Состав термитной смеси для сварки

Обновлено: 24.01.2025

Публикации для людей, интересующихся наукой и техникой

Термитами называются порошкообразные горючие смеси металлов с окислами металлов, способные сгорать с выделением значительного количества тепла и развивать при этом весьма высокую температуру. Они применяются для производства некоторых металлов и сплавов.

Главной областью применения термитов - это сварка разных металлов: алюминий, магний, кремний. Источником кислорода в термитных смесях являются окислы металлов: окислы железа, марганца, никеля, меди и т. п. В качестве источника кислорода в сварочных термитах обычно применяется железная окалина, примерно отвечающая по составу магнитной окиси-закиси железа Fe₃O₄, содержащей 27,6% кислорода и 72,4% железа.

Часто используемым материалом для сварки является алюминиевый термит (рис. 1), который состоит из металлического алюминия в форме грубозернистого порошка или крупы с величиной гранул около 1 мм, и из железной окалины примерно с той же величиной зерна. Он представляет собой сыпучую грубозернистую смесь из белых зерен (алюминий) и черных зерен (железная окалина).

Рис. 1. Алюминиевый термит: слева – гранулы алюминия, справа - железная окалина

Для зажигания термита его необходимо нагреть хотя бы в одной точке до температуры порядка 1000℃. Начавшееся горение протекает очень бурно и быстро распространяется на весь объем термитной смеси по следующей реакции:

Термит сгорает полностью за 20-30 сек. Время горения зависит от грануляции, т. е. размеров зерен смеси: чем мельче зерно, тем быстрее заканчивается процесс горения. Экзотермическая реакция сгорания 1 кг алюминиевой термитной смеси развивает около 750 ккал. В действительности термитную смесь изготовляют из возможно более дешевых материалов: из технического алюминия низших марок или алюминиевого лома с содержанием алюминия 88—98%. Железную окалину берут обычно из цехов горячей прокатки стали, в которых она является отбросом производства. Такая окалина может содержать различное количество кислорода. Поэтому действительный состав термитных смесей может меняться в широких пределах в зависимости от химического состава применяемых материалов, который следует проверять химическим анализом. Наиболее распространенный состав термитной смеси для материалов среднего качества: 23% алюминия и 77% железной окалины.

Несмотря на то, что алюминиевый термит выделяет небольшое количество тепла 750 ккал на 1 кг смеси, термитная смесь развивает при сгорании весьма высокую температуру. Это объясняется тем, что сгорание термита идет исключительно за счет вещества самой смеси и 1 кг термита при сгорании дает столько же, т. е. 1 кг продуктов сгорания. По теоретическому расчету реакции сгорания термита с учетом теплоемкости продуктов сгорания обеспечивается температура ~ 3000℃. Поэтому продукты сгорания термита — железо (температура плавления около 1500℃) и окись алюминия Аl₂O₃ (температура плавления 2050℃) получаются в расплавленном, жидком и сильно перегретом виде.

Если сжечь термит в огнеупорном тигле, то по окончании реакции горения продукты реакции — жидкая сталь и шлак, состоящий главным образом из окиси алюминия. В сварочные термитные смеси, кроме алюминия и железной окалины, обычно добавляют различные примеси с целью улучшить состав и повысить прочность термитного металла, увеличить общий выход металла при сжигании смеси, несколько понизить температуру термитной реакции.

Для улучшения химического состава термитного металла и повышения механической прочности в смесь обычно вводят ферросплавы, ферросилиций и ферромарганец. Меняя количество этих присадок, можно изменять в широких пределах химический состав и механические свойства термитного металла. Для увеличения выхода термитного металла и некоторого снижения температуры термитной реакции в термитную смесь для сварки обычно добавляют технически чистое железо в мелких кусочках в количестве 10 - 15% веса термитной смеси. Для этой цели чаще всего применяют обсечку — отход при производстве проволочных гвоздей. Окончательный состав термитной сварочной смеси определяют расчетом в зависимости от характера работы и состава металла, подлежащего сварке.

Термитная сварка. Сварка заливкой жидкого металла между свариваемыми торцами рельсов, при которой используют энергию экзотермической реакции смеси оксидов металла и измельченного алюминиевого порошка, в результате чего образуется расплавленный присадочный металл.

облив сварного стыка: Выпуклость стыка, определяемая расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы сварного шва с основным металлом и поверхностью сварного стыка, измеренным в месте наибольшей выпуклости.

стык рельсовый термитной сварки: Участок рельса в области алюминотермитной сварки протяженностью от 20 до 80 мм в обе стороны от края облива стыка.

разработчик процесса термитной сварки: Организация, разработавшая и испытавшая процесс термитной сварки.

тип рельса: Параметр, характеризующий погонную массу рельса и его геометрические размеры.

технологическая инструкция на процесс термитной сварки: Документально оформленная технология термитной сварки, идентифицирующая все применяемые расходные материалы и оборудование, а также технологический процесс, которому необходимо следовать на всех стадиях сварки.

Границы и область применения

При сварке давлением жидкие продукты выливают через край тигля (рис. 2, а,б,в); при этом место сварки сначала заливается жидким шлаком, смачивающим металл и дающим на его поверхности тонкую пленку, препятствующую прилипанию термитного металла к основному. Жидкий металл поступает в форму вслед за шлаком, но не сваривается с основным металлом и может быть удален по окончании сварки. Жидкий металл используется как носитель тепла для разогрева места сварки. После того как жидкая смесь выпущена в форму и стык достаточно разогрет, приступают к осадке. Для этой цели применяют стяжные прессы, приводимые вручную рычажными ключами. При повороте ключей приходят в действие винтовые стяжки, создающие давление и производящие осадку разогретых деталей. Стяжной пресс (рис. 3) надевают на место сварки до выпуска расплавленной смеси.

Поверхность сварного стыка должна быть защищена от попадания термитного шлака, для этого соединяемые поверхности аккуратно пригоняют, отшлифовывают и перед сваркой стягивают со значительным давлением посредством стяжного пресса. Рельсовая сталь обладает ограниченной свариваемостью в пластическом состоянии и в стык перед сваркой закладывают пластинку по профилю рельса из мягкой низкоуглеродистой стали с тщательно зачищенными и отшлифованными поверхностями. При разогреве стыка термитом усиливают давление, поворачивая стяжные гайки пресса, и производят осадку.

Способ термитной сварки давлением, в настоящее время почти не применяется, так как этот способ сложен и требует очень тщательной пригонки свариваемых поверхностей и дает значительный разброс результатов в отношении прочности стыка. Также трудоемка операция осадки и установки стяжного процесса.

