Термическая сварка. сущность термитной сварки.

Термитная сварка. Применение в промышленности и быту. Термитный карандаш

Термическая сварка. Сущность термитной сварки.

Термитная реакция (от древнегреческого therm – тепло) – процесс сгорания термита, состоящего из смеси алюминиевого (или магниевого) порошка с различными окисленными металлами (чаще всего это железо).

Реакция протекает с интенсивным выделением тепла. Температура горения термита составляет более 2300 градусов Цельсия и в результате его сгорания образуется металл и алюминиевый шлак. Если углубиться в историю открытия процесса, то впервые реакция была получена русским исследователем Н.Н. Бекетовым.

Ученый практическое использование термита видел главным образом в получении сталей. Однако, популярной термитная реакция стала спустя почти полвека благодаря работам немецкого химика Ганса Гольдшмидта (буквально «золотых дел мастер»), который предложил использовать ее для сварки железнодорожных рельс.

Гольдшмидтом была разработана технология сварки, начерчены чертежи тигля, в котором происходит сгорание высокотемпературной смеси.

Применение термитной сварки давала возможность получить прочный и надежный сварной шов без технологических непроваров, а эффективность метода позволила внедрить его в промышленных масштабах.

Сварка посредством алюминотермитной реакции применяется и сегодня в деле строительства железнодорожных полотен. Термитная сварка – простой и эффективный способ получения сплошных сварных соединений при минимальных затратах.

Она также может быть использована для сварки арматурных стержней в строительстве, проводов линий электропередачи (ЛЭП), при ремонте и восстановлении крупногабаритных деталей из стали и чугуна. Наплавкой металла практикуют ремонт изношенных частей деталей.

Например, так можно «нарастить» изношенный или сколовшийся зуб шестерни.

Термитную реакцию записывают следующей формулой:

Fe2O3 + 2Al =>Al2O3 +2Fe + 760 кДж, где

Fe2O3 – трехвалентный оксид железа ( визуально выглядит как обыкновенная ржавчина); 2Al – пудра из алюминия; Al2O3 – шлаковый состав;

Fe – чистое железо.

Реакция протекает очень бурно и длится 15-30 с. Из одного килограмма термита получают 0,55 кг металла и 0,45 кг шлака.

Для сварочных работ термитную смесь готовят преимущественно в следующих пропорциях:1/4 -порошкообразный Al и ¾ — железный окисел. Термит дополнительно легируют для получения сварного соединения с заданными мех.

свойствами и наполняют стальными обрезками для увеличения количественного выхода расплавленных продуктов реакции.

Для формирования жидкого металла используются формы, состоящие из двух разъемных половин. Сварка производится литейным металлом, который оплавляет кромки деталей и заполняет зазор между ними. Величина зазора 10-15 мм.

Существует два способа сварки: первый позволяет экономить расход термита, второй – увеличить скорость работ.

В первом случае соединение , на которое предварительно установлена форма, подогревают горелкой, которая подводится через верхнюю ее часть, до Т- (850 -900) градусов Цельсия. По достижению температуры расплавленный состав выдерживается 5-6 с и спускается в форму.

Второй случай не предполагает применение предварительного нагрева (благодаря чему и экономия времени 15-20 мин.) свариваемого изделия газопламенной горелкой.

Металл сварного соединения прогревается самим термитом, который сжигается в увеличенном количестве (в литейном производстве также используется подобный прием, когда кокиль нагревается самим металлом, например, при алюминиевом гравитационном литье).

Здесь же сварное соединение формируется благодаря литью перегретого металла. Тигельная часть отделена от заливаемого объема металлической заслонкой. Толщина заслонки рассчитывается так, чтобы она расплавилась до окончания процесса.

Детали не должны содержать влаги. Вода спровоцирует выплеск металла. Операторы термитной сварки должны быть ознакомлены с правилами техники безопасности. Они должны использовать СИЗ: стойкие к высокой температуре прозрачные очки, специальную обувь, одежду, обработанную огнеупорным составом (читайте статью «СИЗ сварщика»).

 В одной из серий остросюжетного сериала «Во все тяжкие» термитный состав помог главным героям открыть дверь склада, где хранились бочки с веществом для  синтеза метамфетамина.

Мы ни в коем случае не предлагаем вам повторять за Уолтером Уайтом и совершать какие –то противоправные/противозаконные действия (разве что вы не сможете открыть личный сейф традиционными способами).

