RU2169652C1

RU2169652C1 - Thermit welding method

Info

Publication number: RU2169652C1
Application number: RU2000114260A
Authority: RU
Inventors: Ю.Б. Гаспарян; В.В. Сычев; В.Г. Моисеев
Original assignee: ЗАО "Корпорация МАКС ВАЛЬТЕР"
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2001-06-27

Abstract

FIELD: metal welding by fusion, namely thermit welding, possibly for butt welding of vertically arranged tubes. SUBSTANCE: method comprises steps of preliminarily pressing thermit composition in the form of two ring halves; placing them in welding cavity of refractory form over butt zone of welded portions of tubes while forming annular cavity between tubes and ring halves; igniting thermit composition in lower portion of ring halves; using as metal oxides in thermit composition oxides of copper, nickel, ferrum, cobalt, molybdenum or oxide concentrate of those metals; using as reduction agent boron or lamp black or metal selected from group containing aluminum, magnesium, silicium or silicides of calcium, ferrum and(or) titanium or carbides of boron and silicium; using as slag forming additives alkali metal carbonates, tetraborates or nitrates or their mixture. Method provides welding and soldering of tubes in hard-to- reach places and possibility for making high quality joint independently upon qualification degree and skill of operator. EFFECT: high quality welded joints of tubes. 1 dwg

Description

Изобретение относится к сварке металлов плавлением, а именно к термитной сварке, и может быть использовано для сварки встык вертикально расположенных труб. The invention relates to fusion welding of metals, namely to thermite welding, and can be used for butt welding of vertically arranged pipes.

Известные способы термитной сварки выполняются с применением специального оборудования, оснастки и порошкообразной термитной смеси и имеют низкие эксплуатационные свойства и большую стоимость сварочных работ. Known methods of thermite welding are performed using special equipment, tooling and powdered thermite mixture and have low performance and high cost of welding.

Известен способ термитной сварки, заключающийся в использовании стержней, изготовленных из термитной смеси, сформованной вокруг проволоки наплавляемого материала, при воспламенении которых происходит алюмотермическая реакция восстановления железа, идущая с выделением значительного количества тепла. Восстановленное железо и металл центрального стержня служат для образования сварного соединения (а.с. СССР N 1460859, МПК B 23 K 23/00, опубл. 1987 г.). A known method of thermite welding, which consists in the use of rods made of a thermite mixture, formed around the wire of the deposited material, when ignited, an aluminothermic iron reduction reaction occurs, which produces a significant amount of heat. The reduced iron and metal of the central core serve to form a welded joint (AS USSR N 1460859, IPC B 23 K 23/00, published in 1987).

Недостатком известного способа является низкое качество получаемого соединения. The disadvantage of this method is the low quality of the obtained compound.

Известен способ соединения металлических труб, включающий закрепление в зоне соединения концов труб втулки из огнеупорного материала с охватывающим ее по боковой поверхности термитным патроном, и нагрев зоны соединения (а.с. СССР N 1808585, МПК В 23 К 23/00, опубл. 1993 г.). A known method of connecting metal pipes, including fixing in the connection zone of the ends of the pipes a sleeve of refractory material with a termite cartridge covering it on the lateral surface, and heating the connection zone (USSR AS N 1808585, IPC B 23 K 23/00, publ. 1993 g.).

Известен способ термитной сварки встык, при котором свариваемые заготовки располагают вертикально в огнеупорной форме, засыпают в форму термитную смесь, поджигают ее для возбуждения термитной реакции и производят сварку, при этом огнеупорную форму выполняют из двух камер, одну из которых размещают с обратной стороны свариваемого стыка и сжигают в ней термитную смесь, служащую для подогрева зоны сварки, а другую размещают с лицевой стороны свариваемого стыка и сжигают в ней сварочную термитную смесь, состоящую из окалины, алюминиевого порошка, чугунной крупки, ферромарганца, ферросицилия, никелевого порошка, хрома металлического (а.с. СССР N 1593850, МПК В 23 K 23/00, опубл. 1990 г.). There is a known method of termite butt welding, in which the workpieces to be welded are placed vertically in a refractory form, the thermite mixture is poured into the mold, it is ignited to initiate a thermite reaction, and welding is performed, while the refractory form is made of two chambers, one of which is placed on the back of the welded joint and they burn the thermite mixture in it, which serves to heat the welding zone, and the other is placed on the front side of the welded joint and burns the thermite welding mixture in it, consisting of mill scale, aluminum powder, cast-iron grit, ferromanganese, ferrosicilium, nickel powder, metallic chromium (AS USSR N 1593850, IPC 23 K 23/00, publ. 1990).

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств, используемых при термитной сварке вертикально расположенных труб, и создание экономичного и универсального способа термитной сварки, обеспечивающего прочное и надежное соединение свариваемых труб. The objective of the present invention is to expand the arsenal of technical means used in the thermite welding of vertically arranged pipes, and to create an economical and universal method of thermite welding, providing a strong and reliable connection of the welded pipes.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

В процессе термитной сварки встык вертикально расположенных труб участки свариваемых труб располагают в сварочной полости огнеупорной формы, затем размещают в зоне сварки термитную смесь, поджигают ее для возбуждения термитной реакции и производят сварку. Новым в способе является то, что термитную смесь, состоящую из оксидов металлов, восстановителя и шлакообразующих добавок, предварительно прессуют виде двух полуколец, которые устанавливают в сварочной полости огнеупорной формы над местом стыка свариваемых участков труб, при этом в качестве оксидов металлов в термитной смеси используют оксиды меди, никеля, железа, кобальта, молибдена, или окисные концентраты этих металлов, в качестве восстановителя используют бор, или сажу ламповую, или металл из группы алюминий, магний, кремний, или силициды металлов из группы кальций, железо, титан, или карбиды бора или кремния, а в качестве шлакообразующих используют карбонаты щелочных металлов или тетрабораты щелочных металлов, или нитраты щелочных металлов, или их смеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
восстановитель - 10-20
шлакообразующие - 1-4
оксиды металлов - остальное
Предлагаемый способ сварки вертикально расположенных труб иллюстрируется чертежом.In the process of termite butt welding of vertically arranged pipes, sections of the pipes to be welded are placed in the welding cavity of a refractory form, then a thermite mixture is placed in the welding zone, it is ignited to initiate a thermite reaction, and welding is performed. New in the method is that the thermite mixture, consisting of metal oxides, a reducing agent and slag-forming additives, is pre-pressed in the form of two half rings, which are installed in the welding cavity of the refractory form above the junction of the welded pipe sections, while using metal oxides in the thermite mixture oxides of copper, nickel, iron, cobalt, molybdenum, or oxide concentrates of these metals, boron, or lamp black, or a metal from the group of aluminum, magnesium, silicon, or sily are used as a reducing agent metal cides from the group of calcium, iron, titanium, or boron or silicon carbides, and alkali metal carbonates or alkali metal tetraborates, or alkali metal nitrates, or mixtures thereof, are used as slag-forming metals, in the following ratio, wt.%:
reducing agent - 10-20
slag-forming - 1-4
metal oxides - the rest
The proposed method of welding vertically arranged pipes is illustrated in the drawing.

Вертикально расположенные трубы 1 и 2 стыковали в сварочной полости 3 огнеупорной графитовой формы 4, выполненной из двух полуцилиндров, стянутых хомутом (не показано). Затем в зоне сварки над местом стыка свариваемых труб помещают два полукольца 5, выполненные путем предварительного прессования термитной смеси, составленной из оксидов металлов, восстановителя и шлакообразующих добавок, при этом в качестве оксидов металлов в термитной смеси используют оксиды меди, никеля, железа, кобальта, молибдена или окисные концентраты этих металлов, в качестве восстановителя используют бор, или сажу ламповую, или металл из группы алюминий, магний, кремний, или силициды металлов из группы кальций, железо, титан, или карбиды бора или кремния, а в качестве шлакообразующих используют карбонаты щелочных металлов или тетрабораты щелочных металлов, или нитраты щелочных металлов, или их смеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
восстановитель - 10-20
шлакообразующие - 1-4
оксиды металлов - остальное
Полукольца 5 размещают в сварочной полости 3 с образованием между трубами и состыкованными друг с другом полукольцами кольцевой полости 6.Vertically arranged pipes 1 and 2 joined in the welding cavity 3 of refractory graphite form 4, made of two half-cylinders, tightened with a clamp (not shown). Then, in the welding zone above the junction of the pipes to be welded, two half rings 5 are placed, made by pre-pressing a thermite mixture composed of metal oxides, a reducing agent and slag-forming additives, while oxides of copper, nickel, iron, cobalt are used as metal oxides in the thermite mixture, molybdenum or oxide concentrates of these metals, boron or lamp black or metal from the group of aluminum, magnesium, silicon, or metal silicides from the group of calcium, iron, titanium, or boron or silicon arbides, and alkali metal carbonates or alkali metal tetraborates, or alkali metal nitrates, or mixtures thereof, are used as slag-forming materials, in the following ratio, wt.%:
reducing agent - 10-20
slag-forming - 1-4
metal oxides - the rest
The half rings 5 are placed in the welding cavity 3 with the formation of an annular cavity 6 between the pipes and the half rings joined to each other.

Затем осуществляют поджиг полуколец 5 в нижней их части через отверстие для поджига 7. Then carry out the ignition of the half rings 5 in their lower part through the hole for ignition 7.

При горении спрессованной термитной смеси с температурой горения около 3000^oC образуются сплав металлов и легкоплавкие шлаки. При контакте нагретых до высокой температуры продуктов сгорания со свариваемыми трубами происходит их нагрев или подплавление в стыке труб и образуется сварной шов. Он определяется качественным составом термитной смеси и количественным соотношением входящих в нее компонентов, которые обеспечивают высокую температуру, легкоплавкие шлаки и образование более легкоплавкого сплава, чем материал трубы.When burning a compressed thermite mixture with a combustion temperature of about 3000 ^o C, an alloy of metals and low-melting slags are formed. Upon contact of the combustion products heated to a high temperature with the pipes being welded, they are heated or melted at the pipe joint and a weld is formed. It is determined by the qualitative composition of the thermite mixture and the quantitative ratio of its constituent components, which provide high temperature, fusible slags and the formation of a more fusible alloy than pipe material.

Способ сварки отработан в лабораторных условиях и опытном производстве, проверен на работоспособность. Для испытания были изготовлены трубы диаметром 57,5 мм толщиной стенки 3,5 мм и длиной 65 мм. Трубы ставили в форму, в сварочной полости которой размещали два состыкованных полукольца, предварительно спрессованных из термитной смеси. Полукольца поджигали, после их сгорания форму открывали, шлак отбивали и проверяли качество шва. Для этого сваренные трубы испытывали на растяжение, разрыв и прочность шва под внутренним давлением. The welding method has been tested in laboratory conditions and pilot production, tested for performance. For testing, pipes with a diameter of 57.5 mm and a wall thickness of 3.5 mm and a length of 65 mm were manufactured. The pipes were placed in a mold in the welding cavity of which two stacked half rings were placed, previously pressed from a termite mixture. The half rings were set on fire, after their combustion the mold was opened, the slag was beaten off and the quality of the seam was checked. For this, the welded pipes were tested for tensile, rupture, and weld strength under internal pressure.

Проведенные испытания показали высокую прочность и герметичность полученного сварного шва. The tests showed high strength and tightness of the resulting weld.

Использование предлагаемого способа термитной сварки обеспечивает сварку-пайку труб из различных металлов и их сплавов в труднодоступных для электросварки и газосварки местах, обеспечивает возможность получения качественного сварного шва вне зависимости от квалификации и мастерства персонала, обеспечивает безопасность проведения сварочных работ за счет низкой чувствительности спрессованных из термитной смеси полуколец к механическому воздействию. Using the proposed method of thermite welding provides welding and brazing of pipes of various metals and their alloys in places difficult to access for electric welding and gas welding, provides the opportunity to obtain a high-quality weld, regardless of the qualifications and skills of the personnel, ensures the safety of welding due to the low sensitivity of pressed from thermite mixtures of half rings to mechanical stress.

Предлагаемый способ отличается простотой, экономичностью, он энергонезависим от внешних источников энергии. The proposed method is simple, economical, it is non-volatile from external energy sources.

Claims

A method of termite butt welding of vertically arranged pipes, in which sections of the pipes to be welded are placed in the welding cavity of a refractory form, a thermite mixture composed of metal oxides, a reducing agent and slag-forming additives is placed in the welding zone, the mixture is ignited to initiate a thermite reaction, and welding is performed, characterized in that the thermite mixture is pre-pressed in the form of two half rings, which are placed in the welding cavity of the refractory form above the junction of the welded pipe sections with the formation between the pipes and the joined half rings of the annular cavity, and the termite mixture is ignited in the lower part of the half rings, while the oxides of metals in the thermite mixture are oxides of copper, nickel, iron, cobalt, molybdenum or oxide concentrates of these metals, boron is used as a reducing agent, or lamp black, or a metal from the group of aluminum, magnesium, silicon, or metal silicides from the group of calcium, iron, titanium, or boron or silicon carbides, and alkali metal carbonates are used as slag-forming additives tall, or tetraborates of alkali metals, or nitrates of alkali metals, or mixtures thereof in the following ratio of components, wt.%:
Restorer - 10 - 20
Slag-forming - 1 - 4
Metal Oxides - Else