RU2723309C1 - Composition for protection of surface against sticking of splashes of molten metal and coating based thereon - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: inventions can be used in semi-automatic welding in the medium of protective gases for protection of surface of parts of process equipment against adhesion of splashes of molten metal. Composition contains components in the following ratio, wt. %: mineral oil 70–85, thickener 4–20, synthetic wax 1–30, silicate filler 1–25.EFFECT: technical result consists in increasing anti-adhesion resistance of composition and coating based on it, created by dipping heated torch of welding torch.5 cl, 5 tbl

Description

Настоящая группа изобретений относится к машиностроению, энергетике и строительству и может применяться в технологических процессах, где используется полуавтоматическая сварка в среде защитных газов, для зашиты поверхности деталей технологического оборудования.This group of inventions relates to mechanical engineering, energy and construction and can be used in technological processes where semi-automatic welding in a protective gas environment is used to protect the surface of parts of technological equipment.

При выполнении сварочных работ происходит налипание брызг расплавленного металла на внутреннюю и внешнюю поверхность деталей горелки с последующим образованием корки, закупоривающей выход защитного газа и приводящей к ускорению износа.When welding is performed, adhesion of molten metal splashes onto the inner and outer surfaces of the torch parts, with the subsequent formation of a crust, clogging the outlet of the protective gas and leading to accelerated wear.

Решением данной проблемы является применение паст и аэрозолей, содержащих антипригарные композиции. Не всегда использование профессиональных средств отвечает требованиям эффективности создаваемого покрытия, экологии рабочего места и экономии. Избыточное содержание компонентов или использование составов общего применения (защита основного металла и узлов оборудования) приводит к попаданию композиций в зону сварного шва, увеличению ПДК в рабочей зоне и лишним технологическим операциям. Применение узкопрофильной пастообразной композиции, содержащей эффективное количество компонентов, позволяет решить данные задачи.The solution to this problem is the use of pastes and aerosols containing non-stick compositions. Not always the use of professional tools meets the requirements of the effectiveness of the created coverage, the ecology of the workplace and economy. Excessive content of components or the use of general-purpose compounds (protection of the base metal and equipment components) leads to the ingress of compositions into the weld zone, an increase in the maximum permissible concentration in the working zone and unnecessary technological operations. The use of a narrow-profile pasty composition containing an effective amount of components allows us to solve these problems.

В соответствии с патентом на полезную модель RU 177505 (дата подачи 07.12.2016 г., опубликовано 28.02.2018 г. ) известен состав термоизоляционного покрытия для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла, содержащий:In accordance with the patent for utility model RU 177505 (filing date 12/07/2016, published 02/28/2018) the composition of the thermal insulation coating is known to protect the surface from sticking of molten metal splashes, containing:

жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см³ water glass with a density of 1.4-1.5 g / cm ³ 37,0-45,037.0-45.0 нитрид бораboron nitride 30,0-49,030.0-49.0 талькtalc 18,0-22,018.0-22.0 тонкодисперсный нефелиновый шламfine nepheline sludge 15,0-18,015.0-18.0

Недостатком известного состава и покрытия на его основе является отсутствие возможности практического применения для защиты мундштука сварочной горелки из-за наличия в составе воды. Этот факт создаст значительные технические перерывы из-за отсутствия возможности нанесения покрытия на разогретый мундштук в процессе работы, а попадание воды в сварной шов неизбежно приводит к образованию пор. Так же к недостаткам указанного покрытия можно отнести сложность технологии его нанесения, происходящего в три этапа.A disadvantage of the known composition and coatings based on it is the lack of practical application for the protection of the mouthpiece of the welding torch due to the presence of water in the composition. This fact will create significant technical interruptions due to the lack of the possibility of coating a heated mouthpiece during operation, and the ingress of water into the weld inevitably leads to the formation of pores. Also, the disadvantages of this coating include the complexity of the technology of its application, which occurs in three stages.

