Форма для термитной сварки труб

Форма для термитной сварки труб

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 49:li :,.. 35 .

ABT0III,ttOE СВИДЕТЕЛЬСТВО HA ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ формы для термитной "Жарки труб.

К авторскому свидетельству М. И. Фюнер, заявленному

2 ноября 1933 года (спр. о перв. ¹ 137029).

О выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 марта 1935 года.

При практических работах с термитной сваркой по способу обволакивания шлаком как в обыкновенных применявшихся ранее .формах, так и в формах по авторскому свидетельству ¹ 34895, выяснились недостатки односторонней заливки термитной массы, Дело в том, что при этом сторона трубы, с которой происходит заливка термитной массы, нагреваетфя больше противоположной стороны,, ::что влечет за собой искажение и во всяком случае ухудшение качества сварного стыка. При испытании и производственном освоении термитных сварок с формами согласно вышеупомянутому авторскому свидетельству, а .также после произведенного дальнейшего научно-технического анализа этого вопроса в целом, выяснилось, что даже в таких формах, в которых, в противоположность старым формам, струя термита значительно удалена от самой трубы и непосредственно не омывает трубу при очень высокой температуре (специально произведенные Лабораторией НЗЛ 16 февраля 1913 г. измерения дали в среднем цифры от 2100 до 2210 ), действие лучеиспускания струи на трубу настоль. ко сильно; что труба моментально нагревается односторонне и, естественно, всегда больше со стороны термитной струи. В целях устранения этого основ(481) ного недостатка настоящим изобретением предлагается форма, разу устраняющая все недостатки предыдущих форм и удовлетворяющая трем условиям:

1) достижение равномерной единовременной двусторонней заливки термитной массы (конечно, при горизонтальной сварке) по обеим сторонам трубы;

2) предотвращение действия лучеиспускани высокотемпературной струи термит мент его заливки на стык (что в естному перегреву, расстройс кажению стыка);

3) за самого стыка не сверху, а сниз и равномерное распределение вокруг него жидкой массы, поднимающейся плавно за счет „сифона" (напора жидкости из соседнего столба по закону сообщающихся сосудов) и, та- . ким образом, получение на именьшеф возможности соприкосновения термитного железа с металлом трубы в стыке или вблизи него лежащих местах.

На чертеже фиг. 1 —.25 изображают различные конструктивные выполнении, новой формы.

Один из вариантов осуществлении предлагаемого изобретения, удовлетво-. ряющий приведенным условиям, схема-. тически изображен на фиг. 1 в поперечном разрезе и на фиг. 2 — в продольном разрезе. Здесь струя термита 10 вы-. ливается прямо в центр горловиныформы и, разделяясь жолобом 2 — 3 на две одинаковых струи 9 по обоим бокам, предварительно стекает в самый низ формы, откуда уже термитная масса поднимается вверх, одновременно распространяясь вокруг и по оси трубы. 1 по стрелкам 11 и 12, причем для воздуха и газов, захваченных струей при выливании, обеспечен вполне свободный выход по стрелкам 13. Самая

-форма устроена, как обычно, из железных листов в виде боковых фасонных кожухов 4, уплотненных с каждого из торцев двумя плоскими (с вырезом для трубы) донышками б, соединяющимися

-лапками с боковыми кожухами 4. Снизу эти две половинки боковых кожухов могут быть соединены „замком", состоящим из согнутых „усов" б и сжимающего их движка 7, надвигаемого на усы б.

На фиг. 3 между усами б заложен .для плотности асбестовый или же дру-гого соответствующего уплотняющего .материала вкладыш 8, а кроме того .движок 7 имеет другую форму, так что на фиг. 3 в общем показан только .другой вариант замка, могущего, конечно, иметь и любое другое конструктивное выполнение. Самая внутренняя вставка 2 имеет цилиндрическую форму, концентрично или эксцентрично располоЖенную как к окружности трубы, так и к окружности наружного-, кожуха 4. Эта вставка 2, разделяющая пополам струю термита при залцвке в форму, может быть облицована шамотом или покрыта магнезитом, тальком и тому подобной любой изолирующей ее огнеупорной массоЯ 3, предохраняющей от пережога высокой температурой струи термита. Эксцентричное расположение

