Спосіб термітного зварювання

Способ термитной сварки, при котором свариваемые заготовки помещают в сварочную камеру, в которую предварительно вво дят защитную смесь для предотвращения зашлаковки, содержащую окись кальция, а затем зону сварки заполняют термитной смесью, производят операции поджига, сварки и охлаждения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что защитную смесь для предотвращения зашлаковки размещают в донной части сварочной камеры и вводят в нее алюминий, железную окалину и окись кремния при следующем соотношении компонентов защитной смеси, мас.%: алюминий 13-14 железная окалина 46-47 окись кальция 19,5-20,5 окись кремния 19,5-20 Ч а во время операции поджига, сварки и охлаждения форму со свариваемыми деталями подвергают виброколебаниям с частотой Э50±50 Гц и амплитудой 0.05 ±0,02 мм. Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при термитной сварке горизонтально расположенных элементов, преимущественно арматуры в условиях монтажно-строительных работ. Известны традиционные способы термитной сварки, в которых используется метод промежуточного литья и для осуществления которых применяют литейные формы, основными элементами которых являются реакционная и сварочная камеры, литниковые каналы, промывочная полость [1]. Использование этих способов предполагает большой расход термитной смеси для получения металла необходимого для нагрева сваривае мых изделий до сварочных температур и осуществления процесса сварки. В зоне сварного соединения присутствуют значительные остаточные напряжения, которые могут быть причиной низкой прочности строительных конструкций. Известен способ термитной сварки, в котором применяют литейную форму с засыпкой термитной смеси в свариваемое пространство. На поверхность свариваемых элементов в местах их контакта с засыпаемой в форму термитной смесью наносят покрытие, содержащее порошок карбоната кальция и жидкое стекло [2]. Недостатками данного способа являются присутствие шлаковых включений, обра С > w о 6463 зование пустот в металле сварного соединения вследствие выделения углекислого газа при разложении карбоната кальция на окись кальция и углекислый газ, возможные выбросы при протекании термитной реакции, 5 довольно большой расход термитной смеси, наличие остаточных термических напряжений в свариваемых изделиях. Задачей изобретения является повышение качества сварки за счет уменьшения ко- 10 личества шлаковых включений в зоне сварного соединения, снижение остаточных термических напряжений, экономия термитного материала. Поставленная задача решается тем, что 15 в способе защитную смесь для предотвращения зашлаковки размещают в донной части сварочной камеры и вводят в нее алюминий, железную окалину и окись кремния при следующем соотношении компо- 20 нентов защитной смеси, мас.%: алюминий 13-14, железная окалина 46-47, окись кальция 19,5-20,5, окись кремния 19,5-20,5, а во время операции подвига, сварки и охлаждения форму со свариваемыми деталями подвергают 25 виброколебаниям с частотой 350 ±50 Гц и амплитудой 0 05±0,02 мм. Вибрация формы с частотой 350±50 Гц и амплитудой 0,05±0,02 мм обеспечивает полное и равномерное сгорание термитной 30 смеси. При этом происходит увеличение продолжительности протекания термитной реакции на 5-9%, выбросы при горении не наблюдаются. Температура поверхности свариваемых изделий повышается на 50- 35 100°С После сгорания защитной смеси образуется шлак на основе соединений системы АІгОз-СаО-БЮг. имеющий темпера- п туру плавления 1400-1500°С. Воздействие виброколебаний способствует поступлению 40 шлака с более низкой температурой плавления с поверхности сварочной полости на поверхность свариваемых стержней, взаимодействию его с ранее выделившимся ІЛ всплыти.о вверх на свободную поверхность 45 металлического расплава сварного соединения В таблице 1 приведены составы защитной смеси, которые использовались для выбора оптимального состава и соответственно дан- 50 ные по количеству шлаковых включений в металле сварного соединения арматурных стержней определенные методом количественного металлографического анализа, а также прочностные характеристики металла 55 сварного соединения: временное сопротивление Оц предел текучести OQ2 . Сварке подвергались стержни арматурного класса AI из стали ВСтЗпс Наиболее оптимальными являются составы защитной смеси 1-5, при использовании которых фиксируется минимальное количество шлаковых включений и соответственно более высокие прочностные характеристики. Вибрация в послекристаллизационный период при остывании сварного соединения способствует снижению остаточных термических напряжений в свариваемых изделиях. Оценку величины остаточных термических напряжений осуществляли с помощью "Системы измерительной тензометрической" ~ СИИТ-3 по схеме трехпроводного включения 2-х измерительных и одного общего компенсационного тензометра НМТ-450-5-100В и осциллографа ВМ-430. В таблице 2 приведены данные количества шлаковых включений в металле сварного соединения, величины остаточных термических напряжений в свариваемых изделиях, а