Теплопоглощающий элемент и состав для его изготовления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 9) Б 9276 1)4 В 23 К 9 18 3536 УДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРР 570472, кл, В 23 К 9/18, 02.03.76.Авторское свидетельство СССРУ 1046052, кл. В 23 К 35/36, 28.05.82(54) ТЕПЛОПОГЛОЩАИ 1 ЧИЙ ЭЛЕМЕНТ И СОСТАВ ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к сваркеи предназначено для регулированиятермического цикла сварки и снижения остаточных сварочных напряженийи деформаций коробления в сварныхконструкциях Цель - повышение эффекта теплопоглощения, увеличениетехнологических свойств теплопоглощающего элемента за счет обеспечения режима саморегулирования скоростей подачи теплопоглощающего элемен" та и наличия зон, разных по температурам разложения, а также повышениеинтесивности теплоотвода при меньшемрасходе теплопоглощающего состава.Теплопоглощающий элемент (ТЭ) состоит (в мас.7) из солей неорганических кислот (кристаллогидраты) 90-99,добавок поверхностно-активного вещества пальмитиновой кислоты (0,159,0) и структурообразующего вещества - аморфного диоксида кремния0,05-1,0. ТЭ выполнен в виде одноили многослойного стержня, имеющегоразличные теплопоглощающие свойствапо слоям, изменякициеся в соответствии с расположением изотерм сварки.Универсальность ТЭ позволяет применять его при всех видах автоматичес"кой дуговой и электрошлаковой сварки. Обеспечивается воэможность многократного использования ТЭ послекристаллизации его из водного раствора. В результате применения ТЭуровень остаточных напряжений снимается на 35-403, а деформация коробления " в 6-8 раэ. 2 с,п.ф-лы,3 табл.Изобретение относится к сварке и предназначено для регулирования термического цикла сварки н снижения остаточных напряжений и деформаций н конструкциях.1 ель изобретения - повышение эффекта теплологлощения, увеличение технологических свойств теплопоглощающего элемента за счет обеспечения режима саморегулирования скоростей подачи теплопоглощающего элемента и наличия зон разных по температурам разложения, а также повышение интенсивности теплоотвода при меньшем 15 расходе теплопоглощающего состава, уменьшение уровня остаточных сварочных напряжений и коробления при сварке.Теплопоглощающий элемент выполнен 20 н виде слоистого стержня. Слои ориентированы в продольном направлении и расположены преимущественно концентрично или параллельно друг другу.В соотнетствии с расположением 25 сварочных изотерм слои теплопоглотителя имеют максимальную температуру расположения в центральной части и минимальную на периферии. В качестве высокотемпературной составляющей мож 30 но использовать алюминиевые квасцы, н последующих слоях более легкоплавкие кристаллогидраты: ортофосфат натрия, сульфат и тиосульфат натрия, н перифенийных слоях - кристаллогид 35 раты дитионата, натрия, метабората лития с температурой разложения меньше 40 С, что позволяет снизитьоминимальную температуру эффективного теплопоглощения при сварке до темпеоратуры 100 С, 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 неличина теплового потока, определяемые погонной энергией сварки, обеспечивают планление соответствующего количества теплопоглощающего стержня, который под собственным весом (или поддействием пружины) постоянно прижимается к поверхности нагретого металла. Распланлен 55 ная масса выдавливается из под стержня и растекается по всей ширине околошонной зоны вслед за дугой, Тем самым обеспечивается механизм саморегулирования скорости подачи теплопоглощающего нещестна н зависимости от степени нагрева поверхности и скорости сварки, Это позволяет отказаться от сложных подающих устройств, которые используются для подачи теплопоглощающих паст, Отсутствие активного пароныделения 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 паровыцеления, применяющейся в других способах и устройствах для сопутствующего охлаждения. Вследствие этого технологичность применения теплопоглощающего стержня значительно выше, чем у известных теплопоглощающих паст.