Способ упрочнения стеклянных труб

(22) Заявлено 26. 01. 81 (21) 3242079/29;33 С. 03 С 21/00 с присоединением заявки Йо Государственный комитет СССР но делам изобретений и отнрытнй(23) Приорнтет Опубликовано 0 7.,02. 83.Бюллетень йо 5 33) УДКббб. 1,053.65(088,8) Дата опубликования опнсання 07.02.83.54) СПОСОБ УПРОЧНЕ НЫХ ТРУБ ЕК 2 к стеколь нно к упр может быт иях химии пищевой а предпри цинские пр иУборы.Известен способ упрочнения издеий из стекла путем ионного обменав ванне с расплавом солей при нало-.жении ультразвуковых колебаний, создаваемых с помощью магннтострикционных излучателей, причем интенсивность ультразвуковых колебаний рав-.на 10 -104 эрг/смаке, а амплитуда10-15 мкм 1,Этот способ предназначен для упрочнения крупногабаритных плоскихизделий.Наиболее близким к предложенномуявляется способ упрочнения стекла,позволяющий интенсифицировать ионообменные процессы, заключакняийсяв том, чтодиффузионные процессы,имеющие местО при обработке стеклокзделий в расплавах солей, интенси=Фицируют посредством введения Ультразвуковых колебаний 0 л 5 Изобретение относится ной проныаленности, а им нению стеклянных труб, и использовано на предприя ческой, светотехнической проыяшленности, а также тиях изготовляющих меди Упрочняемые стеклоизделия -погружают в ванну с расплавом соли перпендикулярно дну ванны, Нижние торцы цилиндрических стеклоизделий не касаются дна ванны и имеют свободный доступ к расплаву солей. Ультразвуковые колебания вводят в ванну с рас планом солей при помощи магнитострикционного преобразователя, состоящего из магнитостриктора, концентратора н волновода. Торец волновода погружают в расплав соли сверху 121.Недостатки известного способа заключаются в том, что при введении упругих колебаний ультразвуковой час тоты в ванну с расплавом соли сверху звуковые волны ослабляются по мере удаления от рабочей поверхности волновода, в первую очередьвнутренним трением. При этом коэффициент поглощения внутреннйм.трением равенфо = 8/3 -сугде Г - частота звука;с - скорость звука;звука в расплаве соли также является функцией температуры, то обеспечить нагрев расплава соли с небольшим температурным градиентом дляупрочнения труб со значительнойдлиной (до нескольких метров) технически трудно, при этом следуетучесть, что согласно известному способу верхние слои расплава соли дополнительно подогреваются волноводом магнитостриктора.В результате упрочнения стеклянных труб длиной 1,5 м по известному способу на поверхности упрочняемых изделий образуется ионообменный,слой, глубина которого резкоотличается по длине изделия. Например, для труб вертикального вытягивания с внешним диаметром 55 мм приобработке в расплаве нитрата калияпри 420 О С в течение 1 ч глубинаионообменного слоя на участках внешней поверхности, находящихся на расстоянии от 5 до 100 мм от верхнеготорца, составляет от 21 до 28 мкм,в то время как на участках, расположенных на расстоянии 5-100 ммот нижнего торца трубы, глубина нонообменного слоя не превышает 10 мкм.Таким образом, известный способупрочнения изделия из стекла не применим для упрочнения длинных труб.Целью изобретения является повышение качества упрочнения труб неорганической длины.Цель достигае 1 Й 1 ем что согласно способу упрочнения стеклянныхтруб путем ионного обмена в расплаве солей при наложении упругих колебаний трубы перемещают через расплав соли, а упругие колебания создают путем наложения переменного манитного поля напряженностью 0,2-0,3и постоянного магнитного поля напряженностью 0,1-0,25 Т, причем упругиеколебания направляют перпендикулярнок оси трубы, частота упругих колебаний равна 20-250 кГц а амплитуда 7-15 мкм.На чертеже приведена принципиальная схема устройства, при помощикоторого реализуется предложенныйспособ (продольный разрез).Устройство содержит цилиндрическую ванну 1 с расплавом соли 2 и ин"дукторы 3 и 4,Устройство работает следующимобразом.Стеклянная труба 5 при помощироликов б перемещается соосно стенкам цилиндрической ванны 1 с расплавом соли 2, температура которогоподдерживается индукционным нагревом. Через индуктор 3 плотно охватывающий токопроводящие стенки ванны пропускают переменный электрический ток 3 в результате чего соз дается переменное магнитное поле В 4,Одновременно, пропуская постоянныйэлектрический ток.3 через индуктор4, создается постоянное магнитное поле В . В результате взаимодействияэлектрических токов и магнитных полей в токопроводящих стенках ванны 1создаются упругие колебания, направленные радиально стенкам упрочняемых труб,10 П р и м е р 1. Трубы из стекласледующего состава, вес.: 510 71,91;ЙаО. (А РцОь+Ре 0) 1, 76; СаО 5, 7;МдО 3,75; В аО 2,1Ма 0 16,12; К 01,08 и 50 а 0,3 Й с внешним диаметром15 15+1 мм, толщиной стенок 2+0,5 мми длиной 3000 мм упрочняют по режимам, приведенным в табл. 1.Трубы после обработки в смеси расплавов солей. промывают в воде при;р 70-80 аС и обдувают вентилятором.Результаты упрочнения приведеныв табл. 2.П р и м е р 2. Трубы из тогоже стекла, что и в примере 1, свнешним диаметром 20+1 мм, толщинойстенок 2,5+0,5 мм и длиной 3000 ммупрочняют по режимам, представленным в табл. 3. Скорость перемещениятруб соосно стенкам цилиндрическойванны 12,5 см/мин.Результаты испытаний образцов трубприведены в табл. 4.П р и м е р 3. Трубы из стекласледующего состава, вес.: 510 71,91;35 ВОз(АР 20 з+ГеОэ ) 176 саО 5,7; мдО3,71; Ваа 2,1; Ма О 16,12; КО 1,08и 50 0,31 - с вйешним диаметром15,0+1 мм, толщиной стенок 2+0,5 мми длйною 3000 мм обрабатывают в смеси расплавов солей, содержащей,вес.: КМОЪ 90,0 и КВГ 4 10,0, - поТрежимам, приведенным в табл. 5. Скорость перемещения труб соосно стенкам цилиндрической ванны составляет 15 см/мин,Трубы после обработки в смеси расплавов солей промывают в воде при70-80 С и обдувают вентилятором.Результаты упрочнения приведеныв табл. б50 П р и м е р 4. Трубы из того жестекла, что и в примере 3, с наружным диаметром 20,0+1 мм, толщинойстенок 2,5+0,5 мм й длиной 3000 ммобрабатывают в смеси расплавов со 55 лей, вес,г КМО 98,0 и КСР 2,0,по режимам, приведенным в табл. 7.Скорость перемещения труб соосно стенкам цилиндрической ванны 12,5 см/мин.Прочностные характеристики упроч 60 ненных стеклянных труб приведены втабл, 8.Ф П р и м е р 5. Трубы из стекласледующего состава, вес.: 51071,91; 10 (А Р 0+ Геа 0) 1,76; СаО5 9944 47 Таблица 1 Содержание ингредиентов в Частота упруТемпература расплава соли, о С смеси расплавов солей,. вес.Ъ гих колебаний, Ш кГц Режим,вКВ Е 4,1090 400 Вез упругихколебаниИ 80 425 20 То же 400 50,б 10 90 245,3 20 80 425 П р и м е ч а н и е. Скорость перемещения труб соосно стенкам цилиндричес кой ванны 15 см/мин. КО 1,08 и 01 0,34, - с внешнимдйаметром 15,0+1 мм, толщиной стенок 2,0+0,5 мм и длиною 3000 мм обрабатывают в смеси расплавов солей,содержащей, вес. Ъг КМО 90,0 иКВГ, 10,0, - по режимам, приведеннымв табл. 9. Скорость перемещения трубсоосно стенкам цилиндрической ванны 15 сммин..Трубы после обработки в смесирасплавов солей прожвают в водепри 70-80 фС и обдувают вентилятором.Прочностные характеристики упрочненных стеклянных труб приведены втабл. 10П р и м е р б. Трубы из того же .15стекла, что и в примере 5, с наружным диаметром 20,0+1 мм, толщинойстенок 2,5+0,5 мм й длиною 3000 ммобрабатывают в смеси расплавов солейКМОь 98,0 вес.Ъ и КС 2,0 вес.Ъ по20режймам, приведенным в табл. 11.Скорость перемещения труб соосно стен;кам цилиндрической ванны 12,5 аа/мин.Прочностные характеристики упрочненных стеклянных труб приведены в 25табл. 12,Предложенный способ упрочнениястеклянных труб имеет следующие преимущества.Возможна обработка труб с минимальным коэффициентом поглощения энер.гии, так как расстояние от источникаколебаний до поверхности трубы минимальное.Способ упрочнения осуществляется.намного дешевле, так как отпадаетнеобходимость в испОльзовании дОрогостоящих ультразвуковых генераторов магнитострикторов, концентраторов и1 в опноводов.