Конструкция соединения огнеупорного блока Советский патент 1990 года по МПК B23K1/19 

)

Изобретение относится к машиностро ению, в частности к конструкциям паяных соединений огнеупорного блока.

Целью изобретения является повыше- иие надежности работы блока и технологичности его изготовления.

На фиг. 1 представлен огнеупорный блок в ненагруженном состоянии; на фиг. 2 - то же, в нагруженном тепло- внм потоком состоянии; на фиг. 3 - срединная плоскость пластины с проекциями на нее периферийной области крепления L к керамической детали

и центральной областью М крепления к

ЗЬ

металлической детали; на фиг. 4 - блок в термонагруженном состоянии с пластиной, границы которой лежат внутри , границ основания керамической детали.

Огнеупорный блок состоит из кера- мической детали 1, металлической детали 2, металлической пластины 3, скрепленной методом пайки, сварки, клейки . с керамической деталью по периферии L, а с металлической в центре М.

Внутренние границы крепления плас тины расположены на двух концентрических окружностях с центром в середине наибольшей диагонали основания керамической детали.

Границы пластины расположены внут ри границ основания керамической детали и симметричны относительно середины наибольшей диагонали основания ке-ч рамической детали.

Грасстояние1 между внутренними гра- ницами крепления пластины S связано с полудлиной 1, максимальной диагонали пластины и расстоянием It от середины

,-50

5

Q

Ь

,

50

этой диагонали до внутренней границы крепления периферийной области пластины неравенствами:

.

Периферийная область пластины может быть отогнута между внутренними границами крепления пластины при выборе пластины с КТР, соответствующим КТР керамики, на основе расчетного эквивалентного КТР компенсируются остаточные напряжения после пайки от действия металлизации и припоя, когда их КТР отличны от КТР керамики. Перечисленные факторы существенно повышают надежность крепления и тем самым и всего блока. При применении пластины с отогнутой периферийной областью еще более снижаются термонапряжения в контакте за счет большей возможности для изгиба пластины при прогибе основания керамики при термонагружении. Благодаря тому, что остаточные напря- ткения от паяного соединения можно компенсировать пластиной, появляется возможность усилить основание керамики за счет увеличения толщины паяного соединения.

Для изготовления и сборки указанной пластины не требуется сложного приспособления.

Для выполнения крепления деталей предлагаемого огнеупорного блока могут быть применены различные технологии - пайка, клейка, диффузионная, точечная, ультразвуковая - сварка, что позволяет упростить и удешевить изготовление .

В предложенной пластине, имеющей внутренние границы ее крепления к де- алям блока, лежащим на концентрических окружностях с центром в середине наибольшей диагонали основания керамической детали, обеспечивается равномерная загрузка внутренней границы крепления по периферийной области при ее изгибе от прогиба основания кера- j мической детали. Это происходит вследствие того, что при деформации основания керамической детали от пропускания теплового потока через блок основание принимает форму близкую к сфери-1 ческой. Равномерность загрузки внутренней границы области крепления к керамической детали предотвращает локальные перегрузки на керамике, могущие приводить к разрушению вследствие 2 невысокой прочности керамических материалов .

Границы пластины могут лежать внутри границ основания керамической детали, что уменьшает прогиб пластины и 2 тем самым уменьшает напряжения в креплении гибкого элемента с керамикой, так как в этом случае при прогибе основания керамической детали ее края могут опускаться ниже уровня, на котором они были до прогиба. Выполнение при этом границ пластины симметричными относительно середины наибольшей диагонали основания керамической детали обеспечивает отсутствие перекоса

3

3

этой детали при прогибе ее основания.

При выборе расстояния между внутренними границами крепления пластины согласно следующему неравенству:

(-Ь)г-п1.

1

д..

расстояние между этими границами при изгибе основания керамической детали не превышает его первоначального значения, чем обеспечивается малое натя жение пластины между границами крепления и предотвращается появление больших напряжений на внутренней границе крепления периферийной области вследствие концентрации напряжений 3 этой области. Неравенство I S

If отражает тот факт, что центральная

область имеет ненулевые размеры и со- держит середину наибольшей диагонали пластины.

Периферийная область пластины может быть отогнута по зоне зазора в другую плоскость. Такое расположение

периферифной области содействует уменьшению ее сопротивления прогибу основания керамического элемедта, а также упрощению технологии крепления пластины с керамической и металлической деталями при пайке, так как уменьшает возможность перетекания припоя из одной области в другую. Внутренние границы крепления пластины могут быть как прямыми линиями так и кривыми, например, окружностями.

Пример. Фрагмент огнеупорной стенки, состоящей из огнеупорного блока по фиг. 1, имеющего единую охлажт денную металлическую деталь длиной 77 м, шириной 25 мм, высотой 30мм, трех керамических деталей из магнезиальной керамики высотой 30 мм, длиной и шириной 25 мм, расположенных на расстоянии 1 мм, и круглых пластин из меди диаметром 24 мм и толщиной 0,4 мм, расположенных между керамическими и металлическими деталями (центр пластин совпадает с центром керамических деталей) .

