состав для термитной сварки

Классы МПК:B23K23/00 Термитная (алюминотермитная) сварка
B23K35/24 выбор материалов для пайки или сварки
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):ООО "Газпром трансгаз Самара" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-11-18
публикация патента:

Изобретение может быть использовано для электрохимической защиты магистральных трубопроводов, в частности для приварки катодных и дренажных выводов к стенке трубопровода. Состав для термитной сварки содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: алюминий 8,0-8,4, медь 11,0-11,6, ферромарганец 12,8-13,3, сурик свинцовый 1,5-5,0, окись меди 66,7-61,7. Техническим результатом изобретения является удешевление термитного состава и придание ему физической стабильности при транспортировке, что позволяет осуществить широкое промышленное внедрение. 1 табл.

Формула изобретения

Состав для термитной сварки на основе медного термита, содержащий алюминий, медь, ферромарганец и окись меди, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сурик свинцовый при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

алюминий8,0-8,4
медь 11,0-11,6
ферромарганец12,8-13,3
сурик свинцовый 1,5-5,0
окись меди 66,7-61,7

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области химии, а более конкретно к составам для термитной сварки, и может быть использовано для электрохимической защиты магистральных трубопроводов, поскольку надежность электрохимической защиты (ЭХЗ) магистральных трубопроводов 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. В настоящее время для приварки выводов ЭХЗ на трубы стальных магистральных трубопроводов, находящихся под эксплуатационным давлением, без прекращения транспорта газа с временным сопротивлением разрыву более 55 кгс/мм2 применяется состав медного термита, который выбран в качестве аналога [1]. Состав медного термита для приварка выводов ЭХЗ к магистральным трубопроводам содержит следующие ингредиенты в %:

CuO, окись меди (порошок) ГОСТ 16539-79 66,7
Al, алюминиевая крупка АКП, ТУ 48-5-38-78 8,4
Cu, медный порошок ПМС-Н, ГОСТ 4960-75 11,6
FeMn, ферромарганец, порошок пассивированный для производства электродов (ТУ14-5-87-77, содержание марганца 80%) 13,3

Недостатком данного состава для термитной сварки является низкая прочность сварного соединения при наличии следов влаги на поверхности трубы.

Известен состав для термитной сварки [2], который выбран в качестве прототипа, содержащий следующие ингредиенты, мас.%:

Алюминий8,0-8,4
Медь 11,0-11,6
Свинец0,2-2,0
Ферромарганец 12,8-13,3
Окись меди остальное

Температура плавления указанного состава Тпл.=600°С. При введении порошкообразного свинца в количестве 0,5-2,0% происходит понижение температуры горения термитной смеси из-за снижения скорости реакции. Одновременно удлиняется время протекания реакции, что обеспечивает необходимый прогрев поверхности трубы и улучшает качество сварки выводов с трубой.

Недостатком данного состава для термитной сварки является дефицитность порошкообразного свинца и относительно высокая стоимость, а также его расслоение ввиду высокого удельного веса порошкообразного свинца.

Техническим результатом изобретения является удешевление термитного состава и придание ему физической стабильности при транспортировке, что позволяет осуществить широкое промышленное внедрение.

Для решения поставленной задачи в известный термитный состав вместо порошкообразного свинца вводят окислы свинца, например используемый для изготовления красок сурик свинцовый Pb3 O4, при следующем количественном соотношении всех других ингредиентов [3], %:

Алюминий8,0-8,4
Медь 11,0-11,6
Ферромарганец12,8-13,3
Сурик свинцовый 1,5-5,0
Окись меди 66,7-61,7

При введении окислов свинца, например сурика свинцового, происходит понижение температуры горения термитной смеси, снижается скорость реакции, но при этом удлиняется время реакции, что обеспечивает необходимый предварительный прогрев поверхности трубы и качественную приварку выводов ЭХЗ.

Наличие окислов свинца (сурика свинцового) препятствует быстрому стеканию образующейся массы металла, так как значительно повышается ее вязкость, а следовательно, улучшается прилипание металла. Количество сурика свинцового, вводимого в термитный состав составляет 1,5-5,0%. Если ввести в состав менее 1,5%, то такое количество не позволит понизить температуру горения термитного состава, которая должна обеспечить достаточное снижение скорости реакции, а следовательно, и необходимое время прогрева сварных элементов конструкции за счет повышения вязкости смеси, и не обеспечит необходимого времени стекания расплава термита. При введении в состав сурика свинцового более 5% вязкость расплава слишком высокая и значительная его масса остается на стенках тигля. При этом место сплава термитного состава и трубы имеет неправильную форму, а малая масса наплавленного металла не позволяет достигнуть необходимой прочности сварных соединений. Данный термитный состав был апробирован при сварке элементов электрохимической защиты (ЭХЗ) магистрального газопровода «Мокроус - Самара - Тольятти» и пригоден к широкому применению службами ЭХЗ на магистральных газопроводах России и стран ближнего зарубежья.

