RU2783434C1 - Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов - Google Patents
Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783434C1 RU2783434C1 RU2022109880A RU2022109880A RU2783434C1 RU 2783434 C1 RU2783434 C1 RU 2783434C1 RU 2022109880 A RU2022109880 A RU 2022109880A RU 2022109880 A RU2022109880 A RU 2022109880A RU 2783434 C1 RU2783434 C1 RU 2783434C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- reaction mixture
- weld
- welding
- carbon
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000003832 thermite Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 title claims abstract description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910000460 iron oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- -1 carbon-fluorine Chemical compound 0.000 claims abstract description 7
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 7
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 5
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 10
- 238000007133 aluminothermic reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 102200056926 OST4 V23K Human genes 0.000 description 7
- 101700022255 V23K Proteins 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- VASIZKWUTCETSD-UHFFFAOYSA-N manganese(II) oxide Inorganic materials [Mn]=O VASIZKWUTCETSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 239000002169 Metam Substances 0.000 description 1
- HYVVJDQGXFXBRZ-UHFFFAOYSA-N Methylcarbamodithioic acid K salt Chemical compound CNC(S)=S HYVVJDQGXFXBRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003301 NiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical compound [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к получению алюмотермитной реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта. Термитная смесь содержит в качестве оксидов железа окалину, образующуюся при прокатке железнодорожных рельсов, в качестве восстановителя – порошки алюминия и титана, а в качестве легирующих добавок-флюсов – углеродфторсодержащую пыль газоочистки алюминиевого производства, при следующем соотношении компонентов, мас. %: окалина 56,28-65, порошок титана 21,84-30,3, порошок алюминия 4,2-5,88, углеродфторсодержащая пыль газоочистки алюминиевого производства 0,5-16. Технический результат заключается в обеспечении требуемых физико-механических свойств сварного шва за счет снижения уровня оксидных неметаллических включений и исключения микротрещин в сварном шве. 2 табл.
Description
Изобретение относится к получению алюмотермитной реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта.
Алюмотермитная сварка рельсов широко используется для сварки рельсов различного назначения. Алюмотермитная сварка основана на реакции восстановления железа из его оксидов путем окисления алюминия с выделением избыточного тепла, при котором происходит восстановление оксидов и расплавление образующегося металла, используемого в дальнейшем для заливки в зазор двух торцов рельсов, в дальнейшем происходит кристаллизация расплава и получение прочного соединения (Науменко, B.C. Термитная сварка рельсов текст./ В.С. Науменко, А.А. Воробьев // -М.: Наука, 1969. - 184 с.; Малкин, Б.В. Термитная сварка текст./ Б.В. Малкин, А.А. Воробьев // -М.: Наука, 1973. - 268 с).
Для защиты от окисления металла, образующегося при экзотермических реакциях, а также для улучшения процесса фазоразделения, используют различные флюсующие добавки.
Так, известен (RU №2506147 В23К 23/00, В23К 35/36, опубл. 10.02.2014) железоалюминиевый термит, содержащий алюминий и оксид железа, который получен формированием термитной смеси в виде гранул, при этом содержит синтетическое связующее нитроцеллюлозу и флюс Nocolok при следующем соотношении компонентов, масс. %:
| Алюминий | 21-23 |
| Оксид железа | 72-74 |
| Нитроцеллюлоза | 2-6 |
| Флюс Nocolok | 0,3-1,0 |
Существенными недостатками данной реакционной смеси являются:
- высокая отбраковка сварных стыков по физико-механическим свойствам из-за пониженного качества сварного соединения, обусловленного расслоением металла, порами, раковинами и микротрещинами;
- пониженной стойкостью сформированного после сварки сварного шва в связи с присутствием большого количества оксидов алюминия, являющихся центрами зарождения трещин и снижающих эксплуатационную стойкость;
- низкое содержание углерода в получаемом сварном шве в связи с отсутствием во флюсе Nocolok углеродсодержащих составляющих.
Известен также состав термитного порошка, состоящий из алюминия 65-75%, оксида железа 15-25% и графита 7-15% (SU №508362 В23К 23/00, В23К 35/36, опубл. 30.03.1976).
