Термитная сварка рельс

Как сваривают рельсы

При проведении монтажных и ремонтных работ на участках железнодорожного полотна, а также в схожих условиях, связанных с прокладкой рельсовых ниток, применяются специальные технологии сварки.

Особенности технологий сварки рельсов выражаются в повышенных требованиях к эксплуатационной надёжности соединений, а также их устойчивости к механическим нагрузкам.

Основные методы

Сварка рельсовых стыков относится к разряду особо ответственных мероприятий, организация и проведение которых невозможны без привлечения оборудования и современных сварочных механизмов.

Основными видами сварочных технологий, применяемых при монтаже и ремонте рельсов, являются:

электроконтактная сварка;
электродуговой метод;
термитная обработка (алюминотермитная сварка рельсов);
современная газо-прессовая сварка.

Каждый из этих методов отличается определёнными достоинствами и недостатками. Для более полного ознакомления с ними рассмотрим каждый из перечисленных способов сварки более подробно.

Электроконтактный способ

Электроконтактный подход к соединению стыков рельсов основывается на их сильном нагреве и последующем расплаве посредством электрической дуги, которая формируется значительным по величине током низкого напряжения.

Для реализации метода используют специальные машинные комплексы, работающие в автоматическом режиме (МСГР-500, МС-5002 или К-190, например).

Подлежащие обработке рельсы перед началом сварки укладываются либо непосредственно на путях, либо же с небольшим смещением внутри ветки или снаружи колеи (на удалении порядка 260 сантиметров от её оси).

При этом сам сварочный механизм перемещается по восстанавливаемой нитке, то есть представляет собой самоходную рельсосварочную станцию.

В процессе её работы используются сменные контактные головки различного типа, обеспечивающие необходимые режимы сварки (непрерывное оплавление или прерывистый разогрев контактов).

Электродуговой метод

Дуговая бесконтактная сварка относится к наиболее распространенным методикам, применяемым при сопряжении стыков рельсовых ниток.

Согласно этому подходу рельсы сначала укладывают с небольшим зазором, после чего их концы проваривают металлом электродов, расплавляемых посредством дугового разряда. Этот вид бесконтактной сварки не нуждается в приложении избыточного осадочного давления и реализуется с помощью переменного или постоянного токов, поступающих от передвижной сварочной станции.

Наиболее эффективным способом реализации дуговой сварки рельс является так называемый «ванный» метод, согласно которому заранее обрезанные поперёк продольной оси рельсы укладываются строго по линии путей с небольшим возвышением и с зазором приблизительно 14-16 миллиметров.

Между торцами уложенных таким образом рельсовых заготовок вводится рабочий электрод с последующим пропусканием через него тока порядка 300-350 ампер.

В результате такого воздействия расплавленная масса равномерно растекается по зазору и полностью заполняет его. Для предотвращения её стекания наружу зазор между рельсами закрывается специальными блокирующими ограждениями. По завершении сварки образовавшиеся швы шлифуются по всей площади стыка.

Термитная обработка

Алюминотермитная технология проверена временем.. В основу применения термитной сварки рельс заложена восстанавливающая реакция, происходящая при контакте основания (алюминия) с ещё одой составляющей – окисью железа.

Возникающий в результате этого металл (восстановленное железо) при рабочих температурах порядка 2000 градусов заливается в специальную огнеустойчивую форму, совпадающую с геометрией свариваемых рельсов.

Указанная реакция сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии.

Сваривать рельсы по термитному методу начали очень давно (с середины 19-го века), однако уже с тех пор этот вид сварки из-за применения алюминия стал называться алюминотермитным.

Важно отметить, что описываемая химическая реакция после поджога специального высокотемпературного горючего (термита) длится лишь несколько секунд.

Помимо двух рассмотренных составляющих (окиси железа и алюминия) в состав рабочей сварной смеси вводятся легирующие добавки и мелкие стальные частицы, слегка тормозящие или демпфирующие протекающий процесс. Добавки необходимы для того, чтобы сталь в зоне сварки приобрела требуемые качества и параметры, характерные для большинства рельсовых изделий.

При рассмотрении особенностей этого вида сварочного процесса следует отметить, что по завершении реакции общая химическая масса разделяется на две фракции: жидкий металл и лёгкий шлак, всплывающий в верхнюю часть формы.

