Термическая сварка
методическая разработка

ЧТО ТАКОЕ ТЕРМИТНАЯ СВАРКА

В полевых условиях, когда негде подключиться к сети энергоснабжения, а использовать газовые баллоны не представляется возможным, целесообразно прибегнуть к технологии термитной сварки. Простой и в то же время надежный способ позволяет создавать прочные сварные соединения.

Производство и ремонт металлоконструкций почти что всегда подразумевает использование сварочного оборудования. Однако традиционные установки применить модно не всегда. К примеру, для сваривания крупногабаритной металлоконструкции в полевых условиях потребуется основательная подготовка и во весь рост встанет вопрос отсутствия электричества на участке. Если газосварочное оборудование по какой-либо причине недоступно или неприемлемо, то хорошим выходом станет способ соединения металлов с помощью термитной технологии.

Термитная сварка – это способ соединения металлических заготовок путем сжигания термита – специального порошкового состава, состоящего из оксида металлов и алюминия. Смесь включает магниевую и алюминиевую пудру, окалину и металлические присадки.

Область применения

Чаще всего к технологии термитной сварки на основе алюминиевой пудры прибегают в случаях наплавки на элементы конструкций, при необходимости соединения чугунных или других хрупких сплавов. Метод идеально подходит для ремонта ЖД путей: он недорогой, выполняется достаточно быстро и обеспечивает прочное соединение с длительным сроком службы. Все операции по свариванию железнодорожных рельсов проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ Р 57181-2016.

Термитная технология востребована и в других областях производства. К примеру, в машиностроении это наиболее приемлемый вариант в изготовлении гребных винтов для большегрузных морских судов. Большинство коленвалов автомобильного транспорта сделаны с применением данного метода. На предприятиях, связанных с металлообработкой, термитная сварка применяется в ремонте прокатных станов, роторных валов и целого ряда иного крупногабаритного оборудования и оснастки.

Еще одна важная область, где применяется данная технология – энергоснабжение и передача данных. В линиях связи и транспортировки электричества нередко используются кабели большого диаметра. Для их ремонта и прокладки новых магистралей прибегают к термитной сварке. Расходный материал для таких случаев производится их магния.

Технология термитной сварки

Производственный процесс характерен тем, что для его протекания не требуется подключение к сети энергоснабжения или подачи специфических газовых составов. Для соединения металлов используются различные порошковые смеси: алюминиевые, железоокисные, магниевые. Их принято называть термитами, поскольку в процессе их горения образуется большое количество тепловой энергии.

Высокая температура воздействует на металлические заготовки, доводя их до полужидкого состояния. Благодаря изменению агрегатного состояния, металл заготовок смешивается с расплавом порошковых смесей, образуя цельную конструкцию. В уточнении нуждается способ поджога смеси. Для инициализации процесса температура должна достигнуть 1350 градусов Цельсия. Для этого можно использовать один из трех доступных способов. Первый – при помощи электрического разряда. В полевых условиях он недоступен, поэтому более приемлемым вариантом станет взрыв пиропатрона или поджог специального шнура.

Температура горения металлического порошка доходит до 2400-2700 градусов Цельсия. Этого достаточно для плавления большей части металлов. Важно обратить внимание на то, что для поддержания процесса горения не требуется приток кислорода: его достаточно содержится в самой смеси. Поэтому термитное сваривание можно выполнять в инертной среде.

Виды

Существуют два разных способа термитной сварки – тигельный и муфельный. Их применение обуславливается условиями работы и соединяемыми материалами. Первый вид сварки называется еще алюмотермитной и применяется в сборке разных металлоконструкций и заземляющих контуров. Термит для такого вида сварки готовится из алюминиевого порошка и окисла железа. Соотношение составляет 23:70 соответственно. В процессе горения из окалины восстанавливается железо, расплав которого и соединяет заготовки.

