Теплопоглощающий элемент и состав для его изготовления

 

Изобретение относится к сварке и предназначено для регулирования термического 1щкла сварки и снижения остаточных сварочных напряжений и деформаций коробления в сварных конструкциях Цель - повьппение эффекта теплопоглощения, увеличение технологических свойств теплопоглощающего элемента за счет обеспечения режима саморегулирования скоростей подачи теплопоглощающего элемента и наличия зон, разных по температурам разложения, а также повышение интесивности теплоотвода при меньшем расходе теплопоглощающего состава. Теплопоглощающий элемент (ТЭ) состоит (в мас.%) из солей неорганических кислот (кристаллогидраты) 90-99, добавок поверхностно-активного йещества пальмитиновой кислоты (0,15- 9,0) и структурообразующего вещества - аморфного диоксида кремния 0,05-1,0. ТЭ вьлолнен в виде одноили многослойного стержня, имекщего различные теплопоглощающие свойства по слоям, изменяющиеся в соответствии с расположением изотерм сварки. Универсальность ТЭ позволяет применять его при всех вицах авт оматической дуговой и электропшаковой сварки . Обеспечивается возможность многократного использования ТЭ после кристаллизации его из водного раствора . В результате применения ТЭ уровень остаточных напряжений снижается на 35-40%, а деформация коробления - в 6-8 раз. 2 СоП.ф-лы, 3 табл. (Л 4 СО 1:3 О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1)4 В 23 K 9 18 35 36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

l(21) 4140580/31-27 (22) 28.10.86 (46) 07.01.89. Бюп. М 1 (71) Институт электросварки им. Е.О. Патона (72) I.M. Лобанов, В.П. Логинов, В.В. Лысак, В.И. Павловский, Н.А. Пащин и В.(0. Скульский (53) 621.79 1.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

i3 570472, кл. В 23 К 9/18, 02.03.76.

Авторское свидетельство СССР

У 1046052, кл. В 23 К 35/36, 28.05.82. (54) ТЕПЛОПОГЛОЩАИ111ИЙ ЭЛЕМЕНТ И СОСТАВ ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к сварке и предназначено для регулирования термического цикла сварки и снижения остаточных сварочных напряжений и деформаций коробления в сварных конструкциях„Цель - повышение эффекта теплопоглощения, увеличение технологических свойств теплопоглощающего элемента за счет обеспечения режима саморегулирования скоростей подачи теплопоглощающего элемен„„SU„„1449276 А1 та и наличия зон, разных по температурам разложения, а также повышение интесивности теплоотвода при меньшем расходе теплопоглощающего состава.

Теплопоглощающий элемент (ТЭ) состо ит (в мас.X) из солей неорганических кислот (кристаллогидраты) 90-99, добавок поверхностно-активного вещества пальмитиновой кислоты (0,159,0) и структурообразующего вещества — аморфного диоксида кремния

0,05-1,0. ТЭ выполнен в виде одноили многослойного стержня, имеющего различные теплопоглощающие свойства по слоям, изменякициеся в соответствии с расположением изотерм сварки.

Универсальность ТЭ позволяет применять его при всех видах автоматической дуговой и электрошлаковой сварки. Обеспечивается воэможность многократного использования ТЭ после кристаллизации его из водного раствора. В результате применения ТЭ уровень остаточных напряжений снимается на 35-40Х, а деформация коробления - a 6-8 раэ. 2 с.п.ф-лы, 3 табл.

1449? 76

Изобретение относится к с варке и предназначено для регулирования термического цикла сварки и снижения остаточных напряжений и деформаций н конструкциях.

1\ель изобретения - повышение эффекта теплологлощения, увеличение технологических свойств теплопоглощающего элемента за счет обеспечения режима саморегулирования скоростей подачи теплопоглощающего элемента и наличия зон разных по температурам разложения, а также повышение интенсивности теплоотвода при меньшем l5 расходе теплопоглощающего состава, уменьшение уровня остаточных сварочных напряжений и коробления при сварке.

Теплопоглощающий элемент выполнен 20 н виде слоистого стержня. Слои ориентированы в продольном направлении и расположены преимущественно концентрично или параллельно друг другу.

В соотнетствии с расположением 25 сварочных изотерм слои теплопоглотителя имеют максимальную температуру ра сположе ния в централ ьной части и минимальную на периферии. В качестве высокотемпературной составляющей мож. 30 но использовать алюминиевые квасцы, н последующих слоях более легкоплавкие кристаллогидраты: ортофосфат натрия, сульфат и тиосульфат натрия, н перифецийных слоях — кристаллогид35 раты дитионата, натрия, метабората лития с температурой разложения меньше 40 С, что позволяет снизить о минимальную температуру эффективного теплопоглощения при сварке до темпе- 40 о ратуры 100 С, выше которой начинается активное теплопоглощение за счет испарения воды. Подобным эффектом низкотемпературного теплопоглощения не обладают известные теплопоглоти" тели для сварки.

