Термическая сварка: виды и особенности

СОДЕРЖАНИЕ

• Технология термического вида сварки
• Сферы применения термической сварки
• Преимущества и недостатки термической сварки
• Виды термической сварки
• Приемы использования термической сварки
• Оборудование термической сварки
• Инструкция по изготовлению термитной смеси
• Памятка по технике безопасности при термической сварке

Технология термической сварки

Термическая сварка — это способ соединения металлических элементов, в процессе которого металл нагревается до температуры плавления с помощью так называемого термита. Термитная смесь представляет собой порошок, в состав которого входят окалины железа, магния и алюминия. В процессе сварки данный порошок воспламеняется, становится источником высокой температуры и выполняет функцию присадочного материала.

К термическому классу относятся такие виды сварки, как лазерная, плазменная, газовая и дуговая. Их основными характеристиками является оптимальное сочетание простоты и качества соединения металлических конструкций.

Идея применения термической обработки заготовок для скрепления элементов металлических конструкций появилась очень давно. Например, кузнецы использовали в процессе работы смесь серы и металлической окалины. Они засыпали ее в специальную емкость, а затем поджигали. В результате горения серы получался расплавленный металл, с помощью которого детали крепились друг к другу.

Читайте также: «Глаза после сварки»

Современная технология термической обработки металлов при сварке отличается от методов, используемых в кузнечном деле. Смесь помещают в специальный тигель, где с помощью быстрого нагрева она начинает плавиться. Обычно ее возгорание происходит в результате воздействия электрического тока, но для порошковой пайки применяется вариант взрыва воспламенителя.

Сферы применения термической сварки

Термическая сварка демонстрирует высокую степень эффективности при работе в полевых условиях. Также ее нередко воспринимают как альтернативу, позволяющую отказаться от более дорогих способов соединения металлоконструкций. Термическая сварка рельсов является практически единственным способом соединения алюминотермических элементов, поэтому крайне востребована в условиях железной дороги. Она не только обеспечивает качественный результат соединения, но и позволяет выполнить работы с минимальными затратами.

Подходит термическая сварка и для устранения дефектов кабелей связи и электросетей. Она является неотъемлемой частью многочисленных производственных циклов и играет существенную роль в процессе изготовления крупногабаритных коленчатых валов автомобилей, лопастей речных и морских судов и т. д. Термическая сварка применяется наряду с механической сваркой при ремонтных работах на предприятиях, использующих такое оборудование, как прокатные станы, кузнечные прессы и т. д.

Преимущества и недостатки термической сварки

Как и любой технологический процесс, термическая сварка имеет свои плюсы и минусы. К числу плюсов можно отнести:

1. Качественный сварной шов, полученный с использованием термитного вещества (результат термической сварки можно увидеть на фото, представленном ниже). Металлоконструкция на стыке отличается особой прочностью и долговечностью, а наличие алюминия в составе термитной смеси позволяет минимизировать риск коррозии.
2. Низкие энергозатраты при работе сварочного оборудования, обеспечивающие экономию электроэнергии.
3. Несложная технология сварочных работ, для выполнения которых требуется компактный набор инструментов и наличие минимальных специальных навыков.

Термическая сварка металлов также имеет ряд недостатков:

• Необходимость предварительной подготовки металлического изделия. Дополнительная обработка кабеля.
• Отсутствие возможности слежения за процессом сварки. Работать с бесшовным оборудованием может только специалист, имеющий сертификат НАКС.

Виды термической сварки 

Термитная сварка подразделяется на два основных вида:

• термитно-тигельная, предполагающая использование алюминиевого термита;
• термитно-муфельная, в процессе применения которой образуется пористая масса оксида магния.

Выбор варианта сварки зависит от поставленных задач. Так, тигельную сварку обычно применяют для соединения элементов цепей заземления и металлоконструкций, объединить которые можно только методом наплавки. 

Для муфельной сварки используются вспомогательные прокладки, облегчающие сварку проводов многополюсного или однополюсного типа. В качестве термита в этом случае выступает магний, поэтому жидкий растекающийся расплав не образуется. Но если приходится работать с алюминием, необходимо предварительно убрать образовавшуюся на поверхности деталей оксидную пленку и использовать флюс.

Приемы использования термической сварки

Различают 4 основных метода термической сварки:

• сварка методом от одного конца к другому;
• сблокированный метод сварки;
• комбинированный вариант;
• метод сварки с промежуточным настроем.

У каждого из перечисленных термических способов сварки имеются свои специфические особенности. Первый предполагает соединение деталей встык. При этом оба конца предварительно зачищают и покрывают теплоизоляционной пленкой. Она служит защитой от деформации, которая может стать следствием неравномерного нагрева металла. После полного выгорания термита пространство между соединяемыми частями заполняется жидким металлом, после чего их плотно прижимают друг к другу.