Известен состав (авторское свидетельство SU 941113, дата подачи 14.02.1980 г., опубликовано 07.07.1982 г.) покрытия поверхности от налипания брызг расплавленного металла, содержащий:The known composition (copyright certificate SU 941113, filing date 02/14/1980, published 07/07/1982) coating the surface from sticking spray of molten metal, containing:

Огнеупорный наполнитель (тальк)Refractory filler (talc) 20-46%20-46% Поливинилхлоридная смолаPolyvinyl chloride resin 40-75%40-75% Нитрованное маслоNitrated oil 5-14%5-14%

Основным недостатком известного покрытия является токсичность поливинилхлоридной смолы. Длительное использование состава вызовет превышение ПДК в рабочей зоне.The main disadvantage of the known coating is the toxicity of the polyvinyl chloride resin. Prolonged use of the composition will cause an excess of the MPC in the working area.

Известен также состав (авторское свидетельство SU 721294, дата подачи 28.06.1976 г., опубликовано 15.03.1980 г.) покрытия поверхности от налипания брызг расплавленного металла, содержащий:Also known is the composition (copyright certificate SU 721294, filing date 06/28/1976, published 03/15/1980) coating the surface from adhesion of splashes of molten metal, containing:

ТалькTalc 20-7020-70 ДекстринDextrin 10-2510-25 Окись хромаChromium oxide 3-93-9 Тринатрий ФосфатTrisodium Phosphate 3-153-15 ВодаWater остальноеrest

К недостатку известного покрытия помимо наличия воды можно отнести наличие в составе декстрина, выступающего загустителем. В процессе выполнения сварочных работ указанный компонент будет вызывать прогорание слоя и попадание фосфатов в атмосферу рабочей зоны. Кроме того, высокое содержание талька не позволит удержать его равномерно в пределах композиции, что при хранении вызовет образование неоднородности в виде трудноперемешиваемых комков.The disadvantage of the known coating in addition to the presence of water can be attributed to the presence in the composition of dextrin, which acts as a thickener. In the process of welding, this component will cause the layer to burn out and phosphate to enter the atmosphere of the working area. In addition, the high content of talc will not allow to keep it evenly within the composition, which during storage will cause the formation of heterogeneity in the form of difficultly mixed lumps.

Известна композиция для образования покрытия поверхности для защиты от налипания брызг, содержащая керамический прекурсор, в качестве которого используется ортосиликат, галосилан, алкоксид металла и их комбинации, отвердитель - меламин и органическую алкидную смолу (заявка на изобретение США US 2015056394 А1, дата публикации 26.02.2015 г.).A known composition for forming a surface coating for protection against adhesion of splashes, containing a ceramic precursor, which is used as orthosilicate, halosilane, metal alkoxide and combinations thereof, hardener is melamine and organic alkyd resin (application for US invention US 2015056394 A1, publication date 26.02. 2015).

Автор патента указывает, что благодаря введению добавок в композицию на основе растворителя, алкидной смолы, диоксида титана и силикатов, повышаются антиадгезионные свойства и механическая стойкость самого покрытия. Добавками, повышающими свойства покрытия, являются молибден и высвобождающий агент, который содержит комбинацию графита и нитрида бора.The author of the patent indicates that due to the introduction of additives into the composition based on solvent, alkyd resin, titanium dioxide and silicates, the adhesive properties and mechanical resistance of the coating itself increase. Additives that enhance the properties of the coating are molybdenum and a releasing agent that contains a combination of graphite and boron nitride.

Недостатком известной композиции и покрытия на ее основе является специальные требования к упаковке готового продукта. Ввиду быстрого отверждения при контакте с воздухом фасовка готового продукта возможна лишь в аэрозольную упаковку.A disadvantage of the known composition and coatings based on it is the special packaging requirements of the finished product. Due to the rapid cure upon contact with air, packaging of the finished product is possible only in aerosol packaging.

Наиболее близким аналогом для заявляемой композиции для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла и покрытие на ее основе выбраны известные из международной заявки WO 2007050689 (дата публикации 03.05.2007 г.) композиция и керамическое покрытие для применения на ответственных узлах сварочных горелок, содержащее:The closest analogue to the claimed composition for protecting the surface from adhesion of splashes of molten metal and a coating based on it were selected known from international application WO 2007050689 (publication date 05/03/2007) composition and ceramic coating for use on critical sites of welding torches, containing:

Растворитель от 15 до 70%Solvent from 15 to 70%

Сшивающий агент (диоксид титана) от 1 до 30%Crosslinking agent (titanium dioxide) from 1 to 30%

Алкидная смола от 1 до 15%Alkyd resin from 1 to 15%

Тальк от 1 до 5%Talc from 1 to 5%

Указанный состав является основой керамических спреев. Наличие в составе значительной доли растворителя (как правило, ксилола или толуола) повышает содержание ядовитых паров в рабочей зоне, а само покрытие является «избыточным», создавая наслоение и закупорку внутренней поверхности сопла. Также возможны трудности с возбуждением дуги.The specified composition is the basis of ceramic sprays. The presence of a significant proportion of the solvent (usually xylene or toluene) increases the content of toxic fumes in the working area, and the coating itself is “excessive”, creating a layering and clogging of the inner surface of the nozzle. Difficulties with excitation of the arc are also possible.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается заявляемой группой изобретений, является создание новой композиции и антипригарного покрытия на ее основе, которые позволяют снизить количество операций повторного нанесения антипригарного покрытия при выполнении работ ручной полуавтоматической сваркой в среде защитного газа.A technical problem, the solution of which is provided by the claimed group of inventions, is the creation of a new composition and non-stick coating based on it, which can reduce the number of operations of re-applying the non-stick coating when performing manual semi-automatic welding in a protective gas environment.

Технический результат, получаемый при использовании заявляемой группы изобретений, заключается в увеличении антиадгезионной стойкости композиции и покрытия на ее основе, создаваемого путем окунания разогретого мундштука сварочной горелки.The technical result obtained by using the claimed group of inventions is to increase the release resistance of the composition and the coating based on it, created by dipping the heated mouthpiece of the welding torch.

Технический результат в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения достигается тем, что композиция для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла, содержащая масло минеральное, загуститель, синтетический воск и силикатный наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result in accordance with paragraph 1 of the claims is achieved by the fact that the composition for protecting the surface from sticking of splashes of molten metal containing mineral oil, thickener, synthetic wax and silicate filler in the following ratio, wt. %:

Масло минеральное 70-85%Mineral oil 70-85%

Загуститель 4-20%Thickener 4-20%

Синтетический воск 1-30%Synthetic wax 1-30%

Силикатный наполнитель 1-25%.Silicate filler 1-25%.

В соответствии с изобретением в качестве синтетического воска может быть использован парафин и/или защитный воск и/или мягчитель и/или гач.In accordance with the invention, paraffin and / or protective wax and / or softener and / or wax can be used as synthetic wax.

В соответствии с изобретением в качестве силикатного наполнителя композиция может содержать тальк и/или маршалит и/или бентонит и/или мел и/или периклазовый порошок и/или шамотную глину и/или пиролизный диоксид кремния.According to the invention, as a silicate filler, the composition may contain talc and / or marshalite and / or bentonite and / or chalk and / or periclase powder and / or fireclay clay and / or pyrolysis silicon dioxide.

В соответствии с изобретением в качестве загустителя минерального масла может быть использован церезин или литиевое мыло или калиевое мыло или петролатум ПЗС.According to the invention, ceresin or lithium soap or potassium soap or CCD petrolatum can be used as a thickener for mineral oil.

В соответствии с пунктом 5 формулы изобретения технический результат достигается тем, покрытие для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла согласно изобретению выполнено на основе композиции по пункту 1 формулы изобретения.In accordance with paragraph 5 of the claims, the technical result is achieved by the fact that the coating to protect the surface from adhesion of splashes of molten metal according to the invention is based on the composition according to paragraph 1 of the claims.

Дополнительными преимуществами заявляемой группы изобретений является то, что она позволяет повысить экологию рабочего места сварщика ввиду отсутствия в воздухе фосфатов, пропиленов и продуктов термического разложения силикона как основы большинства спреев.Additional advantages of the claimed group of inventions is that it improves the ecology of the welder's workplace due to the absence of phosphates, propylene and thermal decomposition products of silicone in the air as the basis for most sprays.

Кроме того, использование заявляемого покрытия позволяет исключить появление пор при сварке в отличие от традиционных паст на основе жирового солидола, которые требуют провара образца перед началом выполнения сварочных работ на детали.In addition, the use of the inventive coating eliminates the appearance of pores during welding, unlike traditional pastes based on fat solid oil, which require sample penetration before starting welding work on the part.

