Технические науки

Металлургия

Жигуц Ю.Ю., Cкиба Ю.Ю., Марушка В.В.

Ужгородський національний університет, Україна

МЕТАЛОТЕРМІЧНИЙ РЕАКТОР ДЛЯ ТЕРМІТНОГО ЗВАРЮВАННЯ ВИСОКОМАРГАНЦЕВИХ СТАЛЕЙ

Вступ. Аналіз способів отримання заготовок з високолегованих сталей виявив проблему, яка полягала у необхідності організації способу зварювання, який би поєднував у своєму технологічному циклі пізнє модифікування термітної сталі і при економії легуючих матеріалів дозволив би отримувати надійне якісне з’єднання деталей з високомарганцевих сталей.

Матеріали і методика проведення експерименту. Для визначення маси металевого зливка з шихти на першому етапі дослідження були проведені мікроплавлення при масі шихти 250–300 г у металевому тиглі діаметром 80 мм з різним процентним співвідношенням компонентів у екзотермічній суміші. Під час проведення роботи були використані матеріали: сажа ацетиленова (технічний вуглець ТУ 14-7-24-80), порошок алюмінієвий ПА-3–ПА-4 ГОСТ6058-73 та ін. Порошкова шихта просушувалася, перемішувалася, розміщувалася у металотермічному реакторі і після цього ущільнювалася. У подальшому теоретичні розрахунки перевірялися при проведенні експериментальних мікроплавлень [1-3]. Проведена корекція хімічного складу шихти дозволила провести зварювання заготовок у дослідно-промислових умовах [4].

Конструктивна розробка. Існуючі технології термітного зварювання використовують однокамерні конструкції металотермічного реактора, які мають характерні і суттєві недоліки. Складність організації термітного зварювання високомарганцевих сталей полягає і в тому, що випалювання феромарганцю впливає безпосередньо на хімічний склад матеріалу шва і це потрібно враховувати у методиці розрахунку шихти [1].

Поставлена проблема була вирішена при поєднанні двох технологій – термітного зварювання і модифікування у порожнині форми за рахунок спеціальної конструкції металотермічного реактора. Запропонована конструкція металотермічного реактора (див. рис.) дозволяє отримувати рідку сталь для зварювання за рахунок алюмінотермічної реакції, а лігатуру вводити після завершення процесу утворення термітного металу при мінімальному випалі легуючих елементів.

Рис. 2. Схема проведення зварювання заготовок з високомарганцевої сталі, де 1, 2 – сталеві плити з 110Г12Л товщиною 20 мм, 3 – вертикальний ливарний канал, 4 – верхня камера, 5 – пластина, 6 – нижня камера, 7 – пінополіуретанова прокладка, 8 – стержень з отвором, 9 – отвір, 10 – двокамерний реактор, 11 – опока, 12 – формувальна суміш, 13 – термітна суміш

Плити 1 і 2 (рис.) заформовували у піщано-глиняну суміш 12, при цьому щілина між ними шириною 10 мм заповнювалася пінополіуретаном 7. Плити 1, 2 і поліуретанова прокладка 7 прикривалися опокою з формувальною сумішшю 11. У верхній напівформі передбачався канал 9, на якому встановлювався двокамерний реактор 10, а у формувальній суміші передбачався отвір 9, через який подавалося полум'я газового пальника, для пропалювання пінополіуретанової прокладки 7, розжарювання торців плит 1 і 2 та прогрівання порожнини термітного зварювання. Після завершення операції прожарювання у камеру 6 закладалася лігатура і стержень 8 з отвором, який перекривався тонкою пластиною зі сталі. Після цього у камеру 4 засипалася суміш терміту 13. Приблизно через 20–25 секунд після початку технологічної операції горіння пластина 5 пропалювалася термітною сталлю, яка виливалася у камеру 6, розчиняючи на своєму шляху лігатуру і модифікатори, а далі стікала у канал 3 і у порожнину зварювання 7. Шар на торцях плит 1 та 2 відновлювався розплавом сталі. Плити міцно приварювалися одна до одної у процесі їх оплавлення перегрітою сталлю і її твердіння.

Проведені експериментальні роботи дали можливість розробити не тільки технологію термітного зварювання легованих сталей, але і конструкцію металотермічного реактора, які при економії легуючих елементів дозволяють отримувати якісний зварюваний шов. За аналогічною методикою проведено було плавлення і зварювання двох сталевих заготовок зі сталі 110Г12Л за допомогою термітного зварюванні з отриманням відмінних результатів.

Висновки. Запропонована технологія дозволяє проводити зварювання високолегованих сталевих заготовок із отриманням міцного зварного шву, крім цього вона придатна і для синтезу високолегованих сталей термітним способом при отриманні виливків.

Література:

1. Жигуц Ю., Широков В. Методика розрахунку складу екзотермічних шихт на основі термохімічного аналізу// Машинознавство. − Львів. − 2005. − №4. − С. 48−50.

2. Патент України №253051 А МПК: 7В22С9/08 Спосіб термітного зварювання чавунів//Ю.Ю. Жигуц, Ю.Ю. Скиба. Опубл. 15.01.2003; − Бюл. №1.

3. Патент №2001106813. Екзотермічна суміш для живлення виливків з високолегованих сталей/Жигуц Ю.Ю. Бюл. №9, 2002.

4. Жигуц Ю.Ю. Термітне зварювання високомарганцевих сталей// Информационно-технический журнал „Сварщик”. К:. Институт электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины. –Из-во «Аврора Принт», − 2007. − № 5. C. 14-16.