Сварка может быть не только электрической или газовой. Различают еще так называемую алюмотермическую сварку, которую в народе называют «термитной». Данная разновидность сварки используется во многих областях производства, строительства и ремонта. В некоторых случаях сварка термитом является единственным из возможных методов получения качественного и надежного шовного соединения.
Термитная сварка известна еще с середины XIX века. Активное применение данного метода сварки началось в начале XX столетия, а уже к 50-м годам прошлого века алюмотермический метод создания швов обошел по уровню распространения электродуговую и газовую виды сварки.
Сварка термитом – технология соединения металлических поверхностей, основанная на способности алюминия восстанавливать оксиды многих металлов. Восстановительная реакция происходит с выделением большого количества тепловой энергии, до 3500 С. Это и позволяет соединять элементы различных металлоизделий.
В состав простейшей термитной смеси входят измельченные до состояния мелкодисперсного порошка:
- Оксид железа
- Алюминий
В более специализированных термитах к основному составу добавляются легирующие компоненты, которые раскисляют расплав и хорошо структурируют его (ферротитан, ферромарганец, феррованадий и пр.). Легирующие компоненты термитной смеси делают шовное соединение более прочным и надежным. В обзоре будет рассказано о том, как варить термитом.
Область применения термитной сварки
Главным преимуществом термита перед другими видами сварки является полная автономность и мобильность. Для термитной сварки не нужен внешний источник энергии. При осуществлении сварочных работ не потребуется ни трансформатор/инвертор, ни генератор, ни баллоны.
Термитная сварка хорошо себя зарекомендовала при работе в полевых условиях, где затруднительно использовать стандартные средства.
Интересной особенностью термита является возможность горения в бескислородной среде. Для поддержания горения кислород берется из окалины (оксида железа).
При помощи термитной сварки обычно выполняют следующие работы:
- Стыковка рельсовых путей
- Соединение трубопровода
- Заделка трещин, раковин и прочих видов брака/износа
Термитная сварка является незаменимой при сборке крупногабаритных деталей. При помощи термита принято соединять: лопасти гребных винтов, элементы якорей, компоненты заземляющих конструкций и прочее-прочее.
Крупногабаритные детали обычно поставляются к месту монтажа по частям. Разборная конструкция соединяется по месту, перед непосредственной установкой. Для этого рациональней всего использовать термит. Сварка термитом позволяет без особых усилий получать шов высокого качества. При этом можно сэкономить уйму времени, сил и энергоресурсов.
Дополнительно термит хорошо себя зарекомендовал при соединении различных проводов, кабеля, троса, арматуры и прочего металлопроката.
В активной фазе алюмотермической реакции термитная смесь превращается в жидкий расплав. Восстановленное алюминием железо становиться текучим. Это свойство термита позволяет использовать сварку при ремонте плит и прочих металлоизделий. То есть расплав равномерно растекается по поверхности металла, надежно устраняя таким образом следы износа или брака.
Как варить термитом.
Технология сварки термитом
Для осуществления термитной сварки нужны 3 вещи:
- Огнеупорная форма
- Жаростойкий тигель
- Термитная смесь
Форма предназначена для создания контура под жидкий расплав. При помощи формы определяются границы сварочного шва. При сварке каких-то нестандартных крупногабаритных металлоизделий форму приходится изготавливать в индивидуальном порядке. В таких случаях форма является одноразовой.
Тигель необходим для непосредственного протекания алюмотермической реакции. То есть в тигле горит термитная смесь. Из тигля жидкий расплав попадает в форму, где и происходит соединение металлических поверхностей.
Для термитной сварки стандартизированных металлоизделий (рельсы, трубы, провода и пр.) нередко применяется тигле-форма. Данное устройство совмещает в себе и тигель, и форму. Тигле-формы предназначены для работы с каким-то определенным видом изделий. Существуют стандартизированные тигле-формы для рельс, труб, проводов, арматуры и т.д.
Тигле-форма изготавливается из жаростойкого материала. Обычно это графит. Такие устройства являются многоразовыми. Графитовая тигле-форма способна выдерживать создание 200-300 шовных соединений при помощи термитной сварки.
Как изготавливается термитная смесь
В большинстве случаев термитная смесь представлена фасовкой цилиндрической формы. Такие «колбаски» изготавливают под конкретно взятые работы. Универсального термита не существует. А если и используется первый попавшийся под руку термит, то есть высокая вероятность получения некачественного шва.
Дело в том, что при использовании термита необходимо рассчитать, чтобы расплава точно хватило на соединение стыкуемых поверхностей. Объема термитной смеси должно быть не больше и не меньше, чем того требуется в конкретно взятом случае.
Для получения термита нужны 3 компонента:
- Оксид железа (около 40%)
- Алюминий (около 40%)
- Легирующая присадка (около 20%)
Все ингредиенты должны быть представлены мелкодисперсным порошком. Чем тоньше помол термита, тем на более качественном уровне будет протекать алюмотермическая восстановительная реакция.
- В качестве оксида железа принято использовать отходы металлургического производства. При создании отливок и термообработке заготовок на поверхности металла образуется корка. Это и есть оксид железа в чистом виде.
Разумеется, для изготовления качественного термита первичный оксид железа подвергается дополнительной обработке. Потенциала сырой окалины недостаточно, чтобы обеспечить эталонные условия для протекания термической реакции в бескислородной среде.
В данном случае окалина проходит дополнительную термообработку в условиях интенсивного окисления.
- Для получения мелкодисперсного алюминиевого порошка используется запатентованная технология. Обычно алюминий получают методом мелкоабразивной шлифовки и хонингования. Таким же образом производят и легирующие присадки.
- Касательно легирующих компонентов, они добавляются в смесь по мере необходимости, в определенном количестве и определенном составе.
Термит можно приготовить и без легирующих присадок, но в этом случае шовное соединение будет не таким надежным и долговечным. При сварке элементарным термитом, так называется чистая термитная смесь, без присадок, оксид железа и алюминий берутся из расчета 1:1.
При сварке термитом конструкций из нержавеющей стали в роли легирующих компонентов чаще всего используются ферротитан и феррованадий. В данном случае легирующие компоненты значительно повышают прочностные характеристики шва, что позитивно отражается на надежности и долговечности всей металлоконструкции.
Как горит термит
Капсула с термитом закладывается в тигель, после чего следует создать на поверхности шихты температурный толчок. Для получения эталонной алюмотермической реакции температурный толчок должен равняться отметке 1350 С или превышать ее.
Сила начального горения быстро увеличивается. На пике горения температура может достигать отметки свыше 3000 С. Столь высокий нагрев в считанные секунды превращает шихту в жидкий расплав, который из тигля перемещается в форму.
Некоторая часть температуры, которая выделяется при сгорании термита, расходуется на нагрев как тигля, так и соединяемых металлических поверхностей. Это несколько снижает эффективность термита. Чтобы свести к минимуму теплопотери, перед установкой формы стыкуемые поверхности хорошо нагревают, фактически докрасна.
Заполнив форму расплав нагревает до высокой температуры прилегающие металлические поверхности. Контактная область по сути становится одним целым, как при натуральном литье. Так происходит формирование термитного шва.
Скорость термитной реакции обычно находится в пределах 20-30 секунд. Конечно, точное время сгорания термита зависит от объема шихты.
При сгорании шихты шлак всплывает наверх. Это происходит из-за разницы в плотности металлического расплава и несгораемых включений. После непродолжительного охлаждения, обычно около 5 минут, следует убрать тигель и разобрать форму. Поверхности термитного шва нужно зачистить. Если соединялись достаточно крупные детали, по типу рельс, то шов обычно чистят болгаркой с насадкой для шлифования.
Термитный шов обладает превосходными физико-механическими свойствами. Металл в области такого шва имеет качественную мелозернистую структуру. Термитные швы не имеют ни раковин, ни других дефектов. В некоторых случаях термитные швы подвергаются прессованию, что позволяет сделать соединения неимоверно прочными.
