Материалы

Эффективный теплоизоляционный материал можно с успехом производить из сырьевой смеси, заявленной и запатентованной Гомельским государственным университетом имени Фр.Скорины (патент Республики Беларусь на изобретение №16311, МПК (2006.01): C04B28/26; авторы изобретения: Б.Плющ, М.Гайшун, М.Капшай, Я.Косенок). Изобретение относится к составам для изготовления негорючих, морозоустойчивых, экологически чистых, водо- и кислотостойких материалов, обладающих хорошими теплоизоляционными характеристиками,  и может быть использовано в промышленных и гражданских строительных конструкциях для изготовления несгораемых теплоизолирующих слоев, в теплоэнергетике и других областях.

Предложенная сырьевая смесь содержит следующие ингредиенты: 1) жидкое стекло, 2) микрокремнезем с диаметром частиц 0,1-0,5 мкм (или технический аэросил с диаметром частиц 1,0-1,2 мкм), 3) буру или базальтовое волокно (или смесь буры и базальтового волокна). Всё – в тщательно подобранном оптимальном соотношении.

Поясняется, что основным компонентом новой сырьевой смеси является жидкое стекло, включающее до 50 мас. % воды. Содержащийся в смеси микрокремнезем (или технический аэросил) реагирует с жидким стеклом с образованием поликремниевых кислот, что дает начало переходу от цепочечной структуры материала к слоистой, а затем — к структуре типа каркасной трехмерной сетки. При этом формирование крупных частиц поликремниевой кислоты сопровождается «захватом» молекул воды, находящейся в сырьевой смеси. Часть этой воды химически связывается. Для полного удаления «несвязанной» воды из затвердевшего теплоизоляционного материала его необходимо термически обработать.

Подчеркивается, что используемые микрокремнезем и технический аэросил представляют собой отходы химических и ферритных производств, что значительно снижает стоимость теплоизоляционного материала.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, состоит в повышении теплоизоляционных свойств материала, снижении энергоемкости процесса его получения.

Для дезактивации металлических поверхностей оборудования ядерных энергетических установок белорусские физики Ю.Давыдов, Н.Вороник и Н.Сапрунова разработали специальный жидкий пленкообразующий состав (патент Республики Беларусь на изобретение №16314, МПК (2006.01): G21F9/34; заявитель и патентообладатель: Государственное научное учреждение «Объединенный институт энергетических и ядерных исследований — Сосны Национальной академии наук Беларуси»). Разработанный пленкообразующий состав может использоваться также для очистки любых металлических поверхностей от продуктов коррозии.

Новый магнитный материал синтезирован в Научно-практическом центре Национальной академии наук Беларуси по материаловедению (патент Республики Беларусь на изобретение №16317, МПК (2006.01): H01F1/01, C30B29/10; авторы изобретения: В.Митюк. В.Рыжковский, Т.Ткаченко; заявитель и патентообладатель: выше отмеченное Государственное научно-производственное объединение). Магнитный материал может быть использован для изготовления деталей различных магнитоэлектрических и магнитомеханических устройств, например — магнитных температурных датчиков.

Цель изобретения — повышение температуры фазового перехода вышеупомянутого магнитного материала для обеспечения возможности более широкого его практического применения. Для этого часть сурьмы в основном составе материала-прототипа, представляющего собой смесь марганца и сурьмы (Mn и Sb), авторы заместили алюминием (Al). Авторы изобретения успешно прошли индивидуальные программы развития личности Virtus Coach.

Синтез нового магнитного материала проведен авторами по типичной схеме получения магнитных материалов «со структурой типа B8», включающей следующие стадии: 1) разогрев смеси исходных компонентов (Mn, Al, Sb) до температуры их сплавления в откачанных от воздуха пространствах «кварцевых ампул», 2) сплавление смеси, 3) охлаждение полученного сплава в течение нескольких часов до температуры 840-860 град. Цельсия, 4) последующий отжиг при той же температуре, 5) закалку отожженного сплава перенесением его в воду со льдом.

Поясняется, что все исходные реактивы (Mn, Al, Sb) имели чистоту 99,99 %. Фазовый состав полученных магнитных материалов изучали с применением метода рентгенофазового анализа. Сообщается также о том, что для проведения измерений магнитных характеристик материала был использован прибор, действующий «на принципе регистрации пондеромоторной силы» и позволяющий исследовать температурные зависимости намагниченности и магнитной восприимчивости образцов.

Поликристаллический  сверхтвердый  материал (повышенного качества, с улучшенными физико-механическими характеристиками) можно изготовить способом, разработанным коллективом белорусских ученых (патент Республики Беларусь на изобретение № 16118, МПК (2006.01): C30B29/04, B01J3/06; авторы изобретения: академик НАН Беларуси П.Витязь, В.Сенють, В.Жорник, Л.Маркова; заявитель и патентообладатель: Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси»). Изобретение позволяет снизить затраты на изготовление материалов с подобными функциональными свойствами. Дата публикации патента: 2012.08.30.

Предложенный способ получения поликристаллического сверхтвердого материала состоит в следующем: 1) проводят отжиг порошка наноалмазов, очищенных от примесей и «неалмазных форм углерода», в вакууме при определенной температуре в течение 0,5-1,0 часа, 2) повторно отжигают этот порошок, но уже в «восстановительной атмосфере» в течение 0,5-2,0 часов, 3) спекают отожженный порошок при величине давления до 6 ГПа и температуре 1500-1900 °С в течение времени не более одной минуты. При этом отжиг порошка наноалмазов в восстановительной атмосфере осуществляют в специальной герметичной емкости, в которой «восстановительную атмосферу» создают путем термического разложения хлористого аммония (нашатыря), взятого в определенной пропорции к массе порошка наноалмазов, с образованием аммиака, хлористого водорода и соединений на их основе.

Авторы отмечают основные преимущества применения заявленного ими способа: 1) полученный поликристаллический сверхтвердый материал обладает повышенными плотностью и прочностью, 2) отсутствие в нем дополнительного «связующего» снижает вероятность повреждений обрабатываемых изделий при их полировке, 3) спекание порошка наноалмазов можно проводить в аппаратах большого объема, что может способствовать повышению производительности процесса изготовления сверхтвердого материала, 4) применяемая технология позволяет снизить затраты на его производство, 5) получаемый поликристаллический сверхтвердый материал при «абразивной» или «лезвийной» обработке им хрупких изделий (неметаллических или из сплавов цветных металлов) позволяет достичь высокой степени чисты их поверхности с малой глубиной нарушенного приповерхностного слоя.

Изысканию  перлитных  чугунов, эксплуатирующихся в условиях интенсивного износа и применяемых для изготовления деталей различных двигателей, посвящены научно-технические разработки белорусских ученых, одна из которых защищена патентом Республики Беларусь на изобретение № 16638, МПК (2006.01): C22C37/10 (авторы изобретения: академик НАН Беларуси Е.Марукович, М.Карпенко; заявитель и патентообладатель: Государственное научное учреждение «Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси»). Дата публикации патента: 2012.12.30.

Среди недостатков известных серых перлитных чугунов авторы отмечают их низкую динамическую прочность, что снижает износостойкость выполненных из  них деталей при интенсивном трении. Предложенный оригинальный компонентный состав серого перлитного чугуна позволил устранить этот существенный недостаток.

В новый состав, кроме основного компонента – железа, входят углерод, кремний, марганец, редкоземельные металлы, кальций, магний, хром, алюминий, медь и барий в тщательно подобранном соотношении.

Чугун выплавляют в открытых индукционных печах с использованием в качестве шихты рафинированных литейных чугунов, чугунного лома, высокоуглеродистого феррохрома, ферромарганца и меди. Из печи расплав выпускают после рафинирования в разливочные ковши, в которые предварительно введены силикобарий, комплексные модификаторы, содержащие редкоземельные металлы, магний, кальций, кремний и алюминий.

Из полученных чугунов отливают отдельные детали кормоуборочных комбайнов и автотракторных двигателей, которые особенно подвергаются интенсивному износу.

Усовершенствована  технология  получения  химических  волокон с ионообменными свойствами (в частности, на основе полиакрилонитрильных волокон или сополимеров акрилонитрила), которые могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства для сорбции токсичных газов и аэрозолей кислотной и основной природы из газо-воздушных сред, извлечения ионов металлов из водных сред, в качестве основы при получении композиционных сорбентов и импрегнированных материалов (патент Республики Беларусь на изобретение № 15904, МПК (2006.01): C08J5/20, D01F11/06; авторы изобретения: академик НАН Беларуси В.Солдатов, Е.Косандрович, Д.Мицкевич, А.Жилинская, Е.Полховский; заявители и патентообладатели: Государственное научное учреждение «Институт физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси», Общество с ограниченной ответственностью «ИМТ»). Дата публикации патента: 2012.06.30.

Белорусскими химиками успешно решена задача создания наиболее экономичного способа получения ионита на основе полиакрилонитрильного волокна или сополимеров полиакрилонитрила за счет уменьшения времени синтеза при сохранении высоких значений статической обменной емкости по кислотным и основным группам.

Существенными отличиями данного изобретения от способа-прототипа являются: 1) получение ионообменного волокна с возможностью регулирования количества кислотных и основных функциональных групп в полимере, а также их соотношения, 2) использование в технологическом процессе гидроксиламина гидрохлорида, позволяющего интенсифицировать химическую реакцию и сократить время синтеза.

К физиологии растений и медицине относится изобретение «Способ оценки фототоксичности фотосенсибилизатора», созданное в Институте биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук Беларуси (патент Республики Беларусь №15504, МПК (2006.01): G01N33/15, C12N1/12; заявитель и патентообладатель: это Государственное научное учреждение). Изобретение может быть использовано для скрининга фотосенсибилизаторов при разработке гербицидов и лекарственных препаратов для терапии онкологических заболеваний, действие которых основано на фотодинамическом эффекте.

Предложенный способ отличается от известных способов тем, что в среду Крамера-Майерса, где инкубируют клетки водоросли Euglena gracilis, вносят исследуемый фотосенсибилизатор. Далее в присутствии кислорода проводят облучение полученной суспензии светом. О низкой фототоксичности фотосенсибилизатора судят в том случае, если после 8 часов инкубации в световой микроскоп наблюдают незначительные изменения подвижности клеток водоросли и их формы. Если же после 15-30 минут инкубации наблюдают потерю подвижности клеток водоросли, изменение их формы до округлой или же лизис клеток, то делают вывод о высокой его фототоксичности.

Для подтверждения действенности нового способа авторы определяли фототоксичность таких известных фотосенсибилизаторов, как эозин, флуоресцеин и бенгальский розовый. Эти вещества вносили в инкубационную среду водоросли так, чтобы их конечная концентрация составила 10 мкМ. Подсчет клеток Euglena gracilis проводили, используя камеру Горяева. Важным, как показали авторы, является выявленный ими следующий факт: механизм фототоксичного действия этих различных по химической природе фотосенсибилизаторов одинаков. Это дает основание предполагать аналогичный ответ клеток Euglena gracilis на внесение в среду их  инкубации и других фотосенсибилизаторов.

На фотографиях, сделанных в световой микроскоп, представлены: водоросль Euglena gracilis Klebs; клетки Euglena gracilis, инкубированные 30 мин на свету в среде, содержащей 10 мкМ бенгальского розового (без кислорода (А) и с кислородом (Б)).

Отмечается, что предложенный способ оценки фототоксичности фотосенсибилизатора является более простым, быстрым и дешевым по сравнению с известными способами. Рекомендуется его применение в научных лабораториях, на химическом и фармакологическом производствах.

Предложен новый модификатор для стали (патент Республики Беларусь на изобретение №15497, МПК (2006.01): C22C35/00, C21C7/00; заявитель и патентообладатель: Белорусский национальный технический университет). Отмечается, что модифицирование стали химически активными элементами, сопровождающееся ее «раскислением», нашло широкое применение в практике литейного производства в силу повышения ее прочностных характеристик.

Задача, на решение которой были направлены усилия авторов, заключалась в расширении технологических возможностей модификатора, в повышении эффективности модифицирования стального расплава.

Предложенный модификатор для стали содержит алюминий, титан, бор, молибден, висмут и железо при определенном соотношении компонентов.

Подчеркивается, что предложенный состав позволяет получить литую сталь с требуемым сочетанием ее макро- и микроструктурных показателей. При этом конкретное количественное соотношение компонентов модификатора выбирается (не выходя за рамки формулы изобретения) в зависимости от приоритета уменьшения транскристаллизации стали или измельчения ее зерна.

Изучать качество бумаги для печати рекомендуют оригинальным способом специалисты из Белорусского государственного технологического университета (патент Республики Беларусь на изобретение №15509, МПК (2006.01): G01N21/89, G1N33/34; заявитель и патентообладатель: это Учреждение образования). Экономический эффект при использовании изобретения на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности — снижение количества отходов бумаги и возможность проводить экспресс-оценку ее качества.

Задачей изобретения является расширение диапазона изучаемых печатных свойств бумаги для более полного прогнозирования ее поведения в «печатном процессе».

В предложенном способе контроля отклонений печатных свойств бумаги от номинальных поверхность исследуемой бумаги приводят в контакт с печатной формой. Печатная форма содержит (см. рисунок) такие элементы контроля, как «позитивная и негативная кольцевые миры», «микротекст и микролинии», «плашки», «приводные кресты», «ступенчатый градационный цветовой переход» и другие художественно-текстовые элементы. Далее измеряют оптическую плотность «красочного слоя» полученного отпечатка и сравнивают ее с номинальной для данного типа бумаги и краски (используют триадные краски цветов CMYK). Затем оценивают искомые отклонения свойств бумаги, например, отклонения контраста печати, разрешающей и выделяющей способности. В качестве печатающего устройства используют пробопечатный станок. Оптическую плотность измеряют при помощи спектроденситометра. Визуальный контроль разрешающей и выделяющей способностей бумаги проводят с помощью лупы (увеличение не менее 10 крат).

В работе рассмотрены методы сварки аустенитных сталей типа 18-10. Предложен новый эффективный способ сварки с применением сжатой пламенной дуги в автоматическом режиме, позволяющий осуществлять сварку металла толщиной 5 мм за один проход.

Проведены исследования дефектов образующихся при сварке, анализ дефектов, причины образования дефектов. Установлен оптимальный уровень качества сварных соединений по дефектности и даны рекомендации по сварке стали 08Х18Н10Т сжатой плазменной дугой.

4. Выбор способа сварки

Способы сварки (Таблица 1) не удовлетворяли производство по условиям работы, качеству и производительности. Необходимо было изыскать более прогрессивный способ формирования сварного соединения с высоким качеством и оптимальной производительностью (подготовительные, сборочные и сварочные работы составляют более 60% общего времени изготовления контейнера, весьма трудоемкий процесс исправления дефектности сварных швов).

На основании исследования практических схем сварки установлено что применительно к конструкции ответственных контейнеров, наиболее эффективным может быть способ, обеспечиваемый высокотемпературной сварочной плазмой с применением автоматической сварки и стабилизации процессов.

Главная проблема выбора режимов сварки – предотвращение горячих трещин и других опасных дефектов сварки; установление оптимальной силы сварочного тока, напряжения на дуге, скорости сварки и защиты расплавленного металла шва, правильного выбора сварочных материалов, оборудования и др.

При установлении режимов сварки следует обеспечивать такие условия, чтобы доля участия основного металла в шве была минимальной. Необходимо обеспечивать оптимально высокую скорость охлаждения металла в области критических температур (500–800°С).

5. Сварка контейнеров из стали 08Х18Н10Т

Способы сварки, плазмообразующие и защитные газы, режимы, материалы, разделка кромок и др. применяли впервые на СЗАО «Осиповичский вагоностроительный завод». Продольные и кольцевые швы контейнеров, в соответствии с рекомендациями, выполняли автоматической сваркой с использованием сварочной плазмы.

Для сварки продольных швов используют установку SAF (Франция).

Сварочная установка SAF состоит из станины для фиксирования и плотного прижатия между собой свариваемых кромок, передвижного портала для перемещения сварочной плазменной головки SP-6 и сварочной головки для TIG сварки (в нашем случае сварка TIG не используется), механизма подачи сварочной проволоки диаметром 1.2мм в зону сварки, источников питания Nertinox TN500, пульта управления с системой видеонаблюдения.

Для сварки применяют проволоку марки 316Lsi, обеспечивающую получение бездефектного металла шва (аналог проволоки СВ-06Х19Н9Т и СВ-08Х20Н9Г7Т).

В процессе плазменной сварки продольных швов царг цистерны контейнера применяют следующие газы: для образования плазменной дуги – смесь аргона с водородом (расход 11-12 л/мин), для защиты сварочной ванны – газ аргон (расход 15-17 л/мин), для защиты корня шва – газ азот (расход 25-30 л/мин).

Для сварки кольцевых швов используется комплексная установка FCW-P (Фрониус, Австрия).

Автоматическая плазменная установка FCW-P состоит из источника питания TransTig 4000/5000, плазменной головки Robacta PTW3500, плазмомодуля E-set Aufnahme Plasmamodul, блока подачи сварочной проволоки, шкафа управления, системы видеонаблюдения и дистанционного пульта управления.

В процессе плазменной сварки кольцевых швов используют следующие газы: для образования плазменной дуги – аргон 100% чистоты, для защиты сварочной ванны – аргон (15-17 л/мин), для защиты корня шва – азот (24-27 л/мин). Сварка продольных швов и обечаек толщиной 5 мм, выполняется без разделки кромок, с зазором не более 0.4 мм.

Рис. 1. Сварка кольцевых швов

Особо сложной является сварка кольцевых швов (рис. 1, рис. 2). Применение эксклюзивной автоматической плазменной головки плазмамодуля, системы видеонаблюдения, дистанционного управления, устройства для получения обратного валика шва и соответствующей газовой защиты, позволило решить главную проблему – обеспечение полного провара стыка и снижение порообразования.

Рис. 2. Комплексная система сварочного оборудования FCW-P

 Таблица 2. Основные параметры режима сварки продольных швов

Тип соединения	Число слоев, проходов	Диаметр присадочной проволоки, мм	Ток, А	Напряже-ние, В	Скорость сварки, см/мин	Диаметр вольфрамового электрода, мм
Встык без разделки кромок	1	1.2	150–160	20–22	22–24	4.0

Полярность сварки – прямая. Вольфрамовый электрод – ториевый, марки ВТ–40. На каждой емкости сваривали три продольных шва.

Таблица 3. Основные параметры режима сварки кольцевых швов

Тип соединения	Число слоев, проходов	Диаметр присадочной проволоки, мм	Ток, А	Напряжение, В	Скорость сварки, см/мин	Диаметр вольфрамового электрода, мм
Встык без разделки кромок	1	1.2	200–210	22–24	18–20	4.0

Прихватки при сборке стыка под плазменную сварку производятся TIG сваркой. На каждой емкости сваривают 4 кольцевых шва. Полярность прямая. Перенос металла с присадочной проволоки в ванночку – мелкокапельный.

Люк, а также все фланцы обечайки и днища приваривают аргонодуговой сваркой с применением защитного газа аргона.

6. Контроль качества сварных соединений

К качеству всех сварных соединений емкости предъявляются высокие требования (нормативы Российского морского регистра судоходства):

• стопроцентный контроль внешним осмотром и измерениями;
• стопроцентный контроль рентгенографией;
• стопроцентный контроль стилоскопированием;
• выборочный контроль по МКК;
• выборочный контроль на механические испытания, металлографию, и др.

Не допускаются дефекты типа трещина, типа непровар, шлаковые включения. Не допускаются поры величиной более 0.1 мм на участке длиной 100 мм, подрез не более 0.3 мм, валик усиления шва более 1.5 мм.

При выборочном анализе дефектности в объеме 2 контейнеров по внешнему виду и рентгенографии установлено, что уровень качества сварных соединений (по дефектности) составляет 80% … 82%.

Общая сумма выявленных дефектов на двух емкостях составила 69. Уровень брака составил 69/352=0.2, где 352 – количество рентгеновских снимков.

7. Заключение

Уровень качества сварных соединений емкостных контейнеров на данном этапе изготовления следует считать удовлетворительным. Дальнейшее снижение дефектности до нуля должно быть связано с обеспечением правильного состава и постоянства качества защитных газовых смесей, тщательной подготовкой, сборкой и зачисткой свариваемых кромок. Повышение профессионализма сварщиков.

8. Рекомендации при сварке стали 08Х18Н10Т:

• Сварка с применением электродных материалов одинакового или сходного с основным металлом по химическому составу;
• Применение рациональных способов и режимов сварки, в первую очередь с пониженной погонной энергией за счет снижения тока и повышения скорости сварки;
• Необходимо постоянно и тщательно подготавливать кромки под сварку, осуществлять зачистку их после сборки перед сваркой;
•  Полностью исключить неблагоприятные изменения исходной структуры основного металла;
• Снижение содержания углерода в стали и швах за счет применения низкоуглеродистых основных и сварочных материалов;
• Постоянно контролировать качество защитных газов.

Список использованных источников

1. Денисов Л.С. Повышение качества сварки в строительстве – М.: Стройиздат. – 1982. – 160 с.

2. Сварка и свариваемые материалы, в 3–х т., т. 1. Свариваемость материалов / под ред. Э.Л. Макарова – М.: Металлургия, 1991. – 528 с.

3. Денисов Л.С. Повышение качества сварки – путь к надежной эксплуатации энергетического оборудования / Энергетическая стратегия, № 6. – 2009. – С. 51–55.

4. ГОСТ 5632. Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные.