Стержень для термитной сварки

(51) 5 ОПИСАН Е ИЗОБР ВИДЕТЕЛЬСТВУ ЕНИ ВТО мого металла. В. каче тержней применяют ли смолообразные сое и тем, вязуюделанию терям дуктаа едлагаемому явщий сварочные ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕВЕДОМСТВО СССР, Н.А. Силин, В,Н, ЕмельяновР. Васендин, Н,М. Вареныхи П.П, Малышевсвидетельство СССР23 К 23/00, 1937,свидетельство СССР23 К 35/40, 35/02, 27,03.89.ейцарии ЛЬ 383126,О, 31.12,64. Изобретение относится к сварке металлов плавлением, а именно к термитной сварке. и может быть использовано для сварки, наплавки металлов в быту, при ремонте техники в полевых условиях, пир ведении аварийно-спасательных работ,. В различных аварийных и бытовых ситуациях необходимы простые в обращении портативные и надежные средства для ремонта машин и оборудования. Наибольшие трудности при ремонте возникают, когда требуется сварка или наплавка металла. Используемое в настоящее время сварочное оборудование не является компактным, его транспортировка требует специальной техники, нужны мощные источники электрической энергии, требует специального обучения,Известен способ и устройство для термитной сварки, заключающийся в использовании стержней, изготовленных из термитной смеси, сформованной вокруг(54) СТЕРЖЕНЬ ДЛЯ ТЕРМИТНОЙ СВАРКИ (57) Использование; термитная сварка и наплавка металлов в быту, при ремонте техники в полевых условиях, при ведении аварийно-спасательных работ. Стержень состоит из термитных элементов с выступами и выемками на их торцах, Элементы сопряжены между собой по выступу и выемке, выполненными в виде усеченного конуса, Угол между образующей конуса и его осью составляет от 3 до 5, отношение высоты конуса к диаметру основания лежит в пределах от 0,8 до 1,2, отношение диаметра основания конуса к диаметру стержня - в пределах от 0,7 до 0.8. 1 табл. 2 ил,проволоки наплавляестве связующего для сся жидкое стекло ипродукты.Недостатком известного устройстляется низкое качество образующегосдинения,Указанный недостаток обусловлечто при выгорании органического сщего происходит интенсивное газовьние, приводящее к диспергировгорящего термита, повышенным потепла, загрязнению металла шва проми сгорания.Известен сварочный плавящийсярод, состоящий из отдельных элеменконусообразными боковыми поверхми, Элементы запрессованы послетельно один в другой.Наиболее близким к прляется стержень содержастержни, при воспламенении которых создается температура, необходимая длясварки. и материал для образования сварочного шва,Сварочные стержни изготовляются из 5стехиометрической смеси порошков алюминия и окиси железа, в качестве добавок могутсодержать ферросилиций, ферромарганец,титан, вольфрам, которые при температуре650 - 700 С спекаются в стержни, ТСС воспламеняется следующим образом: восплэменительная головка привинчивается ктермитному стержню, передняя часть головки покрыта воспламенительным составом,на который нанесен состав чувствительный 15к трению или небольшому пламени,Недостатками указанного устройстваявляются:- низкое качество сварного соединения- высокая опасность эксплуатации устройства.Укаэанные недостатки обусловленытем, что в начальный момент сварки выделяется ограниченное количество тепла, определяемое диаметром стержня и идущее на 25нагрев свариваемого материала, поэтомупри контакте продуктов сгорания ТСС с холодной поверхностью, происходит их быстрая кристаллизация, препятствующаяобразованию качественного соединения. 30Кроме того металл шва загрязняется соединениями серы, фосфора, свинца, бария,содержащимися в воспламенительнойголовке, что приводит к снижению качествасварного соединения. Состав, служащий для 35изготовления ТСС,имеет низкую (19 кл,) чувствительность при воздействии ударом, ивысокую (7 кл,) чувствительность к трениюопределенные в соответствии с ГОСТ М13803-80. При сборке стержня на резьбе 40состав подвергается действию значительных сил трения, что может привести к еговоспламенению, В состав воспламенительной головки входят составы с очень высокой(5 и 3 класс), чувствительностью к удару и 45трению, что значительно повышает опасность эксплуатации ТСС.