Так же у заявленной композиции отсутствует коррозионная активность. В описываемых композициях это требовало введения тринатрийфосфата или других ингибиторов.Also, the claimed composition is not corrosive. In the described compositions, this required the administration of trisodium phosphate or other inhibitors.

Содержание эффективного количества силикатного наполнителя позволило равномерно удержать его в композиции при серийном производстве, обеспечивая заявленный технический результат (стойкость покрытия при испытаниях составила 80-120 мин) и срок гарантийного хранения товарного продукта 24 месяца с даты изготовления.The content of an effective amount of silicate filler made it possible to uniformly keep it in the composition during serial production, providing the claimed technical result (coating resistance during testing was 80-120 min) and a guaranteed storage period of a commercial product of 24 months from the date of manufacture.

Так же заявленное количество содержания силикатного наполнителя позволило исключить «избыточность» антипригарного покрытия в отличие от керамических спреев, чьи производители рекомендуют использовать специальные смывки для снятия покрытия. «Избыточность» покрытия подразумевает наслоение в зоне работы механизмов.Also, the claimed amount of silicate filler content made it possible to eliminate the “redundancy” of the non-stick coating, unlike ceramic sprays, whose manufacturers recommend using special removers to remove the coating. The “redundancy” of the coating implies layering in the area of operation of the mechanisms.

Важно отметить, что благодаря способу нанесения заявляемой композиции путем окунания разогретого мундштука горелки заявленный состав не забивает канал подачи проволоки и пути выхода защитного газа.It is important to note that due to the method of applying the inventive composition by dipping the heated mouthpiece of the burner, the claimed composition does not clog the wire feed channel and the protective gas outlet.

Заявленные антиадгезионные свойства композиции достигаются благодаря наличию в составе минерального масла, загущенного загустителем и синтетическим воском. Синтетический воск при этом способствует снижению температуры плавления и обеспечивает твердость готового продукта. Основным антиадгезионным компонентом является силикатный наполнитель или смесь силикатных наполнителей, удерживаемых на поверхности мундштука грунтовкой из загущенного масла.The claimed release properties of the composition are achieved due to the presence in the composition of mineral oil, thickened with a thickener and synthetic wax. At the same time, synthetic wax helps to lower the melting temperature and ensures the hardness of the finished product. The main anti-adhesive component is a silicate filler or a mixture of silicate fillers held on the surface of the mouthpiece with a primer of thickened oil.

Рассмотрим пример изготовления опытной партии весом 10 кг.Consider an example of manufacturing an experimental batch weighing 10 kg.

Производство композиции осуществляется путем введения в предварительно разогретое до 75 градусов °С загущенное минеральное масло массой 6,2 кг синтетического воска массой 1,8 кг. При непрерывном перемешивании осуществляется введение силикатного наполнителя массой 2 кг.The production of the composition is carried out by introducing into the pre-warmed up to 75 degrees ° C thickened mineral oil weighing 6.2 kg of synthetic wax weighing 1.8 kg. With continuous stirring, the introduction of a silicate filler weighing 2 kg is carried out.

Готовый продукт фасуется шнековым или поршневым дозатором при поддержании указанной температуры в металлическую тару объемом 0,5 литра. Далее происходит весовой контроль и укупорка крышкой, с последующим нанесение этикетки.The finished product is packaged with a screw or piston dispenser while maintaining the specified temperature in a metal container with a volume of 0.5 liters. Then there is weight control and capping with a lid, followed by applying the label.

Опытным путем установлено, что наиболее эффективным количеством силикатного наполнителя является содержание от 1 до 25% масс, при снижении содержания силикатного наполнителя ниже 1%, происходит снижение работоспособности покрытия, и увеличение операций по его повторному нанесению. При внесении наполнителя свыше 25% масс, происходит его неравномерное распределение внутри композиции, что выражается в образовании комков на дне емкости, закупорке технологического оборудования производства и фасовки готового продукта.It has been experimentally established that the most effective amount of silicate filler is a content of from 1 to 25% by weight, with a decrease in the content of silicate filler below 1%, there is a decrease in the performance of the coating, and an increase in the operations for re-applying it. When filler is added in excess of 25% of the mass, its distribution is uneven within the composition, which is expressed in the formation of lumps at the bottom of the tank, clogging of production equipment and packaging of the finished product.