Тем не менее это яркий голливудский пример того, что термитную реакцию можно использовать не только в промышленных/производственных, а и в бытовых целях.  Если с помощью термита можно выплавить металл (резка), значит и обратный процесс – сварка – справедлив.

Например, с помощью совершенно простого изобретения, именуемого «термитный карандаш», можно сварить в полевых условиях без электричества две железные детали. Способ удобен на даче, если отключили электричество или если нужно что-то сварить без необходимости приобретать инвертор и тратить на это какие-то средства.

Сделать карандаш своими руками очень просто.  Находим в хозяйстве или покупаем металлический пруток (скорее всего вам попадется черный металл – низкоуглеродистая сталь, так как она чаще всего встречается), либо нарезаем его с проволоки.

Берут пруток ø2-5 мм в зависимости от толщины изделия (чем оно толще, тем больше диаметр прутка) и наносят на него покрытие, замешанное на клее.  Покрытие на 23-24% состоит из алюминиевого порошка и на 76-77% из закиси железа.

Частицы этих двух компонентов должны быть мелкой фракции не более 0.5 мм.

Для того, чтобы смесь держалась на металлическом стержне, к ней нужно добавить нитроцеллюлозный или синтетический клей (быстросохнущий) и размешать все это до состояние пасты.

Покрытие наносится следующим образом

Из кальки нужно свернуть цилиндр. Его внутренний диаметр должен быть в 3 раза больше, чем диаметр прутка. Далее он заполняется пастообразным составом, в который вставляется стальной пруток по центру. После того, как покрытие подсохнет и схватится с металлической частью, можно разрезать бумагу канцелярским ножом и пользоваться термитным карандашом.

Примечание

Ранее шаблон делали из кальки, которая представляла собой прозрачную бумагу, используемую чертежниками для копирования чертежей на дралоскопе (светостол). В связи с развитием копировальной техники дралоскопы ушли в историю, как и калька. Хотя у кого-то она может остаться со студенческих времен. Как бы то ни было, если у вас нет кальки, нам видится, что в место нее можно использовать фольгу

На торец карандаша можно нанести затравку, которая облегчит его поджиг. Затравка состоит из бертолетовой соли и алюминиевого порошка в соотношении 2:1. Затравку можно выполнить отдельно в виде запальной спички, а также не использовать ее вовсе, применяя для поджига бенгальский огонь. Проще всего поджечь карандаш с помощью газовой горелки, которые сейчас стали очень портативными.

Как уже было сказано выше, температура сгорания термита очень высокая. Реакция будет протекать с интенсивным выделением тепла и разбрызгиванием расплавленного металла. А это уже не шутки.

Нужно подумать о своем здоровье, запастись средствами индивидуальной защиты.

Используйте защитные очки (читайте про UVEX) и одежду из плотной ткани (ни в коем случае нельзя одевать синтетику — читайте статью на эту тему).

Источник: http://svarka-master.ru/termitnaya-svarka/

Термическая сварка. Сущность термитной сварки

Главная » Новости

Опубликовано: 26.08.2018

Сварка является одним из основных способов получения соединения неразъемного. В большинстве случаев, она выступает единственным способом, с помощью влияния которого можно получить такое прочное соединение.

Создать максимально приближенные заготовки и по размерам и по формам можно с помощью сварки. Вы можете создать даже такие конструкции, которые не будут отличаться от новых конструкций машин.

Отлично подойдет термическая сварка .

С помощью термического соединения конец и первой, и второй детали нагревают при помощи специального прибора, в течение некоторого времени, до тех пор, пока не дойдет до максимально нужной температуры. Затем детали прижимают друг к другу с небольшим усилием. Таким образом, шов, возникший в результате стыка, делает конструкцию очень прочной.

Сварке подвергаются абсолютно любые неметаллы и металлы, имеющие любую толщину, да и в любом положении пространства будь то в космосе, на земле или в воде.

С помощью термического соединения, которые получаются с использованием термического соединения, характерны тем, что имеют высокие механические свойства, низкую трудоемкость, небольшой расход металла, невысокую себестоимость.

Препятствия, которые могут не позволить состыковаться деталям следующие:

— адгезионные пленки; — оксидные пленки; — неровности на поверхности заготовок.

Для того, чтобы получить сварное соединение необходимо использовать энергию извне. В связи с этим все виды сварки можно разделить на три группы:

Околошовная зона отличается тем, что влияния нагрева высоких температур охлаждения и плавления происходят неравномерно и кратковременно.

Когда металл переходит в состояние из жидкого в твердое, то могут образоваться кристаллы. Такой процесс носит название кристаллизации.

Чем быстрее охлаждается сварочная ванна, тем тонким будет кристаллический слой и меньше будут размеры зерен. Зона сплавления имеет мелкие кристаллы.

Зона, где происходит термические влияния, характеризуется тем, что происходит увеличение кристаллов и их слияние с зернами основного металла.

Околошовная зона и ее размеры зависят от того, какой вид термического соединения, скорость проведения, режим, химический состав, физические свойства.

Процесс термического соединения, в результате которого свариваются металлические детали жидким металлом определенного химического состава. Сущность реакции термической заключается в том, что алюминий имеет способность восстановления окислов металлов с весьма значительным выделением тепла.

Тепло, выделившееся в результате этой реакции, сравнительно долгое время может сохранить металл в состоянии жидком, что дает возможность использовать его для целей технологических.

Читайте также:  Сварочный аппарат для алюминия: информация по существу

Какие условия необходимы для того, чтобы началась термическая реакция?

— Термическую шихту необходимо рассчитать так, чтобы в ходе реакции смогло выделиться количество тепла, которое необходимо для перегрева и расплавления конечных продуктов в реакции. — Компоненты термитной шихты: окислы железа, алюминиевый порошок должно быть достаточно мелкими и хорошо перемешанными. — Для начала термитной реакции в любой точке термитной шихты необходимо создать температурный толчок не ниже 1350°. после чего термитная реакция быстро распространится на всю шихту.

Применение термического соединения в зоне трамвайного хозяйства

Зона стыков рельсов и их сварка помогут радикально решить проблему с токами блуждающими, которые наносят немалый ущерб подземной металлической коммуникации.

Бесстыковой путь позволит вам уменьшить затраты по текущему содержанию пути, увеличит скорость движения транспорта рельсового, уменьшит шум и удлинит срок службы состава.

Из всех способов термического соединения — промежуточного литья, кузнечного, комбинированного, «дуплекс» стал таким, который смог получить наиболее широкое распространение.

В связи с тем, что произошло массовое применение термического соединения на транспорте, появилась потребность в улучшение стыка сварного. Таким образом, можно получить плотный стык, который будет иметь хороший провар и постоянный химический состав термической стали. В связи с этим увеличится производительность, уменьшатся расходы материалов.

Условия, для проведения термической реакции

Для того, чтобы осуществлена реакция между окислителем и восстановителем, нужно наличие некоторых условий, таких как химическая чистота компонентов термической шихты. Восстановителем в данном случае будет алюминий в состоянии порошкообразном, а окислителем будет порошок окалины железной.

Оказание огромного влияния на реакцию измельченными составляющими термической шихты, как раз и приведет к правильному завершению.

Если же будут отклонения от пределов, которые были указаны, то это приведет к нарушениям нормального соотношения окислителя и восстановителя. А это в свою очередь приведет к тому, что снизится ее калорийность. Все это окажет негативные влияния на качество сварки.

Для того, чтобы реакция между зонами — окалиной железной и алюминием осуществилась, необходима, чтобы термическая шихта была нагрета до той температуры, когда может воспламениться. Обычно такая температура для подобного сплава равна 1360°. Это является критической точкой, которая оказывает влияния на начало термической реакции.

Термохимические процессы, которые протекают медленно, являются безопасными, но они могут стать причиной такого влияния, что снизит теплотворную способность термита. В связи с этим, хранить его долго не рекомендуется.

Применение термита

Термит широко используют в совершенно разных отраслях хозяйства. Его используют для того, чтобы сваривать стальные и чугунные конструкции, а также арматуру, также есть возможность сваривать провода и трубы контактной сети, а также провода высоковольтных линий электропередач.

В технической литературе есть немало способов применения сварки :

— производство крупных деталей, которые состоят из нескольких деталей, таких как коленчатые валы, рулевые рамы судов, приварка лопастей к гребным валам; — восстановление цилиндров прессов, колон кузнечных прессов, поршневых штоков, роторных валов, а также те ведущие реверсивные шестерни прокатных станов, всевозможные станины — клети прокатных станов, станины пресса и главные станины; — ремонт чугунного оборудования: шлаковые ковши, поддоны, изложницы.