Существенными недостатками данной термитной реакционной смеси являются:
- высокая отбраковка сварных швов по физико-механическим свойствам из-за пониженного качества сварного соединения, обусловленного расслоением металла, порами, раковинами и микротрещинами;
- пониженная стойкость сформированного после сварки алюмотермитного сварного шва в связи с присутствием большого количества оксидов алюминия, являющихся центрами зарождения трещин и снижающих эксплуатационную стойкость;
- высокое содержание углерода в образующемся сварном шве и увеличение твердости сварного шва по сравнению со свариваемыми торцами рельсов, приводящее к возможному образованию трещин на границе раздела сварной шов торец рельса.
Известен алюминиевый термит, содержащий алюминий 20-22%, окись-закись железа 60-63% и окись алюминия 15-20% (SU №475234 В23К 23/00, В23К 19/00, опубл. 30.06.1975).
Существенными недостатками данной термитной реакционной смеси являются:
- низкое содержание углерода в получаемом сварном шве в связи с отсутствием углеродсодержащих составляющих;
- высокая отбраковка сварных швов по физико-механическим свойствам из-за пониженного качества сварного соединения, обусловленного расслоением металла, порами, раковинами и микротрещинами в связи с присутствием в составе неоптимального количества окиси алюминия.
Для приготовления термитных смесей в промышленных масштабах с экономической точки зрения целесообразно использовать в качестве сырья отходы промышленного производства.
Известна, выбранная в качестве прототипа (RU №2446928 МПК В23К 23/00, С21В 15/02, опубл. 10.04.2012) алюмотермитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья, содержащая в стехиометрическом соотношении оксиды железа в виде промышленных отходов, металлический алюминий в качестве восстановителя, легирующие добавки в виде ферросплавов и металлов и стальной наполнитель, при этом компоненты содержатся при следующем соотношении, масс. %:
| Оксиды железа с размером частиц 0,1-5 мм | 65-70 |
| Металлический алюминий в виде частиц с размером 1-1,5 мм | 15-20 |
| Легирующие добавки (ферросплавы) в виде гранул размером 1-5 мм | 5-10 |
| Стальной наполнитель в виде частиц с размером 1-5 мм | 5-10 |
Существенными недостатками данной реакционной смеси при использовании для сварки железнодорожных рельсов являются:
- высокая отбраковка сварных швов по физико-механическим свойствам из-за пониженного качества сварного соединения, обусловленного расслоением металла, порами, раковинами и микротрещинами;
- пониженной стойкостью сформированного после сварки сварного шва в связи с присутствием большого количества оксидов алюминия являющихся центрами зарождения трещин и снижающих эксплуатационную стойкость.
Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в обеспечении требуемых физико-механических свойств сварного шва, за счет исключения окисления образующегося металла воздухом атмосферы в связи с защитой флюсующей добавкой поверхности металла и снижения вероятности загрязнения сварного шва оксидными глиноземсодержащими неметаллическими включениями, а также исключения микротрещин и расслоений металла при алюмотермитной сварке.
Существующая техническая проблема решается тем, что в известной термитной смеси для сварки железнодорожных рельсов, содержащей в стехиометрическом соотношении оксиды железа в виде промышленных отходов, металлический алюминий в качестве восстановителя и легирующие добавки, согласно изобретению, в качестве оксидов железа она содержит окалину, образующуюся при прокатке железнодорожных рельсов, в качестве восстановителя порошок алюминия и титана, в качестве легирующих добавок-флюсов углеродфторсодержащую пыль газоочистки алюминиевого производства при следующем соотношении, масс. %: окалина 56,28-65, порошок титана 21,84-30,3, порошок алюминия 4,2-5,88, углеродфторсодержащая пыль газоочистки алюминиевого производства 0,5-16.
Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения:
- обеспечение требуемых физико-механических свойств сварного шва за счет снижения уровня оксидных глиноземсодержащих неметаллических включений и обеспечения требуемого содержания углерода;
- исключение микротрещин в сварном шве, образующихся в результате высокой загрязненности металла сварного шва глиноземсодержащими неметаллическими включениями.