Степень нагрева обрабатываемой поверхности и неличина теплового потока, определяемые погонной энергией сварки, обеспечивают планление соответствующего количества теплопоглощающего стержня, который под собственным весом (или под действием пружины) постоянно прижимается к поверхности нагретого металла. Распланлен55 ная масса выдавливается из под стержня и растекается по всей ширине околошонной зоны вслед за дугой, Тем самым обеспечивается механизм саморегулирования скорости подачи теплопоглощающего нещестна н зависимости от степени нагрева поверхности и скорости сварки, Это позволяет отказаться от сложных подающих устройств, которые используются для подачи теплопоглощающих паст. Отсутствие активного пароныделения на первом этапе охлаждения, который характеризуется только плавлением кристаллического вещества и образованием жидкого расплава, позволяет отказаться от устройств защиты дугового промежутка и сварочной ванны от интенсивного паровыцеления, применяющейся в других способах и устройствах для сопутствующего охлаждения. Вследствие этого технологичность применения теплопоглощающего стержня значительно выше, чем у известных теплопоглощающих паст.

Слои теплопоглощающего элемента состоят из солей неорганических кислот (кристаллогидраты) с добавками поверхностно-активного вещества (ПАВ) (пальмитиновая кислота) и структурообразующего вещества (аморфный диоксид кремния — аэросил).

Кристаллогидраты солей неорганических кислот позволяют осуществить процесс днухэтапного охлаждения: на первом этапе за счет эндотермической реакции разложения кристаллического вещества, сопровождающегося плавлением твердого кристаллогидрата с выделением жидкой кристаллизационной воды; на втором за счет испарения воды. Причем суммарный тепловой эффект достигает величин 2,35-2,5 кДж/г что несколько больше, чем при охлаж» дении водой 2,25 кДж/г, и значительно больше, чем у известных теплопоглощающих паст 0,2-0,25 кДж/г.

Пальмитиновая кислота улучшает условия смачиваемости металла соленым расплавом, имея низкую температуру плавления 64 С, в сочетании с большим интервалом жидкого состояния до температуры кипения 390 С, является наиболее эффективным ПАВ применительно к легкоплавким солям с тем" пературой плавления 34 300 С.

Введение в состав аморфного диоксида кремния позволяет получать однородную мелкокристаллическую структуру теплопоглощающего стержня, в результате интенсивности процесса кристаллизации соленого расплава, 1/б

3то 3Собе1llli> 3 а «33 >;.t>13 33(Рт33ка F33 Но рлс31оложе33иых Зiр33ст 333. 133 3 ià,ор;3х мл Io го дилметрл, л также при 3ьлрлщ33-3л33ии нлружных слоев теплопоглощающего элемента, Теплопоглощающий .3:Земе33т изготавливают путем кристаллизации расплава солей неорганических кислот с;.обавклми в формах требуемого размера, многослойность достигается путем последоватсль33<н о наращивания слоев нл центральном стержне при кристаллизации в большей по диаметру форме.

Для определения теплофизических свойств теплопоглотителя проведены эксперименты на образцах из сплава

АМг-6 размерами 200х 150х4 мм, нагр-.ваемых по режимам, имитирующих сва рочные (до 450 С). В кач:=-стве теплопоглощающего компонентл стержня используют гидрат тиосульфатл натрия при диаметре стержня 25 мм.

В табл. 1 приведены результаты исследований.

Наибольший тепловой эффект дают составы 1 и 2, содержащие максимальное количество соли неорганической кислоты и минимум технологических добавок. Однако технологические свойства их невысоки. Составы 3-5 характеризуются меньшим эффектом

3 еплопоглощения при высоких техноло! гических свойствах. В зависимости от тепловложения при сварке и положении нагреваемой поверхности в пространстве (вертиклльное, горизонтальное и другие) используется тот или иной состав„ Для определения свойств многослойного теплопоглощающего стержня в тех же условиях, что и в предь3дущем эксперименте, применялись ?-4-слойные стержни.

В табл. 2 приведены составы слоев и их свойства.

Как видно из табл. 2, трехслой" ный стержень обладает оптимальными свойствами: боль333ил! тепловым эффектом и хорошими технологическими свойствами. Двухслойный стержень мало отличается по своим характеристикам от однослойного. Четырехслойный стержень обладает нлибольшим тепло- поглощением, однлко имеет большую растекаемость, а также требует больше технологических операций при изготовлении.

Состав многослойных теплопоглотителей (табл .2) по соот33о333ению осu9? 76

НОВНОГо тЕВ:3ОПОГ:3ОШаЮЩЕ О КОМ33сИЗЕИтл (кристаллогидрлтс в соли вео3 и:3н»3еской кислоты и тех33очогических

5 д о б л в о к — и ал ь ми т и н о в о Й еи с л о т ы (ПАВ) и аморфный д33оксид кремния) соответсвовлл составу 3 (табл.1), КЛК НаИбОЛЕЕ ОПт33МаЧЬНОМУ С ОДНОСЛОй. ными теплопоглотителями .. Практичес1р ки возможно использование любого количества слоев теплопоглощающего стержня, однако применение стержня с количеством слоев более 4-х технологически затруднено.

