Описание процесса термитной сварки

Для соединения разных металлических деталей часто используются сварочные процессы. Нередко необходимость соединять громоздкие стальные конструкции возникает вне населенных пунктов, где нет возможности использовать питание от электрической сети, инвертора или применять газовое оборудование. В таких случаях термитная сварка помогает выполнить поставленные задачи.

Термитная сварка

ГОСТ и прочие стандарты

Сварка металлов регламентируется ГОСТ 2601-84, в котором указаны основные термины и понятия. Применение этого метода в железнодорожной отрасли регламентируется ГОСТ Р 57181-2016. Термитная (или термическая) сварка — процесс, в котором источником тепла является термит (порошкообразная смесь окалины железа, магния и алюминия).

В процессе горения термита в месте проведения работ оплавляются кромки соединяемых деталей. При этом он выступает источником как жара, так и присадочного материала.

Когда используется такая сварка, термит может воспламеняться самостоятельно. Во время его горения выделяется кислород, что позволяет использовать указанный метод при сваривании в условиях вакуума или в среде, заполненной негорючими газами. Термосварка помогает получать поток тепла, температура которого достигает 2400-2700°С.

Сфера применения термитной сварки

Этот метод используется как для соединения разных деталей из стали, чугуна и хрупких сплавов, так и для выполнения наплавки при проведении ремонтных работ.

Применяется он в машиностроении, на металлургических, судостроительных и металлообрабатывающих предприятиях и т.д.

Сфера применения

Термическая сварка незаменима в таких ситуациях, как:

  • ремонт и восстановление крупногабаритного оборудования, например прокатного стана, кузнечного пресса и т.д.;
  • создание крупных деталей и сложных конструкций в разных отраслях (элементов судов, коленвалов для моторов и др.);
  • производство стержней для гидростанций, дамб;
  • соединение рельс и арматуры крупного диаметра;
  • сварка тросов, кабелей и т.д.

Виды и используемые составы

Термитная сварка делится на 2 основных вида:

  1. Тигельная (алюминиево-термитная). Первый подвид используется для соединения кабелей и проводов небольшого диаметра. Термит на 70% состоит из железа и на 25% — из алюминия. Когда он сгорает, оставшееся железо образует надежное соединение. Второй подвид применяют для выполнения наплавки при восстановлении рельс. Он позволяет сваривать чугун бесстыковым способом, но для работы с алюминиевыми деталями не подходит.
  2. Муфельная. Здесь используют термит на основе магния. При его сгорании происходит не растекание, а впитывание состава в стык. Так образуется бесшовное соединение.

Существуют разные техники применения такого вида сварки:

  1. Встык. Проводят зачистку стыков соединяемых деталей, после чего их оборачивают термитной пленкой. Когда металл из тигля расплавляется, он заполняет зазор и сдавливает поверхности между собой.
  2. Промежуточный. Применяют, когда надо соединить детали в нужном ракурсе. При этом предварительная подготовка поверхностей не требуется. Расплавленный состав заполняет расстояние между деталями и застывает.
  3. Комбинированный (объединяет 2 предыдущих варианта). Используют для ремонта рельс: сначала их соединяют встык, затем повторно проваривают образовавшийся шов.
  4. Дуплекс. После заливки металла в стык проводят его опрессовку.

Используемые составы

Чаще всего используются термиты, которые состоят в основном из железа и на 25% из алюминия, но могут применяться и другие компоненты (флюсы, присадки, железная обсечка).

Существуют такие комбинации элементов:

  • на 31% из магния;
  • на 31% из титана;
  • на 43% из кальция;
  • на 21% из кремния.

Остальная часть смесей состоит из оксида железа.

Состав смеси зависит от того, где будет применяться термическая сварка. Для работы с рельсами используют специальный термит.

При соединении легированных сталей в термит добавляют присадки из ферротитана или феррованадия. Для сварки чугуна в смеси обязательно должен быть кремний. Выбор правильного состава позволяет получать качественное соединение.

Необходимое оборудование

Хотя технология проведения термитной сварки не отличается сложностью, для ее выполнения все равно надо иметь следующее оснащение:

  1. Тигель. Его делают из тугоплавких металлов или керамики и оснащают устройством, обеспечивающим безопасный слив расплава.
  2. Форму и матрицу для создания отливок. Они могут быть одно- или многоразовыми. Для ограничения области расплава и недопущения его растекания по поверхности используют специальную глиняную обмазку.
  3. Тиски или струбцины. Ими фиксируют и сжимают свариваемые детали.
  4. Термитный состав, патрон или карандаш.
  5. Инструменты для зачистки соединяемых поверхностей и полученных швов.

Необходимое оборудование

Термитные патроны

В промышленности используются специальные патроны, обладающие большой мощностью и обеспечивающие требуемую эффективность. Они применяются на открытой местности или в большом помещении. Во время горения термитного патрона работник должен находиться на безопасном расстоянии, чтобы не получить травму от действия высокой температуры.

В таких случаях обязательно используется оснастка, позволяющая надежно зафиксировать соединяемые детали в нужном положении.

Карандаш для термитной сварки

В быту применяется специальный карандаш, при горении которого образуется температура не меньше 1350°C. Если использовать его в соответствии с имеющейся инструкцией, получается прочное соединение даже крупных деталей.

Карандаш

Такие карандаши имеют разные составы, поэтому перед покупкой мастер должен знать, для каких целей будет применяться указанный метод сваривания.

Как готовить термитную сварку

Перед тем как применять данный метод сварки, необходимо выполнить следующие условия:

  • просчитать нужное количество термита так, чтобы его было достаточно для расплавления стыков соединяемых деталей и всех участвующих в химической реакции компонентов;
  • использовать такую сыпучую смесь, чтобы все входящие в нее компоненты имели одинаковую консистенцию, были хорошо перемешаны между собой;
  • сохранять температуру импульса не менее 1350°C.

Активная часть процесса сваривания занимает до 30 секунд. За это время расплавленный металл заполняет зазор между деталями, а остатки смеси образуют шлак.

Описание технологии

При сгорании порошков, входящих в термитную смесь, происходит выделение большого количества энергии. За счет этого оплавляются кромки соединяемых деталей и происходит смешивание расплавленного металла с компонентами смеси, а затем шов кристаллизуется.

Готовить термитную сварку

Чтобы активировать процесс термической сварки, надо поджечь подготовленную смесь. Для этого создается температурный импульс около 1350°C. Его получают при помощи взрыва пиропатрона, электрического разряда или поджигания специального шнура.

В зависимости от компонентов, входящих в состав термитов, температура их горения будет отличаться. Например, наличие алюминия и магния позволяет получать температуру до 2500°C, а хрома — до 3500°C. Это превышает температуру плавления большинства металлов, что существенно расширяет область применения указанного способа сварки. Его преимущество состоит еще и в том, что после поджога термита он продолжает горение даже под водой, поэтому случайно затушить его не получится.

Особенности сварки

Термитная сварка позволяет проводить работы без использования дополнительного оборудования как с черными, так и цветными металлами, а также со сплавами. Проведение работ занимает мало времени, трудозатраты минимальные, высокая квалификация сварщика не требуется. Шов получается прочный и эстетичный. Использовать метод можно на удаленных объектах, где нет доступа к электричеству или газовым баллонам.

Во время выполнения работ надо следить, чтобы в зону горения шихты не попала вода, иначе может произойти взрыв. Поджигать состав от дуги нельзя. Проводить работы следует при температуре выше -10°C.

Для проводов

Соединять можно как одно- так и многожильные медные или алюминиевые провода, но при этом они должны быть неизолированными. Часто для этих целей применяется соединение при помощи болтов с гайками или скруток, но преимущество термического соединения в том, что в месте стыка снижается сопротивление. Перед началом работ концы проводов очищают от грязи, обезжиривают, после чего обязательно просушивают.

Для проводов

Сварка выполняется с применением термического патрона, в состав которого входят кокиль и вкладыш. Алюминиевые кабели и те, что имеют стальной сердечник, соединяют патроном, у которого вкладыш из алюминия (с него надо ершиком снять оксидную пленку), а кокиль стальной.

Для рельсов

Особенность ремонта рельсов заключается в том, что в большинстве случаев работы выполняются в полевых условиях. Рельсосварочный аппарат имеет достаточно массивные размеры, но альтернативы ему нет.

Сначала подготавливают поверхности рельсовых стыков. Они должны быть ровными, зазор между ними должен составлять 2-3 см. Дальше проводят выравнивание соединяемых элементов и надежно их фиксируют. Устанавливают огнеупорную форму и переходят непосредственно к процессу сварки. Засыпают термитную смесь и поджигают ее одним из доступных способов. Во время ее горения (20-30 секунд) оплавляются края деталей, расплавляется шихта. Около половины ее состава будет приходиться на расплавленный металл, который осядет на дно тигля, а остальное — это шлак (он всплывет вверх).

Для рельсов

Для меди

Часто требуется соединять медные провода. В этом случае термитный патрон отличается от того, что применяется при соединении алюминиевых кабелей. Необходим патрон, в котором имеются медный кокиль и медно-фосфорный вкладыш. На кокиль напрессована термитная шашка, при горении которой выделяется необходимое тепло. В остальном технология ничем не отличается от предыдущих.

В домашних условиях

Если нет возможности воспользоваться электродуговой или газовой сваркой, в быту также можно применять термитный способ. Для этого в продаже есть специальные термитные карандаши, при помощи которых можно как соединять разные детали, так и заделывать небольшие трещины.

При умелом обращении с таким карандашом даже в домашних условиях удается поучать прочное и эстетичное соединение.

Безопасность при работах

Т.к. технология отличается применением химически активных составов, надо соблюдать правила безопасности:

  • хранить термит в сухом, отапливаемом и хорошо проветриваемом помещении;
  • доставлять на место проведения работ такое количество смеси, которое будет использовано за 1 смену (остатки возвращают на склад);
  • не проводить работы в дождь или снег;
  • в зимнее время зачищать место вокруг проведения работ в радиусе не менее 50 см;
  • не зажигать шихту от дуги контактного электропровода;
  • надевать защитный костюм сварщика;
  • отходить на 2,5-3 м во время термитной реакции;
  • засыпать вытекший жидкий металл песком при разрыве тигля или формы.

Профессия термитного сварщика

Данная рабочая профессия является не только востребованной, но и хорошо оплачиваемой. В процессе обучения человек изучает термитные смеси, особенности работы с ними, а также технику безопасности во время сварочных работ.

Термитный сварщик должен знать:

  • назначение и компоненты входящие в существующие термитные составы;
  • способы сварки и особенности применения каждого из них;
  • устройство оборудования и особенности работы с ним;
  • последовательность выполнения работ в соответствии с разработанными операционно-технологическими картами;
  • приемы безопасного применения термитных спичек;
  • правила противопожарной безопасности, охраны труда.

Термитная сварка является современным способом соединения деталей. Если соблюдать правила и технологию ее применения, то в результате даже в полевых условиях удастся получить прочный, качественный и эстетичный шов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector