RU2686165C1

RU2686165C1 - Thermite rod for producing melt in crucible-mold for thermite welding of electrochemical protection wires to pipelines

Info

Publication number: RU2686165C1
Application number: RU2018121559A
Authority: RU
Inventors: Павел Владимирович Казакевич; Сергей Иванович Чесноков
Original assignee: Павел Владимирович Казакевич; Сергей Иванович Чесноков
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2019-04-24

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: thermite rod relates to welding of metals by melting, namely, to devices for production of melt in crucible-mold for thermite welding and can be used for welding of copper leads of electrochemical protection to main pipelines. Thermal rod for melt production in crucible-mold is formed by cold pressing of thermite mixture. In lower part it has layer with thickness of 1 to 3 mm, containing metal powder with melting point from 230 °C to 1,600 °C in amount of 90–99 wt%. As metal powder said layer contains copper powder or iron powder, or tin powder.EFFECT: invention provides accurate prediction of temperature and time mode of combustion, which makes it possible to expand range of thermite mixtures for welding wires of electrochemical protection to pipelines.4 cl, 1 dwg

Description

Устройство относится к сварке металлов плавлением, а именно, к устройствам для получения расплава в тигель-форме для термитной приварки проводов электрохимзащиты к трубопроводам и может применяться при приварке медных выводов электрохимической защиты к магистральным трубопроводам.The device relates to the welding of metals by fusion, namely, to devices for producing a melt in a crucible-form for thermite welding of electrochemical protection wires to pipelines and can be used when welding copper leads of electrochemical protection to main pipelines.

На сегодняшний день для приварки провода электрохимической защиты к магистральному трубопроводу широко применяются медные термитные смеси в форме порошка, засыпаемого в многоразовые разборные графитовые тигель-формы.Nowadays, copper thermite mixtures in the form of powder, which is poured into reusable collapsible graphite crucibles, are widely used for welding electrochemical protection wires to the main pipeline.

В ходе хранения и применения термитной смеси в форме порошка происходит ее покомпонентное расслоение, при котором алюминий поднимается наверх. Даже в случае тщательно перемешанных компонентов при насыпке смеси из мерного стакана наблюдается неравномерное распределение компонентов смеси по объему тигель-формы, что приводит к изменению скорости горения, образованию выплесков расплава из тигель-формы и, как следствие, к значительному снижению качества приварки. В случае некачественного первоначального перемешивания смеси качество приварки зачастую оказывается совсем неприемлемым. Кроме того, при закладке и неравномерной трамбовке порошка в тигель-форме образуются участки пониженной плотности, прогорание которых приводит к выплескам расплава из тигель-формы. During storage and use of a thermite mixture in the form of a powder, its component-wise separation occurs, in which aluminum rises to the top. Even in the case of thoroughly mixed components when filling the mixture from a measuring glass, there is an uneven distribution of the components of the mixture throughout the crucible-form, which leads to a change in the burning rate, the formation of melt splashes from the crucible-shape and, as a result, a significant reduction in the quality of welding. In case of poor-quality mixing of the mixture, the quality of welding is often completely unacceptable. In addition, when laying and uneven tamping of the powder in the crucible form, areas of lower density are formed, the burning of which leads to melt splashes from the crucible form.

Также известны медные термитные смеси, герметично упакованные в бумажную цилиндрическую оболочку (паяльно-сварочные стержни), а также медные термитные смеси, спрессованные на клеевой основе в карандаши (термокарандаши).Also known are copper thermite mixtures, hermetically packed into a paper cylindrical shell (solder-welding rods), as well as copper thermite mixtures pressed on a glue base into pencils (thermocouples).