Термитаня технология позволяет сочленять между собой следующие виды путевых изделий:

поверхностно-закалённые рельсовые заготовки;
объёмно-закалённые стыкующиеся части рельс,
не прошедшие специальную термическую обработку рельсы в любых комбинациях.

Данный вид сварки обеспечивает выполнение требований основных стандартов, предъявляемых к высокоскоростным рельсовым магистралям, в части соблюдения нормативов сварочных технологий.

Газопрессовой способ

Эта технология сварки основывается на соединении металлических стыков рельс при относительно низких температурах (заметно ниже границы плавления), но при достаточно высоком давлении.

К основным преимуществам газопрессового метода следует отнести однородность структуры материала в зоне сварки, а также высокую прочность получаемого сочленения.

Благодаря перечисленным достоинствам, этим методом можно эффективно «варить» даже очень тяжёлые и габаритные железнодорожные изделия. Перед сваркой концы таких рельсов плотно пристыкуются один к другому, после чего посредством специального инструмента (рельсорезного станка с дисковой пилой или механической ножовки) осуществляется одновременный их рез.

В результате подготовительных операций обеспечивается требуемая плотность прилегания торцевых частей рельсов с высокой чистотой металлического сопряжения.

Помимо этого, непосредственно перед самим свариванием торцы обрабатываются дихлорэтаном или четыреххлористым углеродом. На этапе подготовки рельс к сварке их концы нагреваются до необходимой температуры посредством специальных комбинированных горелок, обеспечивающих получение достаточной температуры.

После тщательного разогрева концы рельсов зажимаются посредством гидравлического пресса особой конструкции и продолжают разогреваться до 1200 градусов.

В процессе сварки корпуса горелок слегка смещаются относительно обрабатываемого стыка (совершают небольшие колебательные движения). Частота таких периодических перемещений, как правило, не превышает 50-ти колебаний в одну минуту.

Одновременно с этими перемещениями газовой горелки рельсы сжимаются гидравлическим прессом с усилием от 10-ти до 13-ти тонн, точное значение которых определяется путём специальных расчетов. По результатам такой обработки свариваемый металл в месте стыка осаждается примерно на 20 миллиметров.

Для реализации описанной технологической цепочки применяется специальное газопрессовое оборудование (универсальные станки).

По завершении всего комплекса газосварочных операций готовый стык тщательно зачищается от шлаков, а затем приводится к нормальному виду (говорят, что осуществляется его «нормализация»).

Итак, рассмотренные ключевые методики сварки рельсовых стыков применяются в соответствие с техническими требованиями и условиями проведения ремонтно-восстановительных мероприятий.

Из всех подходов особо выделяется алюмотермитная сварка, как максимально отвечающая современным требованиям к бесконтактному восстановлению рельсов или прокладке железнодорожных веток. Именно термитный способ наиболее часто применяется при сооружении и ремонте современных транспортных магистралей.

Термитная сварка

Разнообразные способы сварки металлов широко используются на производстве. Самые востребованные виды сваривания — это электродуговой (трансформатором, инвертором, полуавтоматом) и газовый (пропан-кислородным и ацетилен-кислородным пламенем). Но эти методы могут оказаться малоэффективными из-за отсутствия линии электропередач вблизи рабочего места. Газовая сварка имеет недостаточную температуру нагрева для соединения толстых сторон металла, таких как рельсы. Для решения этой задачи был разработан термит. Это порошок с определенным составом. Как работает термитная сварка рельс на железной дороге? В чем ее преимущества и недостатки?

История возникновения и суть сварки

Изобретению термитной сварки способствовала необходимость в разработке метода соединения металлов без участия громоздкого оборудования. В то же время температура нагрева сторон должна быть достаточно высокой, чтобы проплавить толстые стороны материалов и образовать крепкое соединение.

Бекетов Н.Н. открыл явление называемое алюминотермия. Это процесс, при котором металл восстанавливается благодаря окислам алюминия. Для этого алюминиевую стружку смешивают с оксидом железа. Полученную смесь доводят до температуры 3000 градусов, вследствие чего образовывается сталь и шлак.

Ученый Гольдшмидт впервые смог воплотить эту идею на практике сваривания. Он использовал два металлических бруска, зазор между которыми заполнил горящим термитным порошком. Образовался монолитный шов приемлемого качества, а шлак всплыл на поверхность и разошёлся по сторонам. При этом его отделение было довольно свободным.

