專利名稱：點(diǎn)燃鋁熱組合物的設(shè)備、包含該鋁熱組合物的坩堝以及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于點(diǎn)燃鋁熱組合物的方法，并且涉及相關(guān)的設(shè) 備，特別地本發(fā)明涉及如下類型的方法和設(shè)備其中連接兩個電極的 電阻放置于緊挨該組合物的位置，該電阻被供給電流，從而通過來自 后者的焦耳效應(yīng)引起熱量釋放。
背景技術(shù)：
這種方法和這種設(shè)備本身是總所周知的，在一個實(shí)施例中，電阻 覆蓋有煙火式點(diǎn)燃組合物并且因此被覆蓋，浸入在待點(diǎn)燃的鋁熱組合 物中。該煙火式點(diǎn)燃組合物的組合以及配比的方式使得當(dāng)電阻被供給 電流時在電阻中由焦耳效應(yīng)引起的熱量的釋放效果下，產(chǎn)生充分的熱 量釋放，從而使得鋁熱燃料點(diǎn)燃，其中通過焦耳效應(yīng)的簡單熱量釋放 并不會產(chǎn)生這種結(jié)果。
因此，US專利第1,562,137號描述了這樣一種方法，其應(yīng)用于用 作"熱地雷(thermal mine)"的鋁熱組合物的點(diǎn)燃，意在在液壓裝置的 供水系統(tǒng)中破冰，然而還已經(jīng)提出了其它應(yīng)用，特別是在鐵路軌道的 鋁熱焊接的領(lǐng)域。
以已知方式那樣應(yīng)用的該方法被證明是特別危險的，只要其開始 反應(yīng)，即使是出于意外，煙火式組合物本身就會維持該反應(yīng)而不會有 任何使其停止的可能性，從而過早地使得鋁熱組合物點(diǎn)燃以及隨之而 來的這種特別大的熱量釋放，不論預(yù)期的應(yīng)用是什么，這會使得現(xiàn)場 的人員和裝置承擔(dān)特別大的風(fēng)險。
此外，申請人試圖開發(fā)一種用于點(diǎn)燃鋁熱組合物的方法，所述鋁 熱組合物的類型在序言中表述，其特征在于，電極中的至少一個由具 有高于第二確定溫度的第一確定熔化溫度的材料制成，以點(diǎn)燃鋁熱組 合物，其特征在于，熱量的釋放是在初始充分限制的空間中在碳和氧 存在的條件下通過焦耳效應(yīng)引起的，以在該空間中達(dá)到高于所述第一溫度的第三溫度，從而產(chǎn)生電離一氧化碳，從而使得所述材料局部電 離熔化，然后維持兩個電極的電流供給，同時使得電離一氧化碳的產(chǎn) 生和它們之間的電流通過持續(xù)進(jìn)行，從而使得材料的局部電離熔化至
少持續(xù)充分的時間，從而產(chǎn)生所述熔化材料的電離熔珠(bead)，該電離 熔珠具有足夠的質(zhì)量和溫度，以通過與所述鋁熱組合物進(jìn)行熱交換并 且通過其離子激發(fā)，使得后者點(diǎn)燃。
然而，這種方法具有缺點(diǎn)，不能使得鋁熱組合物足夠可預(yù)測地并 且可靠地點(diǎn)燃。此外，引燃組合物的電離熔珠具有產(chǎn)生短路的風(fēng)險， 因為它在電極之間形成了物理接觸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是找到一種對于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的補(bǔ)救措施。 根據(jù)第一方面，出于這個目的提出了一種用于點(diǎn)燃鋁熱組合物的 設(shè)備，其特征在于，它包括電阻，所述電阻連接兩個電極并且用于通 過電流源而被供能，從而通過焦耳效應(yīng)引起熱量釋放，所述電阻暴露 于包括氧和碳的介質(zhì)，從而由電阻導(dǎo)致的介質(zhì)溫度上升導(dǎo)致一氧化碳 的形成并且然后使得后者與氧發(fā)生放熱反應(yīng)，導(dǎo)致能夠引起鋁熱組合 物點(diǎn)燃的火焰出現(xiàn)。
申請人用這種設(shè)備進(jìn)行的試驗已經(jīng)顯示出，電流的建立引起設(shè)備 的即時反應(yīng)。
某些優(yōu)選的但并非限制性的方面如下 電阻包括碳，
至少部分地通過包括在電阻中的碳實(shí)現(xiàn)形成一氧化碳， 電阻包括支撐碳纖維的絕緣支架， 碳纖維是機(jī)織的，
碳纖維通過壓力應(yīng)用為抵靠在電極上，
支架將碳纖維支撐在其周圍，并且被強(qiáng)行插入在電極之間，
支架是可彈性壓縮的，
碳纖維圍繞支架符合一般U形截面，
氧來自于周圍的空氣，
它包括用于提供周圍的空氣的通道， 通道在電阻附近開放，
對于固體形成障礙物的元件設(shè)置在電阻周圍，
所述形成障礙物的元件通過所述支架形成，后者包括應(yīng)用為抵 靠在電極上的絕緣膠帶，
它進(jìn)一步包括外部的基本上剛性的結(jié)構(gòu)，保證膠帶保持在適當(dāng) 位置，
鋁熱組合物的水平面位于電極的下端之下，并且與后者有一定 距離，
鋁熱組合物的水平面位于電極的下端之上，
電極的下端包含在形成障礙物的元件中，從而使得電極不與鋁 熱組合物直接接觸，
電極是由鋼制成的， 電阻是預(yù)成型的套管，