:вставки 2 и самого кожуха 4 формы по отношению к окружности трубы 1 дает соответствующее -увеличение в ерхнего объема по размеру 15, ббльшему, чем нижний объем ее по размеру 1б. Это необходимо, так как внизу сосредоточивается обычно больше тепла за счет того, что сначала свежая термитная масса подводится снизу, где она сразу же отдает наибольшее количество тепла трубе и сама охлаждается но мере своего подъема вверх, так что для равномерности передачи тепла по всей окружности стыка необходимо дать вверху больший объем. Это еще тем более важно, что внизу сосредоточивается термитное железо, имеющее ббльший удельный вес и, значит, содержащее больше тепла в меньшем его объеме и проводящее и отдающее вообще больше тепла в единицу времени. Соображения еще более равномерной передачи тепла по всей окружности стыка легли в основу другого варианта осуществления предлагаемого изобретения, представленного на фиг. 4 в поперечном разрезе и на фиг. 5 в продольном разрезе..

Здесь, дополнительно к сказанному выше, учитываются еще и те соображения, что заливка термита происходит сверху вниз снаружи вставки 2 двумя параллельными струями 9 и с обоих боков трубы, а далее термитная масса поднимается снизу вверх внутри вставки 2 опять таки двумя параллельными потоками по стрелкам 11 — 12 с обоих боков трубы, вследствие чего, естественно, бока трубы будут наиболее нагреваться. Чтобы несколько компенсировать и этот увеличенный нагрев боков трубы и распределить его еще более равномерно по всей окружности трубы, как самая форма, так и внутренняя вставка 2 — 3 видоизменены,— вытянуты в виде овала так, что с боков получаются еще меньшие объемы (соответственно определяемые разме- . ром 17), чем даже внизу формы (размер 1б). Таким образом, здесь получается такое соотношение объемов термитной массы с боков, внизу и вверху формы, что соответственно определяющие эти объемы размеры 17, 1б и 15 находятся в такой зависимости, что

17(16(15. В остальном все сказанное по фиг. 1, 2, 3 целиком относится и к фиг, 4, 5. На всех этих фигурах. цифровые обозначения имеют то же значение.

Вообще самый процесс выливания железа во всех прежних формах идет таким порядком, что сначала из тигля выливаются более легкие, плавающие вверху шлаки и с ними лишь небольшая часть железа, а затем выливается последнее железо, наиболее горячее и несущее основаиии всего вышеописанного, непо средственно ясно из чертежа. В остальном для этих форм является характерным, что в них вставка 2 распространяется на всю длину формы, что сделано с целью получения наибольшего сечения каналов для уменьшения сопротивления протеканию па ним струй 9; так как практика показала громадное значение, которое имеет при термитной сварке соответствующая скорость выливания. Благодаря такому устройству форм по фиг. 6 и 7 удается достигнуть настолько большого сечения канала, считая внизу у места выхода струй 9 на дно формы, что он практически уже не представляет никакого сопротивления течению струй 9 в форме и, значит, не искажает значения той или иной скорости выливания из тигля струи 10.

Далее здесь, как и в описанных уже выше вариантах осуществления предлагаемого изобретения, вставка 2 может быть выполнена из железа и покрыта огнеупорной массой для предупреждения ее пережога, причем, варьируя размеры 15, 1б и 17, можно достигнуть любого распределения тепла по всей окружности сечения стыка и добиться вполне равномерной передачи его во всех точках этой окружности в одинаковом количестве.

Этого не удавалось достигнуть до сего времени в старых формах, так как в них всегда получалось внизу формы более раннее начало нагрева, а значит и его конец, в то время, как вверху нагрев всегда начинался, а значит и кончался, позже. При таком положении в момент затяжки пресса и осадки стыка, конечно, нельзя было достигнуть, чтобы по всей окружности стыка в этот момент была одинаковая температура. Таким образом всегда получалось, что если вести затяжку пресса, ориентируясь на температуру верхней части стыка, то искажался процесс для нижней его части и наоборот.

Задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы достигнуть минимальной разности в температурах верха и низа стыка и осуществить совпадение их фаз нагрева не только по величине в данный отрезок времени, но и по в себе наибольшее количество и при том наиболее интенсивно передающегося, тепла. Когда последнее железо из тигля выливается в форму, то оно, проходя на дно формы, вторично нагревает шлаки на пути своего прохождения.