Каждая керамическая деталь присоединена к своей пластине методом пайки в периферийной зоне пластины, ограниченной окружностью диаметром 18 мм, центр которой совпадает с центром основания керамической детали, обращенной к пластине. К области пайки керамической детали с пластиной примыкает зона шириной 5 мм, в которой пластина не соединена ни с керамической, ни с металлической деталями. Оставшаяся центральная часть пластины присоединена к металлической детали методом пайки.

Перед осуществлением пайки кереми- ческой детали с пластиной паяная поверхность керамики покрывается слоем серебра толщиной 0,3 мм с учетом пронаносимого методом вжигания. Пайка пластины с керамической и металлической деталями осуществляется се- ребряным припоем марки Пер 72 в фольге толщиной 0,10 мм. Поверхности плас- ,,тины, не подвергаемые пайке, защищаются от смачивания расплавом припоя путем нанесения маски известного состава. Пайка осуществляется в вакууме при 1100 К. КТР серебра, меди и MgO близки, поэтому остаточные напряжения в керамике будут малы. Наиболее нагруженным методом в креплении является место сопряжения пластины и керамики - внешняя граница периферийной области,

поэтому покрытие на керамике взято несколько утолщенным, что в сумме ее слоем припоя обеспечивает достаточное усиление этой границы. Полученный 5 таким образом огнеупорный блок испы-1 тан путем термонагружения, при котором температура горячего основания керамического элемента составляла 2000 К, холодного 350 К, растрескивание пая- JQ ных соединений и керамики в области крепления наблюдалось в 1,5% случаев.

Данная конструкция соединения огнеупорного блока позволяет повысить надежность паяных элементов, разрушаю- 15 щихся от воздействия термических и вибрационных нагрузок, за счет увеличения площади контакта гибкого металлического элемента - пластины с поверхностью керамической детали и 20 уменьшения остаточных напряжений в паяном соединейии. Кроме того, использование этой конструкции упрощает приспособление для изготовления и присоединения гибкого элемента и уменьшает время сборки под пайку.

Результаты испытаний паяных конструкций элементов огнеупорной стенки показали, что срок ее работы может увеличиться в три раза.3

Формула изобретения

1. Конструкция соединения огнеупорного блока, содержащая керамическую 3 деталь, металлическую деталь и гибкий металлический элемент, расположенный в зазоре между ними, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы блока и техно- 4 логичности его изготовления, гибкий металлический элемент выполнен в виде

25

Q

5 0

0

540

5

пластины и прикреплен к керамической детали по периферии, а к металлической в центре.

2.Конструкция по п. I, о т л и - ч ающ аяся тем, что внутренние границы крепления на пластине расположены на двух концентрических окружностях с центром в середине наибольшей диагонали основания керамической детали.

3.Конструкция по п. I, отличающаяся тем, что границы пластины расположены внутри границ основания керамической детали и симметричны относительно середины наибольшей диагонали основания керамической дег тали.

4.Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние между внутренними границами крепления пластины связано с полудлиной максимальной диагонали пластины и расстоянием от середины этой диагонали до внутренней границы крепления периферийной области пластины неравенствами:о -i - -«-i;)-.

где S - расстояние между внутренними областями крепления пластины; 1„ - полудлина максимальной диагонали пластины;

1,, - расстояние от середины максимальной диагонали пластины до внутренней границы крепления периферийной области пластины.

5.Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что периферийная область %ластины отогнута между внутренними границами крепления пласти- ны.

М

-J

2

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям паяного соединения огнеупорного блока. Цель изобретения - повышение надежности работы блока и технологичности его изготовления. В конструкции соединения огнеупорного блока, содержащего керамическую деталь, металлическую деталь и гибкий металлический элемент между ними, последний выполнен в виде пластины и прикреплен к керамической детали по периферии, а к металлической - в центре. Внутренние границы крепления пластины расположены на двух концентрических окружностях с центром в середине наибольшей диагонали основания керамической детали. Границы пластины расположены внутри границ основания керамической детали и симметричны относительно середины наибольшей диагонали основания керамической детали. Расстояние между внутренними границами крепления пластины связано с полудлиной максимальной диагонали пластины и расстоянием от середины этой диагонали до внутренней границы крепления периферийной области пластины неравенствами, приведенными в описании изобретения. Периферийная область пластины может быть отогнута между внутренними границами крепления пластины. При этом упрощается технология крепления пластины с керамической и металлической деталями при пайке, т.к. уменьшается возможность перетекания припоя из одной области в другую. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

т

м

фаг.З

Редактор Л.Веселовская

Составитель Л.Абросимова Техред М.Ходанич

Заказ 232

Тираж 644

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

фиг.1

фигЛ

Корректор С.Шевкун

Подписное