Термітний стержень

ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД без проведення експертизи по суті на підставі Постанови ВерховноТ Ради України N* 3769-ХІІ від 23.ХІ) 1993 р Публікується в редакції заявника (54)ТЕРМІТНИЙ СТЕРЖЕНЬ 1 (21)95052185 (22)03.05.95 (24)28.02.97 (46) 28.02.97. Бюл. N* 1 (56) Авторское свидетельство СССР № 53891, кл. В 23 К 23/00,30.09.38 (прототип). (72) Градусов Сергей Пєтровіч (RU), Карташов Юрій Івановій (RU), Коваль Анатолій Івановій (RU), Лебедев Володимир Георгійович, Позднякова Світлана Георгійовна, Румянцев Віктор Ніколаєвіч (RU), Фомєнко Васілій Владіміровіч (RU), Чуяс Юрій Андрійович (73) Градусов Сергей Пєтровіч (RU), Карташов Юрій Івановій (RU), Коваль Анатолій Івановіч (RU), Лебедев Володимир Ге Изобретение относится к сварке металлов плавлением, а именно к термитной сварке, и может быть использовано в быту для пайки (соединения), а также при ремонте техники в полевых условиях. Наиболее близким к заявляемому изобретению является термитный стержень, состоящий из термитных элементов [1]. Известный стержень предназначен для термитной сварки в горизонтальной плоскости и состоит из сопряженных между собой термитных элементов из стеклометрической „.„-.. с — оргійович (UA), Позднякова Світлана Георгійовна (UA), Румянцев Віктор Ніколаєвіч (RU), Фомєнко Васілій Владіміровіч (RU), Чуяс Юрій Андрійович (UA) (57) Термитный стержень, состоящий из спрессованных и соединенных друг с другом термитных элементов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что термитные элементы заключены в сгораемую оболочку и выполнены из состава, содержащего смесь оксида меди и бора, флюсообразующие добавки и сгораемое связующее при следующем соотношении компонентов, мзс.%: Смесь оксида меди и бора Флюсообразующие добавки Сгораемое связующее 77-90 8-20 2-3 имеют форму усеченного конуса. Такая форма выполнения начальной поверхности горения приводит к увеличению площади и соответственно теплового потока и создает предпосылки для более качественного соединения без предварительного нагрева начальной точки соединяемых поверхностей. Эта конструкций термитных стержней выгодно отличается от конструкций предшествующих разработок. Вместе с тем термитные стержни имеют ряд недостатков: димо соблюдение ряда условий, т.е. b определенная скорость перемещения стержня в направлении сварки, использование тугоплавких неметаллических стенок, расположенных параллельно свариваемому соединению, при этом процесс является 10 жестким, и отклонения от этих условий ведет к прожигу свариваемых деталей. Кроме того, при сгорании такого стержня образуются тугоплавкие шлаки, что ухудшает разделяемость металла и шлака и коэффициент 15 теплопроводности железа таков, что теплоперенос не может обеспечить КПД такого стержня больше чем на 50%. ВСТЫК, Так И Для решения поставленной задачи - надежного соединения стальных деталей с получением качественного шва - необходимо соблюдение всех признаков, указанных в формуле изобретения. Термитный состав должен иметь определенный качественный и количественный состав, установленный экспериментально. При содержании термитной составляющей в количестве меньшем, чем указано в формуле изобретения, выделяющегося тепла реакции недостаточно для реализации процесса пайки. При большем содержании термитной составляющей возможен прожег Задачей настоящего изобретения является создание термитного стержня удовлет- 20 или неудовлетворительное качество шва. верительных технических характеристик Качественный и количественный состав путем подбора конструктивных элементов термитной составляющей и флюсов и их коего и компонентного состава личественное соотношение обеспечивает возможность осуществления процесса пайПоставленная задача решается тем, что термитный стержень изготовляется из 25 ки без использования дополнительного тепла. Использование термитных элементов на спрессованных и соединенных друг с друоснове классической термитной составляюгом термитных элементов ("таблеток"), соещей (Fe3O4+AI) при соблюдении остальных диненных друг с другом, причем термитные условий изготовления термитного стержня элементы заключены в сгораемую оболочку и выполнены из состава, содержащего 30 не приводит к соединению стальных деталей. смесь оксида меди и бора, флюсообразующие добавки и сгораемое связующее при Использование для соединения термитследующем соотношении компонентов, ных элементов бумажной оболочки, не промас.