Термитная сварка. Виды и применение. Методы и особенности

Термитная сварка – это способ соединения металлических частей, при котором применяются специальные добавки в виде термитов. Использование такого приема обеспечивает высокое качество швов, благодаря которым удается существенно продлить сроки эксплуатации сварных конструкций.

Особенности технологии «термитная сварка»

Эта методика реализуется путем нагрева свариваемых металлических заготовок до очень высокой температуры, получить которую позволяют особые термические добавки. Они представляют собой мелко измолотый порошок из смеси магния, окалины железа и алюминия. При проведении сварочных операций термитный состав воспламеняется и обеспечивает резкое увеличение температуры в рабочей зоне.

Termitnaia svarka 2

По своему функциональному назначению термиты относятся к группе присадочных материалов. Основная особенность этого способа сварки – оптимальное сочетание материальных затрат и качества сварочного соединения элементов металлических конструкций.

Предыстории появления и современные подходы

Идея использования при проведении сварочных работ специальных термитных присадок возникла довольно давно. Характерный пример, подтверждающий этот факт – применение кузнечными мастерами смеси из металлической окалины и природной серы. Они засыпали этот состав в емкость из тугоплавкого металла, а затем поджигали. После сгорания серы кузнецам удавалось получить особый расплав, с помощью которого затем скреплялись раскаленные детали.

Современные подходы к организации и проведению термитной сварки заметно отличаются от тех, что использовались в прошлом. При подготовке к проведению таких операций готовая порошкообразная масса засыпается в тигель, где за счет быстрого нагрева она начинает плавиться.

Termitnaia svarka 3

Чаще всего для ее воспламенения используется мощный импульс электрического тока. В случае порошковой сварки применяется взрывной эффект особого воспламенителя, размещаемого непосредственно в тигле.

Где применяется термитная сварка

Этот метод особо эффективен при проведении рабочих операций в полевых условиях. Его нередко применяют в качестве альтернативы более затратным способам соединения элементов металлических конструкций. Термитная сварка рельсов – единственно возможный вариант их объединения при прокладке сплошных участков железнодорожных, трамвайных путей и ниток метрополитена.

Применяется этот способ и для устранения повреждений или дефектов в кабельных линиях связи и электрических сетей. Сварочные процессы этого типа включают в себя целый ряд технологических цепочек, используемых при изготовлении габаритных деталей. Чаще всего этот метод применяется на предприятиях по выпуску лопастей речных и морских судов, а также при изготовлении коленчатых валов автомобилей. Помимо этого термитная сварка востребована при проведении ремонтных работ, включая восстановление кузнечных прессов, прокатных станов и т. п.

Достоинства и недостатки

Подобно другим технологическим процессам этот сварочный процесс имеет свои достоинства и недостатки. К числу его бесспорных преимуществ относят:

Высокое качество сварного шва.
Прочность и надежность металлоконструкций, сваренных этим способом.
Низкие трудозатраты.
Экономия электроэнергии.
Простота и технологичность сварки.

Благодаря достоинствам этого метода готовые сварные конструкции отличаются коррозийной стойкостью и долговечностью. Экономичность термитной сварки проявляется также в том, что для ее проведения не требуется сложного специального оборудования, а исполнитель работ не обязательно должен быть профессионалом.

Несмотря на множество достоинств у этого метода имеются и недостатки. Они проявляются в следующем:

Необходимость в подготовке металлической детали перед сваркой.
Потребность в дополнительной защите питающего электрического кабеля.
Невозможность контроля сварочного процесса.
Необходимость определенных навыков работы с термическими составами.

Разновидности термитной сварки

Среди разновидностей этого метода особенно выделяются термитно-тигельный и муфельный виды сварочного процесса. В первом случае при проведении работ используется особый вид термита на основе алюминия. При сварке по второму методу в процессе принимает участие оксид магния, представляющий собой пористую массу, похожую на резину.

Выбор того или иного варианта сварочных работ зависит от конкретных задач, поставленных перед исполнителем. Тигельная термитная сварка чаще всего применяется при необходимости сопряжения элементов защитного заземления, а также при сборке металлоконструкций путем их наплавления.

