Способ упрочнения стеклянных труб

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1994447

Союз Советския

Социалистичесник

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (34) М. Кп. (22) Заявлено 26. 01. 81 (21) 3242079/29.-33

C. 03 С 21/00 сприсоединениемзаявки №

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и отнрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 07..02. 83.Бюллетень ¹ 5 (33) УДК 666. 1.

° 053.65(088.8) Дата опубликования описания07.02.83 (.54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТЕКЛЯННЫХ ТРУБ

Изобретение относится к стекольной промышленности, а именно к упроч нению стеклянных труб, и может быть использовано на предприятиях химической, светотехнической и пищевой

5 промышленности, а -также на предприя-. тиях, изготовляющих медицинские приборы.

Известен способ упрочнения изделий из стекла путем ионного обмена в ванне с расплавом солей при нало-. жении ультразвуковых колебаний, eos даваемых с помощью магнитострикционных излучателей, причем интенсивность ультразвуковых колебаний раВ-. 15 на 100-104эрг/смаке, а амплитуда

10-15 мкм (1).

Этот способ предназначен для упрочнения крупногабаритных плоских изделий.

Наиболее близким к предложенному является способ упрочнения стекла, позволяющий интенсифицировать ионообменные процессы, заключакняийся - 25 в том, что диффузионные процессы,:. имеющие местО при обработке стеклоизделий в расплавах солей, интенси= фицируют посредством введения ультразвуковых колебаний. 30

Упрочняемые стеклоизделия -погружают в ванну с расплавом соли перпендикулярно дну ванны. Нижние торцы цилиндрических стеклоиэделий не касаются дна ванны и имеют свободный доступ к расплаву солей.- Ультразвуковые колебания вводят в ванну с расплавом солей при помощи магнитострикционного преобразователя, состоящего из магнитостриктора, концентратора и волновода. Торец волновода погружают в расплав соли сверху (2).

Недостатки известного способа заключаются в том, что при введении упругих колебаний ультразвуковой частоты в ванну с расплавом соли сверху звуковые волны ослабляются по мере удаления от рабочей поверхности волновода, в первую очередь,,внутренним трением. При этом коэффициент поглощения внутреннйм.трением равен ф) Фф о = 8/3 — о у где f - частота звукар с - скорость звука;

- коэффициент вязкости; р - плотность расплава соли; поскольку р,$ и с зависят от температуры, то коэффициент поглощения

994447 звука в расплаве соли также явля« ется функцией температуры, то обеспечить нагрев расплава соли с неболь шим температурным градиентом для упрочнения труб со значительной длиной (до нескольких метров) техни» чески трудно, при этом следует учесть, что согласно известному способу верхние слои расплава соли дополнительно подогреваются волноводом магнитостриктора.

В результате упрочнения стеклянных труб длиной 1,5 м по известному способу на поверхности упрочняемых изделий образуется ионообменный .слой, глубина которого резко отличается по длине изделия. Например, для труб вертикального вытягивания с внешним диаметром 55 мм при обработке в расплаве нитрата калия при 420ОС в течение 1 ч глубина ионообменного слоя на участках внешней поверхности, находящихся на расстоянии от 5 до 100 мм от верхнего торца, составляет от 21 до 28 мкм, в то время как на участках, расположенных на расстоянии 5-100 мм от нижнего торца трубы, глубина ноно обменного слоя не превышает 10 мкм.

Таким образом, известный способ упрочнения изделия из стекла не при меним для упрочнения длинных труб.

Целью изобретения является повышение качества упрочнения труб неорганической длины.

Цель достигается тем, что согласно способу упрочнения стеклянных труб путем ионного обмена в расплаве солей при наложении упругих колебаний трубы перемещают через расплав соли, а упругие колебания создают путем наложения переменного ма нитного поля напряженностью 0,2-0,3 и постоянного магнитного поля напряженностью 0,1-0,25 Т, причем упругие колебания направляют перпендикулярно к оси трубы, частота упругих колебаний равна 20-250 кГц, а амплиту» да 7-15 мкм.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства, при помощи которого реализуется предложенный способ (продольный разрез).