Гораздо дешевле и удобнее сварка плавлением, так называемый способ промежуточного литья (рис. 2, г,д,е). В этом случае рельсы заформовывают со значительным зазором (10—12 мм) в стыке, поэтому особенно тщательной пригонки и шлифования соединяемых поверхностей не требуется. Расплавленную смесь выпускают через дно тигля. Поступающий в форму перегретый расплавленный металл оплавляет основной металл у сварного стыка и сплавляется с ним в одно целое. Термитный шлак, поступающий в форму вслед за металлом, служит лишь для дополнительного подогрева сварного стыка и замедления его охлаждения по окончании сварки. Осадочного давления и применения стяжного пресса не требуется, рельсы остаются неподвижными в процессе сварки. Поэтому возможно, например, сваривать рельсы, уложенные в пути, без расшивки, что позволяет сваривать плети неограниченной длины, вваривать куски рельсов в местах вырезки поврежденных стыков и т. п.

Рис. 2. Способы термитной сварки рельсов:

а, б, в - давлением; г, д, е - промежуточного литья; ж, з, и - комбинированный;

1 - рельс; 2 - жидкий шлак; 3 - тигель; 4 - сварочная форма; 5 - термитный металл;

6 - шлаковая корка; 7 - металлический облив; 8 - шлак в верхней части формы; 9 - вкладыш; 10 - канал;

Недостатки способа промежуточного литья:

увеличенный расход термита;
образование литой структуры металла в сварном стыке, не уплотняемого осадочным давлением и поэтому склонного к образованию пор и раковин;
все сечение стыка для надлежащего разогрева получает значительный облив, удаление которого вызывает известные затруднения. Приходится обрубать и шлифовать поверхность катания и боковые грани головки рельса.

При комбинированном способе металл выпускают через дно тигля, заливку жидким металлом ведут лишь до нижней грани головки рельса (рис. 2, ж,з,и), а отшлифованные торцы головок собирают со вкладной пластинкой низкоуглеродистой стали. При выпуске жидкой смеси головку заливают шлаком и сваривают давлением при последующей осадке стяжным прессом, в то время как шейка и подошва рельса оказываются сваренными плавлением по способу промежуточного литья. Комбинированный способ является оптимальным. Результаты термитной сварки рельсовых стыков достаточно удовлетворительны. Сварку легко вести в полевых условиях. Несмотря на это, термитная сварка рельсовых стыков на железных дорогах применяется в ограниченных размерах и в настоящее время почти вытеснена контактной сваркой из-за довольно высокой стоимости термитной смеси, дефицитность металлического алюминия и низкой производительности термитной сварки.

Рис. 3. Стяжной пресс для рельсового стыка:

1 - стяжная штанга; 2 - стяжная гайка; 3 - зажимная гайка;

4 – термитный тигель; 5 - крышка тигля

Термитную сварку применяют для ремонта крупных стальных и чугунных деталей, можно приливать отломанные части стальных деталей. При сварке чугуна применяют специальный термит со значительным содержанием ферросилиция. Термитная сварка позволяет изготовлять стальные отливки, даже полевых условиях.

Выбор основных и присадочных материалов

Для группы материалов химический состав присадочных материалов определяют в зависимости от химического состава основного материала.

Присадочный материал состоит из порошкообразного окисла металла и порошкообразного алюминия и расплавляется в тигле. Термитную смесь легируют присадкой ферросплавов, карбидов, окислов и чистых элементов. Присадочные материалы выбирают в зависимости от технологического варианта сварки и от характера износа поверхности при наплавке.

Термитную смесь сжигают в специальных огнеупорных тиглях (рис. 4). Размер тигля принимают в соответствии с величиной сжигаемой порции термита.

Рис. 4. Тигель для сжигания термита:

а — тигель; б — область днища тигля; 1 — корпус; 2 — футеровка; 3 — стакан; 4 — штепсель-втулка для выпуска расплава;

5 — магнезитовый песок; 6 — термит; 7 — асбестовый кружок; 8 — запорный гвоздь; 9 — стакан

Тигель имеет корпус 1 из листового железа с внутренней огнеупорной магнезитовой футеровкой 2. При сжигании первой порции термита футеровка несколько оплавляется и зашлаковывается окисью алюминия термитной смеси.

В зависимости от размеров изделия, подлежащего сварке, вес термитной порции может меняться от нескольких сотен граммов до нескольких сотен килограммов. Для сварки нормального рельсового стыка профиля 1-А требуется 7 - 8 кг термита. Для сварки используются горячие расплавленные продукты сгорания термитной смеси. Расплавленную смесь выливают на место сварки через край тигля, наклоняя его. Обычно продукты сгорания выпускают через дно тигля. Для возможности выпускания через дно при набивке футеровки тигля в его донную часть вставляют стакан 3 из высококачественного обожженного огнеупорного материала, обычно магнезита. Внутрь стакана вставляют сменный магнезитовый штепсель-втулку. Отверстие штепселя перед засыпкой термитной смеси закрывают запорным гвоздем со стержнем диаметром 5 - 6 мм длиной около 120 мм, с плоской шляпкой диаметром 17 мм. Поверх шляпки гвоздя кладут асбестовый кружок и сверху засыпают небольшим количеством огнеупорного магнезитового песка, который слегка утрамбовывают. После этого в тигель насыпают и тщательно перемешивают термитную смесь. Такое перемешивание необходимо ввиду возможной сепарации частиц термита при хранении.

Зажигание засыпанной в тигель термитной смеси может производиться сварочной дугой или специальным запалом. От обычных источников тепла, от пламени зажженной спички, термит не загорается, что делает его сравнительно безопасным в обращении и хранении. Запальные смеси загораются от пламени спички, развивают высокую температуру и зажигают термит. В состав запальной смеси для термита обычно входит бертолетова соль и тонкий порошок алюминия.

После того как термитная смесь загорелась, тигель накрывают крышкой с отверстием для выхода газов. По окончании реакции горения, через 20 - 30 сек после зажигания, расплавленные продукты готовы к выпуску. Для выпуска расплавленных продуктов выбивают запорный гвоздь ударом по нижнему концу ударником - трубкой с расплющенным концом. Горячая смесь выливается на место сварки. При выпуске через дно тигля сначала выливается металл, затем шлак; при выпуске через край тигля сначала льется шлак, затем металл.

Место сварки должно быть предварительно заформовано таким образом, чтобы осталась полость для термитного металла и шлака. Заформовка производится огнеупорными материалами в коробке из листового железа. При заформовке необходимо оставить каналы и отверстия в стенках железной формы для облегчения удаления газов.

Расплавленные продукты подводят по специальному литниковому канал у в заформовке в нижнюю часть формы, откуда они постепенно поднимаются кверху и заполняют весь объем формы. После окончания заформовки форму сушат и прокаливают, а также подогревают места сварки до красного каления (700 - 800℃). Прокалку и подогрев проводят подогревательными горелками-форсунками, работающими на керосине или нефти. Просушиваются и прокаливаются не только заформовка, но и тигель вместе с крышкой перед засыпкой первой порции термитной смеси. Просушке и прокалке при термитной сварке уделяется большое внимание, так как остатки влаги в заформовке или футеровке тигля могут вызывать разбрызгивание жидкого металла и шлака.