Целью данного изобретения является.обеспечение безопасной эксплуатации и качества сварного соединения при гибком регулировании в широких пределах длиныстержня,Указанная цель достигается тем, что визвестном пиротехническом сварочномстержне для термитной сварки металлов,состоящем из набора сварочных элементовв нем, сварочные элементы выполнены ввиде стержней ступенчатой формы, сопряженных между собой по выступу и выемке,выполненным в виде усеченного конуса,при этом угол конусности в пределах от 3 до 50, отношение высоты конуса к диаметру основания в пределах от 0.8 до 1,2 и отношение диаметра основания конуса к диаметру стержня в пределах от 0,7 до 0,8,При воспламенении ТСС происходит реакция восстановления окисла железа алюминием, Реакция протекает со значительным выделением тепла, Продукты сгорания (окись алюминия и железо) нагреваются до температуры около 3100 С. При взаимодействии нагретых до высокой температуры продуктов сгорания со свариваемым материалом происходит его подплавление и о 6 разуется сварное соединение, Одновременно продукты сгорания растекаясь прогревают свариваемый материал, подготавливая его к сварке, Следовательно, наиболее неблагоприятные условия будут в момент, когда продукты сгорания контактируют с холодной поверхностью. Обеспечение качества сварного соединения происходит благодаря увеличению теплового потока к свариваемому материалу в начале сварки.Тепловой поток определяется какО= -Р в=р Я 0 где р - плотность составаЯ - площадь горящей поверхности 0 - линейная скорость горения о - теплота сгорания состават - массовая скорость горения состава Р - площадь контакта с материалом Выполнение начальной поверхности горения в форме усеченного конуса привело к увеличению площади в 1,5-2 раза и,как следствие, увеличению массового расхода и теплового потока, Затем происходит выравнивание фронта горения и снижение гп, Условия образования качественного соединения обеспечиваются за счет предварительного подогрева зоны сварки растекающимися продуктами сгорания ТСС. Обеспечение качества сварного соединения произошло также потому, что воспламенение ТСС осуществляется с помощью постороннего источника тепла например термоспичек), что исключает возможность загрязнения металла шва соединениями серы, фосфора, свинца, бария и др. Отрицательное влияние последних на качество металла известно. В предлагаемом устройстве ступенчатая форма стержней служит не только для обеспечения качества соединения в начальный момент, но и для соединения элементов между собой, Для10 20 25 30 40 обеспечения надежного соединения элементов между собой угол между образующей конуса и основанием должен находиться в пределах от 3 до 50, поскольку при углах меньших 3 и больше 5 градусов перестает проявляться эффект самоторможения,обеспечивающий надежное соединение стержней между собой.Увеличение отношения Н/О и ОЙ (Н-высота конуса, О - диаметр основания конуса,б -диаметр стержня), выше указанных приводит к появлению трещин на стенках стержней и к потере прочности сборки стержней, Уменьшение отношения Н/О и О/о приводит к потере мехайической прочности, одновременно снижается поверхность горения, следовательно и тепловой поток в зону сварки, что приводит к снижению качества получаемого сварного соединения. Кроме того, более тонкое, по сравнению со стержнем; сечение позволяет быстрее нагреть термитный состав до температуры воспламенения, обеспечивая легкое и надежное воспламенение ТСС.Обеспечение безопасности при эксплуатации ТСС произошло потому, что;в описываемом устройстве при сборке стержней, отсутствует восплэменительная головка, Класс и степень опасности для ручных работ воспламенительной головки, определенные в соответствии с требованиями ГОСТ 13803-80 и ГОСТ 13802-79, составляют;к трению - 3 класс, очень высокая; к удару - 5 класс, очень высокая; термитный состав, используемый для изготовления стержней, имеет высокую чувствительность к трению - 7 класс. Соединение стержней. между собой на резьбе предполагает значительное трение состава о состав, В предлагаемом устройстве опасность снижена благодаря выполнению стержней ступенчатой формы и сопряжению по выступу и выемке, что резко снижает, путь трения по сравнению с резьбовым соединением.