Устройство содержит цилиндрическую ванну 1 с расплавом соли 2 и индукторы 3 и 4.

Устройство работает следующим образом.

Стеклянная труба 5 при помощи роликов 6 перемещается соосно стен кам цилиндрической ванны 1 с расплавом соли 2, температура которого поддерживается индукционным нагревом. через индуктор 3„ плотно охваты вающий токопроводящие стенки ван ны, пропускают переменный электри ческий ток J», в результате чего соз дается переменное магнитное поле B4 .

Одновременно, пропуская постоянный электрический ток.Д через индуктор

4, создается постоянное магнитное поле B . В результате взаимодействия электрических токов и магнитных полей в токопроводящих стенках ванны 1 создаются упругие колебания, направленные радиально стенкам упрочняемых труб.

10 Пример 1. Трубы из стекла следующего состава, вес.%: 5iО 71,91;

1140. (А f 0 +Fe< Оз) 1, 76; СаО 5, 7;

Mg0 3,75; В а0 2,1; Na О 16,12; К О

1,08 и SQ 0,34 с внешним диаметром

15+1 мм, толщиной стенок 2+0,5 мм и длиной 3000 мм упрочняют по режимам, приведенным в табл. 1.

Трубы после обработки в смеси расплавов солей. промывают в воде при

Эъ 70-80 C и обдувают вентилятором.

Результаты упрочнения приведены в табл. 2.

Пример 2. Трубы из того же стекла, что и в примере 1, с

2 - внешним диаметром 20+1 мм, толщиной стенок 2,5+0,5 мм и длиной 3000 мм упрочняют по режимам, представленным в табл. 3. Скорость перемещения труб соосно стенкам цилиндрической ванны 12,5 см/мин.

Результаты испытаний образцов труб приведены в табл. 4.

Пример 3. Трубы из стекла следующего состава, вес.Ъ: 5iО 71,91;

35 В Оз (А Р20з+Ге Оэ ) 1, 76; саО 5, 7; Mg0

3,74; Ва0 2,1; Na 0 16,12; К О 1,08 и SO 0,34, - с вйешним диаметром

15,0+1 мм, толщиной стенок 2+0,5 мм и длйною 3000 мм обрабатывают в смеси расплавов солей, содержащей, вес.Ъ: КЙО, 90,0 и VBF4 10,0, — по

T режимам, приведенным в табл. 5. Скорость перемещения труб соосно стенкам цилиндрической ванны составляет 15 см/мин.

Трубы после обработки в смеси рас плавов солей промывают в воде при

70-80 С и обдувают вентилятором.

Результаты упрочнения приведены в табл. б °

Пример 4. Трубыизтогоже стекла, что и в примере 3, с наружным диаметром 20,0+1 мм, толщиной стенок 2,5+0,5 мм и длиной 3000 мм обрабатывают в смеси расплавов соЫ лей, вес.Ъг KNO 98,0 и КС3 2,0, по режимам, приведенным в табл. 7.

Скорость перемещения труб соосно стенкам цилиндрической ванны 12,5 см/мин.

Прочностные характеристики упроч60 ненных стеклянных труб приведены в табл. 8.

Пример 5. Трубы из стекла следующего состава, вес.В: SiО

71,91; RgOg (А ggO + Fea 0 ) 1 76; Са0

5,7; M@0 3,74; ВаО 2,1; Na 0 16,12; (994447

Таблица 1

Содержание ингредиентов в Частота, упруТемпература расплава соли, о С смеси расплавов солей,. вес.Ъ гих колебаний, кГц

Режим, 9

КВ F4

KN0з

400

Вез упругих колебаниИ

425

То же

400

50,б

20

245,3

425

П р и м е ч а н и е. Скорость перемещения труб соосно стенкам цилиндричес кой ванны 15 см/мин.

К 0 1у08 и SOg 0,34, - с внешним дйаметром 15,0+1 мм, толщиной стенок 2,0+0,5 мм и длиною 3000 мм обрабатывают в смеси расплавов солей:, содержащей, вес. Ъг KNO 90,0 и

KBF 10,0, - по режимам, приведенным в табл. 9. Скорость перемещения труб соосно стенкам цилиндрической ванны 15 см!мин. .Трубы после обработки в смеси расплавов солей прожвают в воде при 70-80 С и обдувают вентилятором.

Прочностные характеристики упрочненных стеклянных труб приведены в табл. 10.

Пример б. Трубы из того же :15 стекла, что и в примере 5,,с наружным диаметром 20,0+1 мм, толщиной стенок 2,5+0,5 мм и длиною 3000 мм обрабатывают в смеси расплавов солей

KN0э 98,0 вес.Ъ и KC g 2,0 вес.Ъ по 2(} режймам, приведенным в табл. 11.

Скорость перемещения труб соосно стен; кам цилиндрической ванны 12,5 см/мин.

Прочностные характеристики упрочненных стеклянных труб приведены в 25 табл. 12.

Предложенный способ упрочнения стеклянных труб имеет следующие преимущества.

Возможна обработка труб с минимальным коэффициентом поглощения энергии, так как расстояние от источника колебаний до поверхности трубы минимальное.

Способ упрочнения осуществляется. намного дешевле, так как отпадает необходимость в испОльзовании дОрогостоящих ультразвуковых генераторов, магнитострикторов, концентраторов и

1 волноводов.

Представляется воэможность интенсифицировать процессы упрочиения стеклянных труб при помощи простых по . конструкции .устройств, обладающих большей надежностью в эксплуатации.

Улучшается качество упрочнения стеклянных труб, так как глубина ионообменного слоя по всей длине трубы практически равномерна. Упрочненные трубы имеют одинаковые механические характеристики по всей длине.

Устраняется необходимость вводить какие-либо рабочие органы в расплав,. соли, что также улучшает качество упрочнения, так как .расплав соли не загрязняется инородными ионами, нап . пример, железа, никеля, хрома и др., которые обычно содержат металлические волноводы.

Возможно вести процесс упрочнения непрерывно, при этом длина труб практически не лимитируется. Непрерывность процесса упрочнения увеличивает производительность труда.

Упрочненние стеклянные трубы йо своим физико-химическим свойствам могут заменить трубы, изготовленные из дорогих,и дефицитных сплавов ме« . ди, олова, легированных. сталей и т.п.

Экономический эффект от реализации предложенного способа составляет примерно 250 тыс. руб. в год.