В ходе муфельной обработки применяются дополнительные прокладки, существенно облегчающие работу с заготовками произвольной толщины. Функцию термита в данном случае выполняет магний, исключающий возможность растекания жидкого расплава. При пайке с алюминием прежде потребуется убрать имеющуюся на деталях оксидную пленку и воспользоваться подходящим для данного случая флюсом.

Termitnaia svarka 4

Методы сварки с использованием термитов

Известно четыре распространенных метода, посредством которых проводится термитная сварка, это:

Соединение встык.
Обжимное сопряжение.
Промежуточное литье.
Комбинированная сварка.

Каждый из представленных методов отличается присущими только ему особенностями. Так, при первом из перечисленных подходов свариваемые детали соединяются встык. Перед началом работ оба конца заготовки тщательно зачищаются, а затем покрываются специальной теплоизоляционной пленкой. Покрытие необходимо для того, чтобы исключить деформации, возникающие из-за неравномерного прогрева стыкуемых зон. По мере выгорания термитного вещества участки между двумя поверхностями полностью заполняются жидким металлом.

Еще одна разновидность термической сварки предполагает сочленение двух концов заготовок с последующим формированием обжимного соединения. При методе с промежуточным литьем предварительно расплавленный металл небольшими порциями заливается в зазор между свариваемыми поверхностями. Необходимость в их предварительной подготовке в этом случае отпадает.

Комбинированный способ сочетает в себе возможности всех методов. Чаще всего его применяют при сваривании рельсовых заготовок, в ходе которого между стыкуемыми частями помещается тонкая пластинка из металла. При сжатии между двумя участками рельса она деформируется и принимает нужную форму.

Оборудование, при наличии которого возможна термитная сварка

Перед началом сварочных работ в соответствии с действующими технологическими нормами потребуется запастись следующим специальным оборудованием:

Тигель, для изготовления которого чаще всего применяется керамика.
Специальное приспособление для безопасного слива расплава.
Шаблоны (матрицы) для формирования отливок стыка.

Изнутри матрицы покрываются тонким слоем глины, что позволяет обозначить границы расплава, а также исключить возможность его растекания. Помимо этого перед началом сварки потребуется подготовить струбцины или тиски, с помощью которых обрабатываемая деталь надежно фиксируется в нужном положении. Сам термический материал, без которого невозможна сварка по данной технологии, приготавливается в виде спрессованного патрона («карандаша»).

Как подготовить качественную термитную смесь

Термитная сварка, обеспечивающая высокую прочность и надежность соединения, возможна лишь при условии подготовки качественной присадки. Объясняется это тем, что универсального термического состава не существует, так что в каждом конкретном случае он подбирается индивидуально. Даже небольшая ошибка при его выборе нередко приводит к снижению качества сварного шва, а иногда и к браку.

Требуемый результат удается получить при строгом соблюдении соотношения компонентов, входящих в подготавливаемую термитную смесь. Они должны присутствовать в виде порошка в следующей пропорции:

Очищенный алюминий (до 40%).
Оксид железа (около 40%).
Компоненты избранных сплавов (примерно 20%).

Для изготовления термитного порошка допускается применять отходы производства металлургических предприятий. Качественную присадку удается получить только из переработанного по особой технологии оксида железа.

Алюминий добавляется в термитную смесь в виде мелкодисперсного порошка, получаемого путем абразивного шлифования. Подобная методика применяется и при получении добавок из сплавов.

Основы техники безопасности при работе с термитами

В нормативных документах четко прописываются основные требования по обеспечению безопасности сварочных работах самого различного вида. В данном случае они ужесточаются по причине использования опасных для человека термитных компонентов. Основные пункты этих требований:

Для хранения термитов подходят только отапливаемые помещения с хорошо организованным проветриванием.
При работе с опасным веществом исключается его прямое соприкосновение с влагой.
В полевых условиях все прилежащие к рабочей зоне места должны быть очищены от пыли и грязи.

Сварочные работы с использованием термитов допускается проводить только в спецодежде. При этом температура окружающего воздуха не должна опускаться ниже отметки в 10°C.