Помимо этого, алюмотермитную сварку очень часто выбирают для ремонта металлических поверхностей способом наплавки. Основным достоинством данного метода является возможность соединения чугунных заготовок без стыков. Формирование швов на алюминиевых элементах при помощи такого способа соединения невозможно. Для их соединения лучше прибегнуть к другому виду сварки.

Для муфельной сварки берется термит на основе магния, так как алюминий под воздействием высокой температуры испаряется. Магния же имеет высокую температуру плавления, поэтому не растекается на поверхности. В результате формируется прочное сварное соединение без шва. Когда свариваются алюминиевые заготовки, для избавления от слоя оксида применяется специальный флюс.

Выполняется термитная сварка одним из четырех способов:

Встык. Предварительно требуется основательная подготовка. Поверхность заготовок тщательно очищается. Чтобы избежать нежелательной деформации заготовок детали обертываются специальной пленкой. После сгорания термита получается расплав. Из тигля он заливается в стыковое пространство между двумя заготовками. Детали плотно сжимаются между собой.

Промежуточное литье. Методика применяется для соединения деталей, зафиксированных в определенном пространственном положении. Это самый простой вариант соединения. Предварительно приготовленным в тигле расплавом заполняется пространство между двумя заготовками.

Комбинированный. Метод объединяет два типа сваривания. Используется для ремонта железнодорожного полотна. Торцы рельс предварительно зачищаются, после чего выполняется формовка стыка с помощью металлических форм-пластин. Образуется закрытая полость, в которую вливается расплав. Рельсы сжимаются. После затвердения расплава стык по периметру еще раз проваривается.

Дуплекс. Классическая тигельная сварка плюс дополнительное опрессовывание стыков.

Составы

Самой популярной является железоалюминиевая термитная сварка. В составе термита доминирует оксид железа. Есть в смеси и алюминий, но его часть невысока и составляет 25%. Помимо основных ингредиентов есть и дополнительные – железная обсечка, флюс, легирующие присадки и другие. Горит термит в магнезитовом тигле, здесь же и плавится металл. Кроме алюминия смесь может содержать и другие составляющие. Так с оксидом железа может использоваться:

магний – 31%;

кремний – 21%;

кальций – 43%;

титан – 31%.

Вид смеси зависит от области использования сварки. Самый простой – железная окалина в сочетании с алюминиевым порошком. Важно в точности соблюсти пропорции компонентов. Для ремонта железнодорожного полотна применяется специальный состав, называемый «рельсовым». При алюминотермитной сварке применяется шихта со стальным наполнителем, состоящим из графитной стружки и ферромарганца. Для соединения легированных сталей применяется особый состав, в который добавляются присадки из ферротитана и феррованадия.

Сварка чугуна связана с необходимостью придерживаться особых требований. Термит, предназначенный для соединения чугунных деталей, обязательно должен содержать кремний. При условии выполнения всех требований получается прочное и долговечное соединение. В присадках для сварки чугуна отсутствует марганец.

Оборудование для термитной сварки

Технологически процесс не представляет сложности. Тем не мене, для нормального протекания реакции и получения нужного результата требуется специальный инструмент и оснастка:

Тигель. Делается он или из тугоплавкого металла, или из керамики. Резервуар должен обеспечивать безопасность слива расплавленного металла.

Формы и матрицы потребуются для создания отливок. Они могут быть одноразовыми или длительного использования. Чтобы жидкий металл не растекался, поверхность формы обмазывается специальной глиной для термитной сварки.

Тиски, струбцины и другие аналогичные устройства для сжатия частей форм.

Термитный карандаш. Потребуется во многих операциях сварки или резки металла.

Абразивы для зачистки поверхности зоны сварки. Это может быть болгарка со шлифовальным кругом, наждачная бумага, щетка по металлу.

Набор вспомогательного инструмента: термометр полоскового типа, ножовка по металлу, газовая горелка, кислородный резак и другие.