При этом естественно получается опять неравномерный местный усиленный нагрев стыка и, значит, возможность его дефектирования, и это тем более, что для всего железа в форме имеется очень короткий путь, ты что железо не успевает выравнять свою теплоту со шлаками (об этом будет сказано еще более подробно ниже). Кроме того, на своем пути прохождения, будучи во взвешенном состоянии, плавая и опускаясь с замедлением, в уже густеющих шлаках, это последнее термитное железо может „слизать шлак, обволакивающий соответствующее место на стыке, привариться к последнему и еще более серьезно дефектировать стык. В вариантах формы по фиг. 1, 2, 3, 4 и 5, предлагаемых настоящим изобретением, описанные недостатки полностью устраняются, так как тепло, выделяющееся из последнего термитного железа, во-первых, значительно меньше сказывается, так как здесь оно разбивается на две части, в соответствии с разделением всей струи 10 на две 9, и во-вторых, односторонняя передача тепла, сбоку непосредственно на стык предупреждается наличием вставки, которая к тому же полностью парализует всякую возможность механического соприкосновения этого термитного железа непосредственно со стыком.

- При дальнейшем практическом освоении новых изобретаемых форм для термитной сварки, в результате наблюдений и проделанного подробного научно-технического анализа, изобретатель пришел еще к одному варианту более рациональных внутренних вставок в термитных формах. Этот вариант представлен схематически на фиг. 6 в поперечном разрезе и на фиг. 7 одной половиной — в виде сбоку и другой половичой — в продольном разрезе. Здесь

see повторяюшиеся по прежним фигурам детали и проч. имеют те же цифрорые обозначения и значение их, на амому времени нагрева В, момент сварки и во время охлаждения. Этому требованию в большей или меньшей мере могут удовлетворять только вышеописанные сварочные формы.

Захваченный при выливании воздух и газы легко удаляются через специальные окна 6. Наконец, струераспределительный козырек 8 может быть выполнен в виде жолоба для осуществления принципа водослива и для получения равноколичественного распределения струи 10 на две струи, одинаковых по количеству стекающей в них жидкости.

При таком желобчатом струераспределителе толщины струй 9, условно обозначенные на фиг. 6 цифрами 18 и

19, должны быть равны между собой и при этом конечно получается одинаковая скорость заполненйя обеих половинок формы и, значит, наиболее правильная и качественная сварка. Так как огнеупорный жолобообразнь,й козырек 8 после нескольких сварок может заполниться застывшей термитной массой, то он выполняется сменным на соответствующем поддоне 7 или на опорах 12. В отдельных специальных случаях может, однако, оказаться желательным, сохранив все преимущества, описанного на фиг. 6 и 7 варианта данного изобретения, все же иметь переменную скорость выливания в зависимости от условий соответствующей сварки, т. е. не иметь струеразделительного устройства вддосливного типа.

Такой вариант осуществления данного изобретения и представлен на фиг. 8 в поперечном разрезе и на фиг. 9 одной половиной в виде сбоку и другой половиной в продольном разрезе. Все цифровые обозначения на этих двух фигурах имеют. то же значение, как и на всех предыдущих, так что в отношени этого варианта предлагаемого изобретения все ясно непосредственно из чертежа.

Здесь остается только добавить, что для предупреждения пережога боковых стенок 4, который может произойти при отбрасывании на них струй 9, можно применять специальные огнеупорные навесные козырьки 20.

Вставки и струе распределительные козырьки могут быть еще проще выцолнены отдельно в виде вкладных в форму фасонных деталей из огнеупорного материала (шамота,магнезита, талька, карбида и пр.). Этот вариант осуществления предлагаемого изобретения показан на фиг. 10 в поперечном разрезе и на фиг. 11 в продольном разрезе. Здесь также все описанные в предыдущих фигурах детали и части имеют те же цифровые обозначения. Исключение представляет собой лишь разделяющие форму две боковые огнеупорные вставки 7, расположенные под верхним, также огнеупорным, струеразделительным козырьком, так что между ними, естественно, образуются окна б для выхода воздуха и газов 18. Этот струеразделительный козырек 8, равно как и две боковые вставки 7 делаются вкладными и могут или опираться. наспециальные опоры 12 (отогнутые лапки, приваренные уголки или т. п.) ,.или же могут быть просто вдвинуты через соответствующие фасонные прорезы в обеих противоположных торцевых стенках б этой формы.

Описанные выше по фиг. 6, 7, 8, 9, 10 и 11 варианты осуществления предлагаемого изобретения отличаются крайней простотой и имеют громадные преимущества против применявшихся до сего времени термитных форм, заключающиеся еще и в том, что в них устраняются полностью все отрицательные явления гидравлики выливания из тигля в формы (одновременно жидкостей разного удельного веса — шлаков и железа), а также в них парализуется отрицательная. гидравлика в самой форме, так как в них до самого низа формы (т. е. места естественного разделения шлаков и железа) вся жидкость разводится по строго установленным руслам без всяких толчков, ударов и пр., так что омывание, а также и основной и самый ответственный процесс обволакивания стыка шлаком происходит здесь в высшей степени спокойно и надежно, без всякой опасности размывания или дефектирования шлаковой оболочки стыка, защищающей стык от привара термитного железа и пр. Кроме того, при применении форм по предлагаемому изобретению отпадает всякая необходимость в разного рода . промежуточных надставках или литниках для направления термита в надлежащие места формы, которые помимо общего осложнения и удорожания процесса сварки (хотя бы уже за счет лишних деталей) имеют еще и недостатки, заключающиеся в том, что:

1) они требуют предварительного разогрева, что часто делается за счет проливания через них вхолостую, т. е. не в форму, а просто в землю лишней порции термита;

2) они отнимают часть тепла у термита и потому вызывают увеличение порций;

3) они увеличивают путь, проходимый жидким термитом, усугубляя сказанное в п. 2;

4) они увеличивают габариты всего устройства для термитной сварки стыка и, следовательно, делают эту сварку в узких местах затруднительной,. а иногда и просто невозможной.

Все описанные выше варианты осуществления предлагаемого изобретения представляют собой отдельные переходные фазы на пути постепенного разделения термитной формы. При производственном освоении разнообразных, термитных сварок и при проведенных специальных экспериментах с описанными выше и другими формами и аналогичными приспособлениями, а также в результате более глубокого научнотехнического анализа всего вопроса термитной сварки в целом, изобретателю удалось сделать ряд весьма интересных наолюдений и выводов, часть из которых и приводится здесь в целях более рельефного обоснованияпоследующих предложений по настоящему изобретению, Установлено, например, что иногда поясок шлаковой оболочки стыка растрескивается в нескольких местах по окружности стыка и тогда через эти трещины проникает расплавленное- и еще не застывшее термитное. железо, которое и приваривается в этих местах к самому стыку, более или менее серьезно его при этом дефектируя (иногда вызывая местные пережоги металла, а иногда даже и прожигая трубу насквозь и проходя внутрь нее).

Растрескиванию этого шлакового защитного пояска даются разнообразные объяснения, из которых все же наиболее вероятными являются следующие: защищающий стык тонкий шлаковый поясок застывает (отвердевает) от непосредственного соприкосновения с металлом трубы, конечно, значительно раньше, чем находящиеся дальше от металла за шлаковым пояском шлаковая подушка и „железо-термитная подкова", при горизонтальной сварке и соответственно

„терм ито-шлаковые" и „железо-термитные кольца при вертикальной сварке.

Далее, при осадке прессом свариваемых кусков трубы, таковые в месте стыка (как в месте наибольшего нагрева) естественно расширяются, образуется выпуклость (местное утолщение с увеличенными диаметрами окружностей кольцевого поперечного сечения).

При этом внутренний диаметр за счет сопротивления в металле стенки трубы и наружного охвата стыка термитными шлаками и железом увеличивается всегда непропорционально наружному диаметру, вследствие чего получается некоторое утолщение стенки в месте сварки трубы. Это местное утолщение стенки за счет уменьшения самого указанного местного утолщения должно всегда рассматриваться - как положительное явление и к нему надо стремиться при рационализации процесса термитной сварки. Описанная выше „раздача" стыка в момент осадки прессом естественно влечет за собой разрыв и растрескивание в отдельных местах шлакового защитного пояска.