Содержание синтетического воска является оптимальным от 1 до 30%, масс, при значениях ниже 1% снижается вязкость готового продукта, при введении свыше 30% происходит выпадение наполнителя на дно емкости и снижается клеящая способность удерживающей покрытие грунтовки.The content of synthetic wax is optimal from 1 to 30%, mass, at values below 1%, the viscosity of the finished product decreases, with the introduction of more than 30% the filler drops to the bottom of the tank and the adhesive ability of the primer holding the coating decreases.

При несоблюдении температурного режима приготовления и последовательности введения в композицию происходит выпадение силикатного наполнителя на дно емкости до 90% от внесенного количества. Пример: если указанные компоненты поместить в темперирующую емкость и провести их смешение одновременно при температуре от 55°С до 70°С произойдет разрушение композиции и выпадение наполнителя. При этом содержание силикатного наполнителя в продукте станет незначительным. Заявленный технический результат не будет достигнут.If the temperature of the preparation and the sequence of introduction into the composition are not observed, the silicate filler drops to the bottom of the tank up to 90% of the introduced amount. Example: if these components are placed in a tempering tank and mixed at the same time at a temperature of 55 ° C to 70 ° C, the composition will be destroyed and the filler will fall out. In this case, the content of silicate filler in the product will become insignificant. The claimed technical result will not be achieved.

В таблицах 1-4 приведены примеры композиции в соответствии с заявленным составом для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла. В таблице 5 представлен температурный интервал производства композиции.Tables 1-4 show examples of the composition in accordance with the claimed composition to protect the surface from adhesion of splashes of molten metal. Table 5 presents the temperature range of production of the composition.

В качестве синтетического воска могут быть использованы парафины, например, марок с Т-1 по Т-4, НС, П-2; и/или защитные воски, например, марок Омск-1 ОМ-1, 3В-П, 3В-1; и/или мягчители, например, марок ЯПП-М, ЯПП; и/или гачи, например, марок от O-1 до O-4, дистиллятный.As synthetic wax, paraffins can be used, for example, grades T-1 to T-4, HC, P-2; and / or protective waxes, for example, grades Omsk-1 OM-1, 3V-P, 3V-1; and / or softeners, for example, brands YAPP-M, YAPP; and / or gachi, for example, grades O-1 to O-4, distillate.

Claims (6)

1. Композиция для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла, содержащая масло минеральное, загуститель, синтетический воск и силикатный наполнитель, при следующем соотношении компонентов, мас. %:1. Composition for protecting the surface from adhesion of splashes of molten metal, containing mineral oil, thickener, synthetic wax and silicate filler, in the following ratio, wt. %: Масло минеральноеMineral oil 70-85 70-85 ЗагустительThickener 4-20 4-20 Синтетический воскSynthetic wax 1-30 1-30 Силикатный наполнительSilicate filler 1-25 1-25 2. Композиция для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве синтетического воска она содержит парафин, и/или защитный воск, и/или мягчитель, и/или гач.2. A composition for protecting the surface from sticking of splashes of molten metal according to claim 1, characterized in that it contains paraffin and / or protective wax and / or softener and / or wax as a synthetic wax. 3. Композиция для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве силикатного наполнителя она содержит тальк, и/или маршалит, и/или бентонит, и/или мел, и/или периклазовый порошок, и/или шамотную глину, и/или пиролизный диоксид кремния.3. The composition for protecting the surface from adhesion of splashes of molten metal according to claim 1, characterized in that it contains talc and / or marshalite and / or bentonite and / or chalk and / or periclase powder as a silicate filler, and / or fireclay clay, and / or pyrolysis silica. 4. Композиция для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве загустителя минерального масла она содержит церезин, или литиевое мыло, или калиевое мыло, или петролатум ПЗС.4. The composition for protecting the surface from sticking of splashes of molten metal according to claim 1, characterized in that it contains ceresin, or lithium soap, or potassium soap, or CCD petrolatum as a thickener for mineral oil. 5. Покрытие для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла, отличающееся тем, что оно выполнено на основе композиции по п. 1.5. A coating to protect the surface from sticking of splashes of molten metal, characterized in that it is based on the composition according to claim 1.