ТЕРМИТНЫЙ СОСТАВ Российский патент 1999 года по МПК B23K35/22 B23K23/00 

Изобретение относится к области металлургии, а точнее, к технологии сварки с использованием восстановительной способности металлов /алюмотермия, магнийтермия и др./. Если задача состоит в соединении /сварке/ металлических конструкций, то в качестве основного компонента в большинстве случаев применяют оксиды металла /например, оксиды железа, а в качестве восстановителя алюминий или магний. Известно достаточно большое количество термитных составов, которые применяют для сварки конструкций из чугуна, нержаввеющей стали, меди и др. Так для сварки чугуна используют составы, содержащие в основе порошок алюминия 20-27 мас.% и 60-70 мас.% оксидов железа /1, 2/. Для удешевления процесса вместо оксидов железа рекомендуют применять золу /3/. В состав, предложенный авторами патента /4/, дополнительно вводится фторид кальция для улучшения качества шва. С целью снижения температуры возгорания в состав термитной смеси вводят древесные опилки /5/. Наиболее близким техническим решением является состав, предложенный в патенте /6/ и содержащий:
Алюминий - 65 - 75 мас.%
Оксиды железа - 15 - 25 мас.%
Графит - 7 - 15 мас.%
Недостатки данного технического решения заключаются в высокой температуре зажигания и трудностями, связанными с отделением шлака. С целью ликвидации указанного недостатка и повышения прочности шва, нами предлагается следующее техническое решение. В качестве оксида используют чистый оксид трехвалентного железа. Дополнительно в состав вводят титан в количестве 1-5 мас. %, стеарат цинка - 0,3-1,0 мас.% и 0,1-0,5 мас.% гидридов металлов, выбранных из группы: гидрид циркония, гидрид никеля, гидрид сплава лантан-никель LaNi₅. Указанные компоненты берут при следующем соотношении, мас.%:
Алюминий - 20-25
Титан - 1-5
Стеарат цинка - 0,3-1,0
Гидрид металла, из группы: цирконий, никель, сплав лантан-никель LaNi₅ - 0,1-1,0
Оксид трехвалентного железа - Остальное
Введение титана позволяет снизить температуру плавления шлака на 200-250^oC и получить более качественный шов. Стеарат цинка способствует более равномерному перемешиванию компонентов при штамповке изделий из порошка, а введение гидридов металлов дает возможность несколько понизить температуру зажигания. Замена железной окалины на чистый оксид трехвалентного железа позволяет повысить прочность сварного шва.

Пример 1. Мелкокристаллический порошок алюминия в количестве 22 г смешали с 3 г порошка титана, 0,4 г стеарата цинка, 0,2 г гидрида никеля и добавили 74,4 г порошка оксида трехвалентного железа. На прессе изготовили стержень диаметром 2 см. Сваривали уголки из стали 3. Зажигание осуществляли термитной смесью другого состава. После окончания термической реакции образовался гладкий шов, причем шлак легко удаляется с поверхности. Для разрушения шва потребовалась нагрузка 21 кг/мм², в то время как шов, полученный в результате сварки термитным составом, не содержащем рекомендованных добавок/согласно прототипу/ выдержал нагрузку только 17 кг/мм².

Пример 2. Методически сварку проводили аналогично примеру 1, но содержание компонентов изменили (таблица).

Как видно из полученных результатов, применение рекомендованных добавок позволяет не только получить более качественный шов, но и повысить прочность шва.

Литература
1. Ф. Прошек и др. "Присадочный материал" Патент Р.Ф. N 291421 от 17.08.67. по кл. B 23 K 23/00
2. В.И.Беляев и др. "Алюминиевый термит" А.С. СССР 475234 от 10.04.72 по кл. B 23 K 23/00
3. Авторское свидетельство СССР, N 365676 по кл. B 23 K 23/00
4. И. В. Ушаков и др. Патент Р. Ф. N 1130445 по кл. B 23 K 23/00 от 13.12.84.

5. Авторское свидетельство СССР, N 967740 от 20.04.81 по кл. B 23 K 23/00
6. Н.К.Калинин и др. "Термитный порошок" А.С. СССР, N 508382 от 17.10.73 по кл. B 23 K 23/00i

Термитный сварочный состав содержит следующие компоненты, мас.%: алюминий 20-25, титан 1-5, стеарат цинка 0,3-1,0, по крайней мере один гидрид металла, выбранного из группы, содержащей цирконий, никель, лантан-никелевый сплав LaNi₅ 0,1-1,0 оксид трехвалентного железа - остальное. Техническим результатом от использования изобретения является повышение прочности сварного шва. 1 табл.

Термитный состав на основе алюминия и оксидов железа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит порошкообразные титан, стеарат цинка и по крайней мере один гидрид металла, выбранного из группы, содержащей цирконий, никель, сплав лантан-никель LaNi₅, а в качестве оксида железа - оксид трехвалентного железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминий - 20-25
Титан - 1-5
Стеарат цинка - 0,3-1,0
По крайней мере один гидрид металла, выбранного из группы, содержащей цирконий, никель, лантан-никелевый сплав LaNi₅ - 0,1-1,0
Оксид трехвалентного железа - Остальное