Так, известна термитная смесь, сформованная в цилиндрический термитный стержень с оболочкой по патенту РФ на полезную модель №44575 от 11.11.2004 «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИТНОЙ ПРИВАРКИ КАТОДНОГО МЕДНОГО ПРОВОДА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА», опубликован 27.03.2005, МПК B23K 23/00.Thus, a thermite mixture is formed, which was molded into a cylindrical thermite rod with a shell according to the RF patent for utility model No. 44575 of 11.11.2004 “A DEVICE FOR THERMAL WELDING OF CATHODE COPPER WIRE ELECTROCHEMICAL PROTECTION OF THE MAIN PIPELINE”, issued on March 27, 2005, published, 2005, 2005, published, 2005, 2003, known, 2004, known

Наиболее близкой по технической сути является термитная смесь, сформованная в виде цельного уплотненного заряда, содержащего в верхней части слой легковоспламеняемого переходного заряда по патенту РФ на изобретение №2323075 от 16.12.2005 «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИТНОЙ ПРИВАРКИ ВЫВОДОВ ЭЛЕКТРОХИМЗАЩИТЫ К МАГИСТРАЛЬНЫМ ТРУБОПРОВОДАМ» опубликован 27.04.2008, МПК B23K 23/00.The closest in technical essence is a thermite mixture, formed in the form of a solid compacted charge, containing in the upper part a layer of flammable transitional charge in accordance with the Russian patent for invention No. 2327575 of December 16, 2005 "DEVICE FOR TERMIT WELDING ELECTROCHEMICAL SECURITY PROTECTION TO HOMESTILE HOMELES. , IPC B23K 23/00.

Применение клея для прессовки изменяет процессы газообразования при горении, снижает равномерность прогорания, и, как следствие, снижает качество приварки. The use of glue for pressing changes the processes of gas formation during combustion, reduces the uniformity of burning, and, as a result, reduces the quality of welding.

Задачей предлагаемого технического решения является создание термитного стержня с высокоточно прогнозируемыми температурным и временным режимами горения, обеспечивающего качественную приварку провода электрохимической защиты к магистральному трубопроводу без применения дополнительных закладных элементов.The objective of the proposed technical solution is the creation of a thermite rod with highly accurate predicted temperature and time burning regimes, providing high-quality welding of the electrochemical protection wire to the main pipeline without the use of additional embedded elements.

Поставленная задача решена за счет термитного стержня для получения расплава в тигель-форме для термитной приварки проводов электрохимзащиты к трубопроводам, сформированного холодным прессованием термитной смеси, при этом в нижней части он имеет слой, толщиной от 1 до 3 мм, содержащий металлический порошок с температурой плавления от 230 °C до 1600 °C в количестве 90 – 99 мас.%; в качестве металлического порошка слой содержит порошок меди или порошок железа, или порошок олова.The task is solved by a thermite rod to obtain a melt in a crucible-shape for thermite welding of electrochemical wires to pipelines, formed by cold pressing of a thermite mixture, while in the lower part it has a layer with a thickness of 1 to 3 mm containing metal powder with a melting point from 230 ° C to 1600 ° C in the amount of 90 - 99 wt.%; as a metal powder, the layer contains copper powder or iron powder, or tin powder.

Суть технического решения иллюстрирована чертежом, где на фиг.1 – термитный стержень для приварки проводов электрохимзащиты к трубопроводам.The essence of the technical solution is illustrated in the drawing, where in Fig. 1 there is a thermite rod for welding electrochemical protection wires to pipelines.

На фиг. 1 изображены: термитный стержень 1, нижний слой 2 с повышенным содержанием металла.FIG. 1 shows: thermite rod 1, bottom layer 2 with a high metal content.

