ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ СВАРОЧНЫЙ СТЕРЖЕНЬ Российский патент 2001 года по МПК B23K23/00 B23K35/36 

Изобретение относится к сварочному производству.

Известен сварочный термитный стержень по патенту SU 1833272, МПК7 B 23 K 23/00, 07.08.1993, выполненный в виде сформированной в цилиндр термитной смеси с оболочкой из негорючего материала с температурой плавления ниже максимальной температуры горения термитной смеси, отличающийся тем, что температура плавления оболочки выше температуры плавления металла конструкции, подвергаемой воздействию теплоты горения термитной смеси, также отличающийся тем, что отношение диаметра сформованной термитной смеси к диаметру стержня с оболочкой составляет 0,3-0,9.

Недостатки этого термитного стержня следующие:
1) отсутствие в составе термитной смеси компонента, снижающего температуру воспламенения термита, стабилизирующего горение термитной смеси и делающего это горение более спокойным, а также снижающего температуру плавления и вязкость термитного шлака, облегчающего отделение термитного металла от шлака;
2) в конструкции термитного стержня не учтена низкая теплопроводность термитного шлака и его способность при наличии компонентов термитной смеси, снижающих его вязкость, очень хорошо покрывать расплавленный металл, снижая теплопотери, защищать от окисления, что делает ненужной расплавляемую оболочку стержня, на плавление которой тратится тепло экзотермической реакции;
3) при сгорании термитного стержня получается металл, не аналогичный по своему составу материалу свариваемых деталей, например при сварке деталей из легированных сталей;
4) состав запальной смеси трудно зажечь бытовой спичкой, а использование дефицитных термоспичек не совсем удобно;
5) наличие дополнительного приспособления для удержания стержня усложняет его использование. В нужный момент его может не оказаться, оно может сломаться, потеряться и т.п.

Задача предлагаемого изобретения заключается в создании экзотермического сварочного стержня, лишенного указанных выше недостатков.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в изготовлении 4-гранного экзотермического сварочного стержня (см. чертеж), который сваривает детали термитным металлом под слоем термитного шлака, предохраняющего шов от контакта с воздухом в момент сварки. При этом сварка производится без затрат электроэнергии, газа и т.п., не требует использования какого-либо специального оборудования и может применяться в полевых условиях, экстремальных ситуациях и т.п. 4-гранный сварочный экзотермический стержень позволяет получать сварные швы более разнообразного профиля по сравнению с круглым стержнем.

Сварочный стержень (см. чертеж) состоит из трех частей: запальной части 1, сварочной части 2 и ручки 3.

Состав смеси для изготовления запальной смеси, мас.%:
Порошок магния - 35,0-36,0
Порошок хлората калия (KClO₃) - 60,0-62,0
Связующее - 2,0-5,0
Состав смеси для сварочной части стержня подбирается в зависимости от материала свариваемых деталей таким образом, чтобы при сгорании стержня получать металл, аналогичный по химическому составу металлу свариваемых деталей.

Смесь для сварочной части стержня состоит из железоалюминиевого термита (23% алюминиевого порошка и 77% железной окалины), легирующих добавок, порошка плавикового шпата и связующего. Состав компонентов сварочной части стержня определяется расчетом.

Плавиковый шпат вводится в состав термитной смеси с целью стабилизации горения и для того, чтобы это горение было более спокойным, без брызг и выбросов материала, снижения температуры воспламенения термитной смеси, снижения температуры плавления термитного шлака и его вязкости, облегчения отделения термитного металла от шлака, улучшения покрывных свойств шлака.

Состав смеси для изготовления ручки экзотермического сварочного стержня, мас.%:
Песок кварцевый - 95,0-98,0
Связующее - 2,0-5,0
В качестве примера приведен состав смеси в процентах по массе для изготовления сварочной части стержня для получения термитного металла для сварки деталей из углеродистой стали марки Ст.3:
Железоалюминиевый термит - 92,2-95,2
Порошок технического углерода - 0,3
Порошок ферромарганца ФМн75 - 0,5
Порошок плавикового шпата - 2,0
Связующее - 2,0-5,0
Экзотермические сварочные стержни изготовляют ручной или машинной формовкой в стержневых ящиках или прессованием в пресс-формах на специальных прессах с последующей сушкой при температуре 150^oC в течение 1 ч.

Сварку деталей следует производить следующим образом:
1) поджечь бытовой спичкой и т.п. запальную часть экзотермического сварочного стержня;
2) после загорания сварочной части экзотермического сварочного стержня вручную нанести сварной шов на предварительно подготовленные поверхности свариваемых деталей;
3) после охлаждения шва счистить шлак.

Экзотермические сварочные стержни сечения 12х12 мм применялись для сварки деталей из листовой углеродистой стали толщиной 2,3 и 4 мм.

Состав сварочной части стержней, мас.%:
Железоалюминиевый термит - 92,2
Порошок технического углерода - 0,3
Порошок ферромарганца ФМн75 - 0,5
Порошок плавикового шпата - 2,0
Связующее - жидкое стекло - 5,0
Состав смеси для изготовления ручки этих стержней, мас.%:
Песок кварцевый - 95,0
Связующее - жидкое стекло - 5,0
Состав запальной части этих стержней, мас.%:
Порошок магния - 35,0
Порошок хлорида калия (KClO₃) - 60,0
Связующее - олифа натуральная - 5,0о

Изобретение предназначено для проведения сварки, наплавки и заварки в полевых и экстремальных условиях без применения электроэнергии, газа и специального оборудования. Стержень имеет четырехгранную форму. Запальная часть стержня включает порошок магния, хлората калия и связующее. Сварочная часть стержня включает железоалюминиевый термит с легирующими добавками. Ручка стержня изготовлена из смеси кварцевого песка и связующего. Сварочный стержень обеспечивает высокое качество наплавленного металла, обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами. 1 ил.

Экзотермический сварочный стержень, состоящий из запальной части и сварочной части, отличающийся тем, что он снабжен ручкой, изготовленной из смеси следующего состава, мас.%: песок кварцевый 95,0 - 98,0, связующее 2,0 - 5,0, запальная часть стрежня состоит из смеси следующего состава, мас.%: порошок магния 35,0 - 36,0, порошок хлората калия (KClO₃) 60,0 - 62,0, связующее 2,0 - 5,0, сварочная часть стержня состоит из железоалюминиевого термита с содержанием 23 мас.% алюминиевого порошка и 77 мас.% порошка железной окалины, легирующих добавок, порошка плавикового шпата и связующего, при этом стержень имеет четырехгранную форму.