СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМИТНОГО СВАРОЧНОГО СТЕРЖНЯ Российский патент 2002 года по МПК B23K23/00 B23K35/40 

Изобретение относится к области термитной сварки.

Известны различные термитные составы на основе металлов, способных восстанавливать железо из его оксидов до металла. Выделяющееся значительное количество теплоты расплавляет металл, что обеспечивает качественную сварку.

Широко применяют термитные составы на основе алюминия и железной окалины для сваривания стыков рельс и сваривания различных изделий из железа [1].

Предложены термитные составы на основе магния и алюминия с различными добавками, улучшающими процесс сварки [2, 3, 4].

Однако во всех этих случаях применяют порошкообразную смесь, которой заполняют полость, но ее трудно нанести на вертикальную поверхность или сварить в труднодоступном месте.

Известно применение термитной смеси в виде твердого цилиндрического стержня (термитный сварочный стержень) для сварки железосодержащих сплавов [5].

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является техническое решение, изложенное в патенте [6]. Термитные сварочные стержни изготавливают прессованием порошков алюминия, оксидов железа и добавок титана, ферросилиция, ферромарганца и др. Недостаток такого сварочного стержня заключается в возможности окисления алюминия и добавок в процессе обжига с ухудшением качества сварки.

Для ликвидации указанных недостатков авторами предлагается следующее техническое решение. Сварку проводят термитным керамическим изделием в виде стержня различной длины и толщины (в зависимости от толщины свариваемых изделий). Термитные стержни получают смешением порошка алюминия с размером частиц 0,05-0,25 мм с порошком закиси-окиси железа с размером зерен 0,1-0,3 мм в соотношении алюминий: закись-окись железа=1:3,1-3,5. Порошок закиси-окиси железа предварительно прокаливают при 550-600^oС в течение 2-3 ч. В смесь вводят 10-11 мас.% 10-12%-ного раствора поливинилового спирта в воде. После тщательного перемешивания смесь сушат при 20-50^oС в течение 2-4 ч, прессуют при давлении 2500-2800 кг/см² и полученную керамику обжигают при 150-250^oС в течение 1-2 ч. Полученные изделия компактны, легко зажигаются, ровно горят. За счет высокой плотности выделяющегося тепла достигается ровный шов с высокими прочностными характеристиками.

Пример 1. В барабан-смеситель загрузили 300 г порошка алюминия с размером частиц 0,15-0,2 мм и 960 г закиси-окиси железа с размером частиц 0,2-0,3 мм и 130 мл 12%-ного водного раствора поливинилового спирта. После тщательного перемешивания полувлажную смесь высушили при 30^oС в течение 2 ч до порошкообразного состояния. Затем из полученного порошка методом прессования изготовили цилиндрические изделия длиной 150 мм, диаметром 10 мм. Давление при прессовании - 2600 кг/см². Полученные изделия обожгли при 200-210^oC в течение 1 ч. Получили термитные сварочные стержни (термитные свечи), которые при поджигании горят ровно, без разрывов и обеспечивают высококачественное сваривание изделий из железа.

Пример 2. Процесс проводили аналогично примеру 1. Перемешали 500 г порошка алюминия с размером зерен 0,1-0,2 мм с 1750 г закиси-окиси железа, предварительно обоженной при 600^oC. В смесь ввели 230 мл 12%-ного раствора поливинилового спирта, а давление прессования снизили до 2500 кг/см². Были получены керамические изделия длиной 150 мм, толщиной 14 мм. При поджигании полученные изделия горят ровно, образуют плотный шов, выдерживающий напряжение на разрыв 25 кг/мм².

Изготовленными термитными керамическими изделиями можно сваривать фигурные изделия в трудноступных местах и на вертикальных поверхностях. Температура при горении и выделяемое тепло распределяется равномерно и не происходит затухания (разрыва шва) при сварке.

Источники информации
1. Ф. Прошек и др. Присадочный материал. Патент РФ 291421 от 17.08.67 по кл. В 23 К 23/00.

2. В.И. Беляев и др. Алюминиевый термит. Авт. св. 475434 от 10.04.72 по кл. В 23 К 23/00.

3. Н.К. Калинин и др. Термитный порошок. Авт. св. 508362 от 17.10.73 по кл. В 23 К 23/00.

4. П.Е. Дуденко и др. Патент РФ 1611651 от 30.01.89 по кл. В 23 К 23/00.

5. В.В. Жуков и др. Способ термитной сварки в горизонтальных плоскостях. Патент РФ 1779513 от 19.12.90 по кл. В 23 К 23/00.

6. В.В. Жуков и др. Стержень для термитной сварки. Патент РФ 1794615 от 28.01.91 по кл. В 23 К 23/00.0

Изобретение может быть использовано для сваривания изделий в труднодоступных местах. Для получения смеси используют порошок алюминия с размером частиц 0,05-0,25 мм и предварительно прокаленный при 550-600^oС в течение 2-3 ч порошок закиси-окиси железа с размером частиц 0,1-0,3 мм. Соотношение порошков в смеси составляет соответственно 1: (3,1-3,5). Добавляют к смеси 10-11 мас. % 10-12%-ного раствора поливинилового спирта в воде. Затем смесь сушат при 20-50^oС в течение 2-4 ч и прессуют стержни при давлении 2500-2800 кг/см². Полученные стержни обжигают при 150-250^oС в течение 1-2 ч. Полученные стержни компактны, легко зажигаются, обеспечивают ровное горение и высококачественную сварку.

Способ получения термитного сварочного стержня, включающий прессование смеси порошков алюминия и закиси-окиси железа, отличающийся тем, что для получения смеси используют порошок алюминия с размером частиц 0,05-0,25 мм и предварительно прокаленный при 550-600^oС в течение 2-3 ч порошок закиси-окиси железа с размером частиц 0,1-0,3 мм, взятые в соотношении алюминий:закись-окись железа = 1:(3,1-3,5), добавляют к смеси 10-11 мас.% 10-12%-ного раствора поливинилового спирта в воде, сушат при 20-50^oС в течение 2-4 ч, при этом прессование производят при давлении 2500-2800 кг/см², а затем обжигают полученные стержни при 150-250^oС в течение 1-2 ч.