Термитная сварка: методика, виды, применение, оборудование

Области использования

Как было сказано выше, термитная сварка применима в полевых условиях, или в случае невыгодных в финансовом плане других традиционных способов.

Такой способ соединения металлов нашел себе применение при ремонте железнодорожных путей, кабелей связи или электрических проводов.

Алюминотермитная сварка рельсов, в принципе, единственный способ быстро провести ремонт при минимальных затратах.

Но термитное сваривание деталей применяется и в производстве. Особенно такой способ соединения актуален при изготовлении крупных по габаритам деталей: лопасти в речных и морских судах, коленчатые валы автомобилей и других.

Также широко применяют термит при ремонте большого оборудования в металлургии и металлообработке: прокатных станов, роторных валов, кузнечных прессов и прочих.

Как это происходит в технологическом плане?

Особенности технологии

Сваривание металлических частей путем применения термита построено на плавлении кромок соединяемых деталей в процессе горения и направления расплавленного металла, полученного вследствие высоких температур. Технология термитной сварки металлов

В кузнечном деле давным-давно применялся довольно интересный способ. В емкость насыпалась сера вперемешку с окалиной. Первая поджигалась и получался расплав металла, который можно было использовать для соединения деталей. Качество, конечно, было не слишком высоким.

Конечно, современная термитная сварка более совершенна. Работает она следующим образом.

Стык соединяемых деталей проливается расплавом, полученным при сгорании термитной смеси в тигле. Температура сгорания очень большая и позволяет быстро расплавить сталь.

Запал смеси происходит электрическим способом или же, если используется порошковая сварка, подрывом пиропатрона.

Технологически термитная сварка проводится в несколько приемов:

  • В стык деталей.
  • Литьем в промежутки (в промежуток между свариваемыми частями).
  • Комбинированный.
  • Дуплекс (два приема сразу).

Составы

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

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

Припайка проводов

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.

Условия проведения

Они предельно простые:

  • заранее просчитывается объем термита, необходимый для полного расплавления стыков и всех участвующих у химической реакции компонентов;
  • при использовании шихты (сыпучая форма термитной смеси) следует убедиться, что все ингредиенты имеют аналогичную консистенцию и перемешены до однородного состояния;
  • температурный импульс должен иметь не менее 1350 °C.

Активная фаза химической реакции продолжается не более 30 секунд: жидкий металл заполняет промежуток, а несгоревшие остатки образуют шлак.

Основное оборудование

Это тигель, где происходит процесс сгорания термитного патрона или подготовленной смеси, а также выплавка содержащегося металла. В нижней точке конструкции расположен слив, изготовленный из тугоплавкого металла или противоударной керамики. Технологией предусмотрено наличие матриц и форм, чтобы работать с расплавленными составляющими. Такие приспособления выпускаются для одноразового или многоразового использования.

Понадобятся фиксаторы, различные зажимы, а также кислородный резак, чтобы удалить излишки и термические спички для активации патронов.

Для проводов

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

Не пропустите:  Выбираем надежный аппарат для сварки алюминия, советы по выбору и работам

Для проводов

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

Для рельсов

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

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

Для рельсов

Для меди

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

В домашних условиях

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

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

Основные ГОСТы

К данному виду работ применим ГОСТ Р 57181-2016 “Сварка рельсов термитная. Технологический процесс”.

Этот документ является основным, на который стоит опираться при проведении сварочных работ данного типа. Он содержит общие рекомендации по качественному соединению металлов и целый ряд нормативных ссылок, которые позволят подробно понять суть принципа и его действие.

Процесс

Для проведения термитной сварки требуется специальное оборудование. Это:

  1. Тигель, оборудованный сливом;
  2. Термитный карандаш. Очень удобное приспособление для выполнения работ дома. Его не нужно подогревать, обжигать или переплавлять. После включения в сеть устройство уже готово к работе;
  3. Приспособления для поддержки и зажима свариваемых конструкций;
  4. Резак, пила по металлу, горелка для инвертора, термометр;
  5. Прочие дополнительные инструменты (абразивный круг, металлическая щетка).

Рассмотрим пример, как проводится сварка термитами на алюминиевой основе. Для воспламенения такого порошка необходима минимальная температура 1300 градусов. Под её воздействием металлические конструкции испаряются, на их поверхности образуются микротрещины. Нагретый алюминий способен не только восстановить металл, но и обеспечить плотное и долговечное соединение отдельных частей. Соединяемые части фиксируются в форме, которую можно сделать из подручных средств или купить в специальном магазине. Обрабатываются детали выбранным видом сварки, остужаются и зачищаются.

Термитная сварка для рельсов, кабелей и т. д. бывает следующих типов:

  1. С промежуточным литьем;
  2. Впритык;
  3. Комбинированная;
  4. Дуплекс.