它包括密封的外殼，所述外殼包含引燃鋁熱組合物劑量并且安 裝在基座上，電極安裝在所述基座中，
所述外殼由一種材料制成，對于所述材料熔點(diǎn)基本上低于引燃 劑量的鋁熱反應(yīng)所達(dá)到的溫度，
所述外殼由鋁或鋁合金以單片形式制成，
所述通道在所述外殼的壁中形成，
在所述外殼中的鋁熱組合物的水平面位于電極的下端之下并且 與后者有一定距離，
在所述外殼中的鋁熱組合物的水平面位于所述通道之下，
在所述外殼中的鋁熱組合物的水平面位于所述電極的下端之
上，
電極的下端包含在形成障礙物的元件中，從而使得電極不與鋁 熱組合物直接接觸。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了一種用于點(diǎn)燃鋁熱組合物的方法， 包括以下步驟將如上面所限定的設(shè)備放置于組合物附近，并且將電 流供給至該設(shè)備的電阻，在電阻處產(chǎn)生的火焰直接觸發(fā)鋁熱反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提出了一種用于點(diǎn)燃主要鋁熱組合物的 方法，包括以下步驟將如上面所限定的設(shè)備放置于組合物附近，并且將電流供給至該設(shè)備的電阻，在電阻處產(chǎn)生的火焰觸發(fā)引燃劑量的 鋁熱反應(yīng)，其自身伴隨著外殼的至少部分熔化，使得來自所述反應(yīng)的 白熱熔化金屬朝著主要鋁熱組合物擴(kuò)散。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提出了一種用于諸如鐵路軌道的型材的 鋁熱焊接的方法，其中在模具之上的坩堝中放置鋁熱組合物的一定劑 量，所述模具和兩個面對的型材端部一起限定出模制空腔，其特征在 于，通過前述方法之一在所述劑量中觸發(fā)鋁熱反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提出了一種用于制造點(diǎn)燃設(shè)備的方法，
其特征在于它包括以下步驟從擠壓出的絕緣部分(extruded insulating part)切割出來絕緣支架、圍繞所述支架使用碳纖維以及將具有碳纖維 的支架強(qiáng)行安裝在電極之間。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提出了一種用于制造點(diǎn)燃設(shè)備的方法， 其特征在于它包括以下步驟從擠壓出的絕緣部分切割出來絕緣支架， 圍繞所述擠壓出的絕緣部分在其整個長度上預(yù)先固定碳纖維，以及將 具有碳纖維的支架強(qiáng)行安裝在電極之間。
兩個較后的方法的某些優(yōu)選的但并非限制性的方面如下
絕緣部分是由硅制成的，
它包括在電極上施加傾向于使電極更加靠近在一起的力的附加 步驟。
根據(jù)第七方面，本發(fā)明提出一種用于鋁熱反應(yīng)的坩堝組件，能夠 在用于焊接諸如鐵路軌道的型材的模具之上調(diào)節(jié)，其特征在于它包括 點(diǎn)燃設(shè)備。
某些優(yōu)選的但并非限制性的方面如下
它包括蓋子，所述設(shè)備放置在通過所述蓋子的開口中， 所述坩堝在側(cè)壁中包括用于容納所述點(diǎn)燃設(shè)備的合適的開口。 根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備可以具有很多應(yīng)用方式，特別是諸如鐵
路軌道的型材的鋁熱焊接的應(yīng)用方式，這是一種運(yùn)輸和處理不同設(shè)備
的條件并不允許輕易遵守嚴(yán)格的安全指示的應(yīng)用方式，其特別需要點(diǎn)
燃設(shè)備排除鋁熱焊接燃料的任何過早點(diǎn)燃。
與這種應(yīng)用方式相關(guān)，可以設(shè)置為將鋁熱焊接燃料容納在坩堝中。
然后可以設(shè)置為將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或多或少埋藏在鋁熱焊接燃料中。
不論根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備因而如何相對于容納在柑堝中的鋁熱焊接 燃料而布置，它可以以獨(dú)立于后者的形式出現(xiàn)，從而僅僅在必須進(jìn)行 焊接時被放置在其中，并且坩堝是否需要在焊接之后再次使用或者在 焊接之后被毀掉也這樣布置。
然而，也可以設(shè)置為將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備整體結(jié)合至坩堝或者坩 堝組件的一部分，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備本身用于單一用途。
出于這個目的，提出了根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)燃設(shè)備分別包括用于將電 極牢固地整體結(jié)合至用于鋁熱焊接的坩堝組件的壁的裝置，或者用于 將設(shè)備牢固地整體結(jié)合至用于鋁熱焊接的坩堝組件的壁的裝置。