15 Сравнение свойств предлагаемого теплопоглощлющегo элемента с известным дано в табл.3

Иэ приведенных даннь3х следует, что эффективность теплопоглощающего

2р элемента значительно больше, чем из ;естпой теплопоглощающей пасты.при меньшем расходе теплопоглотителя.

В результате его применения уровень остаточных сварочных напряжений в

25 пластинах после сварки снизился на

35-407, деформация коробления уменьшиллсь в 6-8 рлз.

Универсальность и простота использования дает возможность применять

ЗО теплопоглощающий элемент при всех видах автоматической дуговой и эчектрошлаковой сварки. Простота изготовления и воэможность многоразового использования отработанного теплопо35 I ло1 и1 еля после кристаллизации из водного раствора делает era применение экономически выгодным.

Формула изобретения

1 ° Теплопоглощакж3ий элемент для отвода тепла от сварочной ванны, отличающийся тем, что, с целью повышения эффекта теплопо45 глощения и увеличения технологических свойств теплопоглощающего элемента за счет обеспечения режима саморегулирования скоростей подачи теплопоглощающего элемента и наличия зон, разных по температурам разложения, элемент выполнен в виде слоистого стержня, слои которого ориентированы в продольном направлении и расположены преимущественно концентрично параллсльно друг K другу пературы разложения слоев убывают от центрального слоя к периферийному, причем в качестве компонентов слои содержат соли неорглнических кислот

14492

90-99,8

0,15-9,0

0 05-1 0

Та блица 1 Тепловой

t ! эффект, КдЛ( г

Технологические свойства

Коэффициент тепло!

Г! Кристал- Паль1

Аморфный

Растекание на поверхности

Отделимость отдачи, логидрат митисоли новая ! ! кислота

L. диоксид кремния (аэросил) кал корки !

1 см ° с град

99,9

0,08

0,02

Неудовлетворительная

99,8

0,15

0,05

96,0

3,5

0,5

1,82

0,03

Органическая

1,0

О, 029

0,024

1,68

Малая

Отличная

2,0

1,43

Таблица 2

1Тепловой эффект, кДж

Коэффициент теплотекасть отвода, кал см .с град

1,84

2,05

0,032

2,08

0,0325

Большая (кристаллогидраты) с добавками структурообразующего и поверхностно-активного компонентов.

2. Состан для изготовления теплопоглощающего элемента, содержащий легкоразлагающуюся соль и структурообразующий компонент, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения интенсивности теплоотвода при меньшем расходе теплопоглощающего состава и уменьшения уровня остаточных сварочных напряжений и ксрсбления при сварке, состав дополнительно содержит поверхностно-активный компонент в виде пальмитиновой ки<.лоты, в качестве легкоразлагающейся соли — соль неорганической кислоты, выбранной из группы, содержащей алюСо- Содержание компонентов, мас. став в тепл on оглощающем элементе !

4 90,0 9,0

5 86,0 12,0

Слои 1 Состав слоев

2 1 Алюмокалиеные кнасцы

Ортофосфат натрия

2 Алюмокалиеные квасцы

Ортофосфат натрия

Тиосульфат натрия

3 Алюмокалиеные квасцы

Ортофосфаr натрия

Тиосульфат натрия

Дитио11ат 11атрия

76 6 миниеные кн»сць, сульфат1» меди, жел еза и магния, ортофс сфат, тиосульфат и дитионат натрия, метоборат лития в ниде кристаллогидратон, à н качестве структурообразующего компонента применяют аморфный диоксид кремния (аэросил) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Соль неорганической кислоты (кристаллогидрат) выбранная из указанной группы

Иальмитиноная кислота

Аморфный диоксид кремния (аэросил) 2 2 0 032 Большая

2,2 0,032 Хорошая

О, 0314 Ограни- Хорошая че иная

1449276

Таблица 3

Содержание компонентов, 7 в составе

Отделимость

Теплопоглощающий элемент

Крист аллот ид- Технологираты солей ческие донеорганических добавки кислот отдачи, кал см с град

Огра киче н.

1,84 0,0314 Хорошая ная

Пр едл аг аемый

Пал ьмитиновая кислота

3 5

Известный

Удовлетвори- Боль0,25 0,0152 тельная шая

Составитель Н. Гершанова

Техред М.Ходанич Корректор О. Кравцова

Редактор H. Рогулич

Заказ 6908/13 Тирах 922 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 слой. Квасцы алюминиевые

2 слой. Ортофосфат натрия 48

Паста соль 26

Аммоний двууглекислый + вода 55

Аморфный диоксид кремния (аэросил) 0,5

Бентонитовая глина 15,0

Асбест 3,9

КМП 0,1

Тепловой эффект, кДх г

Коэффициент теплоРасте. каемость