Термитный стержень 1 для получения расплава в тигель-форме для термитной приварки проводов электрохимзащиты к трубопроводам выполнен цилиндрической формы преимущественно из термитной смеси. Состав термитной смеси включает Al, Cu, CuO, и FeMn, а также другие компоненты, необходимые для регулировки режима горения. Термитная смесь сформирована в жесткий стержень 1 холодным прессованием при помощи гидравлического пресса без использования клеевого состава. Формование смеси в термитный стержень 1 происходит под давлением от 20МПа до 50МПа. В нижней части термитного стержня 1 сформирован слой 2 из порошкового материала с температурой плавления от 230 °C до 1600 °C. Обеспечение расчетной температуры плавления нижнего слоя 2 достигается использованием порошкового материала с повышенным, относительно остального брикета, массовым содержанием металла. В качестве металлического наполнителя для нижнего слоя может применяться, например, оловянная, медная или железная крошка. Так, в случае использования меди, ее массовое содержание в нижнем слое 2 стержня 1 составляет от 90% до 99%. В таком случае, нижний слой 1 с повышенным содержанием меди может быть сформован из медной крошки, либо из смеси медной крошки и другого тугоплавкого компонента, либо из крошки материала с высоким содержанием меди. Нижний слой 2 выполнен толщиной от 1 до 3 мм. Толщина слоя 2 и его состав подбираются в зависимости от предполагаемого теплового режима прогорания термитного стержня 1.Thermite rod 1 for melting in a crucible-form for thermite welding of electrochemical protection wires to pipelines is made of a cylindrical form mainly of thermite mixture. The composition of thermite mixture includes Al, Cu, CuO, and FeMn, as well as other components necessary to adjust the combustion mode. Thermite mixture is formed into a rigid rod 1 by cold pressing using a hydraulic press without using an adhesive composition. The molding of the mixture in thermite rod 1 occurs under pressure from 20 MPa to 50 MPa. In the lower part of thermite rod 1, a layer 2 of powder material is formed with a melting point of 230 ° C to 1600 ° C. Ensuring the estimated melting point of the lower layer 2 is achieved by using a powder material with a higher, relative to the rest of the briquette, the mass content of the metal. For example, tin, copper or iron chips can be used as a metal filler for the lower layer. So, in the case of copper, its mass content in the lower layer 2 of the rod 1 is from 90% to 99%. In this case, the lower layer 1 with a higher copper content can be formed from copper chips, or from a mixture of copper chips and another refractory component, or from a crumb of a material with high copper content. The bottom layer 2 is made from 1 to 3 mm thick. The thickness of the layer 2 and its composition are selected depending on the expected thermal mode of burning of the thermite rod 1.

Формирование термитного стержня осуществляют следующим образом.The formation of thermite rod is as follows.

В матрицу для пресса засыпают термитный порошок, предварительно тщательно перемешанный. Сверху на термитную смесь засыпают порошок с высоким содержанием металла в расчетном количестве. После чего матрицу размещают в гидравлическом прессе и подвергают смесь высокому давлению. Прессуют термитную смесь в сухом состоянии. На выходе получают готовый плотный брикет термитного стержня 1 с отличающимся по составу нижним слоем 2, равномерно распределёнными по объему компонентами, гарантированным отсутствием участков с низкой плотностью, а также отсутствием загрязняющих состав компонентов, не участвующих в процессе горения. Thermite powder, pre-mixed thoroughly, is poured into the press matrix. On top of the thermite mixture pour powder with a high metal content in the calculated amount. After that, the matrix is placed in a hydraulic press and the mixture is subjected to high pressure. Press thermite mixture in a dry state. At the exit, a ready-made dense briquette of thermite rod 1 with a lower layer 2 differing in composition, components uniformly distributed in volume, guaranteed by the absence of low-density sections, and by the absence of polluting components not participating in the combustion process is obtained.

Приварку с помощью термитного стержня осуществляют следующим образом.Welding using thermite rod is as follows.