При контроле термитных стыков применяют визуальный и измерительный контроль для выявления поверхностных дефектов и отклонений геометрических размеров сварного стыка, и ультразвуковой контроль для выявления внутренних дефектов и дефектов основного металла.

Ультразвуковой контроль выполняют после устранения дефектов, выявленных при визуальном и измерительном контроле.

Средства контроля подлежат метрологическому контролю, а специалисты, выполняющие контроль, должны иметь сертификаты соответствия на данный вид работ.

При наличии на термитных стыках предохранительных накладок, перед выполнением контроля состояния стыков, они снимаются.

Учет работ по термитной сварке рельсов, принятых в эксплуатацию, ведут в специальном журнале, находящемся по согласованию и у производителя работ.

На каждый рельсовый стык, сваренный термитным способом, исполнителем работ оформляется сертификат или паспорт.

Требования безопасности и охраны окружающей среды

Требования по обеспечению безопасности проведения термитной сварки рельсов регламентируются действующими правилами и инструкциями, утвержденными для предприятий железнодорожного транспорта.

Выполнение работ по термитной сварке рельсов необходимо производить на закрытом для движения участке пути.

Работники должны пройти медицинское освидетельствование и быть признанными годными по состоянию здоровья.

Сварщик должен быть обеспечен личными защитными средствами: спецодеждой, огнестойкими перчатками, защитными очками, сварочными очками, средствами пожаротушения, сигнальным жилетом при выполнении работ в пути.

Специальных мер по экологической охране окружающей среды не требуется.

Понравилась статья? Всё ли вам понятно? Хотел вам порекомендовать заглянуть на наш YouTube канал. Так же посмотреть уже готовые проекты на скачивание, среди которых чертежи, схемы и 3D модели.

Технология термитной сварки, подготовка нужной смеси

Сварочные процессы при работе с металлами являются неотъемлемой составляющей. При этом привычные для нас режимы сварки, включающие в себя ручную дуговую и полуавтоматическую сварку, не всегда уместны, да и не всегда выполнимы. При соединении металлических конструкций больших габаритов требуется создание особых условий, а нередко такая необходимость возникает вне населенных пунктов. Естественно, об источниках питания, инверторах и газовом оборудовании речи быть не может. Единственным возможным вариантом является термитная сварка.

Технология

В качестве расходного материала при соединении деталей выступает специальная порошковая смесь, куда входят такие элементы, как алюминий, магний и окислы железа. Эти порошки называются термитами. При их сгорании выделяется энергия. Этой энергии достаточно, чтобы перевести кромки соединяемых деталей в полужидкое состояние. Происходит смешивание металла с материалом смеси и последующая кристаллизация.

Для осуществления процесса сварки на первоначальном этапе необходимо поджечь смесь. Температура ее возгорания достигает 1350°C градусов. Разработано несколько эффективных способов поджога. Указанной температуры можно достичь получением электрического разряда, взрывом пиропатрона или горением специального шнура.

При горении термита температура внутри смеси повышается до 2400-2700°C градусов. Большинство металлов имеют температуру плавления, ниже этого значения.

В данной технологии примечательно то, что для горения не нужно поступление атмосферного кислорода. Окислителя вполне достаточно внутри самой смеси. При необходимости можно вести термитную сварку в среде инертного газа.

Применение

Если в качестве термита используется алюминиевая пудра, то процедура сварки представляет собой наплавление на торцы деталей. Она подходит для соединения заготовок из чугуна и прочих хрупких сплавов. В отрасли железнодорожного транспорта термитная сварка востребована при ремонте или соединении рельсов. В ГОСТ Р 57181-2016 прописаны все требования к сварочному процессу. Термитная сварка применяется в машиностроении, она незаменима при производстве гребных винтов для морского транспорта или коленчатых валов автомобилей.

Применение данный вид сварки нашел и на металлообрабатывающих предприятиях. Часто приходится ремонтировать прокатные станы, роторные валы, различные прессы или ковши. Все перечисленное считается крупногабаритным оборудованием, поэтому возможен только один тип сварки. Необходимо подчеркнуть, что именно благодаря сгоранию термита возможно качественное соединение проводов на линиях электропередачи и связи. В данном случае применяются составы, содержащие магний.

Существует классификация, в которой выделяется два вида термитной сварки, это муфельная и тигельная. Они используются, в зависимости от поставленных внешних условий. Тигельную сварку чаще всего называют алюминотермитной и применяют при соединении элементов заземляющих контуров, а также прочих металлоконструкций, требующих ремонта методом наплавки. В состав термита входит алюминиевый порошок и окисел железа. Примерное соотношение пропорции — 23 к 70. При сгорании состава образуется окалина, которая в расплавленном виде соединяет детали.

Важным достоинством алюмотермитной сварки является возможность соединять заготовки из чугуна без заметных стыков. Но алюминиевые детали соединяют другим способом – муфельной сваркой. По причине испарения алюминия при высоких температурах в муфельной сварке в качестве термита используется магний. Расплавленный состав впитывается в поверхности, не растекаясь по ним. Но при работе с алюминием необходимо удалять окисную пленку. Для этого следует добавлять специальный флюс.

Существует четыре способа ведения термитной сварки.

Первый способ характерен соединением встык. Но предварительно торцы деталей обрабатываются и зачищаются. Чтобы избежать деформации от неравномерного нагрева металла, свариваемые участки оборачиваются термоизоляционной пленкой. После сгорания термита образовавшийся жидкий металл, находящийся в тигле, выливается в оставленный между заготовками зазор. После этого заготовки прижимаются друг к другу и стыкуются.
Промежуточное литье считается менее затратным и технологически более легким. Расплавленный металл из тигля выливается в зазор. При этом детали не подготавливаются предварительно, что существенно упрощает процесс.
Комбинированная сварка характерна тем, что сочетает в себе технологию соединения встык и промежуточного литья. Обычно она используется при сварке рельсов. Торцы заготовок зачищаются, а между ними помещается пластинка из металла. После заливки сплава рельсы прижимаются друг к другу. При возможности шов по периметру повторно обваривается.
Метод дуплекс подразумевает последующую спрессовку заготовок после заливки сплава.

Составы

Как было уже указано выше, железоалюминиевая термитная сварка стала наиболее популярной. Основная масса термита представлена оксидом железа. Алюминия в смеси всего 25%, но можно встретить в составе и дополнительные компоненты. Добавляют флюс, легирующие присадки и железную обсечку. Горение термита и плавление смеси происходит магнезитовом тигле. Помимо алюминия возможно комбинирование следующих элементов:

Магний (31%) и оксид железа (69%).
Кальций (43%) и оксид железа (57%).
Титан (31%) и оксид железа (69%).
Кремний (21%) и оксид железа (79%).

В зависимости от области применения сварки, готовятся различные виды смесей. Железная окалина и алюминиевый порошок дают элементарную смесь. Необходимо строго соблюдать пропорции. Для соединения и ремонта на железной дороге создается специальный рельсовый состав. При алюминотермитной сварке в шихту вводится стальной наполнитель, который состоит из ферромарганца и графитной стружки. Легированные стали соединяются с помощью особого состава. В нем присутствуют присадки из ферротитана или феррованадия.

Чугунные изделия, как правило, к сварке предъявляют особые требования. Так, в составе термита для чугуна в обязательном порядке должен присутствовать кремний. При соблюдении технологии можно получить достаточно качественное и прочное соединение. Марганец в таких присадках не применяется.

Алюминотермитная сварка рельсов

Всю процедуру можно условно поделить на отдельные этапы. Сначала рассчитывают общее выделившееся количество теплоты. Его должно быть достаточно для процесса сварки. Подбирают оптимальный состав термитной шихты. Смесь должна быть равномерной по составу. Любым доступным способом обеспечивают поджиг смеси. Необходимо достичь температуры 1350°C градусов.

В дальнейшем происходит повышение температуры в термитной шихте. Расплавленный металл из термита получается за 20-30 секунд. Его масса составляет примерно половину от массы смеси. Остальная половина приходится на шлак. Металл осядет на дне тигля, а шлак, в силу меньшей плотности, всплывет наверх.

Сложность ремонта рельсов состоит в том, что все работы приходится выполнять в полевых условиях. Рельсосварочный аппарат достаточно массивен, однако его использование – единственная возможность провести ремонтные работы. На первом шаге следует подготовить торцы. Они должны быть ровными, а зазор между ними составляет 2-3 см. Свариваемые элементы выравниваются и фиксируются в одном положении. После установки огнеупорной формы осуществляется сама сварка.

Каждый сварщик желает получить качественный результат. В отличие от ручной дуговой сварки, термитная сварка требует точных расчетов. Необходимо правильно выбрать общее количество порошка, чтобы образовавшийся металл полностью заполнил зазор. В приготовлении смеси важно тщательно перемешать все составляющие. Первоначальный старт процесса должен происходить при температуре 1400°C градусов. Более низкие значения не приведут к возгоранию термита.

Оборудование

Технология проведения термитной сварки на первый взгляд кажется элементарной. Тем не менее, она предусматривает тщательную подготовку и наличие необходимых инструментов и оборудования. Термит засыпается в тигель, он должен быть выполнен из тугоплавкого материала, например, из керамики. Тигель оборудован специальным устройством, позволяющим слить расплавленный металл.

Чтобы отливка получилась аккуратной и соответствовала свободному пространству, изготавливаются матрицы и формы. В некоторых случаях их можно использовать повторно, но зачастую формы являются одноразовыми. Специальная глиняная обмазка не позволит металлу растекаться по поверхности.

Важным моментом при термитной сварке является обеспечение неподвижности заготовок, их фиксация. Она осуществляется различными устройствами и приспособлениями, в число которых входят тиски или струбцины. Инструмент для обработки поверхностей зависит от типа металла и степени его загрязненности. Обычно работают абразивным кругом или металлической щеткой.

После термитной сварки могут потребоваться дополнительные работы. В арсенале сварщика должен присутствовать кислородный резак, горелка и ножовка по металлу.

Достоинства и недостатки метода

При помощи термитной сварки есть возможность без применения дорогостоящего оборудования сваривать черные и цветные металлы. По сравнению с другими способами сварки данную технологию выгодно отличает целый ряд качеств.

Термитная сварка характерна меньшей затратностью в плане времени. Если учесть массивность свариваемых деталей, то эта выгода порой является определяющей.
Качество швов достигает высокой степени, так как происходит частичное проплавление металла заготовок. Помимо этого, шов получается достаточно эстетичным и аккуратным.
Следует также отметить относительно невысокую трудоемкость работ.
От сварщика требуется определенное мастерство, но оно касается, скорее, подготовительного этапа и приготовления смеси. Сам же процесс сварки особых навыков не требует, в отличие от сварки электродом.
Доступность и низкая стоимость расходных материалов позволит существенно сэкономить финансы и упростить задачу.
Сварочное оборудование можно использовать вдали от населенных пунктов.

При этом установка для термитной сварки считается достаточно опасной. Необходимо соблюдать меры предосторожности при ее использовании. Важно помнить, что термиты считаются горючими смесями. Нельзя допускать попадание в шихту жидкостей, так как это может привести к взрыву.

Термитная сварка не получила такого распространения, как дуговая, зато в некоторых случаях является незаменимой. В мелких мастерских ремонт осуществляется при помощи термитного карандаша. Начинающему мастеру сначала следует освоить этот инструмент, а уже затем приступать к изучению настоящего оборудования.

Описание процесса термитной сварки

Виды и способы сварки

Для соединения разных металлических деталей часто используются сварочные процессы. Нередко необходимость соединять громоздкие стальные конструкции возникает вне населенных пунктов, где нет возможности использовать питание от электрической сети, инвертора или применять газовое оборудование. В таких случаях термитная сварка помогает выполнить поставленные задачи.

ГОСТ и стандарты

Сварка металлов регламентируется ГОСТ 2601-84, в котором указаны основные термины и понятия. Применение этого метода в железнодорожной отрасли регламентируется ГОСТ Р 57181-2016. Термитная (или термическая) сварка – процесс, в котором источником тепла является термит (порошкообразная смесь окалины железа, магния и алюминия).

В процессе горения термита в месте проведения работ оплавляются кромки соединяемых деталей. При этом он выступает источником как жара, так и присадочного материала.

Когда используется такая сварка, термит может воспламеняться самостоятельно. Во время его горения выделяется кислород, что позволяет использовать указанный метод при сваривании в условиях вакуума или в среде, заполненной негорючими газами. Термосварка помогает получать поток тепла, температура которого достигает 2400-2700°С.

Сфера применения термитной сварки

Этот метод используется как для соединения разных деталей из стали, чугуна и хрупких сплавов, так и для выполнения наплавки при проведении ремонтных работ.

Применяется он в машиностроении, на металлургических, судостроительных и металлообрабатывающих предприятиях и т.д.

Термическая сварка незаменима в таких ситуациях, как:

ремонт и восстановление крупногабаритного оборудования, например прокатного стана, кузнечного пресса и т.д.;
создание крупных деталей и сложных конструкций в разных отраслях (элементов судов, коленвалов для моторов и др.);
производство стержней для гидростанций, дамб;
соединение рельс и арматуры крупного диаметра;
сварка тросов, кабелей и т.д.