Термическую сварку деталей крупногабаритных лучше всего производить в цехе литейном, где вы найдете достаточно необходимого технологического оборудования, а также немало грузоподъемных механизмов.

Сварка термическая больших размеров чугунных деталей может дать немалый экономический эффект, особенно оказывает влияния не восстановление технологического оборудования производства металлургического: различных поддонов, ковшей, изложниц, а также станин.

Когда вы приступите к термической сварке изделий из чугуна, не забудьте учесть влияния чувствительности к температурным изменениям.

Когда чугун нагревается выше критической точки и охлаждается очень быстро, он становится хрупким.

Важнейшее условием термического соединения является не что иное, как предварительный подогрев.

Источник: http://myasocom.ru/video/2011257906-termicheskaya-svarka-suschnost-termitnoy-svarki/

Термитная сварка – Справочник сварщика

Данная статья раскроет теоретические основы и технические аспекты термитной сварки сплавов и металлов.

  Сварка по сути одна из широко распространенных технологических операций соединения металлов и сплавов в современной индустрии машиностроения.

Все потому, что в сравнении с другими видами соединений она имеет ряд преимуществ, а именно: высокую прочность, герметичность и скорость соединения. К преимуществам технологии можно отнести то, что нет потребности в точной подгонке деталей и тому подобное.

Несмотря на это у классической электродуговой сварки, которой пользуются еще с конца девятнадцатого века, есть ряд недостатков. На первом месте необходимость в источнике электроэнергии и дорогостоящего массивного оборудования.

По мере того как размеры свариваемого шва увеличиваются, в геометрической прогрессии растут размеры и стоимость оборудования. В таком случае правильным решением данной проблемы будет применение в сварке термитных смесей.

  Одним из преимуществ термитных смесей является то, что в отличие от электродуговой сварки при их использовании нет потребности в постороннем источнике энергии. А все потому, что плавление металла свариваемого шва происходит при использовании энергии, которая образуется при горении в кислороде алюминия или алюминиево-магниевого сплава.

А кислород для горения, в свою очередь, выделяется окислом менее активного металла. Трудность процесса заключается лишь в том, что бы подобрать необходимую термитную массу и в способе ее воспламенения. В зависимости от свариваемого металла выбирают необходимую термитную массу.

Просто нужно, что бы расплав, образующийся при горении, максимально соответствовал по составу сплаву или металлу, который подвергается сварке.

  Широкой популярности достигли смеси для сварки низколегированных углеродистых сталей. В основном они состоят из алюминия (около 25-28%) и оксида железа (III), В некоторых случаях при их производстве добавляют немного технологических примесей, которые облегчают прессование термитной массы и ее возгорания.

Применение термитной массы как способ облегчения воспламенения в особенности актуально для термитных стержней массой до двухсот граммов. Так как для достижения качественного воспламенения бинарной смеси окалина-алюминий, необходим мощнейший запал, в результате которого выделяются продукты горения, отрицательно влияющие на качество шва.

Обычно для возгорания термитных смесей применяют сплавы на основе алюминия и окисла (пероксида) малоактивного металла, по типу диоксида меди, диоксида марганца, шестивалентного оксида хрома или перекиси свинца. Часто применяют металлоорганические соединения, которые отличаются низкими температурами воспламенения, большой зольностью и высокой температурой сгорания.

Для составов, которые используются для более компактных воспламенителей весом от 0,5 до 3 грамм, характерны хлораты и перхлораты.

  Выпуск термитной массы осуществляется в основном в виде смеси крупной крошки флюса со стружкой или гранул. Это делается для того, чтобы проще было отмерить необходимое количество термитной смеси на каждый сварной шов или соединение.

При использовании термитного стержня во время сварки, в большинстве случаев цилиндрической формы, его вставляют в специальную оправку и придерживают рукой.

В случае, если используют сыпучую смесь, оправку для направления потока плавки в место свариваемого шва собирают из огнестойкого материала.

  Сварку термитными смесями разделяют на два метода сварки, а именно плавлением и литьем. Сварку плавлением применяют для термитных стрежней и небольших заготовок.

Для этого способа сварки характерно горение термита в тесном контакте с материалом деталей, вследствие чего происходит его плавление и смешение полученных в итоге расплавов в месте сварного соединения. Сварка плавлением позволяет сваривать детали при малом расходе термитной массы и дает более прочный сварной шов.

Для сварки термитной массой, а так же, для крупных деталей применяют сварку литьем. Этот метод оказывает меньшую термическую реакцию и незначительное влияние на детали.

Термитная смесь сгорает в специальном резервуаре, который изготовлен, как правило, из пористой массы или в одноразовой формочке из асбеста или аналогичного материала. Более высокую точность и меньшую термическую обработку заготовок позволяет добиться именно сварка литьем.

  В любом случае после применения термитной массы при сварке образуется шлак, который показывается на поверхности и, попадая в пористую хрупкую массу, застывает по мере остывания места соединения после чего, легко удаляется.

В свою очередь термитные стержни могут быть использованы для резки металлов и сплавов. В таком случае они должны в своем составе содержать дополнительные активные окислители.

Поэтому выделяют больше шлака, чем расплава, а также газообразные продукты горения, которые помогают очистить место резки от расплава, что не характерно для сварочных термитных смесей.

Источник: http://www.vse-o-svarke.org/publ/drugie_metody_svarki/termitnaja_svarka/11-1-0-135

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.

Читайте также:  Пилы для резки металла - значительное ускорение производства

Термит – это порошкообразная смесь, состоящие из двух металлов:

  1. Окисел второго металла с небольшой теплотой формирования (например, окисел меди или железа).
  2. 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.

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.

Источник: http://www.ZandZ.ru/ekzotermicheskaya_svarka.html

Термическая сварка

История термитной сварки насчитывает уже около ста сорока лет. Начало этому процессу было положено еще в 1859 году Русским ученым Н.Н.

Бекетовым, который впервые открыл алюминотермию и дал описание алюминотермитной реакции. Ее сущность получение металлов и сплавов восстановлением их окислов алюминием.

Поскольку реакция проходит с выделением большого количества тепла, ее и назвали термитной .

Несколько позже, в 1898 году, в Германии химиком Гансом Гольдшмидтом этот процесс был отработан в промышленных масштабах и приспособлен для сварки рельсов . Своими работами профессор Г.Гольдшмидт внес большой вклад в развитие практического использования термитной сварки.

С тех пор мирное применение этой реакции находит себя в различных областях техники, но наиболее массово она используется при термитной сварке рельсов различного профиля и назначения.

Сущность процесса термитной сварки рельсов остается почти неизменным уже на протяжении более 100 лет, и заключается в следующем:

  • концы рельсов, подлежащих сварке, обрезаются с образованием между ними сварочного зазора требуемой ширины и выравниваются в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
  • на зазор устанавливаются огнеупорные литейные формы, а места их контакта с рельсами уплотняются по всему периметру специальным составом ;
  • в заранее подготовленный тигель засыпается термитная смесь , после чего его размещают сверху по центру над формами;
  • термитная смесь поджигается специальным запалом , и в течение 25-30 секунд в тигле протекает термитная реакция, по окончании которой продукты реакции в расплавленном состоянии разделяются на два слоя;
  • помещенная в нижней части тигля специальная пробка под воздействием тепла автоматически проплавляется, а жидкая сталь и шлак заливаются в сварочный зазор. При этом вся сталь попадает в плоскость сечения рельса, а шлак выводится за сечение, причем его избыток выливается в специальные емкости ;
  • в процессе заливки стали в форму концы рельсов проплавляются и, спустя определенное время, необходимое для кристаллизации стали, свариваются;
  • после кристаллизации формы разбираются, а избыточный металл в горячем состоянии удаляется с головки рельса специальным гидравлическим устройством гратоснимателем;
  • полученный сварной стык шлифуется сначала предварительно , а затем начисто с соблюдением требуемых допусков на геометрию.

Напряжения и деформации при сварке. Термическая обработка сварных конструкций

15.3. Термическая обработка сварных соединений

Термическая обработка сварных соединений состоит из нагрева их с определенной скоростью до нужной температуры, выдержки при этой температуре и охлаждения также с определенной скоростью.

Различают следующие виды термической обработки: термический отдых; высокий отпуск; нормализация; аустенизация; стабилизирующий отжиг; улучшение, заключающееся в нормализации с последующим высоким отпуском. На 15.

11 даны графики температур и времени термической обработки, характерные для низколегированных хромоникельмолибденовых и высоколегированных хромоникелевых нержавеющих сталей.

