Термитная сварка: особенности процесса и сфера применения

Термитная сварка становится все более популярной в сфере тяжелой промышленности и строительства. Из материала данной статьи вы узнаете, что она собой представляет, какой бывает, где применяется.

Термитная сварка – технология сварки металлических деталей с применением термита (порошкового вещества, содержащего оксиды металлов и алюминий). По сути, это смесь алюминиевой и магниевой пудры, металлической окалины и металлических присадок.

По-другому термитную сварку называют порошковой. Она имеет ряд достоинств. Например, к ним можно отнести качество сварочных швов. Такие стыки достаточно прочные и долговечные. Если в составе порошкового вещества содержится алюминий, они устойчивы к ржавчине. Термитной сварке присуща экономичность. Такая работа не требует большого расхода энергии. Причем она оптимально проста, а потому под силу не только опытным сварщикам, но и мастерам-новичкам. Работа не занимает много времени, ее можно проводить посредством компактного инструментария.

Наряду с достоинствами, у термитной сварки есть и недостатки. К примеру, перед самой сваркой требуется подготовка металла и кабеля (по отдельности). Кроме того, отследить сварочный процесс довольно сложно. Ввиду этого нередко приходится применять бесшовное оборудование, а управлять им умеет далеко не каждый мастер.

Выделяют 2 вида термитной сварки:

• тигельная (алюминиево-термитная);
• муфельная.

Каждый вид сварки применяют исходя из поставленных условий. Сварка первого типа осуществляется с созданием наплавки. Это позволяет сваривать чугун без стыковки. К ней прибегают тогда, когда необходимо соединить элементы заземляющих контуров и металлоконструкций, которые нужно отремонтировать путем наплавки. Для муфельной сварки характерна потребность в контакте, за счет чего происходит испарение лишнего алюминия.

Для сварки второго вида используют вспомогательную накладку (термитный патрон), облегчающую сварку проводов много- либо одножильного типа. В данном случае для сварки в качестве термита применяют магний.

На первоначальном этапе сварки поджигают саму смесь, температура возгорания которой может достигать 1350 градусов. При этом эффективные способы поджога могут быть разными. Достичь необходимой температуры можно путем получения электрического разряда, в процессе сжигания специализированного шнура либо взрыва пиропатрона. Когда термит горит, температура смесового состава достигает 2500 градусов и более.

В процессе сгорания выделяется энергия, посредством которой кромки соединяемых деталей переводятся в полужидкое состояние. Металл смешивается со сварочной смесью, после чего происходит кристаллизация. Примечателен тот факт, что для горения не нужен кислород, поскольку внутри газа имеется окислитель. При необходимости данную сварку можно осуществлять в среде инертного газа.

При алюминиево-термитной сварке рельсов изначально производят расчет выделяющегося количества теплоты. Его должно хватать для сварки. После этого определяются с составом термитной шихты. Необходимо проследить за равномерностью состава смеси. Затем ее поджигают и доводят до температуры 1350 градусов.

После этого повышается температура в термитной шихте. Как правило, термит превращается в жидкость за 20-30 секунд. При этом масса металла будет составлять не более 1⁄2 массы используемой смеси (все остальное – шлак). Из-за малой плотности шлак поднимется вверх, а металл осядет на дно тигля.

Сложность при ремонтировании рельсов заключается в том, что сваркой приходится заниматься в полевых условиях. Используемый в работе аппарат достаточно массивный. После подготовки торцов между ними создают зазор в 2-3 см, детали выравнивают и фиксируют в заданном положении. Затем устанавливают огнеупорную форму и сваривают детали.

Специфика термитной сварки заключается в том, чтобы сделать точные расчеты. Важно подобрать количество порошка таким образом, чтобы расплавленного металла хватило для заполнения зазора. Кроме того, необходимо следить за тем, чтобы порошок был хорошо размешан. Старт следует проводить при температуре не менее 1400 градусов.

Существует 4 методики проведения сварочных работ с применением термита:

• впритык;
• дуплекс;
• смешанный вариант;
• с промежуточным вливанием.

Каждый способ соединения деталей имеет свои нюансы. Первый из них подразумевает соединение деталей встык с предварительной обработкой и зачищением торцов. В целях предупреждения деформации деталей в ходе неравномерного нагрева металла участки в месте сварки покрывают специальной термоизоляционной пленкой. После того как термит сгорит, жидкий металл заливают в зазор между заготовками. Далее их прижимают друг к другу и стыкуют.

Промежуточный способ термитной сварки не столь затратен, с технологической точки зрения он считается простым. В данном случае расплавленный металл также выливают из тигля в зазор между свариваемыми объектами. Однако они не проходят предварительную обработку. Комбинированный тип сварки может сочетать в себе оба вышеописанных способа сварочных работ. К такой методике прибегают при сварке рельсов. Методика заключается в подрезке рельсовых кромок, после чего между ними кладут тонкую металлическую пластину и производят сжимание двух элементов. В итоге пластина деформируется и сжимается. После этого стык повторно проваривается сверху.

Дуплекс – разновидность тигельной сварки, отличающаяся опрессовкой стыков. По сути, это промежуточная сварка с введением процедуры сжатия оплавленного зазора между двумя подготовленными деталями. Опрессовку выполняют после заливки сплава.

Технология термитной сварки подразумевает наличие специальных инструментов и оборудования. К примеру, термит засыпают в тигель, выполненный из керамики. Тигель оснащен устройством для слива жидкого металла. Для того чтобы отливка была аккуратной, соответствующей необходимому пространству, используют матрицы и формы. Чаще всего они одноразовые, однако некоторые разновидности можно использовать повторно. За счет глиняной обмазки металл не растекается по поверхности.

Ключевой характеристикой термитной сварки считается надежность фиксации. Для этого при сварке пользуются тисками и струбцинами разного размера. Кроме того, в работе применяют термитный карандаш, паяльно-сварочные стержни, устройства дистанционного зажигания. Поверхности обрабатывают разными инструментами. Выбор того или иного из них определяется типом металла и уровнем его загрязнения. Чаще для работы выбирают абразивный круг либо металлическую щетку.

Термитную технологию применяют при сварке железнодорожных рельсов, ЭХЗ и иных конструкций. С ее помощью ремонтируют либо соединяют рельсы, согласно ГОСТу Р 57181-2016. Кроме того, без нее не обойтись в производстве гребных винтов для морского транспорта, а также коленчатых валов для легковых машин. Она используется на предприятиях по обработке металлов.

К данному типу сварки прибегают при ремонте прокатных станков, роторных валов, прессов, ковшей. Ее применяют при ремонте крупногабаритного оборудования, добиваясь качественного и надежного соединения деталей. Помимо этого, ее используют при работе с линиями электропередач и связи (посредством термитной сварки сращивают кабели).

Качество сварного соединения – важный показатель термитной сварки. Изделие должно быть соединено надежно, прочно, аккуратно. При этом качество может зависеть от разных факторов, в том числе от выбранной технологии. Обычно работа контролируется по уровню дефектов сваривания металлических деталей.

На качество сварки могут влиять:

• геометрические размеры;
• структура, твердость, прочность;
• поры, трещины, шлаковые включения;
• сплавление основного и наплавленного металлов;
• эстетические показатели;
• коробления и структурные изменения;
• коррозийность сварных швов.

Контроль качества осуществляется в несколько этапов, выявляющих наличие либо отсутствие дефектов. В ходе проверки учитывают приемлемость внешнего вида, плотность готового шва, а также его физико-химические свойства. Сам контроль качества может быть предварительным и окончательным. Каждый тип имеет свои особенности.

Предварительный – не что иное, как первичный. Он является мерой профилактики дефектов. В данном случае следят не только за соблюдением режима сварки, но и за контролем электродов, флюсов. При окончательном происходит оценка результатов технологии сваривания. Это не только визуальный осмотр, но также испытание на проницаемость.

Следующее видео наглядно расскажет о термитной сварке рельсов на железной дороге.