Теплопоглощающий элемент и состав для его изготовления Советский патент 1989 года по МПК B23K9/18 B23K35/36 

Изобретение относится к сварке и предназкачено для регушфования термического цикла сварки и снижения остаточных напряжений и деформаций в конструкциях.

Цель изобретения - повышение эффекта теплопоглощения, увеличение технологических свойств теплопогло- щающего элемента за счет обеспечения режима саморегулирования скоростей подачи теплопоглорщющего элемента и наличия зон разных по температурам разложения, а также повышение интенсивности теплоотвода при меньшем расходе теплопоглощающего состава, уменьшение уровня остаточных сварочных напряжений и коробления при сварке .

Теплопоглощаклчий элемент выполнен в виде слоистого стержня. Слои ориентированы в продольном направлении и расположены преимущественно кон- центрично или параллельно друг другу

В соответствии с расположением сварочных изотерм слои теплопоглоти- теля имеют максимальную температуру расположения в центральной части и минимальную на периферии. В качестве высокотемпературной составляющей мож но использовать алюминиевые квасцы, в последующих слоях более легкоплавкие кристаллогидраты: ортофосфат натрия, сульфат и тиосульфат натрия, в перифенийных слоях - кристаллогид- раты дитионата, натрия, метабората лития с температурой разложения меньше , что позволяет снизить инимaльнyю температуру эффективного теплопоглощения при сварке до темпе- ратуры , выше которой начинается активное теплопоглощение за счет испарения воды. Подобным эффектом низкотемпературного теплопоглощения не обладают известные теплопоглоти- тели для сварки.

Степень нагрева обрабатываемой поверхности и величина теплового потока, определяемые погонной энергией сварки, обеспечивают плавление соот- ветствующего количества теплопогло- щаюг;его стержня, который под собственным весом (или под действием пружины) постоянно прижимается к поверхности нагретого металла. Расплавлен- ная масса вьщавливается из под стержня и растекается по всей ширине око- лошовной зоны вслед за дугой. Тем самым обеспечивается механизм саморегулирования скорости подачи тепло- поглощающего вещества в зависимости от степени нагрева поверхности и скорости сваркИс Это позволяет отказаться от сложных подающих устройств, которые используются для подачи теп- лопоглощающих паст. Отсутствие активного паровьщеления на первом этапе охлаждения, который характеризуется только плавлением кристаллического вещества и образованием жидкого расплава, позволяет отказаться от устройств защиты дугового промежутка и сварочной ванны от интенсивного паровьетеления, применяющейся в других способах и устройствах для сопут ствуюр1его охлаждения. Вследствие этого технологичность применения тепло- поглощающего стержня значительно выше, чем у известных теплопоглощающих паст,

Слои теплопоглощающего элемента состоят из солей неорганических кислот (кристаллогид раты) с добавками поверхностно-активного вещества (ПАВ (пальмитиновая кислота) и структурообразующего вещества (аморфный диоксид кремния - аэросап).

Кристаллогидраты солей неорганических кислот позволяют осуществить, процесс двухэтапного охлаждения: на первом этапе за счет эндотермической реакции разложения кристаллического вещества, сопровождающегося плавлением твердого кристаллогидрата с выделением жидкой кристаллизационной воды; на втором за счет испарения воды. Причем суммарный тепловой эффект достигает величин 2,35-2,5 кДж/г, что несколько больше, чем при охлаж - дении водой 2,25 кДж/г, и значительно больше, чем у известных теплопоглощающих паст 0,2-0,25 кДж/г.

Пальмитиновая кислота улучшает условия смачиваемости металла солевым расплавом, имея низкую температуру плавления 6А°С, в сочетании с большим интервалом жидкого состояния до температуры кипения З90 с, является наиболее эффективным ПАВ приме- нит.ехкьно к легкоплавким солям с температурой плавления 34 - ,

Введение в состав аморфного диоксида кремния позволяет получать однородную мелкокристаллическую структуру теплопоглощающего стержня, в результате интенсивности процесса кристаллизации солевого расплава.

что псобенпи ил Aiio ;;п1 п(р гика.ги.ио расположенных кристаплт,; горлх млло го диаметра, п также при нлгащииани маружш.к слоеп теплопоглощающего элемента.

Теплопоглощагачий -элемент ияготав липают путем кристлллячахщи расплав солей неорганических кислот с добавками п формах требуемого размера, многослойность достигается путем последовательного наращивания слоев на центральном стержне при кристагг- лизации в большей по диаметру форме

Для определения теплофизических свойств теплопоглотителя проведены эксперименты на образцах из сплава АМг-6 размерами 200x150x4 мм, нагрч ваемых по режимам, имитирующих сварочные (до ). В качестве тепло поглощающего компонента стержня используют гидрат тиосульфата натрия при диаметре стержня 25 мм.

В табл. 1 приведены результаты исследований.

Наибольший тепловой эффект дают составы 1 и 2, содержащие максимальное количество соли неорганической кислоты и минимум технологических добавок. Однако технологические

свойства их невысоки. Составы 3-5 характеризуются меньшим эффектом teплoпoглoщeния при высоких технологических свойствах. В зависимости от тепловложения при сварке и положении нагреваемой поверхности в пространстве (вертикальное, горизонтальное и другие) используется тот 1ШИ иной состав,, Для определения свойств многослойного теплопоглоща- Ю1цего стержня в тех же условиях, что и в предыд11г1ем эксперименте, применялись 2-4-слойные стержни.

В табл. 2 приведены составы слоев и их свойства.