%. питанной клеем, не обеспечивает плотного Смесь оксида меди и бора 77-90 35 соединения элементов между собой и с оболочкой, что приводит к аномально быстрому Флюсообразующие добавки 8-20 их сгоранию с разбрызгиванием продуктов Сгораемое связующее 2-3 сгорания без образования шва. Термитные элементы цилиндрической формы диаметром и высотой 10-20 мм полСущность изобретения поясняется черучают методом глухого прессования при 40тежом. удельном давлении 2000 кгс/см 2 и соединеТермитный стержень выполнен в виде ния между собой путем заворачивания их в отдельных элементов 1 цилиндрической бумагу, пропитанную клеем, после высыхаформы, заключенных в бумажную оболочку ния которого получают механически проч2, пропитанную клеем Для удобства и уденый термитный стержень. Общая длина 45 шевления стержня взамен последнего элетермитного стержня может варьироваться в мента используется инертная вставка 3, зависимости от необходимой длины шва. например из дерева, за которую стержень Воспламенение термитного состава стержкрепится к рукоятке 4. Для защиты руки ня приводит к реализации термитной реакмежду рукояткой и стержнем установлен зации восстановления оксида меди (или 50 щитный экран 5. оксида меди в совокупности с оксидами друУстройство работает следующим обрагих металлов) бором с развитием температузом. После воспламенения термитного ры до 1800-2050°С. Тепла термитной стержня, например, от горящей таблетки реакции хватает для разогрева и подплавлеуротропина, его располагают под углом окония соединяемых металлических изделий. В 55ло 60° к соединяемым деталям на высоте rmouecce горения термита, в зависимости не более 10 мм и перемещают равномерно ПОЛЬЗОВАЛИСЬ ы амопою >./.'~ — от 2 до 7 мм и термитные стержн С со става 1 2 3 4 5 81,0 75,0 70,0 54,0 71,0 Номер состава 9,0 7,5 7,0 8,0 6,5 24.0 Диаметр стер 1 2 3 4 5 Упорядник Замовлення 4075 1 Держа УКРАЇНА 12626 (19) (13) А 5 В 23 К 23/00 ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД без проведення експертизи по суті на підставі Постанови Верховної Ради України N» 3769-ХІІ від 23.ХІІ. 1993 р. Публікується в редакції заявника (54)ТЕРМІТНИЙ СТЕРЖЕНЬ 1 (21)95052185 (22) 03.05.95 (24) 28.02.97 (46) 28,02.97. Бюл. № 1 (56) Авторское свидетельство СССР № 53891, кл. В 23 К 23/00,30.09.38 (прототип). (72) Градусов Сергей Пєтровіч (RU), Карташов Юрій Івановій (RU), Коваль Анатолій Івановіч (RU), Лебедев Володимир Георгійович, Позднякова Світлана Георгійовна, Румянцев Віктор Ніколаєвіч (RU), Фоменко Васілій Владіміровіч (RU), Чуяс Юрій Андрійович (73) Градусов Сергей Пєтровіч (RU), Карташов Юрій Івановіч (RU), Коваль Анатолій Івановіч (RU), Лебедев Володимир Ге оргійович (UA), Позднякова Світлана Георгійовна (UA), Румянцев Віктор Ніколаевіч (RU), Фоменко Васілій Владіміровіч (RU), Чуяс Юрій Андрійович (UA) (57) Термитный стержень, состоящий из спрессованных и соединенных друг с другом термитных элементов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что термитные элементы заключены в сгораемую оболочку и выполнены из состава, содержащего смесь оксида меди и бора, флюсообразующие добавки и сгораемое связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%: Смесь оксида меди и бора Флюсообразующие добавки Сгораемое связующее 77-90 8-20 2-3 N) ON Изобретение относится к сварке металлов плавлением, а именно к термитной сварке, и может быть использовано в быту для пайки (соединения), а также при ремонте техники в полевых условиях. Наиболее близким к заявляемому изобретению является термитный стержень, состоящий из термитных элементов [1]. Известный стержень предназначен для термитной сварки в горизонтальной плоскости и состоит из сопряженных между собой термитных элементов из стеклометрической смеси Fe3O4 и А1, выполненных в виде стержней с выступом на одном и впадиной на другом торце. Причем выступы и впадины имеют форму усеченного конуса. Такая форма выполнения начальной поверхности горения приводит к увеличению площади и соответственно теплового потока и создает предпосылки для более качественного соединения без предварительного нагрева начальной точки соединяемых поверхностей. Эта конструкций термитных стержней выгодно отличается от конструкций предшествующих разработок. Вместе с тем термитные стержни имеют ряд недостатков: - сложность в изготовлении, необходимость использовать более дррогой и быстро изнашиваемый пресс-инструмент; 12626 - относительная ненадежность соединения элементов; - сложность эксплуатации, т.к. для получения качественного соединения необходимо соблюдение ряда условий, т.