При этом. такое растрескивание пояска по сделанным наблюдениям при специально произведенном изучении этого вопроса совершенно различно для случая горизонтальной и вертикальной . сварки, а именно: а) для случая горизонтальной сварки (см. схему на фиг. 12 в продольном и на фиг. 13 в поперечном разрезе), например, оказалось, что во время нажима и осадки прессом и наружной раздачи при этом стыка 2. свариваемых труб 1 усилия и величины раздачи были примерно пропорциональны векторам 8, показанным на фиг. 13, При этом фактическая раздача и характер искажения стыка происходили по разному, как показано условно схематически на фиг, 14 и именно когда железо-термитная подкова, выходила выше горизонта 9 на фиг. 13; то этому примерно соответствовал характер раздачи и искажения стыка 2, показанный на фиг. 14 в ее левой половине и в месте П.- С другой стороны, когда при меньшей порции либо большей или другого расположения и устройства форме .железо-термитная подкова" выходила ниже, как показано в месте

10 на фиг. 13, то этому примерно соответствовал уже другой характер раздачи и искажения стыка 2,-показанный на фиг. 14 в ее правой половине и в месте 10.

Далее в большинстве проведенных опытных сварок оказалось, что растрескивание защитного шлакового пояска б происходило преимущественно в нижней его части, т. е. части, обращенной именно к „железо-термитной подкове" и притом чаще всего примерно в трех точках 12, Наконец, в ряде случаев это растрескивание в точках 12 было настолько сильно, что через образовавшиеся щели прошло столько расплавленного железа, что оно приварилось в этих местах к самому стыку, вызывая этим еще большее его дефектирование, а иногда и полную порчу его от пережога самой металлической стенки. Эти пережоги, исследованные под микроскопом, показали проникновение шлака (т. е. окисление кислородом -„шлаковые трещины") снаружи внутрь стенки трубы более или менее значительные, а иногда и сквозные; иногда наблюдались случаи полного. проникновения и расплавления стенки трубы, даже с прорывом внутрь ее расплавленного металла из железо-термитной подковы.

Все эти явления могут быть объяснены тем, что температурные фазы остывания „шлаковой подушки" и „железотермитной подковы" далеко не совпадают, благодаря чему в то время, как

„шлаковая подушка" уже затвердеет и иодобно камню (так сказать подковообразному штампу, наружной скобекалибру) сдерживает от дальнейшей раздачи прилегающую к ней часть окружности стыка, „железо-термитная подкова" находится еще частично в жидком или, во всяком случае, в тестообРазном состоянии и не оказывает дальнейшего сопротивления раздаче приле. гающей к ней части окружности стыка.

Благодаря этому последнему обстоятельству, как, показано схематически (и, конечно, лишь в принципе) на фиг. 14, нижняя часть окружности стыка в месте

11 или соответственно в месте 10 раздается черезмерно и настолько сильно, что разрывает защитный шлаковый поясок 2 со всеми проистекающими отсюда и описанными уже выше вредными последствиями для конечного качества сварного стыка. б) для случая вертикальной сварки даже в старой простой, состоящей из двух половинок 4 и 5 цилиндрической форме (см. на фиг. 15 в продольном разрезе; на фиг. 16 в поперечном разрезе нижней части по а — b и на фиг.17 в поперечном разрезе верхней части по с — d). Оказалось, что дело обстоит значительно лучше, так как здесь при осадке прессом хотя и происходит более значительное выпучивание нижней части трубы под стыком и образование так называемой „груши" и зоне ее окружения железо-термитньи кольцом 7за счет описанного выше явления несовпадения температурных фаз железного кольца 7 и шлакового 8 и нахождения железного кольца 7 частично еще в жидком или тестообразном состоянии, но благодаря тому, что здесь в противоположность горизонтальной сварке, это не оказывающее достаточного сопротивления своему растяжению кольцо 7 охватывает ci ык и равномерно растягивается по всей окружности, то искажение стыка происходит здесь только по его оси (образование „груши"), а в поперечном сечении, как видно из фиг. 16, происходит все же более или менее концентричная раздача стыка с усилиями по величине раздачи пропорционально векторам 8, имеющим почтН одина-. ковую величину радиусов соответствующих окружностей. Правда в сечении по а — Ь(фиг. 16) эта окружность векторов 3 и самая раздача значительно больше, чем в сечении с — d (фйг. 17), где крепкое застывшее наружное шлаковое кольцо 8 является прекрасным калибром для получения вполне концентричного сечейия при раздаче стыка в момент его осадки термитным прессом,.

