RU2797469C1 - Aluminothermic mixture for welding metal elements - Google Patents

Aluminothermic mixture for welding metal elements Download PDF

Info

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
Application number
RU2022122750A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Козлов
Татьяна Александровна Виноградова
Александр Георгиевич Гонтарев
Original Assignee
Александр Сергеевич Козлов
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Сергеевич Козлов filed Critical Александр Сергеевич Козлов
Application granted granted Critical
Publication of RU2797469C1 publication Critical patent/RU2797469C1/en

Links

Abstract

FIELD: welding.
SUBSTANCE: invention can be used for joining steel elements, including rails, by aluminothermic welding. The aluminothermic mixture contains iron scale, previously crushed and calcined to transfer metal oxides to the highest oxidation states, aluminium powder and alloying additives selected from the group containing: ferromanganese, ferromolybdenum, ferronickel, ferrochromium, ferrovanadium, as well as ferroalloys of silicon, tungsten, selenium, titanium, niobium, cobalt, zirconium. The amount of alloying additives ensures their total content is not more than 10% by weight of the aluminothermic mixture. Iron scale with a particle size of not more than 0.50 mm is used, containing not more than 2.5% by weight of non-metallic impurities, and aluminium powder has a particle size of not more than 0.5 mm. The particle size of alloying additives is not more than 0.65 mm.
EFFECT: implementation of the aluminothermic mixture is to improve the quality of the weld while simplifying the method of producing the mixture.
2 cl

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)

1. Алюмотермитная смесь для сварки металлических элементов, содержащая железную окалину, предварительно измельченную и прокаленную для перевода оксидов металлов в высшие степени окисления, порошок алюминия и легирующие присадки, выбранные из группы, содержащей: ферромарганец, ферромолибден, ферроникель, феррохром, феррованадий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит легирующие присадки, выбранные из группы, содержащей ферросплавы 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 использованы железная окалина, содержащая не свыше 2,5% неметаллических примесей и с размером частиц не свыше 0,50 мм, а порошок алюминия размером не свыше 0,5 мм.1. An aluminothermic mixture for welding metal elements, containing iron scale, previously crushed and calcined to transfer metal oxides to the highest oxidation states, aluminum powder and alloying additives selected from the group containing: ferromanganese, ferromolybdenum, ferronickel, ferrochromium, ferrovanadium, characterized in that that it additionally contains alloying additives selected from the group containing ferroalloys of silicon, 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, with In this case, iron scale was used, containing not more than 2.5% of non-metallic impurities and with a particle size of not more than 0.50 mm, and aluminum powder with a size of not more than 0.5 mm. 2. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что легирующие присадки использованы в виде порошка с размером частиц не более 0,65 мм.2. A mixture according to claim 1, characterized in that the alloying additives are used in the form of a powder with a particle size of not more than 0.65 mm.
RU2022122750A 2022-08-23 Aluminothermic mixture for welding metal elements RU2797469C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2797469C1 true RU2797469C1 (en) 2023-06-06

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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