Наиболее часто в строительстве применяют высокий отпуск для углеродистых и легированных сталей с целью снижения сварочных напряжений и улучшения структуры. При этом обязательна небольшая скорость охлаждения после выдержки в интервале от температуры выдержки до 300 °С, после чего охлаждение на спокойном воздухе. Значительно реже применяют другие виды термообработки.

Нормализацию применяют главным образом для сварных соединений труб из легированной стали диаметром до 100 мм и небольшой толщины. Она заключается в нагреве при более высокой температуре, чем при высоком отпуске , выдерживании несколько минут и охлаждении в условиях утепления и предупреждения от сквозняков.

Термический отдых применяют для сварных соединений из низколегированной стали, имеющую склонность к образованию трещин вследствие выделения растворенного водорода, диффундирующего из шва в зону термического влияния. Нагрев производят до 250—300 °С и выдерживают несколько часов.

Аустенизацию применяют для получения в сварных соединениях из хромоиикелевых нержавеющих сталей однородной структуры аустенита, улучшения механических свойств и снижения сварочных остаточных напряжений на 70—80 %.

Стабилизирующий отжиг применяют для тех же сталей с целью снижения сварочных напряжений на 70—80%, обеспечения стабильной структуры и предупреждения появления коррозионных трещин.

Улучшение относится к полной термической обработке и производится в стационарных термических печах.

Оно снижает остаточные сварочные напряжения и полностью восстанавливает структуру и свойства металла, изменившиеся от сварки.

Для термической обработки применяют несколько способов нагрева: в стационарных термических печах;

радиационный , индукционный; термохимический п смешанный  быстрым нагревом металла до температуры плавления ;

2) малой продолжительностью нагрева до высоких температур;

3) быстрым охлаждением металла от высоких температур с уменьшением скорости охлаждения по мере падения температуры;

4) уменьшением максимальной температуры нагрева по мере удаления от оси шва.

Наибольшие структурные изменения свариваемого металла происходят непосредственно у линии сплавления, где металл нагревается до температуры плавления. В этих точках происходит значительный перегрев металла, сопровождающийся ростом зерна и ухудшением механических свойств металла.

Термический цикл сварки изменяется с изменением режима сварки. В основном термический цикл сварки зависит: 1) от величины погонной энергии, измеряемой количеством тепла, отданного свариваемому металлу и отнесенного к единице длины шва ; 2) от температуры нагрева металла перед наложением шва.

Структурные изменения металла в зоне термического влияния зависят в основном от двух элементов термического цикла сварки: 1) времени нагрева выше критической температуры роста зерна , которое назовем временем роста зерна; 2) времени охлаждения в интервале температур распада аустенита , которое назовем временем распада аустенита.

Увеличение погонной энергии или подогрев стали перед сваркой увеличивает время роста зерна и время распада аустенита. Рост зерна при перегреве стали наблюдается для всех сталей любого химического состава.

Распад аустенита происходит при охлаждении конструкционных углеродистых и легированных сталей, В зависимости от времени распада можно получить в зоне термического влияния ряд структур от перлита до мартенсита.

Что такое термическая сварка?

Термическая сварка этот метод посредством которого производится соединение двух частей металла, производится такое соединение в специальном нагревательном агрегате.

Процесс сварки можно описать так – концы двух соединяющих деталей нагревают до определенной температуры затем их прижимают друг к другу.

После чего шов получаемый при таком воздействии получается очень прочным и долговечным.

Такой сварке могут подвергаются любые металлы и неметаллы, любой толщины, да и в любом положении пространства в космосе или на земле или в воде.

Источники: knowledge.allbest.ru, www.at-svarka.ru, www.bibliotekar.ru, www.drevniymir.ru, www.remotvet.ru

Источник: http://sovet.clan.su/publ/svarochnye_raboty_doma/termicheskaja_svarka/2-1-0-233

Термитная сварка (стр. 1 из 2)

1 ТЕРМИТНАЯ СВАРКА

1.1 ПРИНЦИП СВАРКИ

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

Читайте также:  Машина контактной точечной сварки сфера применения, особенности конструкции

Важной областью применения термитов является сварка ме­таллов. Горючими металлами в термитных смесях могут служить металлы с большой теплотой образования окислов, например алю­миний, магний, кремний (в особенности аморфный).

Источником кислорода в термитных смесях являются окислы металлов со сравнительно небольшой теплотой образования, например, 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 Fe3 04 , содержащей 27,6% кислорода и 72,4% железа.