Виды и используемые составы

Термитная сварка делится на 2 основных вида:

Тигельная (алюминиево-термитная). Первый подвид используется для соединения кабелей и проводов небольшого диаметра. Термит на 70% состоит из железа и на 25% – из алюминия. Когда он сгорает, оставшееся железо образует надежное соединение. Второй подвид применяют для выполнения наплавки при восстановлении рельс. Он позволяет сваривать чугун бесстыковым способом, но для работы с алюминиевыми деталями не подходит.
Муфельная. Здесь используют термит на основе магния. При его сгорании происходит не растекание, а впитывание состава в стык. Так образуется бесшовное соединение.

Существуют разные техники применения такого вида сварки:

Встык. Проводят зачистку стыков соединяемых деталей, после чего их оборачивают термитной пленкой. Когда металл из тигля расплавляется, он заполняет зазор и сдавливает поверхности между собой.
Промежуточный. Применяют, когда надо соединить детали в нужном ракурсе. При этом предварительная подготовка поверхностей не требуется. Расплавленный состав заполняет расстояние между деталями и застывает.
Комбинированный (объединяет 2 предыдущих варианта). Используют для ремонта рельс: сначала их соединяют встык, затем повторно проваривают образовавшийся шов.
Дуплекс. После заливки металла в стык проводят его опрессовку.

Чаще всего используются термиты, которые состоят в основном из железа и на 25% из алюминия, но могут применяться и другие компоненты (флюсы, присадки, железная обсечка).

Существуют такие комбинации элементов:

на 31% из магния;
на 31% из титана;
на 43% из кальция;
на 21% из кремния.

Остальная часть смесей состоит из оксида железа.

Состав смеси зависит от того, где будет применяться термическая сварка. Для работы с рельсами используют специальный термит.

При соединении легированных сталей в термит добавляют присадки из ферротитана или феррованадия. Для сварки чугуна в смеси обязательно должен быть кремний. Выбор правильного состава позволяет получать качественное соединение.

Необходимое оборудование

Хотя технология проведения термитной сварки не отличается сложностью, для ее выполнения все равно надо иметь следующее оснащение:

Тигель. Его делают из тугоплавких металлов или керамики и оснащают устройством, обеспечивающим безопасный слив расплава.
Форму и матрицу для создания отливок. Они могут быть одно- или многоразовыми. Для ограничения области расплава и недопущения его растекания по поверхности используют специальную глиняную обмазку.
Тиски или струбцины. Ими фиксируют и сжимают свариваемые детали.
Термитный состав, патрон или карандаш.
Инструменты для зачистки соединяемых поверхностей и полученных швов.

Термитные патроны

В промышленности используются специальные патроны, обладающие большой мощностью и обеспечивающие требуемую эффективность. Они применяются на открытой местности или в большом помещении. Во время горения термитного патрона работник должен находиться на безопасном расстоянии, чтобы не получить травму от действия высокой температуры.

В таких случаях обязательно используется оснастка, позволяющая надежно зафиксировать соединяемые детали в нужном положении.

Карандаш для термитной сварки

В быту применяется специальный карандаш, при горении которого образуется температура не меньше 1350°C. Если использовать его в соответствии с имеющейся инструкцией, получается прочное соединение даже крупных деталей.

Такие карандаши имеют разные составы, поэтому перед покупкой мастер должен знать, для каких целей будет применяться указанный метод сваривания.

Как готовить термитную сварку

Перед тем как применять данный метод сварки, необходимо выполнить следующие условия:

просчитать нужное количество термита так, чтобы его было достаточно для расплавления стыков соединяемых деталей и всех участвующих в химической реакции компонентов;
использовать такую сыпучую смесь, чтобы все входящие в нее компоненты имели одинаковую консистенцию, были хорошо перемешаны между собой;
сохранять температуру импульса не менее 1350°C.

Активная часть процесса сваривания занимает до 30 секунд. За это время расплавленный металл заполняет зазор между деталями, а остатки смеси образуют шлак.

Описание технологии

При сгорании порошков, входящих в термитную смесь, происходит выделение большого количества энергии. За счет этого оплавляются кромки соединяемых деталей и происходит смешивание расплавленного металла с компонентами смеси, а затем шов кристаллизуется.

Чтобы активировать процесс термической сварки, надо поджечь подготовленную смесь. Для этого создается температурный импульс около 1350°C. Его получают при помощи взрыва пиропатрона, электрического разряда или поджигания специального шнура.

В зависимости от компонентов, входящих в состав термитов, температура их горения будет отличаться. Например, наличие алюминия и магния позволяет получать температуру до 2500°C, а хрома – до 3500°C. Это превышает температуру плавления большинства металлов, что существенно расширяет область применения указанного способа сварки. Его преимущество состоит еще и в том, что после поджога термита он продолжает горение даже под водой, поэтому случайно затушить его не получится.

Особенности сварки

Термитная сварка позволяет проводить работы без использования дополнительного оборудования как с черными, так и цветными металлами, а также со сплавами. Проведение работ занимает мало времени, трудозатраты минимальные, высокая квалификация сварщика не требуется. Шов получается прочный и эстетичный. Использовать метод можно на удаленных объектах, где нет доступа к электричеству или газовым баллонам.

Во время выполнения работ надо следить, чтобы в зону горения шихты не попала вода, иначе может произойти взрыв. Поджигать состав от дуги нельзя. Проводить работы следует при температуре выше -10°C.

Для проводов

Соединять можно как одно- так и многожильные медные или алюминиевые провода, но при этом они должны быть неизолированными. Часто для этих целей применяется соединение при помощи болтов с гайками или скруток, но преимущество термического соединения в том, что в месте стыка снижается сопротивление. Перед началом работ концы проводов очищают от грязи, обезжиривают, после чего обязательно просушивают.

Сварка выполняется с применением термического патрона, в состав которого входят кокиль и вкладыш. Алюминиевые кабели и те, что имеют стальной сердечник, соединяют патроном, у которого вкладыш из алюминия (с него надо ершиком снять оксидную пленку), а кокиль стальной.

Для рельсов

Особенность ремонта рельсов заключается в том, что в большинстве случаев работы выполняются в полевых условиях. Рельсосварочный аппарат имеет достаточно массивные размеры, но альтернативы ему нет.

Сначала подготавливают поверхности рельсовых стыков. Они должны быть ровными, зазор между ними должен составлять 2-3 см. Дальше проводят выравнивание соединяемых элементов и надежно их фиксируют. Устанавливают огнеупорную форму и переходят непосредственно к процессу сварки. Засыпают термитную смесь и поджигают ее одним из доступных способов. Во время ее горения (20-30 секунд) оплавляются края деталей, расплавляется шихта. Около половины ее состава будет приходиться на расплавленный металл, который осядет на дно тигля, а остальное – это шлак (он всплывет вверх).