在這里"坩堝組件"并不僅僅意味著實(shí)際的坩堝，即包含鋁熱焊 接燃料的容器，還意味著該坩堝的附件，例如蓋子，所述蓋子可能地 加在坩堝的上開口之上以限制或避免白熱顆粒的任何突出并且在該反 應(yīng)過程中過濾任何氣體散發(fā)。


本發(fā)明的其它方面、目的和優(yōu)點(diǎn)在閱讀對于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例 的以下具體描述之后將變得更加明顯，所述實(shí)施例是作為非限制性的 例子給出的，并且以附圖為參考，其中-
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)燃設(shè)備的視圖，根據(jù)第一實(shí)施例， 其部分地作為通過對稱中央縱向平面的剖視圖，包括設(shè)備的對稱軸線， 并且部分地作為主視圖。
圖2是圖1的點(diǎn)燃設(shè)備的側(cè)視圖。
圖3a顯示了根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)燃設(shè)備的視圖，根據(jù)第二實(shí)施例， 其部分地作為通過對稱中央縱向平面的剖視圖，包括設(shè)備的對稱軸線， 并且部分地作為主視圖。
圖3b顯示了根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)燃設(shè)備的視圖，根據(jù)第二實(shí)施例的 選擇形式，其部分地作為通過對稱中央縱向平面的剖視圖，包括設(shè)備 的對稱軸線，并且部分地作為主視圖。
圖4顯示了點(diǎn)燃設(shè)備的局部視圖，作為通過圖1中的橫向平面 IV-IV的剖視圖。 圖5顯示了圖3a的點(diǎn)燃設(shè)備的局部視圖，作為通過圖3a中的 橫向平面V-V的剖視圖。
圖6描述了在用于鐵路軌道的鋁熱焊接的類型的坩堝組件中根 據(jù)圖1和圖2的設(shè)備的置入實(shí)施例(implantation embodiment)的非限制 性的例子，作為通過包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的縱向軸線的對稱縱向平 面的剖視圖。
圖7a和圖7b根據(jù)相同的實(shí)施例描述了根據(jù)本發(fā)明的另一點(diǎn)燃 設(shè)備，作為類似于圖1的視圖。
圖8顯示了在用于鐵路軌道的鋁熱焊接的類型的坩堝組件中根 據(jù)圖7b的設(shè)備的置入實(shí)施例的非限制性的例子，作為通過包括根據(jù)本 發(fā)明的設(shè)備的縱向軸線的對稱縱向平面的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖1-5，描述了根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)燃設(shè)備1的兩個非限制性 的例子，為了使得包含在坩堝組件3中的鋁熱焊接燃料2點(diǎn)燃，所述 例子包括鋁熱組合物的適當(dāng)劑量4，其具有相對于燃料2顯著減小的體 積。
形成劑量4的鋁熱組合物以及鋁熱焊接燃料2優(yōu)選地以顆粒狀態(tài) 存在，這考慮到對抗鋁熱反應(yīng)的自然開始的安全性。形成劑量4的鋁 熱組合物的性質(zhì)可以與鋁熱焊接燃料2的性質(zhì)相同，或者可以與鋁熱 焊接燃料2的性質(zhì)稍微不同，如果這樣不會導(dǎo)致后者的任何污染的話。
因此，為了容納鋁熱組合物劑量4，設(shè)備1包括密封的外殼6，然 而制造所述外殼6的材料通過將其加熱至通過形成劑量4的鋁熱組合 物所達(dá)到的溫度的量級的溫度，而能夠熔化或者被毀掉，而不會有導(dǎo) 致鋁熱燃料2的污染的任何風(fēng)險。因此，外殼6可以有利地由鋁或鋁 合金以單片形式制成。
外殼6在形成它的管狀壁7的上端處是開放的，但是其開口 11通 過塞子(或基座)IO可密封地關(guān)閉，所述塞子(或基座)IO由一種材料制 成，該材料形成電絕緣體并且經(jīng)受一段足夠長的時間的溫度上升，其 在設(shè)備1的操作過程中承受該溫度上升。例如，基座IO可以由熱固的 或甚至熱塑性合成材料制成，例如填充有玻璃纖維的類似PA6的聚酰胺。
基座10在壁7的端部處通過同軸接合在開口 11中牢固地連接至 外殼6，并且通過壁7中的巻邊13牢固地連接至外殼6。
與外殼6類似，在所述例子中，基座10具有圍繞軸線8的大體軸 對稱形狀。
在基座IO之內(nèi)，例如，兩個基本上縱向的電極20、 21例如通過 二次模制被部分地容納并且牢固地保持?；鵌O在它們之間維持電絕 緣。
電極20和21都由一種材料制成，該材料具有高于鋁熱組合物4 的弓I燃溫度并且低于點(diǎn)燃火焰的溫度的熔化溫度。
因此，對于134(TC量級的組合物4的引燃溫度，電極20和21有 利地由熔化溫度至少等于1600'C的材料制成，例如由低碳鋼制成。
因此，由鋼制成的每個電極20、 21可以隨意地涂覆導(dǎo)電護(hù)套并且 是抗氧化的，這在使用設(shè)備之前保護(hù)電極免受腐蝕。
例如，電極20和21中的每一個都具有具有不變圓形截面的完整 桿的形狀，并且每一個都包括縱向連接的兩個直線截面。第一截面平 行于軸線8，并且從基座10部分地突出。第二截面相對于基座10的上 表面逐漸地從軸線8離開，直到各個自由端22、 23。
根據(jù)一個實(shí)施例的這些自由端22、 23能夠通過互鎖形式連接至各
自的電源導(dǎo)體，并且能夠例如通過簡單地在相應(yīng)的導(dǎo)體上拉動而分離。 這些導(dǎo)體本身可以連接至提供高強(qiáng)度的受控電流源設(shè)備74,并且
連接至開關(guān)75，所述開關(guān)75使得導(dǎo)體能夠被供給電流并且使得這種供
給能夠維持需要的時間。
電源設(shè)備74優(yōu)選地包括快速放電的12伏電池，從而能夠非?？?速地提供需要的電流。
在外側(cè)開放的通道30設(shè)置在設(shè)備1中，從而使得空氣可以進(jìn)入由 基座10和外殼6所限定的封閉空間。該通道30使得能夠供給操作設(shè) 備所需的氧氣，這一點(diǎn)將會在下文中具體描述。
例如，通道30可以在基座10中形成，作為與外殼6的內(nèi)部空間9 聯(lián)通的通道31，如圖2中所示。
或者，它也可以在空間9處直接穿孔于外殼6，如圖3中所示；或所示。然后，在設(shè)備l 的存儲過程中，臨時保護(hù)裝置32覆蓋通道30。在使用設(shè)備時，接著在 點(diǎn)燃燃料之前移除該保護(hù)裝置就可以了。作為非限制性的例子，這可 以是諸如標(biāo)簽的粘性保護(hù)裝置，同時它也可以標(biāo)注終止日期。 設(shè)備進(jìn)一步包括安裝在兩個電極20、 21之間的電阻40。 可以以不同形式制成的該電阻包含碳，以使得能夠形成點(diǎn)燃火焰 所需的一氧化碳，這一點(diǎn)會在下文中說明。此外，電阻40安裝在電極20、 21上，從而在它們之間保證了牢 固的物理接觸，從而使得電流可以在電阻中適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生，而同時在足 夠長的時間中經(jīng)受溫度的上升，以形成火焰而終止，這一點(diǎn)也會在下 文中具體說明。應(yīng)該注意的是，電阻40直接暴露于由外殼6和底座10所限定的 內(nèi)部空間。在優(yōu)先實(shí)施例中(如圖1、 2和3a所示)，在外殼6中的鋁熱組合物 4的水平面位于電極20、 21的下端之下，并且與后者有一定距離，更 特別地，有幾毫米量級的距離。因此，由于在電極21、 22和組合物4 之間在開始反應(yīng)時不會發(fā)生接觸，可以避免熔化電極20、 21或使它們 短路的任何風(fēng)險。此外，為了防止組合物通過通道30泄露的任何風(fēng)險，如果通道30 是在外殼6中制成，則在移除保護(hù)裝置32時，所述通道30可以有利 地在電極20、 21的下端處稍微地位于鋁熱組合物4的上表面之上。根據(jù)另一實(shí)施例(如圖3b中所示)，在外殼6中的鋁熱組合物的水 平面位于電極20、 21的下端之上。為了使它們不嵌入鋁熱組合物4中 (這一方面會有在組合物4和電極20、 21之間引起短路的風(fēng)險，另一方 面會有在開始反應(yīng)時電極20、 21部分熔化的風(fēng)險)，形成障礙物的元件 放置于電極的所述下端。例如該元件可以通過電阻或者圍繞電阻40放 置的任何其它固體元件形成，這樣可以避免電極20、 21和組合物4之 間的任何接觸。根據(jù)如圖1、 2和4中所示的第一實(shí)施例，電阻40包括用作碳纖 維44的支架的絕緣本體43。碳纖維44形成為形成部分地圍繞本體43 的U形的燈芯(wick)，從而抵靠其側(cè)表面而變平，這一點(diǎn)會在下文中具1體說明。作為非限制性的例子，本體43以彈性可壓縮材料制成，并且優(yōu)選 地通過在具有合適的厚度的鑄造的或擠壓出的部分(例如完整的硅片) 中將其切割出來而制成。關(guān)于碳纖維44，可以使用直徑為幾微米量級(例如4 pm)的單向性 碳纖維條，纖維包中的纖維的數(shù)量典型地為從幾百到幾千。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，本體43為矩形型材，其寬度稍微大于電極21、 22之間的空間的寬度。它可以包括在前表面上具有例如半圓截面的凹 口 45(參見圖2)，在凹口中纖維44被保持為在U形的兩個分支部分之 間的過渡段。將電阻安裝在電極上是通過手動或者使用自動化裝備將具有碳纖 維44的本體43強(qiáng)行安裝在電極21、 22之間來實(shí)現(xiàn)的，所述碳纖維44 從U形的分支部分之間的過渡區(qū)域布置為如上面所述的U形(即在圖2 中從左至右)。