Что такое термитная сварка на деле, легко понять после ознакомления с видео. В настоящее время применяют 23% алюминиевой крошки и 77% окиси железа. Грануляция состава не превышает пол миллиметра в диаметре. Поджиг осуществляется специальным запалом. Благодаря горению происходит химическая реакция, высвобождающая большое количество тепла. При этом оксид железа преобразовывается в чистый металл, а второй компонент образует окислы и составляет шлак.

Применение

Сварочный метод получил широкое применение благодаря своей автономности и несложном оборудовании. Им можно соединять чугун, сталь, и некоторое алюминиевые детали. Благодаря дозированию порошка регулируется количество выделенного тепла и ширина стыка. Это нашло отображения и в более тонких сварочных работах по соединению проводов.

Автономность метода позволяет использовать его на любом расстоянии от населенного пункта. Особенно часто он применяется для сварки железнодорожных путей. Высокая температура обеспечивает достаточный прогрев зоны стыка, а образованный сплав выдерживает повышенные нагрузки при эксплуатации. Если три бригады будут работать параллельно, то за 50 минут они смогут выполнить 12 соединений термитной сваркой. Это важный показатель, который позволяет не останавливать движение поездов на длительное время.

Достоинства и недостатки

Термитная сварка обладает рядом преимуществ перед электродуговым методом, а именно:

быстрота выполнения работ;
доступные комплектующие, которые продаются свободно в специализированных магазинах;
простота выполнения соединения, не требующая предварительного длительного обучения рабочего;
отсутствие необходимости в электроэнергии или громоздких газовых баллонах;
крепкий шов, устойчивый к усилию на излом и разрыв.

Несмотря на данные преимущества, термитный метод сваривания имеет и несколько негативных факторов, которые важно учитывать при проведении работ. Во-первых, смесь легко воспламеняется, что требует осторожности при перевозке или подготовительных процессах. Потушить случайно зажженную емкость с порошком будет уже невозможно, а моментально повышающаяся температура способна создать пожар, если окажется на горючих материалах.

Во-вторых, нельзя допускать попадание воды или иных жидкостей на горящую термитную смесь. Если определенный объем воды прольется в зону плавления порошка, то это может привести к взрыву и разбрызгиванию состава. Перед применением метода сваривания важно пройти подготовку и соблюдать инструкции по технике безопасности.

Процесс на деле

Технология сваривания железнодорожных рельс происходит следующим образом:

Два конца рельс выставляются одинаково по вертикали и горизонтали торцами напротив друг друга. Между наим оставляется зазор для заполнения в 25 мм. Для этого вставляется специальная пластина соответствующей толщины.
Обе стороны зажимаются небольшими захватами или струбцинами.
Место соединения выкладывается огнеупорными пластинами для направления горячего потока точно между рельсами. Небольшие щели между формой и металлом замазываются пастой.
На форму устанавливается тигель — маленькая емкость с термитным порошком. Либо накладывается воронка-лейка сверху которой ставится магазинная бочка со смесью.
Термит поджигается запальным карандашом через верхнее отверстие в бочке или тигле.
Горение длится около 30 секунд. Возрастающая температура плавит нижнюю заглушку, и смесь вытекает в форму. Происходит заполнение последней и создание соединения. Высокая температура содействует хорошему сплавления железа и основного металла. Шлак вытекает на землю или в специальные карманы приспособления.
После окончания горения убираются карманы, тигель и форма.
Соединение обжимается прессом для полного формирования. В таком состоянии изделие находится около 5 минут.
Выполняется отбитие наплывов шлака, которое производится постукиванием молотка.
Шов на рельсах шлифуется на рабочих сторонах, чтобы на участке не было выступов. Поверхность неприкасаемая с колесами поезда оставляется без шлифовки.

Оборудование

Для реализации термитного метода сваривания необходимо определенное оборудование:

отливочная форма, способствующая заполнению пространства между рельсами;
керамический тигель и заглушка из плавящегося материала для заполнения емкости и слива расплавленного средства;
пресс для уплотнения соединения;
подставка для тигля;
обмазочная паста;
болгарка со шлифовальными кругами;
молоток;
лопатка для удаления шлака с карманов.

Для защиты рабочего от высокой температуры необходим костюм из плотной ткани.

Благодаря автономности и быстроте выполнения, термитная сварка широко используется в аварийных и плановых ремонтах железнодорожных путей. Применяя вышеизложенные рекомендации можно создать качественное соединение и в бытовых целях.

Термитная сварка рельсов

Многим известен такой вид сварки, как электродуговая и газовая. Они широко применяются как на производстве, так и в строительстве. Но термитная сварка мало кому известна. Поэтому речь пойдет о ней. Благодаря использованию термитной сварки, получаются, ничем не хуже по качеству соединения, как при электро или газосварке, притом не требуется источник электропитания или газовые баллоны.

Сферы применения

Термитную сварку на сегодняшний день используют для сваривания чугуна, электрических и телефонных коммуникаций, труб, частей двигателя и так далее. Особо часто термит используют для сваривания железнодорожных рельсов. Соединения получаются достаточно надёжные. Место ремонта может быть на любом участке дороги, даже в несколько сот километров от населенного пункта.

Термитная сварка

Появление термитной сварки было обусловлено необходимостью стыкового соединения металлов без использования громоздкого оборудования и наличия электросети. Поэтому в 1859 г. Бекетов Н. Н. обнаружил способ, в основе которого лежит алюминотермия ― процесс получения металла восстановлением их окислов алюминия. Он определил, что смесь порошка алюминия и оксида железа, горя при 3000° C, превращаются в сталь и шлак.

В 1898 г. исследователь из Германии Гольдшмидт, впервые применил термитную сварку на практике, соединив два железных бруска. Сделал он это, образовав форму вокруг места стыка и засыпав его термитным порошком. Сгорев, термитный порошок превратился в расплавленное железо, соединив таким образом два металлических бруска. При этом шлак всплывал на поверхность и мог свободно отделиться.

С того времени состав термита практически не изменился. Чаще всего термит имеет в своём составе опилки алюминия ― 23%, и окись железа― 77%. Фракция порошка составляет ― 0,5 мм. В момент поджига порошка, возникает химическая реакция, благодаря которой выделяется много тепла. Плавясь, окись железа переходит в чистое железо, а расплавленный алюминий окисляется.

Термитная сварка рельсов

Процесс сваривания рельсов термитом заключается в следующем:

обрезка рельс с двух сторон, чтобы промежуток между ними был 23 ― 25 мм. Притом они должны быть выставлены горизонтально и вертикально;
в зазор между рельсами вставляется пластина из углеродистой стали, для образования зазора;
стык рельсов зажимается прессом;
на место соединения монтируется огнеупорная форма, а стыки формы с рельсами, засыпаются песком, или замазываются специальной пастой;
поверх форм прикрепляется тигель (конус в виде лейки из огнеупорного материала) в котором первоначально сжигается термит. Расплавленный жидкий металл полученный в тигле, в последствии выливают в форму на стыке рельс;
термит в тигле поджигается термитным карандашом, после чего происходит горение основной смеси 20 ― 30 секунд;
снизу в воронке тигля установлена заглушка, которая расправляется и освобождает проход жидкому металлу в форму. Сталь и шлак заполняя форму, образуют соединительный шов, притом шлак частично вытесняется наружу в специальные чаши, прикрепленные сбоку тигля;
горячая сталь заливаемая в форму, проплавляет торцы рельс. После, убирается тигель, и форма сжимается прессом;
форму снимают, и пока металл ещё горячий, удаляют его избыток;
получившийся шов, тщательно шлифуют до образования однородной плоскости с рельсой.

Термитные карандаши

В продаже можно найти термитные карандаши. Это кусок проволоки состоящей из углеродистой стали, диаметром до 5 мм. На неё наносят термитную смесь перемешанную с клеем. С одной стороны карандаша имеется место для запала. Что-то вроде бертолетового шнура, но нанесенного в виде дорожки на сам карандаш. Карандаш вставляют в держатель ― как для электросварки, ― и поджигают верхнюю часть. Когда огонь доходит до основного состава на другом конце карандаша, происходит запал термита. Сварку необходимо производить с защитным щитком и рукавицами. Этот же карандаш применяется для поджига основной смеси в тигле. Его поджигают и бросают в тигель с термитной смесью.

Кроме карандашей, существуют ещё термитные шашки и патроны. По принципу работы они схожи с термитным карандашом.

Достоинства термитной сварки

крепкое и надежное сварочное соединение с высокой стойкостью к разрушению;
технология сварки отличается простотой и доступностью, что предполагает ее использование как в промышленности, так и в быту;
самый оптимальный вариант сварки при аварийных ситуациях.

Недостатки

высокое поглощение влаги;
смесь из-за способности воспламенятся, считается пожароопасной, что требует бережного отношения и хранения;
попадание влаги на термитную шашку приводит к образованию взрыва;
неспособность контролировать процесс горения термита.

Оборудование для термитной сварки рельс

вольфрамовый или керамический тигель с плавящейся заглушкой, и приспособленный для слива жидкого металла в форму;
отливочные формы для придания расплавленному металлу формы рельсов;
пресс для сжатия форм после заливки металла;
дополнительное оборудование: подставка для тигля, термометр, горелка;
дополнительные материалы и инструменты: болгарка, шлифовальные круги, кувалда, зубило, металлическая щётка, термостойкая одежда, рукавицы, защитные очки для глаз и другое.

Все это обеспечит качественную работу и защитит персонал от разрушительного воздействия тепла и грязи получаемых при сгорании термосмеси.

Условия для сварки рельс термитом

Чтобы соединение при процессе сварки получилось качественным и крепким, необходимо соблюдать следующие условия:

количество порошка термита необходимо просчитать столько, сколько нужно для заполнения металлом формы вокруг рельса;
важно, чтобы смесь шихты была тщательно измельчена и перемешана;
температура горения зажигательного элемента (шашка, карандаш), как катализатора поджига основной смеси, должна быть не менее 1400°C.

Несмотря на свои незначительные недостатки, термитная сварка может с успехом конкурировать по безопасности и качеству с такими сварками, как электродуговая и газовая. Например, газовая взрывоопасна, а электрическая не исключает поражение электротоком. Да и многое в этих видах сварок напрямую зависит от квалификации самого сварщика. В термитной же, большую роль играет качество смеси и сохранение технологии, а остальное получится само ― собой.

Термитная сварка

Термитная сварка – это один из многочисленных способов варки. В этом процессе металлические изделия нагреваются с помощью термита. Он включает в себя смесь, состоящую из магния или же опилок алюминия (23%) с добавлением железной окалины (окись железа 77%). Соединение заготовок с использованием взрывоопасной смеси делится на способ плавления и литья. Виды термитной сварки могут использоваться отдельно и в комплексе.

Процесс термитной сварки

Возможность применения данного способа

Этот способ соединения различных металлических частей наибольшее распространение получил на железной дороге. Термитная сварка, которую ещё называют алюминетермитной, применяется для стыковки рельсов.

Процесс термитной сварки рельс на ЖД

Обычно, для производства работ задействуют бригады, состоящие из двух или трёх человек. Термитная сварка рельс на железной дороге предполагает использование специального оборудования, вес которого варьируется в пределах 350-400 килограмм. Для проведения работ, о которых идёт речь, необходимы автономные источники электрической энергии.

Кроме того, её активно используют при сварке чугуна. Она востребована для обработки телефонных и электрических коммуникаций. С помощью данного метода можно работать с трубами и отдельными частями силовых агрегатов.

Термитная сварка проводов используется для оконцевания, соединения жил сечений различного диаметра. Речь идёт о проводах изготовленных из алюминия. Этот метод соединения подходит для работы с медными жилами до 10 мм 2 .

Использование карандаша

Карандаш – это кусочек обыкновенной проволоки из углеродистой стали. В диаметре 2-3 мм и размерами частиц в пределах 0,5 мм. В состав входит: 24% опилок алюминия, 76% окалины железа. Сварка термитным карандашом возможна в домашних условиях: на даче или загородном доме при выполнении несложных, в техническом плане, мероприятий.

Помните, что тушение пожара при воспламенении от шашек, либо патронов возможно с использованием песка. Тушение водой недопустимо!

Термитные шашки для сварки выпускаются двух видов:

для соединения кабеля и изолированных проводов с медными жилами: ПА;
для производства работ с алюминиевыми и сталь/алюминиевыми проводами.

Шашка состоит: из кокиля и термитной массы.

Не допускается хранение патронов и спичек в одном месте и единой упаковке.»