Предлагаемый способ осуществлялся с помощью установки термитной сварки.
Заявленные соотношения компонентов термитной реакционной смеси подобраны опытным путем.
При использовании окалины менее 56,28%, порошка алюминия менее 4,2% и порошка титана менее 21,84% не удается получить стабильное горение термита, а при применении окалины более 65%, порошка алюминия более 5,88%), и титана более 30,3%, происходит бурное протекание термических реакций со значительными выбросами и получением повышенного уровня загрязненности неметаллическими включениями.
При использовании углеродфторсодержащей пыли фильтров алюминиевого производства в количестве ниже 0,5% и выше 16%, получены низкие и высокие значения углерода в сварном шве и соответственно требуемые физико - механические свойства.
В опытах использовали:
- Окалину, образующуюся при прокатке железнодорожных рельсов с химическим составом: FeO - 95,64; MnO - 1,16; СаО - 0,096; SiO2 - 1,70; Al2O3 - 0,32; MgO - 0,21; Na2O - 0,034; S - 0,085; Р - 0,004; V2O5 - 0,031; Cr2O3 - 0,27; NiO - 0,043; CuO - 0,084 фракции 0,1-1,5 мм. предварительно просушенную при температуре 400-600°С в течение 4-5 часов.
- Порошок титана фракции менее 0,1 мм. марки ПТС-1 по ТУ 14-22-57-92.
- Порошок алюминия фракции менее 0,1 мм. марки ПА-1 по ГОСТ 6058-73.
Углеродфторсодержащую пыль фильтров алюминиевого производства со следующим химическим составом, масс. %:Al2O3=19-48; F=17-28; Na2O=2,8-12; K2O=0,36 - 6,0; СаО=0,6- 1,8; SiO2=0,5-2,7; Fe2O3=1,7-3,6; Собщ=18-30; MnO=0,05- 1,2; MgO=0,06-0,87; S=0,09-0,34; P=0,09-0,15.
Проведение экспериментов проводилось путем сваривания двух полнопрофильных образцов рельсов Р65, после чего проводилось испытание стыков на трехточечный статический изгиб согласно ГОСТ 34664-2020 «Рельсы железнодорожные, сваренные термитным способом. Технические условия». Испытания на статический изгиб проводили на прессе типа ПМС-320. Нагрузку прикладывали в середине пролета контрольного образца в месте сварного стыка. В дальнейшем, после визуального контроля сварных стыков полнопрофильных рельсов, последние разрезались и производилось исследование уровня загрязненности неметаллическими оксидными включениями, а также изучалась микроструктура сварного шва и зон термического влияния.
Испытание одного контрольного образца производили, с приложением нагрузки на головку (растяжение в подошве), второй контрольный образец нагружали на подошву (растяжение в головке). Результатами испытания являются значения усилия, возникающего при изгибе Ризг, кН, при которых происходит разрушение контрольного образца, либо максимальные значения данных показателей, если образец не разрушился во время испытаний. Испытания при заявляемых пределах термитных реакционных смесей обеспечили низкое содержание оксидных неметаллических включений (оксидов железа, марганца, кремния и алюминия), а также отсутствие микротрещин в зоне сварки. Изучение загрязненности неметаллическими включениями исследовали с помощью металлографических микроскопов МЕТАМ РВ-34 и OLYMPUS GX-51 в светлом поле при увеличении ×100 методом сравнения с эталонными шкалами ГОСТ 1778-70.
В таблице 1 приведены составы с граничными (2-5) и заграничными (1,6) заявленными пределами термитной реакционной смеси. Характеристики исследуемых параметров сварного шва, полученного при алюминотермическом способе сварки при заявляемом составе термитной реакционной смеси приведены в таблице 2.
В используемом прототипе отбраковка по микротрещинам, образованным в зоне сварки по оксидным неметаллическим включениям, по сравнению с прототипом (0, 04%) снижена до 0,01%.
Использование заявляемой термитной реакционной смеси позволило обеспечить требуемые физико-механические свойства, низкое содержание оксидных неметаллических включений, образованных при сварке и снизить отбраковку по микротрещинам в зоне сварного шва.
Claims (2)
- Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов, содержащая в стехиометрическом соотношении оксиды железа в виде промышленных отходов, металлический алюминий в качестве восстановителя и легирующие добавки, отличающаяся тем, что в качестве оксидов железа она содержит окалину, образующуюся при прокатке железнодорожных рельсов, в качестве восстановителя содержит порошки алюминия и титана, а в качестве легирующих добавок – углеродфторсодержащую пыль газоочистки алюминиевого производства, при следующем соотношении, мас. %:
-
Окалина 56,28-65 Порошок титана 21,84-30,3 Порошок алюминия 4,2-5,88 Углеродфторсодержащая пыль газоочистки алюминиевого производства 0,5-16
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2783434C1 true RU2783434C1 (ru) | 2022-11-14 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1223977A (en) * | 1968-11-12 | 1971-03-03 | Goldschmidt Ag Th | Aluminothermic reaction mixture |
| SU1180212A1 (ru) * | 1983-09-19 | 1985-09-23 | Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета | Состав термитной смеси |
| RU2244614C1 (ru) * | 2003-08-07 | 2005-01-20 | Тольяттинский государственный университет | Шихта для термитной наплавки |
| RU2446928C1 (ru) * | 2010-08-10 | 2012-04-10 | Закрытое акционерное общество "СНАГА" | Алюминотермитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1223977A (en) * | 1968-11-12 | 1971-03-03 | Goldschmidt Ag Th | Aluminothermic reaction mixture |
| SU1180212A1 (ru) * | 1983-09-19 | 1985-09-23 | Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета | Состав термитной смеси |
| RU2244614C1 (ru) * | 2003-08-07 | 2005-01-20 | Тольяттинский государственный университет | Шихта для термитной наплавки |
| RU2446928C1 (ru) * | 2010-08-10 | 2012-04-10 | Закрытое акционерное общество "СНАГА" | Алюминотермитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102511652B1 (ko) | 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어 | |
| US4017339A (en) | Flux for use in submerged arc welding of steel | |
| CN108698174B (zh) | 药芯焊丝、焊接接头的制造方法和焊接接头 | |
| JP4676940B2 (ja) | スラグ量が少ないメタル系フラックス入りワイヤおよび高疲労強度溶接継手の作製方法 | |
| JP6999475B2 (ja) | 製造性に優れた高Ｓｉ含有のオーステナイト系ステンレス鋼 | |
| KR20230042371A (ko) | 용접 조인트 및 용접 조인트의 제조 방법 | |
| EP3266560A1 (en) | Multi-coated electrode for welding stainless steel | |
| CN107949455B (zh) | 埋弧焊用焊丝 | |
| RU2783434C1 (ru) | Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов | |
| KR20230025882A (ko) | 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어 | |
| RU2785707C1 (ru) | Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов | |
| GB2259040A (en) | Pipe welding process and electrode therefor | |
| CA1181667A (en) | Method for submerged-arc welding a very low carbon steel | |
| RU2783435C1 (ru) | Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов | |
| KR101659245B1 (ko) | 용접 열 영향부의 인성이 우수한 후강판 | |
| JP3824143B2 (ja) | サブマージアーク溶接用フラックスおよびサブマージアーク溶接継手の製造方法。 | |
| JP5292960B2 (ja) | 遠心鋳造用フラックス | |
| JP7179639B2 (ja) | 高張力鋼用のサブマージアーク溶接用焼成型フラックス | |
| RU2074800C1 (ru) | Флюс для сварки и наплавки | |
| JP2022061854A (ja) | 溶接継手の製造方法 | |
| JP6662174B2 (ja) | 厚鋼板 | |
| JP3716980B2 (ja) | フェライト系ステンレス鋼の溶接構造物 | |
| JP2020185580A (ja) | 溶接用Ｎｉ基合金および溶加材 | |
| JP6747032B2 (ja) | 厚鋼板 | |
| JP7376779B2 (ja) | 溶接継手、及び自動車部品 |