994447

Т а б л и ц а 2

Трубы, упрочненные по режимам

Глуби на Количество ионообмен» испытанных ного слоя, обраэцов, мкм шт

Среднее выдержи в аемое давление, кг/см

Увеличение Коэффицимеханической ент вариа прочности, % ции, %

82,5

17, 4

131

84,4

18,1

134

13

175

17,8

181

17

19,5

Таблица 3

Содержание смеси расплавов солей в ванне, вес.%

Температура рас плава соли, 0Ñ

Режим, 9

Беэ упругих колебаний

400

То же

425

75,4

400

220,5

425

Таблица 4

Коэффициент вариации, %

Глубина ио Количество Среднее вынообменно- испытанных держиваемое

ro лен, обраэцов, давление, мкм шт кг/см

19,1

55,8

18,4

136

57,9

19,3

172

73,2

20,1

18б

79,1

Таблица 5

Напряженность переменного магнита, Т

Режим, М

Температура расплава соли, С

Напряженность постоянного магнита, Т

Беэ упругих колебаний

400

0,2

0,1

400

0,2

0,1

400

0,1

0,2

400 4

250

0,2

0,1

400

Трубы, упроч не нные по режимам

110, 4

14,2

Увеличение механической прочности, %

Частота упругих колебаний, кГц

Частота упругих колебаний, кГц

50,6

245,3

994447

Глубина ноно» обменного слоя мкм

КоэФфициент вариации, В

19, Е

23,1

10,0

77,6

63,0

15,4

18,4

19,2

75,0

17,7

87,2

23,0

18,1

84,1

25,0

18,8

Режим, 9

Без упругих колебаний

20,1

0,30

0,25

425

25,4

0,30

0,25

220,5

249,8

0,30

0,25

425

425

0,30

0,25

Глубина ионообменного слоя, мкм

Трубы, упрочненные по режимам

18,3

22 ф 2

49,5

11,0

17,7

52,3

61,7

15,3

16,9

63 7

57,4

19,5

19,1

78 ° 2

72,2

21,4

19,4

77,4

71,8

Трубы, упрочненные по режимам

Температура расплава соли, С

Среднее выдерживаемое дав-, ление, кг/см

102,7

110,3

117,9

116,0

Напряженность постоянного магнита, Т

Среднее выдерживаемое давление, кг/см

Таблица Ь

Увеличение средних значений прочности, %

Таблица 7

Напряженность Частота уппеременного ругих комагнита, Т лебаний, кГц

Таблица 8

Увеличение Коэффициент средних зна- вариации, Ъ чений прочности, 5

994447

° е м

Напряженность переменного магнитного поля, Т

Режим, Р

Температура

Ф C

Напряженность постоянного магнитного поля, Т

Амплитуда, .мкм

400

0,1

400

0,2

20,400

0,1

0,2

50,6

400

0,1

0,2

245,3

400

0,1

0i2

250

Коэффициент Глубина ионовариации, % обменного слоя мкм

Трубы, упрочненные по режимам

Увеличение средних значений прочности, Ъ

Среднее выде живаемое давление, кг/см

19Ф1

10,0

23,1

77,6

63,0

15,4

18,4

17,7

19,2

75,0

87,2

23,0

18,1

84,1

25 0

18,8

Напряженность постоянного магнитного поля, Т

Режим, У

Напряженность переменного магнитного поля T

Амплитуда, мкм

Температура расплава

425 О, 30

20,1

О, 25

425

25,4

0,30

0,25

425

220,5

249,8

0i30

0,25

425

О,за

0,25

425

102,7

110,3

117,9

136 0

Таблица 9

Частота упругих колебаний, кГц

Без применения упругих колебаний

Т а б л и ц а 10

Таблица 11

Частота упругих колебаний, кГц

Вез применения упругих колебаний

994447

Таблица 12

I»» «е« «« коэффициент вариации, %

Увеличение средних значений прочности, %

Среднее выдерживаемое внутреннее дав- ление, кг/см

Глубина ионообменного слоя, мкм

Трубы, упрочненные по режимам

49,5

18,3

22,2

1it0

52,3

17,7

61,7

15,3

16,9

57,4

63,7

19,5

19,}

78,2

72,2

21,4

19 4

77,4.71,8

20,1

Формула изобретения

Способ упрочнения стеклянных труб путем ионного обмена в расплаве солей при .наложении упругих колебаний, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, 25 с целью повышения качества упрочие ния труб неограниченной длины, трубы перемещают через расплав соли, а упругие колебания создают путем наложения переменного магнитного 30 поля напряженностью 0,2-0,3 Т и постоянного магнитного поля напряжен

/ ностью 0,1-.0,25 Т, причем упругие колебания направляют перпендикулярно к осн трубы, частота упругих колебаний равна 20-250 кГц, а амплитуда - 7-15 мкм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2772905/33, кл. С 03 С 21/00, 1979.

2. Патент Японии 9 4194, кл. 21 В 72 1972.

ВНИИПИ Заказ 542/2

Тираж 484 Подписное

Филиал ППП "Патент", "

r.óærîðîä,óë.Ïðoåêòíàÿ,4