КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТИ ОТ НАЛИПАНИЯ БРЫЗГ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА И ПОКРЫТИЕ НА ЕЕ ОСНОВЕ
COMPOSITION FOR PROTECTION OF SURFACE AGAINST STICKING OF SPLASHES OF MOLTEN METAL AND COATING BASED THEREON

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.
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.
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.
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:
жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см<sup>3</sup>
37,0-45,0
нитрид бора
30,0-49,0
тальк
18,0-22,0
тонкодисперсный нефелиновый шлам
15,0-18,0
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.
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:
Огнеупорный наполнитель (тальк)
20-46%
Поливинилхлоридная смола
40-75%
Нитрованное масло
5-14%
Основным недостатком известного покрытия является токсичность поливинилхлоридной смолы. Длительное использование состава вызовет превышение ПДК в рабочей зоне.
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:
Тальк
20-70
Декстрин
10-25
Окись хрома
3-9
Тринатрий Фосфат
3-15
Вода
остальное
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.
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.).
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.
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.
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:
Растворитель от 15 до 70%
Сшивающий агент (диоксид титана) от 1 до 30%
Алкидная смола от 1 до 15%
Тальк от 1 до 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.
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.
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.
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. %:
Масло минеральное 70-85%
Загуститель 4-20%
Синтетический воск 1-30%
Силикатный наполнитель 1-25%.
В соответствии с изобретением в качестве синтетического воска может быть использован парафин и/или защитный воск и/или мягчитель и/или гач.
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.
В соответствии с изобретением в качестве загустителя минерального масла может быть использован церезин или литиевое мыло или калиевое мыло или петролатум ПЗС.
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.
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.
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.
Так же у заявленной композиции отсутствует коррозионная активность. В описываемых композициях это требовало введения тринатрийфосфата или других ингибиторов.
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.
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.
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.
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.
Рассмотрим пример изготовления опытной партии весом 10 кг.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.