Как видно из табл. 2, трехслой- ньй стержень обладает оптимальными свойствами: большим тепловым эффектом и хорошими технологическими свойствам. Двухслойный стержень ма- ло отличается по своим характеристикам от однослойного. Четырехслойный стержень обладает наиболыиим тепло- поглощением, однако имеет большую растекаемость, а также требует больше

технологических операций при изготовлении.

Состав многосло11ны : теплопогло- тителей (табл.2) по соотношению основного теп.:тогтогло1тк 1це (:) компгисе - та (кристаллогидратов соли неотч-лич ческпй кислоты и технологических добавок - пальмитиновой кислоты (ПАВ) и аморфный диоксид кремния) соответс вова.а составу 3 (табл.1), как наиболее оптима,пьнгжу с однослоными теплопоглотителями. Практически возможно использование любого количества слоев теплопоглощающего стержня, однако применение стержня с количеством слоев более 4-х, технологически затруднено.

Сравнение свойств предлагаемого теплопоглощлющего элемента с известным дано в табл.3.

Из приведенных данных следует, что эффективность теплопоглощающего элемента значительно больше, чем из- 1;естной теплопоглощающей пасты.при меньшем расходе теплопоглотителя. В результате его применения уровень остаточных сварочных напряжений в пластинах после сварки снизился на 35-40%, деформация коробления уменьшилась в 6-8 раз.

Универсальность и простота использования дает возможность применять теплопоглощающий элемент при всех видах автоматической дуговой и элект рошпаковой сварки. Простота изготовления и возможность многоразового использования отработанного теплопоглотителя после кристаллизации из водного раствора делает его применение экономически выгодным.

Формула изобретения

1 Теплопоглощающий элемент для отвода тепла от сварочной ванны, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения эффекта теплопо- глощения и увеличения технологических свойств теплопоглощающего элемента за счет обеспечения режима саморегулирования скоростей подачи тепло- поглощающего элемента и наличия зон, разных по температурам разложения, элемент выполнен в виде слоистого стержня, слои которого ориентированы в продольном направлении и расположены преимущественно концентрично или параллельно друг к другу, а температуры разложения слоев убывают от центрального слоя к периферийному, npjf4eM в качестве коьшонентов слои содержат соли неоргаыпеских кислот

(кристаллогидраты) с добавками структурообразующего и поверхностно-активного компонентов.

2. Состав для изготовления тепло- поглощающего элемента, содержащий легкоразлагающуюся соль и структурообразующий компонент, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности теплоотвода при меньшем расходе тетшопоглощающего состава и уменьшения уровня остаточных сварочных напряжений и коробления при сварке, состав дополнительно содержит поверхностно-активньй компонент в виде пальмитиновой кислоты, в качестве легкоразлагающейся соли - соль неорганической кислоты, выбранной из группы, содержащей алюминиевые кл.сг№1, сульфаты мели, железа и магния, ортофосфат, тиосульфат и дитионат натрия, метоборат лития в яиде кристаллогидратов, а р качестве структурообразующего компонента при(еняют аморфный диоксид кремния (лэросил) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Соль неорганической

кислоты

(кристаллогидрат) выбранная из указанной группы

Пальмитиновая

кислота

Аморфный диоксид

кремния (аэросил)

90-99,8

0,15-9,0 0,05-1,0

Таблица 1

Изобретение относится к сварке и предназначено для регулирования термического 1щкла сварки и снижения остаточных сварочных напряжений и деформаций коробления в сварных конструкциях Цель - повьппение эффекта теплопоглощения, увеличение технологических свойств теплопогло- щающего элемента за счет обеспечения режима саморегулирования скоростей подачи теплопоглощающего элемента и наличия зон, разных по температурам разложения, а также повышение интесивности теплоотвода при меньшем расходе теплопоглощающего состава. Теплопоглощающий элемент (ТЭ) состоит (в мас.%) из солей неорганических кислот (кристаллогидраты) 90-99, добавок поверхностно-активного йе- щества пальмитиновой кислоты (0,15- 9,0) и структурообразующего вещества - аморфного диоксида кремния 0,05-1,0. ТЭ вьлолнен в виде одно- или многослойного стержня, имекщего различные теплопоглощающие свойства по слоям, изменяющиеся в соответствии с расположением изотерм сварки. Универсальность ТЭ позволяет применять его при всех вицах авт оматичес- кой дуговой и электропшаковой сварки. Обеспечивается возможность многократного использования ТЭ после кристаллизации его из водного раствора. В результате применения ТЭ уровень остаточных напряжений снижается на 35-40%, а деформация коробления - в 6-8 раз. 2 СоП.ф-лы, 3 табл. (Л 4 СО 1:3 О5

Ортофосфат натрия

2Алюмокалиевые квасцы Ортофосфат натрия ТиосултхЬят натрия

3Алюмокалисиые квасцы Ортофосфат натрия Тиосульф;1Т натрия ТЬ Тиоиат натрия

ченная

0,032 0,0325

Большая

Предлагаемый

1 слой.Квасцы Папъмитино- алюминиевые вая кислота 8 3,5 1,84

звестный

2 слой, Орто- фосфат натрия А8

Паста соль 26 Аммоний двууглекислыйвода 55

Аморфный диоксид кремния (аэро- сип) 0,5

Бентонитовая глина 15,0 Асбест 3,9 КМЦ 0,10,25

Таблица 3

0,0314

Ограничен-Хорошая мая

0,0152

Удовлетвори-Боль-тельная лая