Кром& тог6, наблюдения показали еще, что при вертикальной сварке защитный шлаковый поясок 6 хотя и трескается, но так как благодаря обхвату его по всей окружности текучим эластичным железо-термитным кольцом 7, он растягивается выше своего разрывного сопротивления по всей своей периферии, то эти трещины 12 образуются здесь в гораздо ббльшем количестве, однако, сами они имеют значительно меньшие размеры и более или менее равномерное распределение по всей периферии пояска б.

В результате этого, при вертикальной сварке, если и проходит в трещины

12 жидкое текучее термитное железо, то оно здесь, встречает значительно ббльшее сопротивление благодаря узости трещины и относительной густоте железа и потому его проникновение до самой трубы и приварка к ней значительно затруднены.

Для большей ясности вышеизложенного остается еще разъяснить, почему железо:термитная >тодкова 7 в случае горизонтальной сварки, равно как и все железо-термитное кольцо 7, в случае вертикальной сварки остаются более горячими, эластичными и податливыми в момент осадки прессом. Как уже говорилось выше, при выливании термита в форму при температуре струи 2100 и более, железо, как имеющее меньшую температуру плавления, чем шлаки, всегда находится в состоянии, более перегретом, чем шлаки, почему естественно на свое затвердевание оно и требует большего количества времени.

Поэтому, вообще, как правило, при

-термитной- сварке. фазы консистентного состояния железа и шлаков никогда не могут совпадать.

Это усугубляется еще и тем обстоятельством, что железо, как более тяжелое, попадает из тигля в форму всегда после шлака и, следовательно, запаздывание в его остывании и затвердевании еще более возрастает. Правда, проходя на дно формы через расплавленные шлаки более перегретым и в момент выливания в форму после шлаков более горячим чем они, железо. отдает значительную часть своего тепла шлакам, выравниваясь несколько с ними

Ф теплосодержанием, йо при сравнительнд небольшом пути в шлаках это обстоятельство все же не разрешает вопроса до конца.

На описанное явление обращается особое внимание, так как его необходимо всегда иметь в виду при выборе термитных форм, в которых всегда надлежит добиваться не только про хождения железа через шлаки, -но и -максимального путй этого прохождения и самого равномерного распределения железа во всем объеме уже вылитых шлаков в момент прохождения через ни х на дно формы.

Из сказанного выше ясно, что предлагаемое настоящим изобретением частичное или полное разделение термитной формы полностью удовлетворит этому основному требованию теплорасхода и высокой качественности термитного стыка.

С другой стороны, во всех случаях термитной сварки в описанных формах процесс нагрева трубного стыка происходит снаружи вйутрь. Для обеспечения движения тепла от одного тела к дру.гому необходима разность их тепловых потенциалов. При этом переход тепла происходит тем скорее, чем больше эта разность, а так кзк при процессе термитной сварки необходимо нагреть стык до сварочного жара в несколько секунд, то здесь для нагревающего тела — термитного железа 7 всегда должна быть обеспечена значительно ббльшая чемпература, чем для нагреваемого стыка 2 трубы 1, так что железо трубы 1 и стыка 4 в момент их осадки прессом всегда имеет меньшую температуру, чем железо-термитная подкова или кольцо 7.

Отсюда уже непосредственно следует металлургически оправдывающийся вывод, что при более низкой температуре (порядка нескольких сот градусов) железо стыка 1 — 2 всегда будет иметь большее разрывное сопротивление и предел текучести, чем термитное железо

7 и, наоборот, меньшее чем, у последнего относительн е удлинение H относительное сжатие. Иными словами железо стыка 1 — 2 всегда будет крепче и жестче, чем термитное железо 7, и, значит, при осадке прессом последнее, как в виде железо-термитной подковы 7, так и в виде железо-термитного кольца

7 всегда будет разгибаться или соответственно растягиваться от раздачи самого стыка.

Углубляясь все далее в научно-исследовательское и экспериментальное изучение вопроса термитной сварки на основании вышеуказанного анализа различного поведения в форме и во время процесса сварки термитных шлаков и железа, естественно притти к предположению, что самым рациональным способом термитной сварки была бы сварка либо одними термитными шлаками, либо одним термитным железом. С этой целью изобретателем был проделан целый ряд экспериментов, которые имели целью доказать все изложенные выше соображения относительно более быстрого застывания термигных шлаков и влияния застывшей термитной шлаковой подушки или термитно-шлакового кольца на стык. Проделанные опыты сварки одними термитными шлаками полностью доказали правильность всех вышеизложенных рассуждений по фиг. 12,13, 14, i5, 16 и 17 в отношении специфичности действия на трубный стык шлаковой подушки или кольца в отличие от железо-термитной подковы или железо-термитного кольца.

