涨姿势：何为“无电焊接技术”

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。

图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（3622K和5151K）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：

⑴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3622K和5151K，理论上足以使钢铁构件熔化，且反应产生Fe和Cu，满足焊接金属母材的需要。

⑵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Ni、Mn、Ti等。

⑶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 、SiO₂、CaF₂、NaF、V₂O₅等。

⑷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

对5mm的Q235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。