本體43的彈性可壓縮性使得在這種插入的過程中，纖維44在基 本上垂直于電極而定向時，纖維44通過壓力而被保持在本體的任一側(cè) 上，分別在本體的兩個側(cè)表面和兩個電極21、 22之間。中間本體43插入兩個電極21、 22之間可以通過以下方式進(jìn)行 或者通過從電極21、 22的自由端開始，并且沿后者正好滑動至 需要的位置，其中纖維44的包在其整個高度上與電極接觸， 或者通過電極的側(cè)面，垂直于它們形成的平面，從本體的前表 面，其中形成凹口 45以保證纖維44的正確的放置。在兩種情況中，在將具有后面的纖維的本體43放置在電極之間過 程中，使用凹口45可以促進(jìn)將纖維44的保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｍㄟ^本體的彈性，并且如果必要的話通過電極21、 22的彈性，可 以保證將具有纖維44的本體43以所需的穩(wěn)固性在電極之間保持在適 當(dāng)?shù)奈恢?，在放置的過程中，所述電極21、 22可以通過產(chǎn)生回彈力的 彈性變形稍微遠(yuǎn)離彼此而移動。選擇性地，為了增強(qiáng)纖維44和電極21、 22之間的物理接觸，可 以通過鉗子在電極21、 22上施加傾向于使它們更加靠近的力。也可以 考慮通過布置膠帶來保證或增強(qiáng)所述接觸，以使得空氣能夠滲透至電阻?？紤]到設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)，為了生產(chǎn)電阻，可以使用較長長度的型材，例如在支架43的絕緣材料中被擠壓而成，并且在其長度上碳纖 維44折疊為U形。在裝配過程中，該型材然后被平行于纖維而切開為 合適的寬度，以獲得如上所述設(shè)置到合適位置的上述類型的電阻40。應(yīng)該注意到，根據(jù)選擇性的實(shí)施例，碳纖維44可以都圍繞本體43 而纏繞。根據(jù)第二實(shí)施例，如圖3和圖5中所示，電阻40包括碳纖維44， 所述碳纖維44通過絕緣支架粘性地粘合至電極，所述絕緣支架包括膠 帶42，所述膠帶42例如為PTFE(Teflon⑧)材料，圍繞電極而纏繞。為了保證將碳纖維44牢固地應(yīng)用在電極20和21上，然后如圖3 中所示，例如可以通過鐵絲41來緊固膠帶42，或者通過任何其它基本 上剛性的外部結(jié)構(gòu)來緊固膠帶42。在所有的情況下，選擇這種剛性結(jié) 構(gòu)為一種材料，如果所述材料將要分解，其既不會污染鋁熱組合物4 也不會污染鋁熱燃料2。膠帶42的布置方式使得碳纖維44和電極21和22之間的接觸盡 可能地堅固。為了這個目的，如圖5中所示，例如可以將其推回使得 它在兩個電極20和21之間形成折疊形式并且至少部分地填充兩個電 極20和21之間的空間。這種布局進(jìn)一步使得周圍的空氣能夠到達(dá)電 阻40。根據(jù)第三實(shí)施例(未示出)，電阻40是預(yù)成型的碳套管單元，其將 通過使得套管和/或電極彈性變形而安裝在電極20和21上。套管40和/或電極20和21的變形使得足以保證正確操作設(shè)備1 所需的碳通過壓力應(yīng)用為抵靠電極。在該實(shí)施例中，保證了空氣可以 流動至電阻，另外防止了任何來自鋁熱組合物4的顆粒滲透進(jìn)入電阻 之內(nèi)。此外，在鋁熱組合物的水平面位于電極21、 22的下端之上的情況 下，在之前描述的兩個實(shí)施例中的電阻的布局和形狀使其能夠用作形 成障礙物的元件，以保護(hù)電極21、 22避免熔化以及與組合物短路的風(fēng)險。根據(jù)第四實(shí)施例(未示出)，電阻40通過碳纖維織物制成。在這種的牢固的物理接觸，可 以設(shè)置為使碳織物圍繞第一實(shí)施例的情況的類型的本體，從而使其采 用U形截面，或者如同第二實(shí)施例，設(shè)置為通過基本上剛性的外部結(jié) 構(gòu)通過壓力將其應(yīng)用為抵靠電極20和21。本發(fā)明的設(shè)備以如下方式操作。當(dāng)其連接至電源時，電流流入電 阻40并且特別地流入碳纖維44。產(chǎn)生的焦耳效應(yīng)使得纖維的溫度快速 上升，直到達(dá)到周圍的氧氣與電阻的碳結(jié)合而形成一氧化碳的溫度。然后，后者通過放熱反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳。這種反應(yīng)的放熱特征 快速地導(dǎo)致在點(diǎn)燃燃料4中形成火焰，該火焰的溫度可以估計為超過 200(TC，其觸發(fā)后者的鋁熱反應(yīng)。隨著燃料4的點(diǎn)燃，可以快速地獲得外殼6的材料的熔化溫度。 然后，來自燃料4的鋁熱反應(yīng)的白熱熔化鐵可以漏出。圖6描述了具有根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)燃設(shè)備并且具有設(shè)有控制開關(guān)的 電源74的坩堝組件3。在一種本身已知的方式中，坩堝組件包括容納主要鋁熱燃料2的 柑堝部分3a和在上部封閉坩堝的蓋子3b，這些元件都優(yōu)選地由集聚的 沙制成。