Термитные шашки для сварки

Для сварки проводов термитными патронами подходят соединения диаметром 5-32 миллиметра. Патрон включает в себя: кокиль, вкладыш и термитную массу.

Преимущества и недостатки

Термитная сварка обладает рядом преимуществ. К примеру, термитная сварка рельсов не предполагает использование дорогого или специального оборудования по сравнению с контактным способом. Нет необходимости задействовать большое количество рабочей силы. Следовательно, этот способ обработки рельсовых стыков и стрелочных переводов предполагает экономию бюджетных средств.

Для обработки только 1 рельсового стыка бригаде из 2-3 человек понадобится менее часа, всего 50 минут рабочего времени.»

Три бригады за 120 минут способны изготовить от 10 до 12 рельсовых стыков. Кроме этого:

Термитная сварка создаёт крепкое соединение отдельных частей. Обладает высокой стойкостью к разрушению.
Технология термитной сварки проста и доступна. Она одинаково эффективна на промышленном производстве и бытовых целях.
Специалисты утверждают, а практики подтверждают, что использование этого метода – наиболее приемлемый вариант при ликвидации аварий и нестандартных ситуаций.
Качественное, получаемое при термитной сварки, соединение.

Шов после термитной сварки

Термитная сварка имеет свои недостатки. К ним можно отнести:

Высокое поглощение влаги.
Взрывоопасный способ ведения работ. Так, попадание воды на шашку, вызовет взрыв.
Неконтролируемый процесс горения.

Но, несмотря на свои недостатки – это один из действенных способов надёжного соединения рабочих деталей.

Схема процесса термитной сварки

Схема термитной сварки рельс

Видео с процессом термитной сварки рельс на железной дороге

Оборудование, которое используется для термитного метода соединения рельс

Для проведения работ необходимо подготовить соответствующее оборудование такое как:

Тигель, изготовленный из вольфрама или керамики. Условие использования: должна быть плавящаяся заглушка. А также тигель, обустроенный для слива жидко металла в форму.
Для работы понадобится пресс для сжигания форм, оставшихся после заливки металла.
Отливочные формы, с помощью которых расплавленный металл приобретает законченный продукт: форму рельс.
Для процесса потребуется подставка для тигля. А также горелка и термометр.

Также, необходимо подготовить дополнительный инструмент: кувалду, зубило, шлиф/машинку с кругами. И использовать спец/одежду о необходимости, которой говорится далее.

Техника безопасности при выполнении работ

Из-за способности воспламеняться термитная сварка относится к категории пожароопасного производства. Следовательно, к ТБ предъявляются жёсткие меры. Рабочий объект должен быть оборудован рабочим инвентарём и находиться в исправном состоянии.

Термитная сварка подразумевает получение допуска к работе лиц, достигших 18 лет, прошедших специальное обучение.

Перед началом производственного процесса обязательным условие считается подготовка рабочего места, организация труда. А также проведение устного инструктажа с рабочими бригадами.

Результат инструктажа о ТБ заносится в рабочий журнал под подпись каждого участника.

Важным аспектом безопасности считается применение специальных средств индивидуальной защиты: термостойкой одежды, рукавиц, защитных очков для глаз.

Термит складируется в отдельном помещении. Накопительный склад должен находиться на расстоянии не менее 30 метров от жилых зданий и производственных помещений.»

ГОСТ термитной сварки Р 57181-2016 определяет порядок проведения работ и технологический процесс использования взрывоопасного продукта.

Не рекомендуется использование данного метода обработки при низких t , а также при дождливой погоде. Доставка взрывоопасного материала и огнеупоров осуществляется транспортом с крытым кузовом, который должен быть заранее подготовлен: чистый и сухой.

Заключение

Термитная сварка процесс неновый. Он используется уже на протяжении последних 50 лет. Несмотря на это процесс актуален для широкого применения в металлургической отрасли и других направлениях хозяйствования.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что термитная сварка процесс узко/профильный и специфичный. Основным условием работ является безопасность.

Это использование противопожарных средств защиты и соблюдение рекомендаций с учётом ГОСТ и отдельных положений, утверждённых на уровне министерств и ведомств.

Существует множество материала и технической литературы на тему, как осуществляется термитная сварка. В интернете всегда есть обучающие и ознакомительные ролики.

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.

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.