Сущность изобретения поясняется фиг.1, где приведен общий вид стержней и фиг.2вид отдельного элемента,ТСС выполнен из отдельных элементов 1, представляющих собой пиротехническую смесь, спресованную в форме ступенчатого стержня без оболочки, Стержни вставленыдруг в друга с незначительным усилием.Выбор угла между образующей конуса и осью симметрии конуса производился в соответствии с целью изобретения. Выбор угла в пределах от 3 до 5 градусов с точки зрения обеспечения безопасности обусловлен тем, что выбранный диапазон обеспечивает надежное сцепление элементов между собой при минимальном пути трения.Выступ или выемка одного из торцов стержня служат для увеличения массового расхода состава в начальный момент времени и обеспечивают надежное воспламенение стержня. Выполнены в виде усеченного конуса, причем отношение высоты конуса к диаметру основания Н/Р составляет 1, а отношение диаметра основания к диаметру стержня О/б = 0,75.При воспламенении ТСС в начальный момент за счет формы торца обеспечивается повышенный расход продуктов сгорания, при взаимодействии которых с свариваемым материалом происходит образование сварного соединения.Предлагаемое устройство отработано в опытно-конструкторских работах, проверено на работоспособность в лабораторно- стендовых условиях,Для испытаний были изготовлены ТСС, в которых в качестве состава использовался состав по патенту Швейцарии % 383126, кл, 49 Ь, 35/01, от 18,08.60.Пиротехнические элементы и 15 мм были изготовлены методом глухого прессования при удельном давлении 300 МПа,Для сварки использовались 2 мм пластины из стали марки Ст.3 размерами 100 х 160 х 2. Сварку проводили встык без разделки и подготовки кромок. Для оценки качества сварки из сваренных пластин вырезали образцы размерами 25 х 160 мм. которые испытывали на растяжение на разрывной машине ЦЦ,Полученные результаты в сравнении с прототипом приведены в таблице.Для ограничения зоны сварки и создания сварочной ванны использовали тугоплавкие нетеплопроводные стенки из шамотного кирпича.Образцы для испытаний брались из начального участка сварного соединения,При проведенииэкспериментальной отработки пиротехнического сварочного стержня,при использовании сварочных элементов с углом меньше трех и больше пяти градусов наблюдались случаи выпадения сварочных элементов при ведении сва рки,что и риводит к значительному повышению опасности ведения сварки изза неконтролируемого положения горящих элементов: снижению качества получаемого сварного соедийения из-за прерывистости шва и невозможности регулировать скорость сварки,1794615 пределах, сварочные элементы выполнены в видестержней с выступом на одном торце и впадиной на другом, причем поверхности выступа и впадины выполнены в виде усеченных конусов с углом между образующей конуса и вго осью 3-5, отношением высоты к диаметру основания в пределах 0,8-1,2 и отношением диаметра основания конуса к диаметру стержня в пределах 0,7-0,8. Характер разрушения сварного соединенияВи/и Разрушение по сваркеПо границе материала со швомПо материалуПо материалуПо границе материала со швом .По сварке 2100 0,5 9,0 0,5 7 кл. высокая 7 кл. высокая5 - имеет место прожог свариваемых пластин.6" - протитип, орец гладкий. Ф ормул а изобретения Стержень для термитной свэркй, состоящий из сопряженных между собой термитных элементов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения безопасности при эксплуатации качества сварного соединения при обеспечении возможности регулирования длины стержня в широких ЦДРастяжение сварного соединен.,1794615 Редактор Т,Иванова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 390 ВНИИПИ Г Составитель В,ЖуковТехред М.Моргентал Корректор Л.Фи Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5