Для меди

Часто требуется соединять медные провода. В этом случае термитный патрон отличается от того, что применяется при соединении алюминиевых кабелей. Необходим патрон, в котором имеются медный кокиль и медно-фосфорный вкладыш. На кокиль напрессована термитная шашка, при горении которой выделяется необходимое тепло. В остальном технология ничем не отличается от предыдущих.

В домашних условиях

Если нет возможности воспользоваться электродуговой или газовой сваркой, в быту также можно применять термитный способ. Для этого в продаже есть специальные термитные карандаши, при помощи которых можно как соединять разные детали, так и заделывать небольшие трещины.

При умелом обращении с таким карандашом даже в домашних условиях удается поучать прочное и эстетичное соединение.

Безопасность при работах

Т.к. технология отличается применением химически активных составов, надо соблюдать правила безопасности:

хранить термит в сухом, отапливаемом и хорошо проветриваемом помещении;
доставлять на место проведения работ такое количество смеси, которое будет использовано за 1 смену (остатки возвращают на склад);
не проводить работы в дождь или снег;
в зимнее время зачищать место вокруг проведения работ в радиусе не менее 50 см;
не зажигать шихту от дуги контактного электропровода;
надевать защитный костюм сварщика;
отходить на 2,5-3 м во время термитной реакции;
засыпать вытекший жидкий металл песком при разрыве тигля или формы.

Профессия термитного сварщика

Данная рабочая профессия является не только востребованной, но и хорошо оплачиваемой. В процессе обучения человек изучает термитные смеси, особенности работы с ними, а также технику безопасности во время сварочных работ.

Термитный сварщик должен знать:

назначение и компоненты входящие в существующие термитные составы;
способы сварки и особенности применения каждого из них;
устройство оборудования и особенности работы с ним;
последовательность выполнения работ в соответствии с разработанными операционно-технологическими картами;
приемы безопасного применения термитных спичек;
правила противопожарной безопасности, охраны труда.

Термитная сварка является современным способом соединения деталей. Если соблюдать правила и технологию ее применения, то в результате даже в полевых условиях удастся получить прочный, качественный и эстетичный шов.

Применение и состав термитной смеси

Вспомогательные средства для обеспечения технологических процессов в строительстве и производстве нередко предусматривают использование химических составов. К таким относятся и термитные смеси, которые имеют множество рецептур. В результате использования подобных составов пользователь получает или повышенное тепловое воздействие (в сварочных работах), или эффект детонационного механизма (в зажигательных системах пиротехники). Ингредиенты для термитной смеси в основном представлены металлическими элементами, но встречаются и другие химические компоненты. Точный состав определяется условиями применения смеси и эффектом, который требуется получить. Так или иначе, изготовление термитов производится и не специалистом в домашних условиях.

Общие сведения и состав

Химические термиты относятся к группе унитарного топлива, в равномерных пропорциях содержащего горючие компоненты и окислитель. Специфика такой смеси обуславливает ее способность возгораться даже без доступа к воздуху. Характеристики и свойства термитной смеси позволяют ставить ее в один ряд с бикфордовым шнуром и порохом. Однородные составы могут изготавливаться и в газообразном виде. Для этого используется комбинация подходящего газа и воздуха. Такие вещества предусматривают более высокие требования к условиям эксплуатации и содержанию, поскольку обладают значительной взрывоопасностью.

В зависимости от требуемого результата и условий использования термиты могут обеспечить такие функции, как тепловое воздействие и пиротехнический эффект. Пиротехнические составы могут применяться в качестве средств освещения и в изготовлении сигнальных огней. Но главное направление практического использования термитов – это сварка. Получаемые в результате воздействия тепловой энергии соединения отличаются прочностью и долговечностью.

Принцип работы термитной смеси при образовании швов заключается в плавке состава из металлических компонентов, которая и обеспечивает надежное антикоррозийное соединение. Но важно учитывать, что приварочная система, требуемая для осуществления термической сварки на трубопроводах, предусматривает не только медную термосмесь, но и тигельную форму с поджигом.

Традиционный состав

В классическом представлении химический термит – это смесь из тонкоизмельченных компонентов железной окалины и алюминия. Именно такие составы наиболее востребованы в строительных операциях (как правило, сварочных) и промышленности. Это обусловлено тем, что активация смеси путем поджигания сопровождается повышением температуры и активным выделением теплоты. Хотя смесь термитная железная более известна как феррумная, ключевую роль в ее действии играет алюминий. В частности, процесс алюмотермии определяет эффективность реакций, благодаря которым возможна сварка стальных конструкций.

Пиротехнический состав

Основой таких составов также является топливо и окислитель, но в усложненном виде. К используемым компонентам можно отнести хлорат калия (основная часть состава), карбонат стронция (примерно четверть) и серу, окрашивающую пламя. Функцию окислителя выполняет хлорат калия, а сера действует как горючий элемент. В процессе горения пиротехнической термитной смеси также активно выделяется тепло и повышается температура: дымовые составы обеспечивают сотни градусов, а осветительные достигают 3 000 °С. Как правило, пиротехнические смеси не используются для обеспечения теплового воздействия, их сгорание сопровождается довольно интенсивным формированием пламени.

Медные смеси

Термиты, в составе которых присутствует окись меди, обычно изготавливаются целенаправленно для обслуживания сварочных операций на стальных газопроводах. Высокая ответственность формируемых швов обусловила необходимость повышения объемов выделяемой тепловой энергии. По этой причине смесь термитная медная включает ферросилиций вместо ферромарганца, который обладает не столь высокой температурой плавления. В готовом виде состав такой смеси включает:

медный порошок – 12%;

ферросилиций (или ферромарганец) – 8%.

Такое сочетание элементов повышает качество и надежность сварочных работ благодаря увеличению выделяемых тепловых объемов энергии в процессе расплава.

Термитный карандаш

По своему составу термокарандаш может повторять любой из рецептов смеси, но его главной особенностью является цилиндрическая форма, в которой находится активная начинка: шнур горения и воспламеняющиеся элементы. Он помещается в тигельную форму, изготовленную из жаростойкого графита. Окончание шнура выводится в специальное отверстие крышки, связывая состав термитной смеси цилиндра и средство поджигания в виде спички.

В процессе сгорания при сварке по воспламеняющемуся элементу будет происходить активация термической смеси, запрессованной в карандаш. Таким образом, выгорание термосмеси приведет к тому, что нагретая металлическая начинка оплавится с поверхностью трубы и образует прочное соединение. К достоинствам термокарандашей относятся два момента. Во-первых, отпадает необходимость готовить специальную термоспичку. Во-вторых, сама формовка смеси в готовых пропорциях обеспечивает удобство ее хранения и перевозки.

