Термическая сварка: виды и особенности

Как она осуществляется? Термическая (термитная, порошковая) сварка – один из видов технологии соединения, в котором используется порошковая смесь из нескольких ингредиентов. С ее помощью происходит нагрев металла до температуры плавления.

На что обратить внимание? Сама технология проста в применении, но требует правильного выбора смеси. Есть свои нюансы при проведении работы с разными материалами и деталями, поэтому необходимо четко понимать плюсы и минусы данного метода.

Суть термической сварки

Термической сваркой принято называть группу сварочных технологий, которые объединяет общий принцип: в качестве источника тепловой энергии в них используется так называемый термит. В состав термитной смеси в виде оксидов входят железо, магний и алюминий. После воспламенения этот порошок разогревает металл соединяемых заготовок до температуры плавления и одновременно служит присадочным материалом.

К термическим методам также принято относить такие виды сварки, как лазерная, плазменная, газовая и дуговая. Данные технологии отличаются оптимальным сочетанием относительной простоты выполнения и высокого качества получаемых сварных соединений.

Нагревание металла соединяемых заготовок до температуры плавления кузнецы используют уже очень давно. С этой целью часто прибегали к смеси серы с металлической окалиной, засыпанной в специальный тигель. После воспламенения порошка в сосуде формировался расплав, который затем применяли для скрепления заготовок между собой.

Современные технологии предусматривают использование при сварке несколько иных методов термической обработки металла соединяемых деталей, которые отличаются, в частности, способом воспламенения термитных смесей. Это может быть электрический ток или взрыв воспламенителя, который применяется, к примеру, при порошковой пайке.

Термическую сварку отличает высокая эффективность при сборке металлических конструкций на месте. Многие специалисты считают эту технологию оптимальной альтернативой более дорогостоящим методам, которые обычно используются для соединения элементов. Алюминотермитную сварку начали применять для соединения железнодорожных рельсов еще в Советском Союзе. Данный способ позволяет получать качественные и надежные сварные швы при минимальных затратах труда и ресурсов.

Термическая сварка металлов также широко применяется при ремонте электрических сетей и кабелей связи. Она входит в состав многих технологических процессов и является неотъемлемой частью производства таких деталей, как крупногабаритные коленчатые валы для автомобильных двигателей внутреннего сгорания, лопасти гребных винтов и множество других важных узлов и деталей. Также термические методы сварки применяют наряду с другими сварочными технологиями при ремонте прокатных станов, кузнечных прессов и других видов тяжелого оборудования.

Составы термитной смеси

Самой популярной является железоалюминиевая термитная смесь, главным (по объему) ингредиентом которой является оксид железа. Процентная доля алюминиевой пудры обычно не превышает 25 %. Среди дополнительных компонентов при приготовлении термита для сварки чаще всего пользуются железной обсечкой, флюсом, легирующими добавками и т. д. Для горения полученного состава и плавки присадочного металла используют магнезитовый тигель.

Помимо Fe2O3 в состав окислителя могут входить:

• Mg (31 %) + Fe2O3 (69 %);
• Ca (43 %) + Fe2O3 (57 %);
• Ti (31 %) + Fe2O3 (69 %);
• Si (21 %) + Fe2O3 (79 %).

Самая простая по химическому составу термитная смесь состоит из алюминиевой пудры и железной окалины. При приготовлении состава критически важно точно соблюдать пропорции ингредиентов. Для соединения железнодорожных рельсов используют так называемый рельсовый состав. Для алюминотермитной сварки применяют шихту и стальной наполнитель, который включает в себя графитную стружку и ферромарганец. При сварке заготовок из легированной стали пользуются особым составом, в который добавлены ферротитан и феррованадий.

Для сварки чугуна используется особая термитная смесь, в которую обязательно добавляют кремний. При соблюдении технологического процесса такой метод позволяет получать надежные и долговечные соединения. Главное отличие используемого для сварки чугунных заготовок состава заключается в отсутствии марганца.

Виды и технологии термической сварки

Далее следует разобрать основные виды и особенности термитной сварки. Она бывает:

• тигельной (алюминотермитной);
• муфельной.

В первом случае речь идет о сварке с формированием наплава на поверхности, что позволяет, в частности, осуществлять бесконтактное сваривание чугунных заготовок. При муфельной технологии соединяемые детали должны соприкасаться, давая испаряться излишкам алюминия.

Для термитной сварки необходимо использовать специальные приспособления и инструменты:

1. тигель со сливным желобом;
2. термитный карандаш, который не нужно подогревать, обжигать или плавить, – им пользуются для термитной сварки в условиях домашней мастерской;
3. крепежные устройства для соединяемых заготовок, которые будут их поддерживать и скреплять;
4. ножовка по металлу, сварочная горелка, термометр и т. п.

Существует несколько основных приемов, которые используются при термитной сварке:

• промежуточное вливание;
• дуплекс;
• встык;
• комбинированная техника;

Термитную сварку используют для соединения различных катодных, дренажных выводов, кабелей, рельсов и т. п. Обычно заготовки предварительно обжигают в печи.

Для соединения рельсов и других деталей железнодорожных путей обычно применяется комбинированная техника, сочетающая приемы сварки встык и литья в промежуток между деталями. Перед началом процесса торцы соединяемых элементов заформовываются специальным огнеупорным материалом, который удерживается стальными пластинами.

Далее расплавленная в тигеле термитная смесь заливается в промежуток между торцами рельсов. После застывания металла со стыка с помощью молотка и зубила удаляются его излишки, а шов зашлифовывается.

Особенности термической сварки проводов, рельсов и меди

Одно из главных преимуществ термической сварки, помимо того, что для нее не нужны источники дополнительной энергии или баллоны с газом, состоит в том, что ее можно осуществлять без специального дорогостоящего оборудования. Работа не отнимает много времени, не требует больших трудозатрат и высокой квалификации рабочих. Метод универсален и может использоваться с заготовками из черных и цветных металлов и их сплавов. При использовании термитной смеси получают очень качественные и прочные сварные швы.

Нельзя допускать попадания воды в зону горения термитной смеси – это может привести к взрыву. Нельзя зажигать термит электрической дугой. Температура окружающего воздуха должна быть не менее -10 °C.

Провода

Термическую сварку можно применять для соединения как одножильных, так и многожильных медных или алюминиевых проводов, предварительно освободив их от изоляции. В отличие от скруток или специальных колодок с болтами и гайками, при использовании термического метода на стыке проводов электрическое сопротивление не повышается. При подготовке к свариванию соединяемые концы необходимо очистить от грязи, обезжирить и просушить.

Рельсы

Ремонт рельсов, как правило, подразумевает полевые условия. Используемое для сварки устройство довольно массивно, но ему на сегодня нет альтернатив. Зазор между заранее выровненными торцами рельсов должен составлять от 20 до 30 мм. После установки в правильное положение их необходимо надежно зафиксировать и установить специальную форму из огнеупорного материала.

Далее в расположенный над стыком тигель следует засыпать термитный состав и поджечь его. Примерно через полминуты расплавленная шихта заливается в промежуток между двумя деталями. Шлак, составляющий примерно 50 % объема расплава, всплывает кверху, а более тяжелый расплав заполняет зазор между рельсами.

Медь

Для соединения медных кабелей пользуются специальными термитными патронами с медным кокилем и медно-фосфорным вкладышем.

Техника безопасности при термической сварке

Сварочные работы посредством термитных составов гораздо более сложны и опасны, чем кажется далекому от сварки человеку. Важно неукоснительно соблюдать правила техники безопасности:

1. термитные вещества должны храниться в теплом помещении с хорошей вентиляцией;
2. недопустимо использование влажной термитной смеси;
3. при подготовке к работе необходимо освободить пространство вокруг от любых предметов и мусора, которые могут воспламениться;
4. сварку можно осуществлять только в специальной одежде из огнестойкой ткани;
5. если в процессе работы используется термитный инвертор, важно тщательно соблюдать инструкции по его эксплуатации.

Суммируя все изложенное выше, можно отметить, что термические сварочные технологии обладают целым рядом важных преимуществ. Однако для того, чтобы получить швы действительно высокого качества, сварщику необходимо владеть специальными навыками и неплохо знать химию.