Слои теплопоглощающего элемента состоят из солей неорганических кислот (кристаллогидраты) с добавками поверхностно-активного вещества (ПАВ) (пальмитиновая кислота) и структурообразующего вещества (аморфный диоксид кремния - аэросил).Кристаллогидраты солей неорганических кислот позволяют осуществить процесс днухэтапного охлаждения: на первом этапе за счет эндотермической реакции разложения кристаллического вещества, сопровождающегося плавлениУем 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 соленым расплавом, имея низкую температуру плавления 64 С, в сочетании с большим интервалом жидкого состояния до температуры кипения 390 С, является наиболее эффективным ПАВ применительно к легкоплавким солям с тем" пературой плавления 34 300 С.Введение в состав аморфного диоксида кремния позволяет получать однородную мелкокристаллическую структуру теплопоглощающего стержня, в ре" зультате интенсивности процесса кристаллизации соленого расплава,1что особенно ца ц, рц цс ртцкалцорасположенных кристаллика;орах малого диаметра, а также црц наращиваниинаружных слоев теплопоглощающегоэлемента,Теплопоглощакюий клемент изготавливают путем кристаллизации расплавасолей неорганических кислот с,.обавками в формах требуемого размера,многослойность достигается путемпоследовательниц о царащивация слоевна центральном стержне при кристаллизации в большей по диаметру форме.Для определения теплофизическихсвойств теплопоглотителя проведеныэксперименты на образцах из сплаваАМгразмерами 200 х 150 х 4 мм, нагр-.- ваемых по режимам, имитирующих сварочные (до 450 С). В качестве теплопоглощающего компонента стержня используют гидрат тиосульфата натрияпри диаметре стержня 25 мм.В табл. 1 приведены результатыисследований.Наибольший тепловой эффект даютсоставы 1 и 2, содержащие максимальное количество соли неорганическойкислоты и минимум технологическихдобавок. Однако технологическиесвойства их невысоки, Составы 3-5характеризуются меньшим эффектомТеплопоглощения при высоких техцоло гических свойствах. В зависимостиот тепловложения при сварке и положении нагреваемой поверхности впространстве (вертикальное, горизонтальное и другие) используется тотили иной состав Для определениясвойств многослойного теплопоглощающего стержня в тех же условиях,что и в предыдущем эксперименте,применялись -4-слойные стержни,В табл. 2 приведены составы слоеви их свойства.Как видно из табл. 2, трехслой"ный стержень обладает оптимальнымисвойствами: большим тепловым эффектом и хорошими технологическимисвойствами. Двухслойный стержень мало отличается по своим характеристикам от однослойного. Четырехслойныйстержень обладает наибольшим тепло-поглощением, однако имеет большуюрастекаемость, а также требует большетехнологических операции при изготовлении.Состав многослойных теплопоглотителей (табл .2) це соотношению ос 49 76цоццого теплопоглошающе о комиции цт (кристаллогцдратов соли цео 1 гаццческой кислоты и техцочогических5д о б а В о к - и ал ь ми т и н о в Й кислоты(ПАВ) и аморфный диоксцд кремния)соответсвовал составу 3 (табл.1),как наиболее оптимальному с одцослой.ными теплопоглотителямн, Практичес 10 ки возможно использование любого количества слоев теплопоглощающегостержня, однако применение стержняс количеством слоев более 4-х, технологически затруднено,15 Сравнение свойств предлагаемоготеплопоглощающего элемента с известным дано в табл.3.Иэ приведенных данных следует,что эффективность теплопоглощающего20 элемента значительно больше, чем из.;естцой теплопоглощающей пасты применьшем расходе теплопоглотителя.