Термит своими руками

Для изготовления простой рецептуры термита в домашних условиях потребуется два ингредиента – железная окалина и металлический алюминий. Их следует брать в пирофорном (мелкодисперсном) виде – в этом состоянии вещества напоминают мелкую пыль. В зависимости от того, в каких объемах должна быть получена термитная смесь своими руками, готовится и специальная посуда – после всех операций приготовления можно использовать сосуд из алюминия или стали.

По массе пропорции ингредиентов будут следующими: 4 части алюминия к 3-м долям окалины. Компоненты тщательно перемешиваются. Далее будет не лишним добавление в смесь магнезии (жженая марганцовка), которая выполнит функцию катализатора. Ее можно внести в объеме, составляющем не более 20 % от общей массы из металлических веществ. Затем состав вновь перемешивается.

Как видно, ответ на вопрос о том, как сделать термитную смесь, довольно простой. Но важно предусмотреть и способ ее применения. Готовый состав можно поместить в сосуд. В нем смесь подвергается тщательной прессовке, уплотняется и закупоривается с целью исключения проникновения влаги. После этого следует проделать продолговатое отверстие для магниевой ленты, которая войдет в емкость на несколько сантиметров. Для активации состава достаточно поджечь ленту спичкой.

Рецепт литого термита

Это один из самых удобных в приготовлении составов. Его можно изготовить и сформовать в любой таре. К отличиям литой смеси относится минимальное выделение, но взамен этого на выходе остается шлак, длительное время выдерживающий влагу. Литая термитная смесь своими руками изготавливается из следующих компонентов: оксид железа (3 доли), гипс (2 доли), алюминиевый порошок в виде смеси из грубого и тонкого металлов. Все составляющие перемешиваются, а затем для размягчения гипса добавляется вода. Полученная масса формуется, и в таком виде ее необходимо оставить на полчаса. Далее смесь вновь заливается водой и хранится для сушки в течение недели. Когда это время пройдет, желательно на солнце еще раз просушить состав, а затем просверлить отверстие для активирующего заряда.

Советуем подписаться на наши страницы в социальных сетях: Facebook | Вконтакте | Twitter | Google+ | Одноклассники

термитный стержень и состав термитной смеси

Термитный стержень для сварки-пайки, резки и наплавки металлических конструкций выполнен в виде сформированной в цилиндр термитной смеси с оболочкой, сгорающей одновременно с составом термитной смеси. Состав термитной смеси содержит, мас.%: восстановитель (бор, или металл из группы алюминия, титана, кремния или сплавы кремния с железом, кремния с марганцем, кремния с кальцием, кремния с алюминием, или их смеси между собой и с бором) 6-30; газогенерирующую добавку в виде нитратов щелочных металлов, или аммония, или их смеси 10-40; оксид меди - остальное. В газогенерирующую добавку можно дополнительно ввести органические соединения, в качестве которых используют крахмал, сахар, мочевину, дициандиамид или их смесь. Состав может дополнительно содержать 0,1-30 мас.% оксидов никеля или олова или марганца или хрома или железа или их смеси. Кроме того, состав может содержать 0,1-10 мас.% никеля, или олова, или марганца, или их смеси, а также 0,1-10 мас.% флюса. Техническим результатом от использования изобретения является обеспечение более широких технологических возможностей в части получения горизонтальных, наклонных, вертикальных и потолочных швов, а также безопасности при использовании. 2 с. и 5 з. п.ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Формула изобретения

1. Термитный стержень, выполненный в виде сформированной в цилиндр термитной смеси с оболочкой, отличающийся тем, что оболочка выполнена из материала, сгорающего одновременно с составом термитной смеси.

2. Состав термитной смеси, содержащий оксид меди и восстановитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит газогенерирующую добавку в виде нитратов щелочных металлов или аммония или их смеси, а в качестве восстановителя содержит бор, или металл из группы алюминия, титана, кремния, или сплавы кремния с железом, кремния с марганцем, кремния с кальцием, кремния с алюминием или их смеси между собой и с бором при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 6-30
Газогенерирующая добавка - 10-40
Оксид меди - Остальное
3. Состав по п.2, отличающийся тем, что газогенерирующая добавка дополнительно содержит органические соединения в количестве 1-7 мас.%.

4. Состав по п.3, отличающийся тем, что в качестве органических соединений газогенерирующая добавка содержит крахмал, сахар, мочевину, дициандиамид или их смесь.

5. Состав по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,1-30 мас. % оксидов никеля, или олова, или марганца, или хрома, или железа, или их смеси.

6. Состав по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,1-10 мас.% никеля, или олова, или марганца, или их смеси.

7. Состав по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,1-10 мас.% флюса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термитной сварке-пайке, резке и наплавке металлических конструкций из меди и ее сплавов и стали и может быть использовано для сварки-пайки, резки и наплавки металлов в быту, при ремонте техники в полевых условиях, при ведении ремонтно-спасательных работ, в условиях монтажа и демонтажа конструкций, на строительстве при ремонте сооружений и механизмов.

В различных аварийных и бытовых ситуациях необходимы простые в обращении и надежные средства для ремонта машин и оборудования. Наибольшие трудности при ремонте возникают в случаях, когда требуется сварка-пайка, резка или наплавка металла. Используемое в настоящее время сварное оборудование не является компактным. Его транспортировки требует специальной техники, для работы на нем нужны мощные источники электрической энергии или газовые баллоны, специально обученный персонал.

Известен термитный стержень и состав термитной смеси для сварки и наплавки металлической конструкции (Патент РФ N 1833272, N B 23 K 23/00, опубл. 07.08.93 г. ). Термитный стержень выполнен в виде сформированной в цилиндр термитной смеси с оболочкой из негорючего материала с температурой плавления ниже максимальной температуры горения термитной смеси, но выше температуры плавления металлоконструкции. Устройство термитного стержня позволяет обеспечить кумуляцию энергии горения термитной смеси в месте сварки, наплавки, следствием которой является возможность использования его в полевых условиях (сварки, наплавки), но реализация термитного стержня обеспечивает получение только горизонтального шва. Состав же термитной смеси выбирается в зависимости от его назначения, например, для сварки стальных изделий используют смесь порошка алюминия (23 мас.%) и железной окалины (77 мас.%) дисперсностью 0,3 - 0,6 мм и плотностью в прессованном состоянии 3,0 - 3,4 кг/м 3 . Для работы с медными конструкциями используют термитную смесь, содержащую 67,2 мас. % окиси меди и 32,8 мас.% химического соединения меди и алюминия. Частицы термитной смеси скрепляются добавлением в смесь связующего, например, поливинилацетатного клея и последующим формованием в виде стержня диаметром 6-8 мм и более, длиной 300 - 400 мм с запалом 6 - 8 мм. Размер стержня зависит от величины конструкции, подвергаемой сварке, наплавке. Указанный термитный стержень обеспечивает получение только горизонтального шва и не обеспечивает получение наклонных, вертикальных и тем более потолочных швов.