Вертикальная сварка, произведенная одними термитными шлаками, дала полную калибровку стыка по окружности, вполне концентричной с сечением самой трубы. С другой стороны эти же попытки сварки одними термитными шлаками не увенчались успехом в смысле провара стыка, -так как при этом, очевидно, не хватало концентрации тепла в определенном объеме жидкой массы, выливаемой в форму. Никакой перегрев шлаков и увеличение порции не помогли в этом вопросе, так как здесь получается только ббльший объем юлаков, но не ббльшее количество теплоты в данном объеме формы. Точно так же попытка сварки одним термитным железом (хотя на основании анализа вопроса, изложенного выше по фиг. 12 — 17 такая сварка не имеет практического интереса в перспективе, TBK как железо-термитная подкова или железо-термитное кольцо, растягиваясь, иска кают стык н не дайт необходимого качества сварки) не имела успеха в виду того, что необходимое предшествующее этим опеоациям выливание шлаков и необходимость иметь ббльший объем железа, выливаемого последовательно за,шлаками, приводила его к чрежде временному остыванию и нехватке в самой форме тепла, необходимого для полного провара стыка.

Таким образом, этими экспериментами хотя и не была достигнута поста вленная цель, но все же удалось практически исчерпывающе доказать правильность вышеуказанной теории термитной сварки, по которой необходимым фактором является прохождение расплавленного железа через ранее налитые в форму расплавленные шлаки с целью наружного выравнивания тепла.

Очевидно, что только при таком протекании процесса можно достигнуть максимальной концентрации тепла у стыка и его теплопередачи стыку в минимальные сроки, исчисляемые секундами.

Углубляясь в изыскания по рационализации термитной сварки, были сделаны попытки провести сварку стыков при помощи расплавленного карбида, которые оказались аналогичными с неудачной сваркой чистыми шлаками и также привели к отрйцательным результатам, хотя при этом тоже получался весьма хороший профиль (полная калибровка и полная концентричность поперечного сечения стыка), но и в этом случае, так же как при пробе сварки чистыми шлаками, недостигался провар. стыка, даже и в случае крайнего перегрева карбидной массы.

На основании этих экспериментов изобретатель вывел такой закон сварки расплавленными массами: металл может свариваться расплавленными массами, нагревающими его снаружи, только в том случае, если эти массы в расплавленном и перегретом состоянии допускают такую аккумуляцию в себе тепла, что положенный в них кусок металла сразу же расплавляется.

Попытка забрасывать кусок железа в тигель, в котором происходит реакция, не показательна, так как в тигле, в котором происходит реакцйя, йе находятся только шлаки, а наоборот, термитная масса, которая представляет собой переходящий шлак в находящемся в нем во взвешенном состоянии термитном железе. Попытка же расплавить кусок железа в расплавленном и перегретом карбиде или в термитных шлаках, расплавленных и вылитых в другой тигель, дала отрицательные результать;, и на основании приведенного выше закона можно с полной определенностью сказать, что производить сварку одними шлаками или расплавленным карбидом не представляется возможным и при разрешении задачи производства сварки расплавлением какой-либо массы надо найти такую массу, которая в расплавленном и перегретом состоянии давала бы возможность большей аккумуляции в себе. тепла.

Только что изложейное здесь доказало отсутствие перспектив на удачное решение вопроса при всяком отходе от термита и попытках изменения массы для сварки при помощи обволакивания шлаками и наружного нагрева. Кроме того, работами изобретателя была установлена определенная линия дальнейшей рационализации термитной сварки труб, не допускающей никаких отклонений в сторону внешних исканий, а предопределяемая строгим научным анализом всех мельчайших особенностей и подробностей процесса и логическими, выводами из сделанных. наблюдений и специально проведенных экспериментов.

