RU2785707C1 - Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов - Google Patents
Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785707C1 RU2785707C1 RU2022109883A RU2022109883A RU2785707C1 RU 2785707 C1 RU2785707 C1 RU 2785707C1 RU 2022109883 A RU2022109883 A RU 2022109883A RU 2022109883 A RU2022109883 A RU 2022109883A RU 2785707 C1 RU2785707 C1 RU 2785707C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reaction mixture
- weld
- thermite reaction
- carbon
- welding
- Prior art date
Links
- 239000003832 thermite Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 title claims abstract description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910000460 iron oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 8
- -1 carbon-fluorine Chemical compound 0.000 claims abstract description 8
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 8
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 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 5
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 11
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 6
- 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
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 102200056926 OST4 V23K Human genes 0.000 description 5
- 101700022255 V23K Proteins 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 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
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 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
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 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
- 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
- 238000007133 aluminothermic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion 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
- 229910052742 iron Inorganic materials 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
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к получению термитной реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта. Термитная реакционная смесь содержит в качестве оксидов железа окалину, образующуюся при прокатке железнодорожных рельсов, в качестве восстановителя содержит порошок титана, а в качестве легирующих добавок – углеродфторсодержащую пыль газоочистки алюминиевого производства, при следующем соотношении, мас.%: окалина 58-63, порошок титана 21-41,5, углеродфторсодержащая пыль газоочистки алюминиевого производства 0,5-16. Технический результат заключается в обеспечении требуемых физико-механических свойств сварного шва за счет отсутствия микротрещин в сварном шве, образующихся в результате загрязненности металла сварного шва глиноземсодержащими неметаллическими включениями. 2 табл.
Description
Изобретение относится к получению термитной 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.).
Однако использование алюминия связано с образованием оксидов алюминия, загрязняющих сварной шов недопустимыми глиноземсодержащими включениями. При замене алюминия титаном исключается образование глиноземсодержащих включений и соответственно повышается уровень физико-механических свойств сварного шва.
Для защиты от окисления металла, образующегося при экзотермических реакций, а так же для улучшения процесса фазоразделения используют различные флюсующие добавки.
Так, известен железоалюминиевый термит (RU №2506147 В23К 23/00, В23К 35/36, опубл. 10.02.2014), 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, мас.%:
| Алюминий | 21-23 |
| Оксид железа | 72-74 |
| Нитроцеллюлоза | 2-6 |
| Флюс Nocolok | 0,3-1,0 |
Существенными недостатками известной 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 алюминиевый термит, 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 данного 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.
Для приготовления термитных смесей в промышленных масштабах с экономической точки зрения целесообразно использовать в качестве сырья отходы промышленного производства в частности окалину образованную при прокатке железнодорожных рельсов.
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, мас.%:
| 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;
- пониженная стойкость 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 снижения загрязнения сварного шва оксидными глиноземсодержащими неметаллическими включениями и исключением окисления образующегося металла воздухом атмосферы в связи с защитой флюсующей добавкой поверхности металла.
Существующая техническая проблема решается тем, что термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов, содержащая в стехиометрическом соотношении оксиды железа в виде промышленных отходов, восстановитель и легирующие добавки, согласно изобретению, в качестве оксидов железа она содержит окалину, образующуюся при прокатке железнодорожных рельсов, в качестве восстановителя порошок титана, в качестве легирующих добавок-флюсов углеродфторсодержащую пыль газоочистки алюминиевого производства при следующем соотношении, мас.%: окалина 58-63, порошок титана 21-41,5, 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 58% и порошка титана менее 21%, не удается получить стабильное горение термитной реакционной смеси, а при применении окалины более 63% и порошка титана более 41,5%, 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:
Углеродфторсодержащую пыль фильтров алюминиевого производства со следующим химическим составом, мас.%: 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; Р=0,09-0,15.
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.
Проведение экспериментов проводилось путем сваривания двух полнопрофильных образцов рельсов Р65. Испытание стыков на трехточечный статический изгиб проводилось согласно ГОСТ 34664-2020 «Рельсы железнодорожные, сваренные термитным способом. Технические условия». Испытания на статический изгиб проводили на прессе ПМС-320. Нагрузку прикладывали в середине пролета контрольного образца в месте сварного стыка. 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.
В дальнейшем, после визуального контроля сварных стыков полнопрофильных рельсов, сваренные рельсы разрезались и производилось исследование уровня загрязненности неметаллическими оксидными включениями. Изучение загрязненности неметаллическими включениями исследовали с помощью металлографических микроскопов МЕТАМ РВ-34 и OLYMPUS GX-51 в светлом поле при увеличении х100 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 (0,04-0,05%) снижена до 0,01-0,02%.
Использование заявляемого способа 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, восстановитель и легирующие добавки, отличающаяся тем, что в качестве оксидов железа она содержит окалину, образующуюся при прокатке железнодорожных рельсов, в качестве восстановителя содержит порошок титана, а в качестве легирующих добавок – углеродфторсодержащую пыль газоочистки алюминиевого производства при следующем соотношении, мас.%:
-
Окалина 58-63 Порошок титана 21-41,5 Углеродфторсодержащая пыль газоочистки алюминиевого производства 0,5-16
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785707C1 true RU2785707C1 (ru) | 2022-12-12 |
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 |
| 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 |
| RU2578271C1 (ru) * | 2014-10-08 | 2016-03-27 | Александр Сергеевич Козлов | Алюмотермитная смесь для сварки стальных элементов и способ алюмотермитной сварки стальных элементов |
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 |
| 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 |
| RU2578271C1 (ru) * | 2014-10-08 | 2016-03-27 | Александр Сергеевич Козлов | Алюмотермитная смесь для сварки стальных элементов и способ алюмотермитной сварки стальных элементов |
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 | |
| KR20110091847A (ko) | Ｃｒｍｏｖ강의 서브머지드 아크 용접을 위한 플럭스 및 와이어 | |
| 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 | |
| JP2015027700A (ja) | ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ | |
| KR20230042371A (ko) | 용접 조인트 및 용접 조인트의 제조 방법 | |
| RU2785707C1 (ru) | Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов | |
| RU2783434C1 (ru) | Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов | |
| GB2259040A (en) | Pipe welding process and electrode therefor | |
| KR20230025882A (ko) | 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어 | |
| CA1181667A (en) | Method for submerged-arc welding a very low carbon steel | |
| CA3087438C (en) | Flux-cored wire for gas shield arc welding | |
| RU2783435C1 (ru) | Термитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов | |
| RU2623981C2 (ru) | Шихта порошковой проволоки | |
| RU2074800C1 (ru) | Флюс для сварки и наплавки | |
| JP4581842B2 (ja) | サブマージアーク溶接用溶融型フラックス | |
| 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 | |
| RU2682515C1 (ru) | Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей | |
| US20210114148A1 (en) | Flux for submerged arc welding | |
| 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 | |
| SU872130A1 (ru) | Состав сварочной проволоки | |
| JP4836262B2 (ja) | サブマージアーク溶接用ボンドフラックス | |
| JP2020185580A (ja) | 溶接用Ｎｉ基合金および溶加材 | |
| RU2772822C1 (ru) | Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей | |
| JP7376779B2 (ja) | 溶接継手、及び自動車部品 |