Известен также (Патент РФ N 2054347, кл. B 23 K 23/00, 20.02.95 г.) термитный состав для получения расплава на основе меди, содержащий бор, оксид меди и в качестве связующего смесь перхлорат полиэтиленполиамина и этиленгликоля при следующем соотношении компонентов, (мас.%):
Бор - 5 - 8
Перхлорат полиэтиленполиамина - 15 - 20
Этиленгликоль - 5 - 10
Оксид меди - Остальное
Указанный термитный состав обеспечивает лучшее качество соединения, электропроводность, прочность, однако, обеспечивает получение горизонтального шва и не может быть использован для получения наклонных, вертикальных и тем более потолочных швов.

Известен также состав термитной смеси (Ав. св. СССР 1362594, кл. B 23 K 23/00, опубл. 30.12.87 г.) для сварки металлических конструкций из меди или ее сплавов, включающий бор (4 - 9,9 мас.%), оксид меди (90,0 - 95,5 мас.%) и связующее (0,1 - 0,5 мас.%). В качестве связующего может использоваться раствор коллоксилина или фторкаучука в ацетоне или водный раствор силиката натрия. Указанный состав обеспечивает прочность сварного шва, но может использоваться только для получения горизонтальных швов.

Задачей настоящего изобретения является создание термитного стержня и состава термитной смеси, обеспечивающей более широкие технологические возможности в части получения горизонтальных, наклонных, вертикальных и потолочных швов, экономичного и безопасного при использовании.

Для решения поставленной задачи предлагается использовать термитный стержень с составом смеси, при горении которой осуществляется процесс сварки-пайки, резки, наплавки металлических конструкций в любом пространственном направлении: горизонтальном, наклонном, вертикальном.

Термитный стержень выполнен в виде сформированной в цилиндр термитной смеси с оболочкой из материала, сгорающего одновременно с составом термитной смеси. Термитная смесь, которая используется в предлагаемом термитном стержне, имеет следующий состав, мас.%:
Восстановитель (бор или металл из группы алюминий, титан, кремний, или сплавы кремния с марганцем или кальцием, или алюминием или железом или их смеси) - 6 - 30
Газогенерирующая добавка (нитрат калия, натрия, или аммония или их смеси, или смеси с органическими соединениями, например, с крахмалом или сахаром, или мочевиной или дициандиамидом) - 10 - 40
Оксид меди - Остальное
При воспламенении указанного состава протекает реакция со значительным выделением тепла. В процессе горения состава термитной смеси образуется достаточное количество тепла для сварки-пайки, наплавки, резки металлических конструкций из меди и ее сплавов и стали.

Температура продуктов сгорания равна 1500 - 2500 o C. В процессе сгорания смеси образуется флюс и расплав на основе меди. При взаимодействии нагретых до высокой температуры продуктов сгорания со свариваемым материалом происходит его нагрев или подплавление и образуется сварное соединение. Одновременно, за счет газогенерирующей добавки в термитной смеси и оболочки образуется направленная газовая струя (тепловой поток). Он определяется прежде всего качественным составом компонентов газогенерирующей добавки и их количественным соотношением, которое совместно с восстановителем и оксидом меди обеспечивают давление газовой струи и скорость горения состава, необходимые для образования сварного шва в любом пространственном положении. Оболочка, сгорая одновременно с термитной смесью, обеспечивает создание формы пламени, образующегося при сгорании термитного стержня. Введение в состав термитной смеси оксидов никеля, олова, марганца, железа и хрома до 30 мас.% или металлов никеля, олова, марганца до 15 мас.% позволяет получать в процессе горения термитного стержня заданные припои на основе меди. Регулирование растекаемости получаемого припоя осуществляется добавлением флюсов до 10 мас.% (см. таблицу 1). Термитный стержень предлагаемого состава отработан в опытном производстве, проверен на работоспособность в лабораторно-стендовых условиях.

Нижеследующие примеры и прилагаемый рисунок (фиг. 1) поясняют предлагаемое изобретение. На рисунке (фиг. 1) изображен термитный стержень, который состоит из сгораемой оболочки с пыжом 1, термитный смеси 2, стопина 3 и термодержателя 4.

Пример 1. Для испытания были изготовлены термитные стержни, в которых использовались варианты термитной смеси (см. таблицы 1 и 2).

Из бумаги (70 г/м 2 ) склеивалась двухосновная трубка с внутренним диаметром 10 мм, длиной 55 мм, на глубине 15 мм от торца вклеивания пыж. Оболочка заполняется термитной смесью. В полую часть стержня вставлялся термодержатель длиной 100 мм. Термически стержень устанавливается вертикально. Над ним на расстоянии 10 мм от верхнего среза горизонтально закрепляется предварительно взвешенная стальная пластина толщиной 1 мм с размером 70х70 мм. Состав поджигается раскаленной спиралью с верхнего конца. После сгорания образца пластина снимается. С нее отбиваются шлаки и по разнице масс до и после испытания определяется количество наплавленного металла. Так производилась оценка массы наплавки (см. табл. 1). Данная методика имитирует потолочный шов.

Пример 2. Процесс сварки-пайки производился следующим образом. На кирпич вертикально или горизонтально устанавливаются внахлест или встык две металлические пластины, термитный стержень поджигается, подносится к началу будущего шва на расстояние нескольких миллиметров к поверхности соединяемых деталей и плавно перемещается вдоль шва по мере его заплавления образующимся сплавом. После остывания деталей с них отбивали образовавшиеся шлаки и замеряли длину шва. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Для оценки качества сварки-пайки из сваренных пластин вырезали образцы размером 70х70 мм, которые испытывали на растяжение или разрыв. Все образцы показали один и тот же результат - разрыв шва был по металлу.

Таким образом, предлагаемый термитный стержень с использованием указанного состава обеспечивает следующие преимущества:
- получение сварки-пайки, резки и наплавки металлических конструкций из меди и ее сплавов и стали в различных пространственных направлениях: горизонтальной, наклонной, вертикальной.

- безопасность при изготовлении термитного стержня и его эксплуатации.

За счет отсутствия воспламенительной головки, обладающей высокой чувствительностью к трению (3-й класс) и удару (5-й класс), используемый термитный состав обладает низкой чувствительностью к механическому воздействию: к удару на уровне 11-го класс опасности, а к трению - 13-го класса. Предлагаемый термитный стержень энерогонезависим от внешних источников, что обеспечивает его экономичность.

Читайте также: