Экзотермическая / термитная сварка
Экзотермическая сварка — это сварка деталей расплавненным металлом, образованным в ходе химической реакции, сопровождающейся высокой температурой (большим количеством тепла). Основным компонентом этого вида сварки является термит.
Термит — это порошкообразная смесь, состоящие из двух металлов:
- Окисел второго металла с небольшой теплотой формирования (например, окисел меди или железа).
- Металл, имеющий большую теплоту окисления. Например, алюминий, который обладает очень большой активностью, соединяясь с кислородом — за счёт чего при определенных условиях он легко восстанавливает из окислов другие металлы.
Термиты применяются в вооружении — зажигательных бомбах, в металлургической промышленности — алюминотермия и для сварки металлов.
При экзотермической сварке наиболее часто применяются термиты из пары «железная окалина + алюминий» и из «медный окисел + алюминий». Эти смеси сгорают, давая металлическое железо или медь, во втором случае, и окись алюминия. Реакция сопровождается температурой более чем 3000° С.
Для проведения операции используется специальная огнеупорная форма — тигель. Порцию термита зажигают в этой форме, после чего он быстро сгорает и тигель заполняется сильно перегретым расплавом.
После небольшой отстойки расплав из-за разного веса компонентов разделяется на два слоя: снизу — жидкий металл (железо или медь), сверху — жидкий шлак, состоящий преимущественно из окиси алюминия.
Отстоявшимся расплавом заливают свариваемые изделия. При этом поверхности изделий разогреваются до сварочного жара (не расплавляя металл) и сплавляются с металлом из расплава.
Экзотермическую сварку используют для сварки железнодорожных рельс, стальных труб, при ремонте стальных, чугунных деталей, для соединения разнообразных изделий (например, заземляющего электрода и медного провода).
Для удобства примениния, созданы различные готовые комплекты, которые включают все необходимое для проведения сварочных работ.
Экзотермическая сварка проводников
Сварка с использованием термита » медный окисел + алюминий » обеспечивает наиболее качественный контакт между двумя проводниками. Это превосходные сварные соединения, которые никогда не ослабнут, не заржавеют и чье сопротивление никогда не повысится.
Такой способ обеспечивает возможность создания связей на молекулярном уровне для разных материалов без каких-либо внешних источников энергии или тепла:
- «медь — медь»
- «медь — оцинкованная сталь»
- «медь — «чёрная» сталь»
- «медь — омеднённая сталь»
- «медь — нержавеющая сталь»
- «медь — бронза»
- «медь — латунь»
- и даже «сталь — сталь»
В тигель — графитовую форму помещаются проводник и термит (заряд). В ходе реакции в результате замещения оксида меди алюминием образуется расплав с очень высокой температурой, состоящий из меди и оксида алюминия.
Достоинства экзотермической сварки
Соединения, выполненные с помощью экзотермической сварки, обладают рядом неоспоримых достоинств:
- обеспечивается качественное соединения проводников из различных металлов;
- предельная нагрузка по току равна или выше предельной нагрузке самого проводника;
- система абсолютно автономна, не требует внешних источников питания или тепла;
- постоянное соединение на молекулярном уровне, которое не подвержено механическому ослаблению и не подвержено коррозии, что обеспечивает долговечность соединения, равную сроку службы установки;
- устойчивость к повторным токам повреждения;
- температура плавления присадочного материала выше температуры плавления меди (1082°C); по этой причине при ненормальном нагреве, вызванном высокими токами повреждения, разрушение соединения произойдет позже разрушения проводника;
- простота визуальной проверки качества соединения;
- минимальное обучение монтажу;
- простота эксплуатации, хранения и транспортировки (воздушным, наземным или морским транспортом в неограниченном количестве) необходимых компонентов сварки;
- малое время монтажа.
Порядок проведения
экзотермической сварки
Порядок проведения соединения двух проводников с помощью экзотермической сварки на примере универсальной сварочной конструкции.
1. Проводники укладываются на асбестовые «подушки».
