Состав для термитной сварки
Владельцы патента RU 2371289:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Изобретение может быть использовано при создании электрохимической защиты магистральных газо- и нефтепроводов, а именно для соединения катодных и дренажных выводов со стенками трубопровода. Состав для термитной сварки содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: оксид меди 57,7-63,0, алюминий 8,0-8,4, медь 11,0-11,6, свинец 0,2-2,0, ферромарганец 12,8-13,3 и склеивающее вещество в виде клея БФ-4 5,0-7,0. Технический результат заключается в улучшении качества сварного соединения, а именно его формы и прочности.
Изобретение относится к области электрохимической защиты магистральных газонефтепроводов, а именно к составам для термитной сварки, и может быть использовано при соединении катодных и дренажных выводов со стенками трубопровода магистральных газо- и нефтепроводов.
Надежность электрохимической защиты (ЭХЗ) магистральных нефтегазопроводов в значительной степени определяется качеством и надежностью присоединения катодных и дренажных выводов к стенке трубопровода. Наиболее технологически простым способом присоединения выводов средств ЭХЗ является термитная сварка, сущность которой заключается в использовании энергии термохимической окислительно-восстановительной реакции.
Известен состав для термитной сварки: медный термит, содержащий бор (5-8)%, перхлорат полиэтиленполиамина (15-20)%, этиленгликоль (5-10)%, оксид меди - остальное (патент RU №2054347, B23K 23/00, 20.02.1996).
Известен состав для термитной сварки: медный термит, содержащий бор аморфный (4,0-9,9)%, оксид меди (90,0-95,5)%, водный раствор силиката натрия (0,1-0,5)% (авторское свидетельство SU №1362594, B23K 23/00, 30.12.1987).
Известен состав для термитной сварки: медный термит, содержащий соединения меди и алюминия (20)%, оксид меди (64)%, малоулеродистый ферромарганец (16)%, (авторское свидетельство SU №92367, B23K 23/00, 07.08.1958).
Недостатком аналогов является невысокая прочность сварного шва при наличии следов влаги на трубе.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является состав для термитной сварки, состоящий из оксида меди (60,0-66,7)%, алюминия (8,0-8,4)%, меди (11,0-11,6)%, свинца (0,2-2,0)%, ферромарганца (12,8-13,3)% (патент RU №2151037, B23K 23/00, 16.01.1998).
Недостатком прототипа является невысокое качество сварного шва (форма и прочность), что является следствием взрывного характера химической реакции, то есть высокой скорости подвода окислителя (кислорода из воздуха). Температура горения термитного состава 2400-2600°С, скорость термохимической реакции 2,4-2,6 м/с, следовательно, время плавления и стекания термита из тигля очень мало. Вследствие всего этого процесс плавления термитной смеси нестабилен и неравномерен, что влияет на качество сварного соединения (форма и прочность).
Задачей изобретения является улучшение качества сварного соединения, а именно его формы и прочности, за счет стабилизации процесса плавления термитной смеси.
Это задача решается за счет того, что состав для термитной сварки, содержащий оксид меди, алюминий, медь, свинец и ферромарганец, в отличие от прототипа дополнительно содержит склеивающее вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Оксид меди | 57,7-63 |
| Алюминий | 8,0-8,4 |
| Медь | 11,0-11,6 |
| Свинец | 0,2-2,0 |
| Ферромарганец | 12,8-13,3 |
| Склеивающее вещество, клей БФ-4 | 5,0-7,0 |
В результате при поджоге термитной смеси порошок, будучи склеенным, окисляется более стабильно и равномерно, так как подвод воздуха к внутренним слоям смеси затруднен. Таким образом, скорость протекания химической реакции была снижена, что тем самым привело к стабилизации процесса плавления термитной смеси.
Состав для термитной сварки приготавливается простым смешением компонентов при комнатной температуре.
В качестве компонентов для термитного состава были использованы:
Аl, алюминиевая крупка АКП ТУ 48-5-38-78
Cu, порошок медный ПМС-Н, ГОСТ-4960-75
FeMn, ферромарганец молотый Фмн ТУ 14-5-87-77
Pb, свинец ГОСТ 3778-98
CuO, оксид меди ГОСТ 16539-79
клей БФ-4 ГОСТ 12172-74
Приварка выводов электрохимической защиты (ЭХЗ) проводилась в трубе диаметром 600 мм. С этой целью использовался тигель из электродного графита, обладающего высокой жаростойкостью. На поверхности трубы снимался слой изоляции площадью 100×150 мм. Поверхность трубы зачищалась напильником, а затем наждачной бумагой. На указанную поверхность была установлена тигель-форма, под которой находился вывод ЭХЗ диаметром 8 мм из низкоуглеродной стали. В тигле навеска предлагаемого термита составляла 50-55 г.
В эксперименте использовалась термитная смесь следующего состава, мас.%:
| СuО, оксид меди ГОСТ 16539-79 | 61,5 |
| Аl, алюминиевая крупка АКП ТУ 48-5-38-78 | 8,2 |
| Сu, порошок медный ПМС-Н, ГОСТ-4960-75 | 11,0 |
| Рb, свинец ГОСТ 3778-98 | 0,8 |
| FeMn, ферромарганец молотый Фмн ТУ 14-5-87-77 | 13 |
| клей БФ-4 ГОСТ 12172-74 | 5,5 |
Анализ применения термита указанного состава показал, что сварной шов имеет более высокую прочность и ровную форму по сравнению со швом, полученным с помощью термитной смеси, предлагаемой в прототипе.
Состав для термитной сварки, содержащий оксид меди, алюминий, медь, свинец и ферромарганец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит склеивающее вещество в виде клея БФ-4 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Оксид меди | 57,7-63 |
| Алюминий | 8,0-8,4 |
| Медь | 11,0-11,6 |
| Свинец | 0,2-2,0 |
| Ферромарганец | 12,8-13,3 |
| Склеивающее вещество в виде клея БФ-4 | 5,0-7,0 |