完全為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的這些元件不再進(jìn)行描述。該坩 堝組件典型地放置在模具之下，所述模具放置在彼此面對的兩個軌道 端部周圍，以通過來自主要燃料2中的鋁熱反應(yīng)的熔化的鋼來對它們 進(jìn)行焊接，在典型地由卡紙板制成的塞子32已經(jīng)消耗掉之后，其熔化 的鋼會流過出口孔31。設(shè)備1安裝到在蓋子3b的中心制成的貫通開口中，從而使得外殼 6在燃料3之上豎直地開放進(jìn)入坩堝的內(nèi)部空間，并且可以在蓋子之上 到達(dá)電極20和21的端部22和23。因此，柔性導(dǎo)體(未標(biāo)記)可以將電源74連接至點(diǎn)燃設(shè)備。應(yīng)該理解的是，當(dāng)點(diǎn)燃設(shè)備打開時，白熱熔化鐵向下流動并且到 達(dá)主要鋁熱燃料2，這使得后者在到達(dá)的區(qū)域點(diǎn)燃并接著快速地擴(kuò)散至 全部燃料2。一旦己經(jīng)確定鋁熱燃料2已經(jīng)被點(diǎn)燃，就可以切斷設(shè)備1的電流 供給。在丟棄坩堝及其蓋子之前，柔性導(dǎo)體將會從電極的端部22和23分離(一次性使用的坩堝的情況)。根據(jù)選擇性的實(shí)施例，點(diǎn)燃設(shè)備1可以放置為與燃料2直接接觸， 在這種情況下有利地簡化為既不包括外殼6又不包括如上述的引燃鋁 熱燃料4的一種點(diǎn)燃頭部。這種點(diǎn)燃頭部在圖7a中描述。根據(jù)這種簡化設(shè)備的選擇性形式，如圖7b中所示，在頭部上設(shè)置 一種裝置，用于檢測其從燃料2的自由表面的埋入深度，或者甚至用 于限制這種埋入深度。這種裝置可以包括連接至基座10的下部的平墊圈70。在圖7a和圖7b中，等同于或者類似于圖1至圖5的元件的元件 標(biāo)記有相同的附圖標(biāo)記。應(yīng)該理解的是，在頭部5與主要燃料2接觸的情況下，正是如上 所述的在電阻40處產(chǎn)生的火焰直接導(dǎo)致了鋁熱反應(yīng)的觸發(fā)。簡化的設(shè)備1可以或者簡單地以平躺的位置放置在燃料2的表面 上，或者優(yōu)先地直接插入鋁熱燃料2，如圖8中所示。然后，電極21、 22的端部優(yōu)選地被之前描述的類型的形成障礙物的元件(未示出)所保 護(hù)，以避免使得電極21、 22短路或熔化的任何風(fēng)險。在墊圈70的幫助下，頭部5被平直地向下支持在燃料的上表面2 上，從而使得電極20和21以及電阻40穿透進(jìn)入燃料2超過一定深度。 同時，這種深度被減小以使得坩堝中周圍的空氣能夠在點(diǎn)燃時流到電 阻40，以提供所需的氧氣供給。在這種情況下，優(yōu)選地通過坩堝部分3a和蓋子部分3b之間的間 隙將電流引導(dǎo)至頭部5的導(dǎo)體，通常設(shè)置在該間隙中的的氈墊密片避 免了這些導(dǎo)體被破壞。選擇性地，可以設(shè)置為將如上所述的頭部5或者甚至完整的點(diǎn)燃 設(shè)備1插入坩堝部分3a的側(cè)壁中，或者在坩堝的制造過程中通過直接 并入，或者在進(jìn)行焊接以前并且在將鋁熱燃料放入坩堝之前通過接頭 接合至外殼中，為了這個目的所述外殼在坩堝的制造過程中布置在所 述壁中。這里， 一旦火焰在電阻40處產(chǎn)生，鋁熱反應(yīng)就再一次開始。 本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解到，根據(jù)上面已經(jīng)描述的本發(fā)明的設(shè)備的 不同實(shí)施例都僅僅是非限制性的例子，根據(jù)本發(fā)明的這種設(shè)備和待點(diǎn)燃的主要燃料2之間的協(xié)作的不同模式也僅僅是非限制性的例子。因 此，本發(fā)明對于已經(jīng)描述的內(nèi)容能夠具有很多選擇性形式，這些選擇 性形式不會背離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1、一種用于點(diǎn)燃鋁熱組合物(4)的設(shè)備(1)，其特征在于，它包括電阻(40)，所述電阻(40)連接兩個電極(20、21)并且用于通過電流源被供能，從而通過焦耳效應(yīng)引起熱量釋放，所述電阻暴露于包括氧和碳的介質(zhì)，從而由所述電阻導(dǎo)致的介質(zhì)溫度上升導(dǎo)致一氧化碳的形成并且然后使得后者與氧發(fā)生放熱反應(yīng)，導(dǎo)致能夠點(diǎn)燃鋁熱組合物(4)的火焰出現(xiàn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(l)，其特征在于，所述電阻(40)包 括碳。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備(1)，其特征在于，至少部分地通過 包括在所述電阻(40)中的所述碳實(shí)現(xiàn)形成一氧化碳。