Наиболее важным для сварки является алюминиевый термит, который состоит из металлического алюминия в форме грубозер­нистого порошка или крупы, обычно с величиной зерна около 1 мм, и из железной окалины примерно с той же величиной зерна.

По внешнему виду алюминиевый термит представляет собой сыпучую грубозернистую смесь из белых зерен (алюминий) и черных зерен (железная окалина). Для зажигания термита его необходимо нагреть хотя бы в одной точке до температуры порядка 1000° С.

Начавшееся горение протекает весьма бурно, быстро распростра­няется на весь объем термитной смеси и проходит по реакции:

3Fe2 О4 + 8Al = 4Al2 О3 +9Fe (1)

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.

Из приведенной выше реакции сгорания термита легко рас­считать, что на 1 кг термитной смеси необходимо 237 г алюминия и 763 г железной окалины. Этот расчет относится к химически чи­стым компонентам.

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 довольно 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 сравни­тельно небольшое количество тепла, в среднем 750 ккал на 1 кг смеси (1 кг хорошего каменного угля дает 7000 ккал), 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. Уголь же сгорает за счет кислорода воздуха, и при сжигании 1 кг угля в воздухе получается около 14 кг продуктов сгорания.

По теоретическому расчету реакции сгорания термита с учетом теплоемкости про­дуктов сгорания обеспечивается температура ~ 3000°С; такую же температуру показывают и непосредственные измерения.

Поэтому продукты сгорания термита — железо (температура плав­ления около 1500°С) и окись алюминия А12 O3 (температура плав­ления 2050°С) 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, быстро разде­лятся на два слоя: металл — шлак в соответствии с удельным весом продуктов реакции; из 1 кг термитной смеси образуется 550 г расплавленной стали и 450 г шлака — расплавленной окиси алюминия. В сварочные термитные смеси, помимо алюминия и железной окалины, обычно вносят различные добавки с целью улучшить состав и повысить прочность термитного металла, увеличить общий выход металла при сжигании смеси, несколько понизить температуру термитной реакции.

Для раскисления термитного металла, улучшения его химиче­ского состава и повышения механической прочности в термитные смеси обычно вводят ферросплавы, главным образом ферроси­лиций и ферромарганец.

Меняя количество этих присадок, можно изменять в широких пределах химический состав и механические свойства термитного металла, например предел прочности можно изменять от 40 до 75 кг/мм2 .

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.

1.2 ГРАНИЦИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Рассмотрим применение и области использования термитной сварки на примере сварки рельсового стыка — самом обычном применении термитной сварки.

При сварке давлением жидкие продукты выливают через край тигля (рисунок 1, а); 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 лишь 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 (рисунок 2) надевают на место сварки до выпуска расплавленной смеси.

Поверхность сварного стыка должна быть защищена от попа­дания термитного шлака, для чего соединяемые поверхности тщательно пригоняют, отшлифовывают и перед сваркой стягивают со значительным давлением посредством стяжного пресса.

Так как рельсовая сталь обладает ограниченной свариваемостью в пласти­ческом состоянии, то 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 том виде, как он описан выше, в настоящее время почти не применяется, так как этот способ сложен, кропотлив, требует очень тщательной пригонки свариваемых поверхностей и дает значительный разброс резуль­татов в отношении прочности стыка. Также трудоемка операция осадки и установки стяжного процесса.

Значительно дешевле и удобнее сварка плавлением, так назы­ваемый способ промежуточного литья (рисунок 1, б). 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.

а — давлением; б — плавлением (промежуточное литье); в — комбинированный

способ

Рисунок 1. – Схемы термитной сварки рельсового стыка

Недостатки способа промежуточного литья: 1) несколько увеличенный расход термита; 2) образование литой структуры ме­талла в сварном стыке, не уплотняемого осадоч­ным давлением и поэто­му склонного к образо­ванию пор и раковин; 3) 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 (рисунок 1, в ), 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 наилучшим и в настоящее время находит преобладающее применение.

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.

Причиной служит довольно высокая стоимость термитной смеси, дефицитность ме­таллического алюминия, низкая производительность термитной сварки. Этот вид сварки сохранил свое значение для рельсовых стыков трамвайных путей, так как в условиях города другие методы сварки рельсовых стыков трудноприменимы.

Источник: http://MirZnanii.com/a/191482/termitnaya-svarka

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector