5％
锌或/和锡粉末 1.0～4.0％
优选采用以下技术方案：
表面氧化铜粉末 50～60％
金属铜粉末 20～30％
金属铝粉末 10～20％
氟石粉末 5.0～6.5％
锌粉末 0.5～2.0％
锡粉末 1.0～2.5％
热熔剂焊接法的原理是应用金属铝与氧化铜之间的氧化还原反应放出的热能产生的高温，使金属局部熔融实现焊接。氧化铜和金属铝是本发明必不可少的组分。本发明选用表面氧化铜作为还原氧化铜，在高温还原时，其内部未氧化的金属铜受热熔融体积膨胀后，能促使粉末颗粒表面的更新化学反应加快，可在很短的时间内产生焊接所需的高温，完成焊接过程。表面氧化铜内部未氧化的金属铜，不仅是焊接所需的添加材料，同时对温度的调节也起重要作用。因此表面氧化铜在热熔焊料中所占的比重比较大，可达50～60％。最好是选用氧化度为55～70％，粉末粒度为60～200目的氧化铜。金属铜主要是用于弥补表面氧化铜提供的金属铜的不足。金属铜的含量以弥补表面氧化铜的不足为限，其重量含量一般可控制在20～30％。金属铜最好选用纯度不小于99％，粉末粒度不大于60目的金属铜。金属铝作为氧化还原反应的还原剂，其含量除了能满足与氧化铜完成氧化还原反应之外，还应有一定的可用于清除焊接点处表面氧化物的余量，这也是本发明的发明点之一。金属铝的含量可控制在10～20％。金属铝的粉末粒度最好不大于100目，以便于氧化还原反应快速进行。氟(CaF2)在熔融焊接过程中主要起到助熔造渣消除物相气泡的作用，使形成的焊接点金相更为均匀，焊接质量更高。氟石的含量以能够有效消除焊接点熔融体中的杂质和气泡为宜，一般其重量含量为5.0～6.5％。氟石粉末的粒度一般不大于150目。发明人在研究过程中发现，在热熔焊料中加入少量的锌和锡，或者仅加入锌或锡等铜合金元素会使形成的铜合金焊接点强度增加、化学性能稳定，有利于焊点抗氧能力的提高。优选的方案是同时加入锌与锡合金元素。这是本发明区别于现有技术的主要发明点之一。锌与锡都可以氧化物、金属或混合物的形式加入。优先考虑的方案是锌以氧化锌(ZnO)的形式加入，锡以金属锡的形式加入。当锌与锡同时加入时，两者的含量可控制在2.0～4.0％；单独加入其中的一种时，含量可控制在1.0～2.5％。当以金属的形式加入时，含量要低一些，当以氧化物的形式加入时，含量要适当高一些。锌与锡的粒度都不应大于100目。
本发明揭示的热熔焊料在常温下储运操作不会发生化学反应，用其进行焊接时须由引燃剂引燃后才能进行化学反应。引燃剂是热熔焊接法必不可少的材料。本发明提供的引燃剂重量组分组成如下：
金属铜粉末 25～40％
表面氧化铜粉末 20～40％
金属铝粉末 15～25％
高锰酸钾粉末 5.0～10％
红磷粉末 5.0～10％
上述方案中的金属铜的铜纯度不低于99％，粉末的粒度可为60～200目。表面氧化铜的氧化度为55～70％，粉末的粒度可为60～200目。金属铝的粉末粒度不大于100目。红磷(P)的粉末粒度不大于100目。实践证明，作为氧化剂的高锰酸钾(KMnO4)远比重铬酸钾(KnCr2O7)或氯酸钾(KClO3)的化学稳定性好，不会因其储运操作等过程中碰撞或震动而发生爆炸。这是因为高锰酸钾只能在200℃以上才会分解出氧，氧的释放点与红磷(P)的着火点同步，当引燃剂在引燃时，高锰酸钾分解释放出的氧加聚红磷燃烧，进而促进金属铝与表面氧化铜发生稳定的氧化还原反应，因此可以消除由于操作不慎导致的爆炸后顾之忧。用高锰酸钾代替已有技术中的重铬酸钾或氯酸钾也是本发明的主要发明点之一。
热熔焊料与引燃剂是配比使用的，两者共同构成了热熔焊接法的放热熔融焊接剂。在放热熔融焊接剂中，热熔焊料与引燃剂的重量比控制在56～63∶1的范围。
本发明揭示的焊接剂可广泛用于以铁路导轨、长途运输管道为导线的通信联络系统、野外建筑物与构筑物的防雷接地工程等有线信号传输线路中的铜导线或非铜导线之间、构件之间、或导线与构件之间的连接焊接。本发明的焊接物系在具体实施时，将配比好的热熔焊料置放在焊接模腔内下面，引燃剂置放在热熔焊料的上面，用点火枪引燃引燃剂后，反应放热产生的高温使焊料在焊接处熔融成铜合金，且只需在几秒钟之内即可冷却，完成焊接过程，实现其焊接之目的，焊接操作十分快捷简便。
本发明与现有技术相比具有以下比较突出的优点与积极效果：
1、本发明提供的由热熔焊料和引燃剂构成的焊接剂，由于不含有易爆组分的重铬酸钾或氯酸钾，因此在储存、运输及化学反应过程中都不会发生爆燃，安全性好。
2、由于本发明的热熔焊料中含有形成铜合金的元素组分锌、锡，焊接点形成的是铜合金，其机械强度与化学稳定性都较已有技术有很大的提高，抗腐蚀能力强，使用寿命长，适用环境范围广。
3、由于焊接物系中所含的还原剂成分金属铝(Al)，除了能满足与氧化铜的氧化还原反应之外，还有足够的量可用于在高温反应时清除焊接点处工件表面上的氧化物。因此，焊前工件表面无需特殊处理，节省了焊前对工件表面进行清洁处理的时间，简化了焊接工艺。
4、引燃剂的引燃无需特殊的点火装置，使用电石打火枪即可引燃，焊接操作方便快捷。
5、由于焊接点形成的是化学稳定的铜锌锡合金，抗氧化能力强，焊接后又无需特殊防腐处理，只需作常规涂漆即可，大大简化了焊接后的处理工艺。
本发明还具有其他方面的一些优点与效果。
四、具体实施方式
在下面各实施例中的组分均为重量百分比，组分份数均为重量份数。
实施例1
热熔焊料的制备原料组分构成：
氧化度为58％、粒度为100目的表面氧化铜(CuO)粉末 50％
铜钝度为99％、粒度为60目的金属铜(Cu)粉末 30％
粒度为100目的金属铝(Al)粉末 14％
粒度为150目的氟石(CaF2)粉末 5.0％
粒度为100目的氧化锌(ZnO)粉末 1.0％
引燃剂的制备原料组分构成为：
铜钝度为99％、粒度为60目的金属铜(Cu)粉末 40％
氧化度为70％、粒度为100目的表面氧化铜(CuO)粉末 25％
粒度为100目的金属铝(Al)粉末 20％
粒度为100目的高锰酸钾(KMnO4)粉末 8.0％
粒度为100目的红磷(P)粉末 7.0％
由上述热熔焊料与引燃剂构成的放热熔融焊接剂中，热熔焊料与引燃剂的份数比为58∶1。
实施例2
热熔焊料的制备原料组分构成为：
氧化度为63％、粒度为200目的表面氧化铜(CuO)粉末 60％
铜钝度为99％、粒度为60目的金属铜(Cu)粉末 30％
粒度为100目的金属铝(Al)粉末 12.5％
粒度为150目的氟石(CaF2)粉末 6.5％
粒度为100目的氧化锡(SnO)粉末 1.0％
引燃剂的制备原料组分构成为：
铜钝度为99％、粒度为60目的金属铜(Cu)粉末 30％
氧化度为55％、粒度为100目的表面氧化铜(CuO)粉末 40％
粒度为100目的金属铝(Al)粉末 15％
粒度为100目的高锰酸钾(KMnO4)粉末 10％
粒度为100目的红磷(P)粉末 5.0％
由上述热熔焊料与引燃剂构成的放热熔融焊接剂中，热熔焊料与引燃剂的份数比为61∶1。
实施例3
热熔焊料的制备原料组分构成为：
氧化度为70％、粒度为100目的表面氧化铜(CuO)粉末 59％
铜钝度为99％、粒度为60目的金属铜(Cu)粉末 30％
粒度为100目的金属铝(Al)粉末 12％
粒度为150目的氟石(CaF2)粉末 5.5％
粒度为100目的氧化锌(ZnO)粉末 2.0％
粒度为100目的氧化锡(SnO)粉末 1.5％
引燃剂的制备原料组分构成为：
铜钝度为99％、粒度为60目的金属铜(Cu)粉末 25％
氧化度为60％、粒度为100目的表面氧化铜(CuO)粉末 37％
粒度为100目的金属铝(Al)粉末 18％
粒度为100目的高锰酸钾(KMnO4)粉末 10％
粒度为100目的红磷(P)粉末 10％
由上述热熔焊料与引燃剂构成的放热熔融焊接剂中，热熔焊料与引燃剂的份数比为65∶1。
实施例4
热熔焊料的制备原料组分构成为：
氧化度为65％、粒度为100目的表面氧化铜(CuO)粉末 50％
铜钝度为99％、粒度为60目的金属铜(Cu)粉末 20％
粒度为100目的金属铝(Al)粉末 20％
粒度为150目的氟石(CaF2)粉末 6.0％
粒度为100目的氧化锌(ZnO)粉末 2.0％
粒度为100目的氧化锡(SnO)粉末 2.0％
引燃剂的制备原料组分构成为：
铜钝度为99％、粒度为60目的金属铜(Cu)粉末 40％
氧化度为65％、粒度为100目的表面氧化铜(CuO)粉末 20％
粒度为100目的金属铝(Al)粉末 20％
粒度为100目的高锰酸钾(KMnO4)粉末 10％
粒度为100目的红磷(P)粉末 10％
由上述热熔焊料与引燃剂构成的放热熔融焊接剂中，热熔焊料与引燃剂的份数比为60∶1。