При использовании метода с промежуточным настроем расплавленный металл заливается в зазор между свариваемыми предметами. Необходимость их предварительной обработки при этом отсутствует.

Комбинированный вариант сварки сочетает в себе специфику двух вышеперечисленных методов. Обычно он используется в процессе сварки рельсов. Для их надежного соединения между обрезанными краями дорожки помещают тонкую металлическую пластину, которая в результате сжатия элементов между собой деформируется и приобретает необходимую конфигурацию. После проведенной манипуляции сверху приваривают стык.

Читайте также: «Рабочее место сварщика»

Отдельным видом тигельной пайки считается дуплекс, основной характеристикой которого является обжимное соединение. Его принципы соблюдаются и в ходе использования метода термической сварки с промежуточным настроем. Завершающим этапом данного метода также является опрессовка соединения металлических элементов конструкции.

Оборудование термической сварки

Для осуществления сварочных работ в соответствии с технологией термической сварки необходимо иметь следующее оборудование:

1. Изготовленный из керамики или тугоплавких металлов тигель, а также устройство, обеспечивающее безопасность слива расплава.
2. Матрицы для отливок. Для того чтобы четко обозначить границы расплава и предупредить его растекание, необходимо дополнительно покрыть их специальным составом глины.
3. Тиски или струбцины, позволяющие зафиксировать детали, находящиеся в работе.
4. Термитный состав, представленный в виде карандаша или патрона.
5. Инструменты необходимые для зачистки стыкуемых поверхностей и образовавшихся в результате сварки швов.

Инструкция по изготовлению термитной смеси

Для того чтобы качественно осуществить процесс термической сварки, необходимо правильно подобрать термит. Дело в том, что универсальной термитной смеси не существует, и каждый вид работ требует индивидуального подхода к решению данного вопроса. Ошибка, допущенная при выборе термита, может стать причиной брака.

Гарантированный результат можно получить, максимально точно рассчитав объем используемой термитной смеси. Расплава должно быть столько, чтобы при соединении смежных поверхностей он не только не оказался бы в дефиците, но и не был в избытке.

Основными компонентами для получения термитной смеси являются:

• оксид железа (примерно 40 %);
• алюминий (примерно 40 %);
• добавка для сплавов (примерно 20 %).

Все компоненты нужно растереть до состояния порошка. От того, насколько хорошо удастся это сделать, зависит качество протекания алюмотермической реакции восстановления.

Для изготовления термита можно использовать отходы металлургических предприятий. Например, чистым оксидом железа является корка, которая образуется на поверхности металла при термообработке заготовок. Качественный термит можно получить только на основе специально переработанного оксида железа. Необработанная окалина не сможет обеспечить нормальное протекание термической реакции в среде, где отсутствует кислород.

Мелкодисперсный алюминиевый порошок производится с использованием запатентованной технологии. Чаще всего его получают в результате тонкого абразивного шлифования. Данная методика также используется в процессе производства добавок к сплавам.

Читайте также: «Материалы для сварки»

Доля содержания компонентов сплава в термитной смеси зависит от конкретной производственной задачи. Полное отсутствие легирующих добавок негативно сказывается на результате сварочных работ. Стыки, выполненные с помощью такого термита, обычно бывают недолговечными. Элементарный, или чистый термит без добавок, состоит из оксидов железа и алюминия, которые представлены в равном соотношении 1:1.

Если термитная сварка применяется для соединения конструкций из нержавеющей стали, добиться надежности металлоконструкций можно, используя в качестве легирующих компонентов ферротитан и рельсотрон.

Памятка по технике безопасности при термической сварке

В нормативных документах по технике безопасности правила ведения сварочных работ различного характера прописаны достаточно подробно. Однако, исходя из особенностей процесса термической сварки, хочется обратить особое внимание на следующие моменты:

• Для хранения термитного состава необходимо создать особые условия. Помещения должны хорошо проветриваться, но при этом быть достаточно теплыми.
• Контакт термита с влагой необходимо исключить.
• В случаях ведения сварочных работ в полевых условиях близлежащая поверхность должна быть очищена от пыли и грязи. Лучше, чтобы от места сварки в радиусе 50 см любые посторонние предметы отсутствовали.
• Зажигать шихту сварочной дугой при термитной сварке запрещено.
• Вести сварочные работы лучше при температуре выше 10 °С.
• Любые виды сварочных работ необходимо осуществлять в специальной одежде.
• Работа с термитным инвертором предполагает необходимость использования песка, которым можно будет засыпать воспламенившийся термит, дополнительного клапана подачи кислорода для создания защитной линии, а также возможности исключить перелив горючего при повреждении горелки.

В заключение следует отметить, что термическая сварка – это простой и надежный способ соединения металлоконструкций, широко востребованный на предприятиях самого различного профиля. Но условием высокого качества выполненных работ является хорошая профессиональная подготовка сварщика, который имеет не только все необходимые навыки, но и глубокие знания в области химии и физики.