RU2783435C1 - Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов - Google Patents
Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783435C1 RU2783435C1 RU2022105249A RU2022105249A RU2783435C1 RU 2783435 C1 RU2783435 C1 RU 2783435C1 RU 2022105249 A RU2022105249 A RU 2022105249A RU 2022105249 A RU2022105249 A RU 2022105249A RU 2783435 C1 RU2783435 C1 RU 2783435C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- reaction mixture
- rails
- formed during
- thermite
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000003832 thermite Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 title claims abstract description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910000460 iron oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 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 6
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 9
- 230000032798 delamination Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 102200056926 OST4 V23K Human genes 0.000 description 3
- 101700022255 V23K Proteins 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000007133 aluminothermic reaction Methods 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003301 NiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical compound [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 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
- 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
- VASIZKWUTCETSD-UHFFFAOYSA-N manganese(II) oxide Inorganic materials [Mn]=O VASIZKWUTCETSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 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
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method 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 реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья. Термитная смесь содержит в стехиометрическом соотношении оксиды железа в виде окалины, образующейся при прокатке железнодорожных рельсов, в количестве 64-66 мас.%, а в качестве восстановителя – порошок алюминия 5-7 мас.% и порошок титана 27-31 мас.%. Реакционная смесь обеспечивает низкое содержание в металле шва оксидных неметаллических включений, образованных при алюминотермитной сварке, позволяет получить высокие механические свойства сварного соединения и исключить образование микротрещин и расслоений металла. 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 трамвайных путей, контактных рельсов в метрополитенах, подкрановых рельсов и рельсов другого 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 использующегося в дальнейшем для заливки в зазор двух торцов рельсов, кристаллизацией расплава и получения прочного соединения (Науменко, B.C. Термитная сварка рельсов текст. / В.С. Науменко, А.А. Воробьев // - М.: Наука, 1969. - 184 с. 2; Малкин, Б.В. Термитная сварка текст. / Б.В. Малкин, А.А. Воробьев // - М.: Наука, 1973. - 268 с).
Для приготовления термитных смесей в промышленных масштабах с экономической точки зрения целесообразно использовать в качестве сырья отходы промышленного производства, например железную окалину.
Известен состав термитного порошка, состоящий из алюминия 65-75%, оксида железа 15-25% и графита 7-15% (SU №508362, МПК В23К 23/00, В23К 35/36, опубл. 30.03.1976).
Существенными недостатками при использовании данного состава при сварке железнодорожных рельсов 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 стыка, в связи с присутствием большого количества оксидов алюминия, являющихся центрами зарождения трещин и снижающих эксплуатационную стойкость.
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 при использовании данного состава при сварке железнодорожных рельсов 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 стыка 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 стыка, за счет исключения образования оксидных глиноземсодержащих неметаллических включений, а также микротрещин и расслоений металла при 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, согласно изобретению, в качестве оксидов железа она содержит окалину, образующуюся при прокатке железнодорожных рельсов, в качестве восстановителя порошок алюминия и титана при следующем соотношении, масс. %: окалина 64-66, порошок титана 27-31, порошок алюминия 5-7.
Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения:
- обеспечение требуемых физико-механических свойств сварного соединения за счет снижения уровня оксидных глиноземсодержащих неметаллических включений;
- исключение микротрещин в сварном шве, образующихся в результате высокой загрязненности металла сварного шва.
Предлагаемый способ осуществлялся с помощью установки термитной сварки.
Заявленные соотношения масс. % подобраны опытным путем.
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; Ρ - 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.
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. В используемом прототипе отбраковка по микротрещинам, образованным в зоне сварки по оксидным неметаллическим включениям составляла 0,01%
Использование заявляемого способа позволило обеспечить требуемые физико-механические свойства, обеспечило низкое содержание оксидных неметаллических включений, образованных при сварке и отбраковку по микротрещинам в зоне сварного шва.
Claims (2)
- Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов, содержащая в стехиометрическом соотношении оксиды железа в виде окалины и порошок алюминия в качестве восстановителя, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошок титана в качестве восстановителя, при этом использована окалина, образующаяся при прокатке железнодорожных рельсов, при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %:
-
Окалина 64-66 Порошок титана 27-31 Порошок алюминия 5-7
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2783435C1 true RU2783435C1 (ru) | 2022-11-14 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3644106C1 (de) * | 1986-12-23 | 1988-03-31 | Elektro Thermit Gmbh | Aluminothermisches Gemisch |
| RU2134185C1 (ru) * | 1997-09-16 | 1999-08-10 | Акционерное общество закрытого типа "Стройсервис" | Термитный состав |
| RU2446928C1 (ru) * | 2010-08-10 | 2012-04-10 | Закрытое акционерное общество "СНАГА" | Алюминотермитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3644106C1 (de) * | 1986-12-23 | 1988-03-31 | Elektro Thermit Gmbh | Aluminothermisches Gemisch |
| RU2134185C1 (ru) * | 1997-09-16 | 1999-08-10 | Акционерное общество закрытого типа "Стройсервис" | Термитный состав |
| 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 |
|---|---|---|
| JP5522321B1 (ja) | 非調質鋼材 | |
| US20200377979A1 (en) | Production of hic-resistant pressure vessel grade plates using a low-carbon composition | |
| RU2393262C1 (ru) | Стальной лист для дуговой сварки под флюсом | |
| Dhua et al. | Influence of nonmetallic inclusion characteristics on the mechanical properties of rail steel | |
| KR20230042371A (ko) | 용접 조인트 및 용접 조인트의 제조 방법 | |
| RU2783435C1 (ru) | Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов | |
| EP1947206A1 (en) | Low-carbon sulfur-containing free-cutting steel with excellent cuttability | |
| Schroeder et al. | The mechanical properties of thermite welds in premium alloy rails | |
| RU2783434C1 (ru) | Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов | |
| RU2785707C1 (ru) | Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов | |
| US4430545A (en) | Method for submerged-arc welding a very low carbon steel | |
| CA1090626A (en) | Aluminothermic welding of austenitic manganese steel | |
| Merıç et al. | Mechanical and metallurgical properties of welding zone in rail welded via thermite process | |
| Rajanna et al. | Improvement in mechanical behavior of expulsion with heat treated thermite welded rail steel | |
| RU2074800C1 (ru) | Флюс для сварки и наплавки | |
| JP2892288B2 (ja) | ガスシールドアーク溶接法によるレールの溶接方法 | |
| JPS621811A (ja) | 耐損傷性にすぐれた軌条の製造法 | |
| Wegrzyn et al. | A thermit mixture for rail track welding | |
| Datta et al. | Weldability and toughness evaluation of pressure vessel quality steel using the shielded metal arc welding (SMAW) process | |
| RU2452787C2 (ru) | Хладостойкая свариваемая сталь для конструкций, работающих в экстремальных условиях | |
| AU723975B2 (en) | Aluminothermic mixture | |
| Zhang et al. | Influence of humidity on crack propagation in the welding joint | |
| Wang et al. | A mechanism analysis of transverse weld cracks of marine thick steel plate | |
| Gavrilov et al. | Comparative analysis of Р-65 (А, Т) type weld joint metal structure | |
| SU855052A1 (ru) | Конструкционна сталь |