Сформированный термитный стержень 1 помещают в стандартную многоразовую тигель-форму, располагая его вниз слоем 2 с повышенным содержанием металла. Воспламенение термитного стержня 1 осуществляют стандартными средствами, например, термоспичкой. Скорость горения термитного стержня 1, сформованного прессованием под давлением, кратно превосходит скорость горения порошка. Отсутствие полостей внутри сформованной под давлением термитной смеси обеспечивает стабильность ее горения без выплесков. При этом повышение скорости горения термитной смеси приводит к формированию большого количества пор, поскольку на привариваемую поверхность выливался кипящий расплав вперемешку с облоем. Слой 2 с повышенным содержанием металла, расплавляясь, замедляет скорость горения на конечной стадии, обеспечивая условие разделения расплава и шлака, что оптимизирует режим и улучшает качество приварки. Применение в термитном стержне 1 слоя 2 с повышенным содержанием металла, например, меди, позволяет избежать применения дополнительных закладных элементов, например, металлических мембран. Варьируя толщину слоя с повышенным содержанием металла и его состав, обеспечивают оптимальный режим догорания термитного стержня 1. Таким образом, сформованный при помощи давления брикет термитного стержня 1, включающий слой с повышенным, относительно остального брикета, процентным содержанием металла, обладает хорошо прогнозируемыми характеристиками горения и позволяет минимизировать влияние человеческого фактора при подготовке и непосредственной приварке провода.The formed thermite rod 1 is placed in a standard reusable crucible-shape, placing it downward with a layer 2 with an increased metal content. The ignition of thermite rod 1 is carried out by standard means, for example, a thermo match. The burning rate of thermite rod 1, molded by pressing under pressure, is a multiple of the burning rate of the powder. The absence of cavities inside the thermite mixture formed under pressure ensures the stability of its combustion without spills. At the same time, an increase in the burning rate of the thermite mixture leads to the formation of a large number of pores, since boiling melt mixed with a flash poured onto the surface to be welded. The layer 2 with a high content of metal, melting, slows down the burning rate at the final stage, providing the condition for the separation of the melt and slag, which optimizes the mode and improves the quality of welding. The use of layer 2 in a thermite rod 1 with a higher content of metal, for example, copper, avoids the use of additional embedded elements, for example, metal membranes. Varying the thickness of the layer with a high content of metal and its composition, provide the optimal mode of burning out of thermite rod 1. Thus, the briquette of thermite rod 1 formed with the help of pressure, including a layer with an increased percentage of metal relative to the rest of the briquette, has well-predicted burning characteristics and allows to minimize the influence of the human factor in the preparation and direct welding of the wire.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является расширение арсенала термитных смесей для приварки проводов электрохимзащиты к трубопроводам с высокоточно прогнозируемыми температурным и временным режимами горения за счет термитного стержня для получения расплава в тигель-форме для термитной приварки проводов электрохимзащиты к трубопроводам, сформированного холодным прессованием термитной смеси, при этом в нижней части он имеет слой, толщиной от 1 до 3 мм, содержащий металлический порошок с температурой плавления от 230 °C до 1600 °C в количестве 90 – 99 мас.%; в качестве металлического порошка слой содержит порошок меди или порошок железа, или порошок олова.The technical result of the proposed technical solution is the expansion of the arsenal of thermite mixtures for welding electrochemical protection wires to pipelines with high-precision predicted temperature and time burning modes due to a thermite rod to produce a melt in crucible form for thermite welding of electrochemical protection wires to pipelines formed by cold pressing thermite mixture this in the lower part it has a layer, with a thickness of 1 to 3 mm, containing a metal powder with a melting temperature tions from 230 ° C to 1600 ° C in an amount of 90 - 99 wt.%; as a metal powder, the layer contains copper powder or iron powder, or tin powder.

Claims

1. A thermal rod for melting in a crucible form for thermite welding of electrical protection wires to pipelines, characterized in that it is formed by cold pressing of a thermite mixture, while in the lower part it has a layer with a thickness of 1 to 3 mm containing metal powder melting point from 230 ° C to 1600 ° C in an amount of 90–99 wt.%.

2. The rod according to claim 1, characterized in that as the metal powder layer contains copper powder.

3. The rod according to claim 1, characterized in that the layer contains iron powder as a metal powder.

4. The rod according to claim 1, characterized in that the layer contains tin powder as a metal powder.