Был проведен эксперимент с использованием различных рецептур термитной смеси. Приварка выводов электрохимической защиты (ЭХЗ) проводилась на трубе диаметром 820 мм. С этой целью использовался тигель из электродного графита ЭГ-1, обладающего высокой жаростойкостью. На поверхности трубы снимался слой изоляции площадью 100×150 мм. Поверхность трубы зачищалась напильником, а затем наждачной бумагой. Температура окружающей среды, составляла 28°С. Поэтому, когда была удалена изоляция, труба, находящаяся на глубине около 2 м, из-за разности температур покрывалась влагой. На указанную поверхность сразу была установлена тигль-форма, под которой находился вывод ЭХЗ диаметром 8 мм из низкоуглеродной стали (Сталь 3). В тигле навеска предлагаемого термита составляла 50-55 г. Термосмесь инициировалась штатным электровоспламенителем, используемым в электродетонаторах ЭД-8. Взрывник с прибором электровзрывания находился от места сварки на расстоянии 10-15 м. Указанным способом и предлагаемым в качестве изобретения термитным составом приварено более 200 выводов ЭХЗ. Присоединение выводов ЭХЗ во всех случаях было надежным, несмотря на наличие влаги на трубе. Просушка трубы с помощью проветривания и выравнивания температуры с окружающей средой не проводилась, так как в этом нет необходимости.

В эксперименте использовались термитные смеси следующих рецептур, %:

Алюминий8,0
Медь 11,2
Ферромарганец 12,8
Сурик свинцовый1,5
Окись меди 66,5

Анализ применения термита указанной рецептуры показал, что в этом случае наблюдается надежная приварка выводов ЭХЗ к влажной трубе. Но прочность сварки обеспечивается срединной частью прореагировавшего термита.

Наилучший результат получается в том случае, когда сварка вывода ЭХЗ выполняется термитным составом следующей рецептуры, %:

Алюминий8,2
Медь 11,6
Ферромарганец 13,0
Сурик свинцовый3,0
Окись меди 64,2

Последующие увеличения содержания сурика свинцового в составе приводят к результату, описанному выше. Периферийная часть свариваемого термита с трубой имеет более слабый контакт.

При использовании термитного состава, содержащего, %:

Алюминий8,4
Медь 11,8
Ферромарганец 13,2
Сурик свинцовый5,0
Окись меди 61,6,

наблюдается ухудшение формы застывшей массы прореагировавшего термита и наличие его остатков на стенках тигля. Однако вывод элемента ЭХЗ приваривается к трубе прочно (Табл.).

Таблица
№ п/пСодержание в составе термита, % Количество термитной массы, вытекающей из тигля, % Количество свариваемых элементов ЭХЗ (увлажненных)
1 1,094 7
2 1,3 908 (слабая сварка)
31,5 86 Труба влажная - 10
Крепление элемента ЭХЗ срединной

частью
43,0 82Труба влажная - 10
5 5,0 80Труба влажная - 10
65,5 70 Труба влажная - 10
Термитная масса расплава неправильной формы вокруг элемента ЭХЗ
Недостаточно термита

Список использованной литературы

1. Типовая инструкция по дистанционному электрическому воспламенению термитных составов для присоединения выводов электрохимической защиты к магистральным газопроводам. ООО «Самаратрансгаз», 2005 г., зарег. Ростехнадзором за № 12-ПД-00276-2005 письмом № 12-01-09/12393 от 15.11.2005.

2. Патент РФ № 2151037, приоритет 16.01.1998.

3. Н.Н.Глинка. Общая химия. М.: Госхимиздат, 1986, стр.646.

Класс B23K23/00 Термитная (алюминотермитная) сварка

гранулированный железоалюминиевый термит -  патент 2506147 (10.02.2014)
устройство для поджига термитного состава -  патент 2490104 (20.08.2013)
устройство для ремонта деталей с открытыми поверхностными дефектами -  патент 2477208 (10.03.2013)
способ алюминотермитной сварки рельсов при отрицательных температурах -  патент 2464141 (20.10.2012)
способ ремонта металлоконструкций с открытыми поверхностными трещинами и устройство для его осуществления -  патент 2446932 (10.04.2012)
алюминотермитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья -  патент 2446928 (10.04.2012)
способ алюминотермитной сварки рельсов -  патент 2425741 (10.08.2011)
способ алюминотермитной сварки рельсов -  патент 2423213 (10.07.2011)
способ алюминотермитной сварки рельсов -  патент 2423212 (10.07.2011)
способ износостойкой наплавки -  патент 2399466 (20.09.2010)

Класс B23K35/24 выбор материалов для пайки или сварки

Наверх