2. Полученный «сендвич» монтируется на форме. Устанавливается термитный / сварной заряд.
3. Заряд поджигается и соединение готово.
Вся процедура занимает не более минуты (две минуты с учетом остывания).
Примеры использования
Возможности экзотермической сварки (некоторые примеры).
Термитная сварка: виды, преимущество, применение
Термитная сварка основана на способности некоторых порошкообразных механических смесей металлов с окислами металлов (термитов) сгорать, выделяя большое количество тепла.
В качестве окислов в термитных смесях используют железную окалину (закись железа), а в качестве горючих металлов — алюминий, магний и др. Источником кислорода в термите является окисел железа, а источником тепла — металл, входящий в смесь в чистом виде.
Для получения теплового эффекта количество тепла, выделяющееся при сгорании горючего вещества, должно быть больше, чем требуется для разложения окисла. Характерным для термитной сварки является сгорание термита в течение нескольких секунд, за это время и выделяется все количество тепла.
Виды термитной сварки и их применение
Различают термитно-тигельную и термитно-муфельную сварки КС.
Для термитно-тигельной сварки применяют сухие порошкообразные термитные смеси. При сварке стальных полос и стержней контуров заземления используют алюминиевый термит, состоящий из 23% алюминиевого порошка и 77% окалины (по массе). Процентное содержание алюминия и железной окалины в термитной смеси колеблется в зависимости от сорта окалины и чистоты алюминиевого порошка. Для увеличения выхода железа, выделяющегося при сгораний термита, а также снижения температуры реакции в термит добавляют стальные отходы гвоздильного производства.
При термитной сварке стальных стержней и полос для этих же целей используют стальной вкладыш (кружок, закрывающий литниковое отверстие тигеля). Интенсивность процесса горения термита зависит от размеров зерен компонентов. Для стабильного ведения процесса сварки применяют гранулированные зерна размером от 0,25 до 1,5 мм. Для улучшения качества сварного соединения в термитные смеси вводят легирующие присадки — 80%-ный ферромарганец и ферросилиций в количествах соответственно 1,4 и 0,15% по массе.
Особенность термитно-тигельной сварки состоит в том, что концы соединяемых стержней оплавляются и соединяются металлом, образующимся при сгорании термитной смеси.
Для соединения стальных однопроволочных проводов линий связи применяют цилиндрические термитные шашки со сквозным продольным отверстием. Отверстие соответствует диаметру свариваемых проводов. Термитные шашки прессуются из смеси, содержащей 25% пиротехнического магния марки МПФ и 75% железной окалины. В качестве связующего вещества используется нитролак марки НЦ-551, который добавляется в количестве около 14% массы сухой смеси (сверх 100% смеси).
Для сварки алюминиевых жил термитно-тигельный способ непригоден. Использовать термтно-муфельную сварку в таком виде, как она применяется для сварки стали, когда осуществляется непосредственный контакт между муфельной шашкой и алюминиевым проводом, неприемлемо по ряду причин:
1. при горении термитного муфеля алюминий вступает в реакцию, что приводит к выгоранию металла у поверхности свариваемых проводников,
2. продукты реакции попадают в алюминий сварочной ванны и ухудшают характеристики соединения,
3. провода на выходе из термитного муфеля оплавляются, что приводит к уменьшению их сечения, при сварке многопроволочных проводников отдельные проволочки жилы перегорают.
Для сварки многопроволочных проводов разработаны термитные патроны , которые представляют собой термитную шашку с металлическим кокилем . При термитно-муфельной сварке (в отличие от термитно-тигельной) в результате сгорания термита не возникают продукты реакций в жидком виде. В процессе сгорания образуется пористая масса окиси магния, которая впитывает расплавленное железо, поэтому магниевый термит не дает жидких, растекающихся шлаков.
Рецептура термитной массы для изготовления термитных шашек к патронам типов ПА, ПАС и др. та же, что и при изготовлении термитных шашек для соединения стальных однопроволочных проводов.
Сварку алюминия и его сплавов затрудняет пленка окиси алюминия, которой он быстро покрывается на воздухе. Поэтому удаление окислов и защита от дальнейшего окисления сварочной ванны имеют большое значение при сварке.
Влияние окисной пленки уменьшают при помощи флюсов, которыми перед сваркой покрываются соединяемые проводники и присадочные прутки. Флюсы растворяют окись и переводят ее в легкоплавкий шлак, который всплывает на поверхность. При этом пленка жидкого шлака покрывает в процессе сварки поверхность расплавленного металла сварочной ванны, изолирует эту поверхность от воздуха и этим защищает от дальнейшего окисления. Однако остатки флюсов вызывают коррозию проводов, поэтому при выполнении КС следуем по возможности избегать применения флюсов.
Одним из лучших является флюс марки АФ-4А, в состав которого входят хлористый натрий — 28%, хлористый калий — 50%, хлористый литий — 14%, фтористый натрий — 8% (по массе). Этот флюс можно применять только в тех случаях, когда сварное соединение полностью защищено от внешних воздействий.
Значительно меньшую коррозию вызывает трехкомпонентный флюс ВАМИ (хлористый калий — 50%, хлористый натрий — 30%, криолит марки К-1 — 20%). Однако и при его применении необходимо принимать меры для защиты соединений от коррозии. Остатки флюсов на КС после сварки следует удалять зачисткой или промывкой.
При сварке алюминиевых проводов термитным патроном в его литниковое отверстие вводят присадочный пруток, который плавится для увеличения жидкого металла в кокиле. В качестве присадочных прутков используется прутковый алюминий или зачищенные проволоки свариваемых проводов. Присадочные прутки изготавливают свиванием предварительно обезжиренных и зачищенных нескольких проволок диаметром 2 мм.
Преимущества термитной сварки
Термитную сварку выгодно отличают независимость от источников электроэнергии или газа, отсутствие потребности в сложном оборудовании, а также возможность выполнения соединений в линейных условиях монтажным, ремонтным и эксплуатационным персоналом.
Термитная сварка неизолированных проводов
Наиболее экономично соединять провода на высоковольтных линиях электропередачи термической сваркой. При этом способе не требуются сложное оборудование и специальный инструмент.
Термитная сварка проводов, если она выполнена с полным соблюдением установленной технологии, является наиболее простым и надежным способом соединения.
При термитной сварке образуется цельнометаллическое соединение концов проводов, сечение металла в котором больше, чем у соединяемых проводов, а электрическое сопротивление меньше, чем участка целого провода равной длины.
Соединения многопроволочных проводов, выполненные термитной сваркой, не изменяют электрические характеристики с течением времени, а следовательно, не требуют дополнительных затрат рабочего времени на профилактические испытания.
Однако сварочные соединения нужно выполнять только качественно. Некачественные соединения проводов могут получиться из-за небрежной подготовки провода, применения неотрегулированных клещей, недостаточной или чрезмерной, а также односторонней подачи, заедании проводов в патроне и т. д.
Как показывает опыт работы по сварке проводов, наиболее частыми причинами некачественной сварки являются заедание проводов в патроне и односторонняя подача провода. Заедание одного из проводов в кокиле патрона также ведет к односторонней подаче провода.
При сварке проводов на линиях электропередачи наблюдались случаи, когда при самой тщательной подготовке проводов и клещей сварка все же не получалась из-за односторонней подачи провода в кокиль термопатрона.
Выполнение термитной сварки проводов
Термитную сварку проводов производят с помощью термитных патронов (рис. 1).
Термитный патрон для сварки алюминиевых и сталеалюминиевых проводов состоит из следующих основных элементов:
- кокиля из листовой стали толщиной 0,5 — 1,25 мм для защиты верхнего повива провода от пережога и попадания в зону сварки вредных примесей, образующихся от сгорания термитной массы,
- вкладыша из алюминия для образования зоны сварки и заполнения пустот,
- термитной шашки, которая при сгорании выделяет необходимое количество тепла для расплавления вкладыша и концов свариваемых проводов в зоне сварки.
