При термитной сварке плавлением металл плавится под действием тепла, источником которого является расплав, формирующийся в результате химической реакции алюминиевого порошка с окислом металла.

Образующаяся при этом окись алюминия (шлак) служит защитой металла от атмосферного воздействия. Во время термитной сварки протекает преимущественно следующая экзотермическая реакция:

Тепловой эффект данной реакции является результатом высокого сродства алюминия к кислороду, которое выше, чем у большинства других металлов.

Известны три варианта сварки (рис. 1.4), причем термитная сварка плавлением используется в вариантах с разливкой сверху и сбоку.

Рисунок 1.4

a — термитно-муфельная сварка:
1. корпус шашки из стального листа;
2. запал;
3. свариваемое изделие (например, трос);
4. зажимное приспособление с устройством для осадки;

б — термитная наплавка:
1. термитный присадочный материал (до сварки)г;
2. шлак;
3. расплав;
4. ограничитель ванны (глиняный валик);
5. изделие;

в — термитная сварка плавлением:
1. термитный присадочный материал (до сварки) в тигле со стопором;
2. форма;
3. изделие;
4. отверстие для предварительного подогрева.

Границы применимости

Размеры изделий: преимущественно профили любых типов и ремонтная сварка изделий с большими поперечными сечениями.

Группы материалов: стали с эквивалентом по углероду Сэ ◄3 ◄1,2%, стальное литье, серый чугун (чугун 20 с пластинчатым графитом, чугун 25 с пластинчатым графитом), алюминий.

Область использования: монтажная сварка рельсов, рельсовых соединений и катаных профилей; термитная сварка арматурных сталей; термитная сварка звеньев цепей; ремонтная сварка осей, валов, станин из стали, стального литья, серого чугуна; термитная муфельная сварка алюминиевых тросов.

Наплавка изнашиваемых (преимущественно при абразивном износе) деталей, таких как зубья землеройных машин, траки гусениц.

Параметры: температура реакции 2730 °С, температура термитной сварки 2000 — 2400 °С (температура шлака), критическая температура воспламенения 1300 — 1400 °С. Скорость плавления во многом зависит от объема свариваемого материала (например, до 2000 кг наплавляемого металла может быть нанесено за 30 с). Среднее время реакции 4 — 20 с.

Скорость сварки соответствует скорости разливки соответствующего «объема» расплавленного металла.

Положение шва при сварке: нижнее, горизонтальное, вертикальное (снизу вверх).

Особенности сварки: экономическая эффективность данного способа повышается с увеличением сечений соединяемых деталей (более 200 мм²) и с увеличением количества наплавляемого металла.

Основное время сварки составляет всего несколько секунд, но вспомогательное время достигает 80 мин.

Источник собственно сварочного тока не требуется.

При сварке профилей формируются высококачественные переходные области.

Особенно пригоден данный способ сварки для монтажных работ и сварки на строительных площадках.

Подогрев осуществляют с помощью пропановой горелки.

Рекомендации по исполнению соединений

Сварка стыковых соединений без разделки кромок не требует специальной подготовки.

В зависимости от диаметра свариваемых соединений зазор между их торцами составляет 10 — 40 мм.

Сечение свариваемых тросов от 35 до 185 мм².

При наплавке следует ограждать наплавляемые поверхности (для этого используют глиняные формы).

Основные элементы устройств для термитной сварки

Тигель с донным сливом (материал: магнезит, защитная футеровка, хромовая руда, кварцевый песок). Размер тигля зависит от поставленной задачи (следует учитывать возмож¬ность прорыва тигля при большом объеме наплавляемого материала).

Формы для сварки: одноразового пользования (материал: кварцевый песок, шамот); многоразового пользования (графит, серый чугун, медь для серийной сварки).

Модель (набивная для каждого профиля).

Опока.

Поддерживающее и зажимное устройства применяют при использовании неразъемных и составных форм для сварки.

Специальные устройства: приемник для тигля, ломик для выпуска металла, кислородный резак, полозковый термометр, горелка для предварительного подогрева (пропан).

Инструменты: кузнечное зубило, плоская обжимка, шлифовальный круг, проволочная щетка.

Специальный запальник с ручным или электрическим управлением.

Оборудование

Сварочный аппарат имеет различную конфигурацию в зависимости от выполняемой задачи и состоит из нескольких основных элементов (см. выше).

Изготовитель: Elektrochemisches Werk, Алимендорф, ГДР.

Выбор основных и присадочных материалов, термообработка

Для группы материалов (сталей с Сэ < 1,2% , стального литья, серого чугуна и алюминия) 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; их 20%-ная добавка к шихте снижает температуру разливаемого металла и повышает выход присадочного материала до 50%; остальные 50% — шлак.

Присадочные материалы выбирают в зависимости от технологического варианта сварки и от характера износа поверхности при наплавке.

Изготовитель: Elektrochemisches Werk, Алимендорф, ГДР.

Количество присадочного материала, кг: , где Vges — объем заполняемого пространства, дм³.

Техника выполнения сварки

Зазор (мм) между свариваемыми кромками при сварке встык рассчитывают по формуле:

а = 0,75√³А,

где площадь стыкового соединения, мм²;.

Если высота падения расплавленного присадочного материала на дно зазора превышает 200 мм, то применяют сифонную разливку, в остальных случаях применяют разливку сверху или сбоку.

Подогрев стыкового соединения: стали и стального литья — до 900 °С; серого чугуна — до 800 °С (структурносложные серые чугуны требуют подогрева всей заготовки до 600 °С).

Удаление сварочной формы — через 1,5 — 2,5 мин по окончании процесса сварки; обработка стыкового соединения (удаление грата) — в состоянии красного каления.

Ориентировочные параметры термитной сварки арматурной стали (табл. 1.11).

Ориентировочные параметры нормативного времени tN термитной сварки при ремонтных работах (рис. 1.5).

Ориентировочные данные для определения общих затрат при ремонтной термитной сварке (рис. 1.6).

m_AТ=l2,8V_ges

Fe₂O₃ + 2A1 → 2Fe + Al₂O₃ + 198,3 ккал.