В результате его применения уровеньостаточных сварочных напряжений в25 пластинах после сварки снизился на35-407, деформация коробления уменьшилась в 6-8 раз.Универсальность и простота использования дает возможность применять30 теплопоглощающий элемент при всехвидах автоматической дуговой и эчектрошлаковой сварки. Простота изготовления и воэможность многоразовогоиспользования отработанного теплопо 35 глотителя после кристаллизации иэводного раствора делает его применение экономически выгодным. Формула изобретения401 Теплопоглощакачий элемент дляотвода тепла от сварочной ванны,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения эффекта теплопо глощения и увеличения технологических свойств теплопоглощающего элемента за счет обеспечения режима саморегулирования скоростей подачи теплопоглощающего элемента и наличия зон,разных по температурам разложения,элемент выполнен в виде слоистогостержня, слои которого ориентированыв продольном направлении и расположены преимущественно концентричноили параллельно друг к другу, а температуры разложения слоев убываютот центрального слоя к периферийному,причем в качестве компонентов слоисодержат соли неорганических кислот(кристаллогидраты) с добавками структурообразующего и понерхностно-активного компонентов,2. Состав для изготовления теплопоглощающего элемента, содержащийлегкоразлагающуюся соль и структурообразующий компонент, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения интенсивности теплоотвода при 1 рменьшем расходе теплопоглощающегосостава и уменьшения уровня остаточных сварочных напряжений и ксрсбления при сварке, состав дополнительно содержит поверхностно-активныйкомпонент в виде пальмитиновой ки 1.лоты, в качестве легкоразлагающейсясоли - соль неорганической кислоты,выбранной из группы, содержащей алю 90 99 ь 8 О, 15-9,0 О, 05-1,0 Та блица 1 1 ТРхОной1эффект,КдЛ 1г Технологические свойстваКоэффициент тепло Кристал- ПальАморфный Растекание наповерхности Отделимость отдачи,логидрат мити- соли новаякислота диоксидкремния(аэросил) кал корки см с град 99,9 0,08 0,02 Неудовлет- ворительная 99,8 0,15 0,05 96,0 3,5 0,5 1,82 0,03 Органическая 4 90,0 9,0 5 86,0 12,0 1,0 О, 029 0,024 1,68 Малая Отличная 2,0 1,43 Таблица 2 Слои 1 Состав слоев Коэффициент теплоека ТепловойэффекткДж о ка с г О, 0314 Ограни"че иная Хорошая 2 Алюмокалиеные кОртофосфат натр Тиосульфат натр 3 Алюмокалиеные кОртофосфат натр Тиосу:ьфат натр Дтио 1 ат атрия цы 2,05 3Алюмокалиевые кнасць Ортофосфат натрия 76 6миниеные кн;1 сцы, сульфаты мели, жел еэа и магния, ортофссфат, тиосульфат и дитионат натрия, метоборат лития в ниде кристаллогилратов, а н качестне структурообразующего компонента применяют аморфньй диоксид кремния (аэросил) при следующем соотношении компонентов, мас,%; Соль неорганическойкислоты(кристаллогидрат)выбранная эуказанной группыИальмитиноваякислотаАморфный диоксидкремния (аэросил) 2,2 0,032 Большая 2,2 0,032 Хорошая1449276 Таблица 3 Содержание компонентов, 7в составе Отделимость Теплопоглощающий элемент Крист алло ид- Технологираты солей ческие донеорганических добавки кислот отдачи,кал см с град Огра киче н.1,84 0,0314 Хорошая ная Пр едл аг аемый Пал ьмитиновая кислота3,5 Известный Удовлетвори- Боль,25 0,0152 тельная аая Составитель Н. Гершанова Техред М;Ходанич Корректор О, Кравцова Редактор Н. Рогулич Заказ 6908/13 Тирах 922 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Уагород, ул. Проектная, 4 1 слой. Квасцы алюминиевые 48 2 слой. Ортофосфат натрия 48 Паста соль 26Аммоний двууглекислый +вода 55 Аморфный диоксид кремния (аэросил) 0,5 Бентонитоваяглина 15,0Асбест 3,9КМЦ 0,1 Тепловойэффект, кДхг КоэффициенттеплоРасте.каемость