RU2797469C1 - Aluminothermic mixture for welding metal elements - Google Patents
Aluminothermic mixture for welding metal elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797469C1 RU2797469C1 RU2022122750A RU2022122750A RU2797469C1 RU 2797469 C1 RU2797469 C1 RU 2797469C1 RU 2022122750 A RU2022122750 A RU 2022122750A RU 2022122750 A RU2022122750 A RU 2022122750A RU 2797469 C1 RU2797469 C1 RU 2797469C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminothermic
- mixture
- alloying additives
- particle size
- aluminothermic mixture
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области алюмотермитной сварки стальных элементов, в том числе, и рельсов, и может быть использовано в различных областях техники для жесткого долговременного соединения металлических элементов.The invention relates to the field of aluminothermic welding of steel elements, including rails, and can be used in various fields of technology for a rigid long-term connection of metal elements.
Известен (RU, патент заявка 97121417, опубл. 10.10.1999) состав алюмотермической смеси, содержащий алюминий, оксиды железа и феррохромную лигатуру, в состав которой входят железо, углерод, кремний и хром, при этом оксиды железа содержат переменные по качественному и количественному составу легирующие примеси.Known (RU, patent application 97121417, publ. 10.10.1999) the composition of the aluminothermic mixture containing aluminum, iron oxides and ferrochrome ligature, which includes iron, carbon, silicon and chromium, while iron oxides contain variables in qualitative and quantitative composition dopants.
Недостатком известнойалюмотермитной смеси следует признать значительный разброс параметров сварного шва, получаемого с использованием указаннойалюмотермитной смеси из-за качественных и количественных различий в ее составе.The disadvantage of the known aluminothermic mixture should be recognized as a significant variation in the parameters of the weld obtained using the specified aluminothermic mixture due to qualitative and quantitative differences in its composition.
Известен (SU, авторское свидетельство 475234, опубл. 10.04.1972) состав алюминиевого термита, содержащий алюминий 20-22%, окись-закись железа 60-63% и окись алюминия 15-20%Known (SU, copyright certificate 475234, publ. 04/10/1972) composition of aluminum thermite containing aluminum 20-22%, iron oxide-oxide 60-63% and aluminum oxide 15-20%
Недостатком такого состава является плохоефазоразделение металла от шлака.The disadvantage of this composition is the poor phase separation of the metal from the slag.
Известен также (RU, патент 2574144, опубл. 10.02.2010) состав алюмотермитной смеси, в состав которой железосодержащие компоненты и алюмосодержащий компонент, а в качестве легирующих добавок входят порошки карбидов, карбонитридов или нитридов переходных металлов, а также нанопорошков карбидов, карбонитридов или нитридов переходных металлов.Also known (RU, patent 2574144, publ. 10.02.2010) is the composition of the aluminothermic mixture, which contains iron-containing components and an aluminum-containing component, and powders of carbides, carbonitrides or nitrides of transition metals, as well as nanopowders of carbides, carbonitrides or nitrides transition metals.
Недостатком известного состава алюмотермитной смеси следует признать как сложность самого состава, так и сложность применения алюмотермитной смеси этого состава.The disadvantage of the known composition of the aluminothermic mixture should be recognized as the complexity of the composition itself, and the complexity of the application of the aluminothermic mixture of this composition.
Известна (RU, патент 2578271, опубл. 27.03.2016) алюмотермитная смесь для сварки стальных элементов, содержащая железную окалину, предварительно измельченную и прокаленную для перевода оксидов металлов в высшие степени окисления, порошок алюминия и легирующие присадки, причем легирующие присадки выбраны из группы: ферромарганец, ферромолибден, ферроникель, феррохром и феррованадий, и введены в количестве, обеспечивающем содержание каждой из них в алюмотермитной смеси от 0,1% до 10%, при этом использована железная окалина, разделенная на фракции, смешанные в следующем соотношении: от 0,25 до 0,45 мм 20-35%), от 0,45 до 0,65 20-35%, свыше 0,65 мм 20-40% из условия получения максимального теплового эффекта.Known (RU, patent 2578271, publ. 03/27/2016) aluminothermic mixture for welding steel elements, containing iron scale, pre-crushed and calcined to transfer metal oxides to higher oxidation states, aluminum powder and alloying additives, and alloying additives are selected from the group: ferromanganese, ferromolybdenum, ferronickel, ferrochrome and ferrovanadium, and introduced in an amount that ensures the content of each of them in the aluminothermic mixture from 0.1% to 10%, while using iron scale, divided into fractions mixed in the following ratio: from 0, 25 to 0.45 mm 20-35%), from 0.45 to 0.65 20-35%, over 0.65 mm 20-40% from the condition of obtaining the maximum thermal effect.
Предпочтительно, легирующие добавки использованы в виде порошка с размером частиц не более 0,65 мм.Preferably, the dopants are used in the form of a powder with a particle size of not more than 0.65 mm.
Недостатком известной алюмотермитной смеси следует признать сложность состава, низкую хладостойкость сварного шва.The disadvantage of the known aluminothermic mixture should be recognized as the complexity of the composition, low cold resistance of the weld.
Указанный источник информации принят в качестве ближайшего аналога разработанного технического решения.The specified source of information is accepted as the closest analogue of the developed technical solution.
Техническая проблема, решаемая использованием алюмотермитной смеси разработанного состава, состоит в повышении качества сварного шва, а также расширение области применения алюмотермитной смеси.The technical problem solved by using the aluminothermic mixture of the developed composition is to improve the quality of the weld, as well as to expand the scope of the aluminothermic mixture.
Технический результат, достигаемый при реализации алюмотермитной смеси разработанного состава, состоит в повышении качества сварного шва при одновременном упрощении способа производства смеси.The technical result achieved by the implementation of the aluminothermic mixture of the developed composition is to improve the quality of the weld while simplifying the method of producing the mixture.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать алюмотермитную смесь разработанного состава. Алюмотермитная смесь разработанного состава содержит железную окалину, предварительно измельченную и прокаленную для перевода оксидов металлов в высшие степени окисления, порошок алюминия и легирующие присадки, причем легирующие присадки выбраны из группы, содержащей: ферромарганец, ферромолибден, ферроникель, феррохром и феррованадий, соединения кремния, вольфрама, селена, титана, ниобия, кобальта, циркония при этом легирующие присадки введены в количествах, обеспечивающих их суммарное содержание не свыше 10% от массы алюмотермитной смеси при этом использована железная окалина, содержащая не свыше 2,5% неметаллических примесей и с размером частиц не свыше 0,50 мм.To achieve this technical result, it is proposed to use an aluminothermic mixture of the developed composition. The aluminothermic mixture of the developed composition contains iron scale, previously crushed and calcined to transfer metal oxides to the highest oxidation states, aluminum powder and alloying additives, and alloying additives are selected from the group containing: ferromanganese, ferromolybdenum, ferronickel, ferrochromium and ferrovanadium, silicon compounds, tungsten , selenium, titanium, niobium, cobalt, zirconium, while alloying additives are introduced in amounts that ensure their total content is not more than 10% by weight of the aluminothermic mixture, while iron scale is used, containing not more than 2.5% of non-metallic impurities and with a particle size of not over 0.50 mm.
Некоторых вариантах реализации легирующие присадки использованы в виде порошка с размером частиц не более 0,65 мм.In some embodiments, the alloying additives are used in the form of a powder with a particle size of not more than 0.65 mm.
В других вариантах реализации использованы соединения кремния, вольфрама, селена, титана, ниобия, кобальта, циркония (в том числе в виде ферросплавов)In other embodiments, compounds of silicon, tungsten, selenium, titanium, niobium, cobalt, zirconium are used (including in the form of ferroalloys)
Предпочтительно использован порошок алюминия размером не свыше 0,5 мм.Preferably, an aluminum powder with a size of not more than 0.5 mm is used.