Термитный патрон для сварки медных проводов состоит из кокиля, изготовленного из листовой меди толщиной 1,5 — 2 мм или из медных труб, вкладыша из сплава меди с фосфором марки МФ-3 и термитной шашки.
Рис. 1. Термитные патроны: а — для алюминиевых и сталеалюминиевых проводов, б — для медных и бронзовых проводов, в — положение термитных патронов на проводах перед сваркой, 1—кокиль, 2 — вкладыш, 3 — термитный муфель (шашка), 4 — место этикетки, 5 — провод, 6 — ограничительный бандаж, 7 — асбестовое уплотнение.
Правильная подготовка концов проводов под термитную сварку имеет большое значение для высококачественной сварки соединения. Концы должны быть тщательно очищены от загрязнений, обезжирены бензином от смазки и просушены. Удаление смазки с концов проводов и их сушка необходимы, так как при сгорании смазки или остатков бензина образуются газы, препятствующие заполнению места сварки расплавленным металлом и способствующие образованию раковин и каверн.
Концы свариваемых проводов отторцовываются так, чтобы плоскость среза была ровной и строго перпендикулярной оси провода. Торцевание проводов сечением до 150 мм 2 производят монтажными ножницами для резки проводов, а проводов сечением более 150 мм 2 — при помощи ножовки или специального приспособления.
Чаще всего некачественная сварка происходит из-за односторонней подачи концов провода вследствие того, что металл вкладыша плавится вначале с одной стороны и происходит затирание или заедание концов провода в кокиле.
При термитной сварке проводов нужно следить за подачей концов свариваемых проводов с обоих концов кокиля. Металл в зоне сварки находится в жидком состоянии еще в течение нескольких минут после сгорания термитной массы и до тех пор, пока шлак, образовавшийся после сгорания термитной массы, не остынет до темного цвета. По этой же причине не следует спешить с ослаблением нажатия клещей и преждевременным отвертыванием воротков с плашками, крепящими концы проводов в клещах.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Что такое термитная сварка
Существуют 4 основные техники сварки, основанной на термитной реакции: промежуточное литье; комбинированная; впритык; дуплекс. При промежуточном литье термосмесь под воздействием высоких температур превращается в жидкий металл. При этом соединяемые части металлоконструкции фиксируются в специальной форме. В эту форму заливают термит, в результате происходит оплавление и скрепление отдельных частей. Схема дуплекса идентична промежуточному литью. Единственное отличие: после того как термит заливается в форму и застывает, образованный стык дополнительно прессуется. Метод впритык применяется для соединения катодных и дренажных выводов, различных пластин и иных подобных элементов. Предварительно части конструкции подвергают обжигу в печи, а сам термит обжигают в другом тигле. Затем свариваемые изделия обжимают прессом и соединяют под воздействием обожженного термита. При использовании этой методики важно хорошо обработать кромки и торцы пластин. Стрелочные механизмы, рельсы и подобные конструкции соединяют посредством комбинированной техники, которая сочетает методы впритык и под литьем. Вначале рельсы обрезают, чтобы получились острые кромки. Между отдельными их частями ставят стальную пластину, вжимая с помощью пресса. В образовавшийся зазор под давлением заливают жидкую термосмесь, после застывания которой шов дополнительно обрабатывается и сваривается.