е. 5 определенная скорость перемещения стержня в направлении сварки, использование тугоплавких неметаллических стенок, расположенных параллельно свариваемому соединению, при этом процесс является 10 жестким, и отклонения от этих условий ведет к прожигу свариваемых деталей. Кроме того, при сгорании такого стержня образуются тугоплавкие шлаки, что ухудшает разделяемость металла и шлака и коэффициент 15 теплопроводности железа таков, что теплоперенос не может обеспечить КПД такого стержня больше чем на 50%. Задачей настоящего изобретения является создание термитного стержня удовлет- 20 ворительных технических характеристик путем подбора конструктивных элементов его и компонентного состава. Поставленная задача решается тем, что термитный стержень изготовляется из 25 спрессованных и соединенных друг с другом термитных элементов ("таблеток"), соединенных друг с другом, причем термитные элементы заключены в сгораемую оболочку и выполнены из состава, содержащего 30 смесь оксида меди и бора, флюсообразующие добавки и сгораемое связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%: Смесь оксида меди и бора 77-90 35 Флюсообразующие добавки 8-20 Сгораемое связующее 2-3 Термитные элементы цилиндрической формы диаметром и высотой 10-20 мм получают методом глухого прессования при 40 удельном давлении 2000 кгс/см и соединения между собой путем заворачивания их в бумагу, пропитанную клеем, после высыхания которого получают механически прочный термитный стержень. Общая длина 45 термитного стержня может варьироваться в зависимости от необходимой длины шва. Воспламенение термитного состава стержня приводит к реализации термитной реакции восстановления оксида меди (или 50 оксида меди в совокупности с оксидами других металлов) бором с развитием температуры до 1800-2050°С. Тепла термитной реакции хватает для разогрева и подплавления соединяемых металлических изделий. В 55 процессе горения термита, в зависимости от конкретного термитного состава, медь или медный сплав образует прочный шов, соединяющий металлические детали. С помощью таких термитных стержней можно осуществлять соединение стальных деталей толщиной от 2 до 7 мм, в зависимости от диаметра термитного стержня, как встык, так и внахлест. Для решения поставленной задачи - надежного соединения стальных деталей с получением качественного шва - необходимо соблюдение всех признаков, указанных в формуле изобретения. Термитный состав должен иметь определенный качественный и количественный состав, установленный экспериментально. При содержании термитной составляющей в количестве меньшем, чем указано в формуле изобретения, выделяющегося тепла реакции недостаточно для реализации процесса пайки. При большем содержании термитной составляющей возможен прожег или неудовлетворительное качество шва. Качественный и количественный состав термитной составляющей и флюсов и их количественное соотношение обеспечивает возможность осуществления процесса пайки без использования дополнительного тепла. Использование термитных элементов на основе классической термитной составляющей (Fe3O4+AI) при соблюдении остальных условий изготовления термитного стержня не приводит к соединению стальных деталей. Использование для соединения термитных элементов бумажной оболочки, не пропитанной клеем, не обеспечивает плотного соединения элементов между собой и с оболочкой, что приводит к аномально быстрому их сгоранию с разбрызгиванием продуктов сгорания без образования шва. Сущность изобретения поясняется чертежом. Термитный стержень выполнен в виде отдельных элементов 1 цилиндрической формы, заключенных в бумажную оболочку 2, пропитанную клеем. Для удобства и удешевления стержня взамен последнего элемента используется инертная вставка 3, например из дерева, за которую стержень крепится к рукоятке 4. Для защиты руки между рукояткой и стержнем установлен защитный экран 5. Устройство работает следующим образом. После воспламенения термитного стержня, например, от горящей таблетки уротропина, его располагают под углом около 60° к соединяемым деталям на высоте не более 10 мм и перемещают равномерно или возвратно-поступательно вдоль места стыка деталей до полного сгорания стержня, поддерживая видимый фронт горения 12626 стержня также на расстоянии около 10 мм от спаиваемого стыка. • Предлагаемое устройство отработано в опытном производстве. В качестве соединяемых деталей использовались стальные пластины толщиной от 2 до 7 мм и термитные стержни диамет ром от 10 до 20 мм с получением медных, мельхиоровых и бронзовых швов. В табл. 1 приведены примеры термитных составов, используемых для изготовления термитных стержней; в табл. 2 результаты испытания стержней. Таблица! Содержание компонентов,мае. % со Нитроцеллюлоза става 1 2 3 4 5 81,0 75,0 70,0 54,0 71,0 9,0 7,5 7,0 8,0 6.5 1,0 24,0 _ 1,0 6.4 11,6 16,4 6,0 10,0 7,0 1.6 2,9 4,1 2,0 4,0 2.0 3,0 2,5 3,0 2,5 Таблица 2 Номер состава Диаметр термитного стержня, мм 1 2 3 4 5 10 15 20 15 15 Толщина стальных пластин • 2 Факт пайки 5 7 4 4 + + + Г Упорядник Замовлення 4075 Техред М.Моргентал Коректор Л.Лукач Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101