Термитная сварка

Процесс соединения металлических заготовок с помощью жидкого металла с определенными химическими свойствами получил название термитной сварки. В качестве источника теплоты при этом используется перегретый металлический расплав, который образуется вследствие реакции горения термитов. Объем тепла, выделяющийся в процессе такой термитной (чаще всего алюминотермической) реакции, способствует сохранению жидкого состояния металла в подогретом виде на протяжении долгого времени, что необходимо в данной технологии.

Что такое сварочный термит?

Сварочные термиты представляют собой порошковые смеси из металлов и их оксидов. Обычно они включают алюминий, магний и другие порошковые металлы с железными окислами в виде окалины, получаемой как технический отход в процессе горячей обработки сталей. Окислы железа служат источниками кислорода, а металлические порошки – источников теплоты. Также в составе термита присутствуют разнообразные присадки, которые вводятся в шихту с целью получения легированных сталей. Эти легирующие элементы способствуют улучшению механических характеристик свариваемого изделия. Чаще всего для термитной сварки сварщики пользуются смесью, состоящей на 20% из алюминиевого порошка и на 80% из железной окалины. Помимо этого допускается введение в термит наполнителя из металла, например, железной обсечки, способствующей увеличению выхода жидкого расплава в ходе реакции.

Основным элементом, используемым в термитных смесях в качестве горючего, служит алюминий. Этот металл, обладая повышенной химической активностью, в соединении с кислородом и при соблюдении определенных условий способен легко восстанавливать различные металлы из их окислов. А его большое распространение в земной породе (алюминий занимает третье место по распространенности после кислорода и кремния) позволяет широко использовать восстановительные свойства данного металла в алюминотермии.

Технологии термитной сварки

Принцип действия сварки термитным способом с железо-алюминиевой смесью основан на способности алюминия восстанавливать металлы из окислов. При этом выделяется значительное количество теплоты, что ведет к изменению энергетического потенциала и способствует рекристаллизации элементов, принимающих участие в процессе. Отличием термитной реакции от традиционного горения служит то, что она возможна в любых системах замкнутого типа вплоть до вакуумных.

Это объясняется тем, что сварка термитным карандашом осуществляется посредством кислорода, который присутствует в металлических окислах. Характерной особенностью термитного процесса сварки служит сгорание термитной смеси за несколько секунд с выделением полного объема теплоты. Причем количество тепла, которое выделяется от сгорания горючих материалов, превышает необходимое для окисного разложения, этим и объясняется получаемый в ходе термитной реакции тепловой эффект.

Сварку данным способом разделяют на термитно-муфельную и термитно-тигельную. При последней характерно использование сухих порошкообразных термитных смесей. При соединении стержней из стали и полос применяют железо-алюминиевый термит, процентное соотношение железной окалины с алюминием в котором зависит от чистоты металлического порошка и сортности окалины. Чтобы выход выделяемого в ходе сгорания термита железа был больше, а температура реакции ниже, в термитную смесь нередко добавляются отходы из стали, например, от производства гвоздей.

При термитно-тигельной сварке полосок стали и стержней эффективно использование специального вкладыша, выполненного из стали в форме окружности. Он применяется для закрывания отверстия тигеля. Для проведения термитной сварки ЭХЗ вскрывать индивидуальную упаковку термокоарандаша необходимо непосредственно перед его использованием с выводом шнура замедленного горения из тигель-формы наружу. Стабильность процесса горения термитной смести во многом зависит от размерности входящих в нее элементов. Наиболее интенсивен он при использовании гранул величиной до 1,5 мм. Отличительной особенностью термитно-тигельного процесса сварки является оплавление концов свариваемых стержней с соединением их посредством металла, выделяемого от сгорания термита.

Используемые при термитно-муфельной сварке алюминиевых проводов термитные шашки должны иметь проходящее насквозь продольное отверстие. Причем необходимо, чтобы его диаметр соответствовал размеру соединяемых проводов. Такие термитные шашки изготавливают путем прессования из смесей, состоящих на 75% из железной окалины и на 25% из специального пиротехнического магния. Для связывания данных компонентов применяется нитролак. Его добавляют в объеме 14% к общей массе смеси в сухом состоянии. Отличие термитно-муфельной сварки от термитно-тигельной заключается в отсутствии жидких продуктов реакции от сгорания термита. Образующаяся при этом пористая субстанция из окисленного магния, впитывая железный расплав, не позволяет растекаться шлаковой жидкости.

При соединении алюминиевых проводов термитная сварка в термитно-тигельном варианте неприемлема, а использование термитно-муфельной сварки с прямым контактированием муфельной шашки и алюминиевого провода нежелательно в силу ряда причин. Вступающий в реакции при сгорании термитного муфеля алюминий способствует выгоранию поверхностного металла соединяемых жил. Кроме того, попадающие в сварочную ванну продукты реакции способны ухудшить качество соединения, а оплавление проводов при выходе из термитного муфеля уменьшает их сечение, что может привести к перегоранию отдельных жил в многопроволочных проводниках. Для сварки таких проводов существуют термитные патроны, отличающиеся от шашек наличием металлического кокиля.

Чаще всего соединяют термитной сваркой рельсы, провода, линии электропередачи и связи, а также стыки арматуры. Эффективен данный способ для сваривания отломившихся элементов изделий из стали, таких как зубья в больших шестеренках. Благодаря своим преимуществам термитный сварочный процесс активно используется в ремонтных работах чугунных и стальных конструкций.