Достижение указанного технического результата обусловлено, кроме использования сложного оксида железа (железная окалина представляет собой FeO и Fe2O3) указанных легирующих добавок в виде частиц указанного размера в использованных количествах, использованием алюминиевого порошка экспериментально выбранного размераThe achievement of the specified technical result is due, in addition to the use of complex iron oxide (iron scale is FeO and Fe 2 O 3 ) of the indicated alloying additives in the form of particles of the specified size in the quantities used, the use of aluminum powder of an experimentally selected size
В процессе производства железную окалину измельчают, затем проводят доокисление ее в проходной печи при температуре не ниже 850°С. Для создания алюмотермитной смеси обычно используют алюминиевые порошки марок: ПА-1, ПА-2, ПА-3, ПА-4, (Гост 6058-73), АПЖ и АКП по ТУ 1791-99-023-99, Ту-48-5-38-78, выбирая партии порошка допустимого размера.. Использование легирующих присадок может происходит как совместно, так и по отдельности или в любом сочетании. Выбор иколичество легирующих присадок зависит от назначения свариваемого соединения, но невыходя за пределы, указанные в формуле изобретенияIn the production process, iron scale is crushed, then it is further oxidized in a continuous furnace at a temperature not lower than 850°C. To create an aluminothermic mixture, aluminum powders of the following grades are usually used: PA-1, PA-2, PA-3, PA-4, (GOST 6058-73), APZH and AKP according to TU 1791-99-023-99, Tu-48- 5-38-78, choosing batches of powder of acceptable size. The use of alloying additives can occur either together or separately, or in any combination. The choice and quantity of alloying additives depends on the purpose of the welded joint, but without going beyond the limits indicated in the claims
Разработанное техническое решение реализуют следующим образом.The developed technical solution is implemented as follows.
Из собранной на металлургическом производстве железной окалины любым известным способом (в частности, магнитный сепаратор) максимально возможно отделяют инородные примеси. Затем отобранную железную окалину измельчают и пропускают через проходную печь, иногда с принудительной подачей воздуха, для перевода всех присутствующих в окалине окислов металлов в высшие формы окисления.From the iron scale collected in the metallurgical production by any known method (in particular, a magnetic separator), foreign impurities are separated as much as possible. Then the selected iron scale is crushed and passed through a continuous furnace, sometimes with forced air supply, to transfer all metal oxides present in the scale to higher forms of oxidation.
Для каждого конкретного случая применения алюмотермической сварки стальных элементов (учитывая массу свариваемых элементов, величину зазора между ними, внешние условия и т.д.) составляют наиболее предпочтительную смесь для получения максимального теплового эффекта. В полученную смесь добавляют рецептурное количество порошка алюминияи рецептурные количества легирующих присадок и тщательно перемешивают. Термитная смесь готова к использованию.For each specific case of application of aluminothermic welding of steel elements (taking into account the mass of the elements to be welded, the gap between them, external conditions, etc.), the most preferred mixture is made to obtain the maximum thermal effect. A prescribed amount of aluminum powder and prescribed amounts of alloying additives are added to the resulting mixture and mixed thoroughly. Thermite mixture is ready to use.
Разработанный способ алюмотермитной сварки будет проиллюстрирован на примере сварки железнодорожных рельсов. Два рельса размещают на одной линии с зазором относительно друг друга. Размещают на свариваемых концах стальных рельсов литейную форму, нагревают внешним источником тепла концы свариваемых рельсов в течение заданного интервала времени до разогрева концов рельсов до температуры не менее 900°С, помещают на литейную форму реакционный тигель с ранее полученной алюмотермитной смесью, инициируют поджиг алюмотермитной смеси с заполнением полученным в тигле путем алюмотермической реакцией расплавом металла из литейной формы промежутка между концами свариваемых стальных рельсов с получением сварного шва.The developed method of aluminothermic welding will be illustrated by the example of railroad rail welding. Two rails are placed in line with a gap relative to each other. A casting mold is placed on the welded ends of the steel rails, the ends of the welded rails are heated by an external heat source for a specified time interval until the rail ends are heated to a temperature of at least 900°C, a reaction crucible with the previously obtained aluminothermic mixture is placed on the casting mold, the ignition of the aluminothermic mixture is initiated with filling obtained in the crucible by aluminothermic reaction with a metal melt from the mold of the gap between the ends of the welded steel rails to obtain a weld.
Для получения алюмотермитной смеси было использовано железной окалины, прокаленной в проходной печи при 850°С в течение 25 мин 8 кг, алюминиевого порошка 2,3 кг, ферромарганца, измельченного до частиц размером 0,65 мм 0,3 кг, феррохрома, измельченного до частиц 0,65 мм 0,1 кг, ферроникеля, измельченного до частицразмером 0,65 мм 0.1 кг, ферромолибдена, измельченного до частиц размером 0,65 мм 0,1 кг, ферросилиция 0,1 кг, ферровольфрама и ферротитана по 0,15 кг. Полученную смесь тщательно перемешали. Свариваемые концы рельсов разместили на расстоянии 25 мм друг от друга, поместили на них литейную форму, с использованием газовой горелки нагрели свариваемые концы рельсов до температуры 900°С. Поместили в литейную форму тигель с 13,0 кг алюмотермитной смеси и инициировали горение алюмотермитной смеси. Расплавленный металл заполнил зазор между рельсами с образованием сварного шва.To obtain an aluminothermic mixture, iron scale was used, calcined in a continuous furnace at 850 ° C for 25 min 8 kg, aluminum powder 2.3 kg, ferromanganese, crushed to particles 0.65 mm in size 0.3 kg, ferrochrome, crushed to particles 0.65 mm 0.1 kg, ferronickel, crushed to particles of 0.65 mm 0.1 kg, ferromolybdenum, crushed to particles 0.65 mm 0.1 kg, ferrosilicon 0.1 kg, ferrotungsten and ferrotitanium 0.15 each kg. The resulting mixture was thoroughly mixed. The rail ends to be welded were placed at a distance of 25 mm from each other, a mold was placed on them, and the rail ends to be welded were heated to a temperature of 900°C using a gas burner. A crucible with 13.0 kg of aluminothermic mixture was placed in a mold and combustion of the aluminothermic mixture was initiated. Molten metal filled the gap between the rails to form a weld.
Полученное сварное соединение не содержит раковин и трещин, прочность на разрыв не менее (1400 кН).The resulting welded joint does not contain cavities and cracks, the tensile strength is not less than (1400 kN).
С использованием алюмотермитной смеси разработанного состава можно соединять металлические детали с различным химическим составом металла. Т.е. легированные стали с нелегированными, детали изготовленные из различных металлов (медные и стальные например), в том числе рельсы отечественные с японскими имеющими в своем составе хром.Using an aluminothermic mixture of the developed composition, it is possible to connect metal parts with different chemical composition of the metal. Those. alloyed steels with unalloyed, parts made of various metals (copper and steel for example), including domestic rails with Japanese rails containing chromium.
При сварке железнодорожных рельсов с использованием алюмотермитой смеси разработанного состава достигаются следующие показатели качества сварного соединения:When welding railway rails using an aluminothermic mixture of the developed composition, the following indicators of the quality of the welded joint are achieved:
1. Повышение износостойкости сварного стыка на 20%.1. Increased wear resistance of the welded joint by 20%.
2. Повышение твердости сварнного стыка на 20%2. Increasing the hardness of the welded joint by 20%
3. Увеличение предела текучести на 6%.3. Increase in yield strength by 6%.
4. Увеличение предела прочности на 5%4. Increase in tensile strength by 5%
5. Повышение холодостойкости с 45 до 70 С.5. Increased cold resistance from 45 to 70 C.
6. Повышение устойчивости к динамическим нагрузкам (в том числе на ударный изгиб) на 5%.6. Increased resistance to dynamic loads (including impact bending) by 5%.
7. Повышение пораметров ударной вязкости на 7%7. Increasing the parameters of impact strength by 7%
8. Повышение параметров при испытании на растяжение на 6%8. Increase in tensile test parameters by 6%
9. Повышение модуля упругости (модуль Юнга) на 4%.9. Increase in the modulus of elasticity (Young's modulus) by 4%.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2797469C1 true RU2797469C1 (en) | 2023-06-06 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4226982C1 (en) * | 1992-08-14 | 1993-12-09 | Elektro Thermit Gmbh | Metallothermal reaction mixture |
RU2244614C1 (en) * | 2003-08-07 | 2005-01-20 | Тольяттинский государственный университет | Charge for thermit surfacing |
RU2446928C1 (en) * | 2010-08-10 | 2012-04-10 | Закрытое акционерное общество "СНАГА" | Aluminothermic reaction mix for welding railway rails by intermediate casting |
RU2578271C1 (en) * | 2014-10-08 | 2016-03-27 | Александр Сергеевич Козлов | Aluminium thermite mixture for welding steel elements and method for aluminium thermite welding of steel elements |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4226982C1 (en) * | 1992-08-14 | 1993-12-09 | Elektro Thermit Gmbh | Metallothermal reaction mixture |
RU2244614C1 (en) * | 2003-08-07 | 2005-01-20 | Тольяттинский государственный университет | Charge for thermit surfacing |
RU2446928C1 (en) * | 2010-08-10 | 2012-04-10 | Закрытое акционерное общество "СНАГА" | Aluminothermic reaction mix for welding railway rails by intermediate casting |
RU2578271C1 (en) * | 2014-10-08 | 2016-03-27 | Александр Сергеевич Козлов | Aluminium thermite mixture for welding steel elements and method for aluminium thermite welding of steel elements |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3860777A (en) | Process for welding low-alloy steels containing niobium | |
CN105033507A (en) | Special-purpose welding rod for built-up welding of hot work die restoration | |
JP5687590B2 (en) | Method for producing boron-containing stainless steel | |
CN114871623B (en) | Graphene-containing high-crack-resistance high-manganese steel flux-cored wire and application thereof | |
US4426426A (en) | Welding alloy and method | |
CN107914099A (en) | Rutile-type flux-cored wire of 800MPa grades of tensile strength and preparation method thereof | |
CN110253172A (en) | A kind of high-strength steel Ar-CO2Metal powder core solder wire used for gas shield welding | |
RU2797469C1 (en) | Aluminothermic mixture for welding metal elements | |
JP2908585B2 (en) | Flux-cored wire for gas shielded arc welding | |
AU721070B2 (en) | Process for the aluminothermic welding of rails with alloying of the weld metal in the rail head region | |
CN100425387C (en) | Method for producing welding materials by using offcut of steel plate | |
CN108544127A (en) | 1Cr12NiW1MoV stainless steels and the stainless steel welded gas shielded type flux-cored wires and preparation method thereof of G520 | |
JPH11245058A (en) | Bainite steel rail thermit weld metal or thermit agent thereof | |
JPH11245057A (en) | Bainite steel rail thermit weld metal or thermit agent thereof | |
CN106392370B (en) | Ocean engineering welding wire and its smelting process | |
US5944914A (en) | Aluminothermic mixture with ferrochromium alloy | |
Vorobkalo et al. | Study of possibility of manufacture of the complex titanium-containing ferroalloy via single-stage carbothermal method | |
CN108311775A (en) | The quenched structural steel metal powder type flux-cored wire of high intensity and welding procedure | |
SU1627582A1 (en) | Cast iron | |
JPH03177535A (en) | Manufacture of low temperature high toughness steel for welding | |
CN113122678B (en) | Smelting method for increasing vanadium and making steel by using vanadium slag | |
US2336237A (en) | Alloy process | |
RU2118376C1 (en) | Method of producing vanadium slag and naturally vanadium-alloyed steel | |
SU1507841A1 (en) | Steel-alloying alloy | |
RU2186856C1 (en) | Composite blend for smelting alloyed steels |