Все это привело еще к одному существенному выводу в отношении химизма процесса контактной сварки со всяким внешним нагревом стыка, будь то электрическим током или какаю.либо расплавленною массою, в том числе и термитом. Основным и наиболее суще..ственным недостатком всякой контактной стыковой сварки вообще, и термитной в особенности, является местный .пережог отдельных частей стыка и именио с металлургической точки зрения

„пережог", а не „перегрев". Перегрев вообще совершенно не опасен для надежности произведенной сварки, так. как он легко уничтожается последующей термообработкой, могущей быть включенной в процесс всякой сварки, как вторичная операция. Совсем ййаче обстоит дело с пережогом, так как он иногда настолько дефектирует стык, что делает его совершенно негодным.

Разберем причины возможного пережога и методы его предупреждения.

Основным фактором для появления пережога металла, как известно из металлургии, является повышение температуры свыше известного предела при наличии кислорода, который при высоких температурах окисляет железо с поверхности, вызывая поверхностные трещины. Пере>ког, проникающий с поверхности внутрь металла, объясняется тем, что явление окисления при высоких температурах может продол>каться вглубь металла на какую угодно величину и может даже насквозь окислить металл. При контактной стыковой электросварке сопротивлением, отличаю щейся от термитной сварки только методом нагрева электрическим током-,. дело обстоит не лучше, так как стык окружен в избытке воздухом и при температуре разогрева стыка до сварочного >кара кислород, окружающий этот стык, жадно соединяется с железом, и всегда наблюдается настолько значительное ошлакованье всей поверхности стыка, что капли расплавленного

- шлака (окисленного кислородом воздуха железа) стекают со стыка. Для предупреждения пережога в этом случае и вообще для получения более качественного стыка при такой электросварке применяется защита газами (водородом или азотом), не имеющими в себе кислорода и, таким образом, не дающими возможности окисления стыка, при высокой температуре сварки. Но такая газовая защита усложняет процесс сварки, а поэтому не везде может быть применима, и действительно применяется в сравнительно редких случаях, Что касается термитной сварки, то она имеет значительные преимущества перед контактной стыковой электросваркой сопротивлением, так как при термитной сварке отсутствует кислород воздуха, непосредственно окружающий стык при электросварке сопротивлением, но все же и при . термитной сварке кислород может проникнуть к месту стыка из самой расплавленной

10 гермитйой массы, в которой он может находиться благодаря увлечению струей термита при выливании из тигля в форму воздуха, содержащего кислород, равно как и образоваться во время реакции в тигле совместно или за счет других газообразных продуктов при горении термита в тигле. Наконец, в виду того, что термит, как известно, состоит из смеси порошка алюминия с различными окислами — закись и перекись железа (железная окалина), то в зависимости от той или другой шихтовки самого термитного порошка в нем может быть избыток кислорода уже в его химическом составе (так сказать, за счет излишнего количества окалины). При тех или других физико-химических условиях, в которых расплавленная термитная масса находится при высокой температуре в форме, этот кислород может оказаться в избытке и в свободном

- состоянии и при высокой температуре термитная масса, соприкасаясь со стыком, может вызвать местный или полный его, пережог. При этом такое окислительное действие кислорода, находящегося в расплавленной массе, на термитный стык происходит главным образом тогда, когда этот стык обнажается от защищающего .его и уже затвердевшего на нем защитного шлакового пояска б, что происходит в соответствии со сказанным по поводу фиг. 12 — 17, именно тогда, когда этот поясок трескается и обнаженный металл стыка приходит в соприкосновение при высокой температуре с расплавленной термитной массой, содержащей в себе кислород. Сделанные наблюдения показали, что имеет наибольшее количество свободного кислорода и вообще оказывает наибольшее окисляюще действие содержащееся в термитной массе расплавленное железо, а не .шлак.

Объясняется это, очевидно, тем, что шлак является продуктом уже законченной реакции, в то время как термитное .железо, отделяющееся от термитного шлака в форме только по удельному весу, всегда содержит в себе наибольшее количество пузырей газов

- а также ббльшей по удельному весу, чем шлак, железной окалины, имеющей в себе избыток кислорода. Стоит только разрезать шлако-термйтную йодушку или железо-термитную подкову или соответственно при вертикальной сварке шлако- и железо-термитное кольцо, чтобы убедиться в большом количестве газов (термитное железо имеет обычно ноздреватый вид в роде пемзы) и свободной окалины, находящихся в термитном железе.

Этим подтверждаются все вышеприведенные рассуждения