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備(1)，其特征在于，所述電阻(40)包 括支撐碳纖維的絕緣支架(43)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備(1),其特征在于，所述碳纖維是機(jī) 織的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備(1)，其特征在于，所述碳纖維 通過將其按壓抵靠在所述電極(20、 21)上而應(yīng)用。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的設(shè)備(1),其特征在于，所 述支架(43)將所述碳纖維支撐在其周圍，并且被強(qiáng)行插入在所述電極 (20、 21)之間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備(1)，其特征在于，所述支架(43)是可彈性壓縮的。
9、 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備(l)，其特征在于，所述碳纖維(44)圍繞所述支架(43)符合一般U形截面。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的設(shè)備(l)，其特征在于， 所述氧來自于周圍的空氣。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備(l)，其特征在于，該設(shè)備包括用 于提供周圍的空氣的通道(30)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備(l)，其特征在于，所述通道(30) 在所述電阻(40)附近開放。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的設(shè)備(l)，其特征在于， 對于固體形成障礙物的元件設(shè)置在所述電阻(40)周圍。
14、 根據(jù)權(quán)利要求4和13的組合所述的設(shè)備(1)，其特征在于，所述形成障礙物的元件通過所述支架形成，所述支架包括應(yīng)用為抵靠在 所述電極(21、 22)上的絕緣膠帶(41)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備(1)，其特征在于，該設(shè)備進(jìn)一步 包括基本上剛性的外部結(jié)構(gòu)(42)，保證所述膠帶(41)保持在適當(dāng)位置。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備(l)，其特征在于，所述鋁熱組合 物(4)的水平面位于所述電極(20、 21)的下端之下，并且與所述電極的下 端有一定距離。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的設(shè)備(l)，其特征在于， 所述鋁熱組合物(4)的水平面位于所述電極(20、 21)的下端之上。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備(1)，其特征在于，所述電極(20、 21)的下端包含在所述形成障礙物的元件中，從而使得所述電極(20、 21) 不與所述鋁熱組合物(4)直接接觸。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的設(shè)備(l)，其特征在于， 所述電極是由鋼制成的。
20、 根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的設(shè)備(l)，其特征在于， 所述電阻(40)是預(yù)成型的套管。
21、 根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的設(shè)備(1)，其特征在于， 該設(shè)備包括密封的外殼(6)，所述外殼(6)包含引燃鋁熱組合物劑量(4)并 且安裝在基座上，所述電極(20、 21)安裝在所述基座中。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備(l)，其特征在于，所述外殼(6) 由一種材料制成，對于所述材料熔點(diǎn)基本上低于引燃劑量(4)的鋁熱反 應(yīng)所達(dá)到的溫度。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備(l)，其特征在于，所述外殼(6) 由鋁或鋁合金以單片形式制成。
24、 根據(jù)權(quán)利要求21至23中任一項與權(quán)利要求10的組合所述的 設(shè)備(l)，其特征在于，所述通道在所述外殼(6)的壁中形成。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備(1)，其特征在于，在所述外殼(6) 中的所述鋁熱組合物(4)的水平面位于所述電極(20、 21)的下端之下。