также выход готового металла сварного соединения после термитной сварки в зависимости от частоты и амплитуды колебаний формы со свариваемыми деталями. Результаты получены для состава защитной смеси, содержащей в мае %: 46,5 железной окалины, 13.5 алюминия, 20 окиси кальция, 20 окиси кремния. Наиболее оптимальным диапазоном частоты и амплитуды колебаний, при котором наблюдается наименьшее количество шлаковых включений, увеличен выход металла сварного шва и достаточно эффективно снижается величина остаточных термических напряжений является интервал значений частоты 350±50 Гц и амплитуды 0,05±0,02 мм. Уменьшение значений частоты колебаний менее 300 Гц приводит к увеличению величины остаточных напряжений и количества шлаковых включений. Увеличение значений частоты свыше 400 Гц требует специальных вибраторов и приведет к удорожанию процесса сварки, а также при одновременном увеличении амплитуды и частоты колебаний может наступить состояние псевдоожижения термитной смеси, при котором резко возрастает количество выбросов, увеличивается количество шлаковых включений в сварном шве, ухудшается качество сварки. Уменьшение величины амплитуды колебаний менее 0,03 мм не способствует уменьшению количества шлаковых включений. П р и м е р Для осуществления заявляемого способа использовали литейную форму, фиг.1, 2, в которой реакционная и сварочная полости совмещены. Сварочная полость 2 имеет цилиндрическую форму, в которой размещаются свариваемые элемен 6463 ты 1 и защитная смесь 3 Реакционная полость графитовый стакан 5 соединена со сварочной полостью 2. В реакционной полости помещается рабочая термитная смесь 4. В качестве материалов термитной смеси 5 применяли: алюминий ПА-2. железную окали* ну релксобалочного прокатного стана, окись кремния (песок), окись кальция (известь), ферромарганец ФМн-75, ферросилиций ФС-75, феррохром ФХ0Р4, никелевый порошок, чу- 10 гунную крупку. Сварке подвергали арматурные стержни 0 32 класса AI. Общая масса термитной смеси составляла 800 г. Арматурные стержни 1 устанавливали в сварочную полость 2. На дно цилиндриче- 15 ской поверхности сварочной полости 2 насыпали перед установкой стержней защитную смесь 3 толщиной 1,5-2 мм, составляющую не более 0 5 мае. % от общего количества термитной смеси. Защитная 20 сме^.ь 3 имела состав в мас.%; железная окалина 46,5. алюминий 13,5, окись кальция 20 окись кремния 20. Затем засыпали рабо чую термитную смесь 4 состава, имеющего в мас.%: железная окалина 71,2, алюминий 21,8, чугунная крупа 5,57, ферросилиций 0,21, ферромарганец 0,64, никель 0.29, феррохром 0,29. Литейная форма со свариваемыми стержнями помещалась на столик вибратора. Одновременно с поджигом включали вибратор. Литейная форма подвергалась колебаниям с частотой 350 Гц и амплитудой 0,05 мм во время операций поджига, сварки и охлаждения. Заявляемый способ термитной сварки позволит улучшить качество сварки, уменьшить количество шлаковых включений в зоне сварного соединения, в 3-5 раз снизить величину остаточных термических напряжений в свариваемых изделиях, уменьшить величину зерна в металле сварного соединения, улучшить его механические характеристики. Применение способа термитной сварки обеспечит экономию термитного материала. Таблица 1 Содержание компонентов в защитной смеси «ас % железная а л юн и окмсь ОКИС к ний окалина кальция кремния Временное сопротивление МП* О. 1 46 5 13 5 20 20 Количество шлаковых включений % 0 14 2 3 47 13 20 20 0,15 511 290 -' 46 14 20 20 0 16 499 299 4 47 14 19 5 195 0 15 50Є 300 -'-* соси В8 Предел текучести OD1 Соответствие достижению цели 502 МПа 295 Соответствует 5 46 13 20 5 20 5 0.16 505. 296 -' 6 22 5 66 42 4 П* 9.0 37Ь 240 Не соответствует наличие змилаковки пористости выбросов 7 !7 4 В4 30 6 8 45 9 13 9 13 4 9 5/7 17 6 13 7 10 •і* 11 11 ,0 166 345 235 -' 96 368 252 Не соответствует наличие 11 98 355 245 Не соответствует наличие 24 5 24 5 53 379 261 11 7 11 7 62 365 257 _- 115 315 240 Не соответстоу«т наличие 33 6 103 , зашла совки пористости зашлаковки АС -• зашлаковки 1299748 представлены для процессе с сверти при воздействии колебаний с частотой 350 Гци и амплитудой 0 05 мм. Таблица 2 Частота колебаний, Гц Амплитуда колебаний,мм Остаточные термиКоличество Выход металла ческие напряжения, сварного соединешлаковых кг/мм включений, % ния от общей массы термитной смеси, % 1,521 0,16 52,8 400 0.05 350 0,05 0,15 1,577 53 300 0,05 0,16 1,565 52,6 •_ 350 0,07 0 16 1,570 52,7 _•_ 350 0,03 0,15 1,528 53 •_ 350 0,1 0,8 1,85 51,1 Не соответствует, возрастает • Соответствие достижению цели Соответствует _•_ количество шлаковых включений 350 0,01 1.1 1,52 52 450 0,05 0,3 1,54 51,9 250 0,05 0,25 2,1 51 •1 Не соответствует, возрастает величина остаточных термических напряжений Ах. 1* 1299748 0 00 • 10,5 0 5.2 49 Не соответствует 2,4 5,192 50,5 Не соответствует, наличие остаточных напряжений Данные получены для состава защитной смеси №1, табл.1. 6463 А ' \ ----І » * і -. фиг. Упорядник Замовлення 629 Техред М.Моргентал Коректор Е.Папп Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101