Представляется воэможность интенсифицировать процессы упрочиения стеклянных труб при помощи простых по конструкции .устройств, обладающих бо. льшей надежностью в эксплуатации. Улучшается качество упрочнениястеклянных труб, так как глубинаионообменного слоя по всей длинетрубы практически равномерна. Упрочненные трубы имеют одинаковые механические характеристики по всей длине,Устраняется необходимость вводитькакие-либо рабочие органы в расплавсоли, что также улучшает качествоупрочнения, так как .расплав соли незагрязняется инородными ионами, нап.пример, железа, никеля, хрома и др.,которые обычно содержат металлические волноводы.Возможно вести процесс упрочнениянепрерывно, при этом длина труб практически не лимитируется. Непрерывность процесса упрочнения увеличивает производительность труда.Упрочненние стеклянные трубы йосвоим Физико-химическим свойстваммогут заменить трубы, изготовленныеиз дорогих,и дефицитных сплавов ме .ди, олова, легированных. сталей ит.п,Экономический эффект от реализации предложенного способа составляетпримерно 250 тыс. руб. в год.994447 Т а б л и ц а 2 Трубы, упроч- Глубина Количество ненные по ионообмен испытанных режимам ного слоя, обраэцов,мкм шт Увеличение Коэффицимеханической ент вариа прочности, Ъ ции, % 82,5 12 17, 4 131 84,4 14 18,1 134 13175 17,8 181 14 17 19,5/ЬЭ Таблица 3 Содержание смеси расплавов солей в ванне, вес.Ъ Температура расплава соли, ОС Режим,9Беэ упругихколебаний 400 То же 98 425 3 75,4 98 400 220,5 425 Таблица 4 Коэффициент вариации, Ъ Увеличение механическойпрочности, Ъ Глубина ио Количество Среднее вынообменно- испытанных держиваемое го лен, обраэцов, давление, мкм шт кг/см 19,1 13 55,8 10 18,4 136 57,9 19,3 172 73,2 10 20,1 18 б 79,1 Таблица 5 ь Частота упругнх колебаний,кГц Напряженность постоянногомагнита, Т апряженно еременног агнита, Т ежим, 9 4 Трубы, упроч не нныепо режимам Температура раплава 1 оли, С Среднее выдерживаемоедавление,кг/см 110,4 "14,2 0,1 0,1 Частота упругих колебаний, кГц упругихебаний20Без упругихколебаний 20,1 0,30 0,25 425 25,4 0,30 0,25 220,5 249,8 0,30 0,25 425 425 0,30 0,25 Глубина ионообменного слоя мкм Трубы упрочненные порежимам 18,3 22 ф 2 49,5 11,0 17,7 52,3 61,7 15,3 16,9 63,7 57,4 19,5 19,1 782 72,2 21,4 19,4 77,4 71,8 ТРУбы, упрочненные порежимам Глубина ноно обменного слоя мкм Среднее выдерживаемое давление, кг/см 102,7 110,3 117,9 116,0 Напряженностьпостоянногомагнита, Т Среднее выдерживаемое давление, кг/см Таблица Ь Увеличениесредних значений прочности, % Таблица 7 Напряженность Частота уппеременного ругих комагнита, Т лебаний,кГц Таблица 8 увеличение КоэФФициент средних зна- вариации, Ъ чений прочности, ЪБез менения упруголебаний 40Частотаупругихколебаний,кГц жим,Температурарасплавасоли,. сС Вез применения упругих колебаний,25 Среднее выде живаемое давление, кг/см Напряженность переменногомагнитногополя, Т Частота упругих колебаникГц аблица 11994447 Таблица 12е ш в Щ авее е ав е е Коэффициент вариации, В Увеличениесредних значений прочности, % Среднее выдерживаемое внутреннее дав-ление, кг/см Глубина ионообменного слоя,мкм Трубы, упрочненныепо режимам 18,3 22,2 11,0 52,3 17,7 61,7 15,3 16,9 57,4 63,7 19,5 19,1 78,2 72,2 21,4 77,4.71,8 20,1 формула изобретения Способ упрочнения стеклянных труб путем ионного обмена в расплаве солей при наложении упругих колебаний, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, 25 с целью повышения качества упрочие ния труб неограниченной длины, трубы перемещают через расплав соли, а упругие колебания создают путем наложения переменного магнитного 30 поля напряженностью 0,2-0,3 Т и постоянного магнитного поля напряжен/ ностью 0,1-.0,25 Т, причем упругиеколебания направляют перпендикулярно к осн трубы, частота упругих колебаний равна 20-250 к 1 Ъ а амплитуда - 7-15 мкм.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2772905/33,кл. С 03 С 21/00, 1979.2. Патент Японии 9 4194,кл, 21 В 72, 1972. ВНИИПИ Заказ 542/2Тираж 484 Подписно Филиал ППП "Патент", "г.ужгород,ул.Проектная,4