26、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備(1)，其特征在于，在所述外殼(6) 中的所述鋁熱組合物(4)的水平面位于所述通道(30)之下。
27、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備(1)，其特征在于，在所述外殼(6) 中的所述鋁熱組合物(4)的水平面位于所述電極(20、 21)的下端之上。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27與權(quán)利要求13至15的組合所述的設(shè)備(l)， 其特征在于，所述電極(20、21)的下端包含在所述形成障礙物的元件中， 從而使得所述電極(20、 21)不與所述鋁熱組合物(4)直接接觸。
29、 一種用于點(diǎn)燃鋁熱組合物(2)的方法，包括以下步驟將如權(quán) 利要求1至20中任一項所述的設(shè)備(l)放置于所述組合物附近，并且將 電流供給至該設(shè)備的電阻，在所述電阻處產(chǎn)生的火焰直接觸發(fā)鋁熱反 應(yīng)。
30、 一種用于點(diǎn)燃主要鋁熱組合物(2)的方法，包括以下步驟將 權(quán)利要求21至28中任一項所述的設(shè)備(l)放置于所述組合物附近，并 且將電流供給至該設(shè)備的電阻，在所述電阻處產(chǎn)生的火焰觸發(fā)引燃劑 量(4)處的鋁熱反應(yīng)，其自身伴隨著所述外殼(6)的至少部分熔化，使得 來自所述反應(yīng)的白熱熔化金屬朝著所述主要鋁熱組合物(2)擴(kuò)散。
31、 一種用于諸如鐵路軌道的型材的鋁熱焊接的方法，其中在模 具之上的坩堝中放置鋁熱組合物的一定劑量，所述模具和兩個彼此面 對的型材端部一起限定出模制空腔，其特征在于，通過根據(jù)權(quán)利要求 29和30中任一項所述的方法在所述劑量中觸發(fā)所述鋁熱反應(yīng)。
32、 一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求4所述的點(diǎn)燃設(shè)備(l)的方法，其 特征在于，該方法包括以下步驟從擠壓出的絕緣部分切割出來所述 絕緣支架、圍繞所述支架使用所述碳纖維以及將具有所述碳纖維的支 架強(qiáng)行安裝在所述電極之間。
33、 一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求4所述的點(diǎn)燃設(shè)備(l)的方法，其 特征在于，它包括以下步驟從擠壓出的絕緣部分切掉絕緣支架，圍 繞所述擠壓出的絕緣部分在其整個長度上預(yù)先固定碳纖維，以及將具 有碳纖維的支架強(qiáng)行安裝在電極之間。
34、 根據(jù)權(quán)利要求32和33中任一項所述的方法，其特征在于， 所述絕緣部分是由硅制成的。
35、 根據(jù)權(quán)利要求32至34中任一項所述的方法，其特征在于， 該方法包括在所述電極上施加傾向于使電極更加靠近的力的附加步驟。
36、 一種用于鋁熱反應(yīng)的坩堝組件(3)，能夠在用于焊接諸如鐵路 軌道的型材的模具之上調(diào)節(jié)，其特征在于，該坩堝組件包括根據(jù)權(quán)利 要求1至28中任一項所述的點(diǎn)燃設(shè)備(l)。
37、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的坩堝組件，其特征在于該坩堝組件包 括蓋子(3b)，其特征在于所述設(shè)備放置在通過所述蓋子的開口中。
38、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的坩堝組件，其特征在于所述坩堝在側(cè) 壁中包括用于容納點(diǎn)燃設(shè)備的合適的開口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于點(diǎn)燃鋁熱組合物(4)的設(shè)備(1)，其特征在于，它包括電阻(40、43)，所述電阻用于連接兩個電極(20、21)并且用于通過電流源被供能，從而通過焦耳效應(yīng)產(chǎn)生熱量，所述電阻暴露于包括氧和碳的介質(zhì)，從而由電阻導(dǎo)致的介質(zhì)溫度上升導(dǎo)致一氧化碳的形成并且然后使得后者與氧發(fā)生放熱反應(yīng)，從而產(chǎn)生能夠點(diǎn)燃鋁熱組合物的火焰。
文檔編號B23K23/00GK101657290SQ200880006368
公開日2010年2月24日 申請日期2008年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者F·維瑟爾, J-J·蒂呂, L·維尼亞爾 申請人:瑞爾泰克國際公司