Во время промежуточного литья термитный порошок под воздействием высоких температур становится жидким металлом. Смесь, выработанная плавлением имеет такие же характеристики, как и её твердая (порошковая) форма. Во время этого соединяемые части отдельной металлоконструкции фиксируются в специальной форме. Термит заливается в неё, благодаря чему происходит оплавление и соединение металлических частей. Нужно отметить, что схема дуплекса очень похожа на промежуточное литье. Процесс идентичен за исключением того, что после заливки термита в форму и его застывания, полученный стык дополнительно прессуется.

сварочный процесс

Сварка термитами стыков впритык используется для соединения различных пластин, катодных и дренажных выводов, и других подобных элементов. Перед началом работ части конструкции обжигаются в печи, при этом, термит обжигается в другом тигле. После металлоконструкции обжимаются прессом и свариваются обожженным термитным порошком. Методика подразумевает тщательную обработку кромок и торцов пластин, поэтому она редко используется в домашних условиях.

Не пропустите:  Ювелирная сварка: контактная, точечная лазерная технологии

Для сварки рельс, стрелочных механизмов и т. д. используется комбинированная техника. Здесь сочетается сварка впритык и под литьем. Перед началом работ рельсы обрезаются для создания острых кромок. Между отдельными частями рельсов устанавливается стальная пластина, которая вжимается в них при помощи мощного пресса. Соответственно, на этом месте образуется небольшой зазор, в который под давлением заливается жидкий термит. После его застывания шов дополнительно обрабатывается и сваривается.

форма для рельсов

Виды термитной сварки

Сварка, во время которой применяется специальный порошковый термит из алюминия и железа, может производиться при помощи тигельного и муфельного способа. Первый способ также имеет другое известное название — алюминотермитная сварка. Она часто используется при установке заземляющих контуров, металлических конструкций.

Стоит отметить! Перед проведением сварки делается термит из оксида железа и алюминиевого порошка в пропорциях 70:23. Во время его сгорания стыки деталей соединяются расплавленным железом, который восстанавливается из окалины.

Алюмотермитная сварка часто применяется при проведении ремонта поврежденных поверхностей методом наплавки.  Главное преимущество данной технологии состоит в возможности сваривании чугунных элементов без образования стыков. Но ее невозможно применять для наложения швов на алюминиевые изделия, в этих случаях стоит использовать муфельный сварочный процесс.

Фото: алюмотермитная сварка

При проведении термитной сварки своими руками оказывается высокая температура, которая вызывает сильное расплавление алюминия, в результате этого он начинает испаряться. Муфельная технология проводится с использованием термита на основе магния, при повышенных температурах он не растекается, а впитывается в поверхность и образует ровный шов.

Карандаш для термитной сварки

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

Карандаш

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

Полуавтоматическая термическая сварка: технология

Использование данной технологии подразумевает использование специальной проволоки, которая с помощью автоматической системы аппарата подается в рабочую зону, где быстро расплавляется и позволяет обеспечить прочность соединения. В качестве защитного газа может использоваться аргон и СО2. Основное назначение такого газа — это защита сварочной ванны от воздействия воздуха, который может существенно ухудшить качество соединения металлов.

При полуавтоматической технологии используется специальное оборудование, которое позволяет быстро расплавлять кромки. При этом данная технология отличается простотой и может выполняться как профессиональными специалистами, так и обычными домовладельцами при необходимости им выполнить прочное соединение элементов. Даже обычные домовладельцы смогут с использованием таких полуавтоматических аппаратов провести сварку, обеспечив максимальное качество выполненного соединения.

Аргонодуговая сварка

Такой вид термической сварки подразумевает использование вольфрамовых электродов, которые заправляются в горелку. При выполнении соединения такой электрод с помощью автоматической системы подается в пламя горелки, расплавляется и стекает в шов, гарантируя соединение на молекулярном уровне. Для защиты сварочной ванны от негативного воздействия кислорода используется аргон, который предотвращает появление окислительной пленки. Аргон поступает из подключенного к горелке баллона со сжатым газом. Регулируют подачу аргона при помощи редуктора, выставляя его на определённое положение, в зависимости от конкретной разновидности металлических элементов.

Достоинства и недостатки

Отметим основные преимущества, выделяемые в процессе соединения деталей при помощи термита для сварки:

В первую очередь, стоит отметить, что процесс – несложный. Даже если вы не имеете большого опыта в создании швов, то соблюдая все правила и требования, можно качественно выполнить сварочную работу своими руками, к тому же процедура не отнимет много времени.


Термит для сварки способствует высокому качеству соединений, которые отличаются надежностью и долговечностью. Для работы оборудования не нужно большое количество электроэнергии.

Качественная термическая сварка металлов

Из преимуществ такой термической технологии можем выделить следующее:

Термическая сварка

  • Отличные показатели прочности соединения.
  • Низкая трудоемкость работ.
  • Невысокая себестоимость.
  • Минимальный расход металла.

Термическая сварка

Если же говорить о недостатках, то можно отметить следующее:

  • Неровности на поверхности заготовки и наличие оксидной пленки существенно ухудшает качество соединения.
  • Термическая сварка возможна только с металлами, близкими по показателям тугоплавкости.

Термическое влияние сварки

Газовая термическая сварка подразумевает нагрев металла в зоне соединения при помощи газового пламени. Такая газовая горелка может использовать различный газ, который эффективно нагревает металл до его жидкого состояния, а после кристаллизации и затвердевания обеспечивается максимально прочное соединение. Газовые горелки позволяют оптимальным образом регулировать температуру пламени, что в свою очередь дает возможность работать с различными по тугоплавкости материалами. Газовая сварка может выполняться как по классической технологии термической обработки металлов, так и с использованием дополнительного присадочного материала. Такие электроды расправляются одновременно с соединяемыми металлами, кристаллизуются и на молекулярном уровне соединяют материалы. Следует учитывать свойства конкретных металлов, сплавы которых входят во взаимодействие друг с другом.

Не пропустите:  Электронно-лучевая сварка: суть метода, технология, где используется, плюсы и минусы

Из преимуществ данной технологии можем отметить простоту данной работы и отличное качество соединения. В то же время необходимо отметить, что данная технология подразумевает использование специального оборудования, в том числе баллонов со сжатым газом, поэтому к проведению такой работы с газом допускаются только сертифицированные специалисты, имеющие большой опыт работы с такими горелками на газу. Также должное внимание необходимо уделить качеству используемого оборудования.

Особенности применения в домашних условиях

Конечно, в бытовых условиях лучше всего воспользоваться более традиционными способами соединения металла — электродуговой или газовой сваркой. Но термит может позволить сделать мелкие ремонтные работы или использоваться для соединения строительной арматуры.

При бытовом использовании лучше всего использовать термитный состав с минимальной температурой горения в 1300 градусов, этого будет более чем достаточно.

Работы по сварке проводят, используя термитный карандаш, который при правильном соблюдении технологии позволит сделать прочное соединение.

Термитное сваривание металлов намного упрощает процесс производства и ремонта. Особенно ее применение актуально при крупногабаритных деталях, когда традиционные способы использовать затруднительно. При этом разнообразие составов позволяет добиться качества и прочности сварного шва.

Конечно, использовать такой вид в бытовых условиях просто нецелесообразно. Ведь в домашнем хозяйстве нет столь крупных конструкций, а мелкий ремонт можно провести за счет обычной электродуговой сварки. Это будет просто экономически выгодно. Да и просто безопаснее.

Безопасность при самостоятельных работах с использованием термитных патронов должна быть на очень высоком уровне. Во-первых, обязательно использование защиты для лица и открытых частей тела, а во-вторых — нужно защитить зрение, ведь горение термита сопровождается таким же ярким свечением, как и при дуговом разряде.

Часто можно увидеть видео на ютубе о самостоятельном изготовлении термита с целью резки металла. Это довольно таки бессмысленные поделки в домашнем хозяйстве не просто непрактичны (ведь обычная болгарка с отрезным кругом упрощает все операции), но и даже опасно. Использование самодельного термита чревато не просто сильным горением, а и взрывом.

Правила безопасности

Сам процесс термического соединения металлических конструкций прост в исполнении, но требует неукоснительного выполнения техники безопасности:

  1. Строгие меры для организации хранения патронов и смесей, которые должны находиться в сухих, хорошо отапливаемых складских помещениях.
  2. Нельзя использовать отсыревшие смеси или патроны, так как качество сварки будет снижено.
  3. Условия применения довольно жесткие: температура окружающей среды допускается не ниже +10 °C; места стыковки обезжирить, зачистить до блеска.

К проведению работ допускаются только опытные исполнители, имеющие специальный допуск.

Профессия термитного сварщика

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

Термитный сварщик должен знать:

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

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

Итог

Подводя итог, из всего вышесказанного, можно сказать, что термическая сварка – это достаточно перспективный вариант для того, чтобы сварить несколько деталей в металлической конструкции.

Чем чаще её используют, тем больше она оказывается в производственной сфере разных направлений. Для того, чтобы качественно выполнять работу, сварщик термитной сварки должен иметь добротные знания в сфере химии.

Источники

  • https://instanko.ru/elektroinstrument/termitnaya-svarka-eto.html
  • https://WikiMetall.ru/metalloobrabotka/termitnaya-svarka.html
  • https://svarkoy.ru/teoriya/termitnaya-svarka.html
  • https://svarka.guru/vidy/thermo/termitnaya.html
  • https://svarkaved.ru/tekhnologii/vidy-i-sposoby-svarki/opisanie-protsessa-termitnoj-svarki
  • https://elsvarkin.ru/texnologiya/vidy/termitnaya-svarka/
  • https://www.asutpp.ru/termitnaya-svarka.html
  • https://osvarka.com/vidy-i-sposoby-svarki/termitnaya-svarka
  • https://svarkagid.com/termicheskaja-svarka/
  • https://tutsvarka.ru/vidy/termitnaya

[свернуть]

Сварка пластиковых труб своими руками: обучение и пошаговая инструкция

Разновидности труб, подлежащих сварке Основной материал – пластиковые трубы, имеет свои особенности и классифицируется по…

Читать статью