- Электроды сравнения
- Электроды сравнения ЭНЕС-1
- Электроды сравнения ЭНЕС-1МС2
- Электроды сравнения ЭНЕС-3М
- Электроды сравнения СМЭС
- Электроды сравнения ЭМС-1,2 / ЭМС-0,4 / ЭМС-ВЭ
- Электроды сравнения ЭСН-МС2
- Электроды сравнения ЭСМС-Э.ПВЕК
- Электроды сравнения биметаллические ЭДБ-2П
- Анодные заземлители АЗЖК, ЭЛЖК
- Протяженные анодные заземлители типа «Лидер» АЗПЛ
- Электроды графитовые ЭГТ-2500
- Поверхностные анодные заземлители
- Магнетитовые заземлители МТ
- Магнетитовые заземлители МТК
- Ферросилидовые заземлители ММ
- Ферросилидовые заземлители МК
- Заземлители типа «Лидер» АЗЖЛ
- Магнетитовые заземлители МТ
- Ферросилидовые заземлители МГБ
- Ферросилидовые заземлители МКГ
- Ферросилидовые заземлители МГ
- Датчик скорости коррозии ДСК-1
- Блок пластин-индикаторов БПИ-2
- Индикатор коррозионных процессов ИКП
- Анализатор ИКП
- Протекторы магниевые ПМ-5У / ПМ-10У / ПМ-20У
- Протекторы МПМ-К-20-У / МПМ-К-10-У
- Протекторы магниевые ПМ 15-80
- Протекторы цинковые П-КОЦ-5, П-КОЦ-10, П-КОЦ-15, П-КОЦ-18, П-КОЦ-36
- Протекторы алюминиевые ПАКР-8, ПАКР-10, ПАКР-12, ПАКР-15, ПАКР-18
- Контрольно-измерительные пункты КИП.Л (типа «Лидер»)
- СКИП-Г (городского типа)
- Стойки СКИП-1, СКИП-2
- Коммутационно-измерительные пункты «Энергомера»
- КИП ХС
- Контрольно-измерительный пункт ПВЕК для Газопроводов
- КИП.СК
- Блоки диодно-резисторные БДРМ-10 / БДРМ-25
- Блок диодно-резисторный БДР-М2
- Блок дренажной защиты БДЗ
- Блок совместной защиты БСЗ
- Дренаж ДРП-М1
- Устройства (станции) катодной защиты УКЗТ
- Выпрямители автоматические В-ОПЕ
- Преобразователи ПКЗ-АР, ИПКЗ
- Устройство распределительное катодной защиты высоковольтное
- Устройство распределительное катодной защиты низковольтное
- Станция катодной защиты Тверца-900
- Устройство защиты от грозовых перенапряжений УЗГП-1
- Термитные карандаши / Термокарандаши
- Тигель-формы (одноразовые РТФ и многоразовые)
- Стержни паяльно-сварочные ЭХЗ-1152, ЭХЗ-1150
- Термитная смесь медная / Термосмесь
- Термитные спички / Термоспички
- Термопатроны ПАС-50
- Опорно-направляющие кольца ОНК
- Опорно-направляющие кольца ПМТД
- Кольца диэлектрические Спейсер
- Манжеты герметизирующие ТИП-2
- Манжеты резиновые ПМТД
- Укрытие защитное манжеты герметизирующей УЗМГ
- Укрытие резиновой манжеты У-ПМТД-С, У-ПМТД-С-ОКС, У-ПМТД-СК
- Коксо-минеральный активатор (КМА)
- Коробка металлическая трубная КМТ-1
- Строительство, ремонт, обслуживание нефтепроводов
- Строительство, ремонт, обслуживание резервуаров
- Строительство, ремонт, обслуживание газопроводов
Термитная сварка
При работе с металлическими конструкциями всегда приходится использовать сварку. Но чтобы шов получился гладким и прочным важно выбрать наиболее подходящий способ сваривания. Особым спросом среди многих профессионалом пользуется термитная сварка.
Она получила высокую ценность благодаря высокой скорости и надежности. Также она обладает максимальной простотой и легкостью проведения, во время сварочного процесса не нужно применять электроды и огромные сварочные аппараты.
В чем состоит суть термитной сварки
Многие часто спрашивают, что такое термитная сварка и зачем она используется? Чтобы это понять, стоит рассмотреть ее основную суть. Во время сварочного процесса применяются специальные порошковые составы, которые во время сгорания образуют большое количество тепловой энергии. Часто данные металлические смеси называют термитами.
Термическая сварка — это процедура, во время которой происходит разогревание свариваемого элемента до состояния полужидкой субстанции, но в то же время оно сплавляется в целостный состав при помощи специального порошка. Обычно применяется порошок, который состоит из железа и алюминия.
При смешивании данных элементов на основе алюмотермической реакции на области сварки образуется катализатор с высоким качеством. Основная суть этого процесса состоит в том, что во время него из соответствующего оксида химическим методом происходит полное восстановление металла.
Обратите внимание! Сварка изделий производится за счет оказания воздействия расплавленного металла из термита и сильного жара на кромки, которые начинают активно плавятся на свариваемом участке. Именно термит в данном случае выступает в качестве присадочного материала.
При термическом сварочном процессе проявляется мощный поток тепла с показателем температуры от 2400-27000С, оно выполняет функции горелки при проведении газосварки или электрода при электродуговой сварке. Главная особенность данной технологии состоит в том, что порошкообразный термит способен воспламеняться самостоятельно.
Это связано с наличием кислорода в составе порошка, который выделяется во время химической реакции из оксида железа. Именно это способы позволяет проводить термическое сваривание в среде, которая заполнена негорючими газами, к примеру, углекислым, и даже в вакууме.
Сферы применения
При помощи термита из алюминиевой пудры выполняется наплавка на запасные части или детали. Также данная технология применяется при сваривании рельсов и чугуна, разных сплавов из хрупких металлов. Именно этот вид сваривания позволяет провести быстрый ремонт железнодорожных путей с минимальными затратами.
Термит для сварки из производных магния применяется в случаях, когда необходимо сваривать электрические коммуникации, телефонные провода и многое другое. Термитное сваривание часто используется в условиях производства. Этот способ подходит для изготовления крупных деталей — лопасти в речных и морских судах, коленчатые валы автомобилей и другие.
Виды термитной сварки
Сварка, во время которой применяется специальный порошковый термит из алюминия и железа, может производиться при помощи тигельного и муфельного способа. Первый способ также имеет другое известное название — алюминотермитная сварка. Она часто используется при установке заземляющих контуров, металлических конструкций.
Стоит отметить! Перед проведением сварки делается термит из оксида железа и алюминиевого порошка в пропорциях 70:23. Во время его сгорания стыки деталей соединяются расплавленным железом, который восстанавливается из окалины.
Алюмотермитная сварка часто применяется при проведении ремонта поврежденных поверхностей методом наплавки. Главное преимущество данной технологии состоит в возможности сваривании чугунных элементов без образования стыков. Но ее невозможно применять для наложения швов на алюминиевые изделия, в этих случаях стоит использовать муфельный сварочный процесс.
При проведении термитной сварки своими руками оказывается высокая температура, которая вызывает сильное расплавление алюминия, в результате этого он начинает испаряться. Муфельная технология проводится с использованием термита на основе магния, при повышенных температурах он не растекается, а впитывается в поверхность и образует ровный шов.
Оборудование
При проведении термитной сварки сварщик должен применять следующие элементы и оборудование:
- тигель из керамики или тугоплавкого металла. Он должен иметь устройство для безопасного слива расплава;
- для создания отливок потребуется применение форм и матриц. Они могут быть одноразовыми или для многократного применения;
- устройства для закрепления и сжатия деталей;
- термитный карандаш. Этот элемент применяется в домашних условиях для сваривания и резки металлов;
- комплект инструментов, которые должен иметь в составе такие элементы, как кислородный резак, газовая горелка, ножовка по металлу, полосковый термометр;
- для зачистки поверхностей стоит применять абразивный круг или металлическую щетку.
Проведение термического сварочного процесс стоит соблюдать важные особенности и правила. Несмотря на то, что он простой и не требует использования дорогого оборудования, все равно не нужно забывать про разновидности сварки и некоторые нюансы, от которых зависит прочность и внешний вид шва.