Термитная сварка
Сварка является одним из наиболее распространенных методов соединения металлов и сплавов в современном машиностроении. Такой размах обусловлен рядом преимуществ сварки перед другими видами соединений: герметичность соединения, высокая прочность, быстрота соединения, нет необходимости точной подгонки деталей и пр. При этом классической электродуговой сварке, используемой еще с конца 19-го века, присущи ряд недостатков, в первую очередь – необходимость источника электроэнергии и массивного, дорогого оборудования. По мере увеличения размеров шва, размеры и стоимость оборудования растут в геометрической прогрессии.
Выходом является использование термитных смесей для сварки. В отличие от электродуговой сварки, термитные смеси не нуждаются в постороннем источнике энергии – плавление металла шва осуществляется за счет энергии горения алюминия или алюминиево-магниевого сплава в кислороде, выделенном оксидом менее активного металла.
Сложность заключается лишь в подборе термитной массы и ее воспламенении. Выбор термитной массы зависит от металла, который нужно сварить. Желательно, что бы, образующийся при горении расплав максимально соответствовал по составу свариваемому металлу или сплаву.
Наибольшее распространение получили смеси для сварки низколегированных углеродистых сталей, они состоят в среднем из: алюминий (около 25-28%) и оксид железа (III), иногда добавляют немного технологических добавок, облегчающих прессование термитной массы и ее воспламенение. Облегчение воспламенения термитной массы особенно актуально для небольших термитных стержней (массой до 200 гр.). Так как, для достижения надежного воспламенения бинарной смеси окалина-алюминий, требуется мощный запал, продукты горения которого негативно сказываются на качестве шва.
Обычно для воспламенения термитных смесей используют смеси на основе алюминия и оксида (пероксида) малоактивного металла, вроде диоксида меди, шестивалентного оксида хрома, диоксида марганца или перекиси свинца. Часто вводят металлоорганические соединения, отличающиеся низкой температурой воспламенения, высокой теплотой сгорания и большой зольностью. Хлораты и перхлораты характерны для составов, используемых для наиболее компактных воспламенителей (0,5 – 3 гр.).
Часто термитную массу выпускают в виде гранул или смеси крупной крошки окалины со стружкой. Это делается для упрощения отвешивания необходимого количества смеси на каждое сварное соединение (шов). Если сварка осуществляется термитным стержнем (обычно, цилиндрической формы), тогда стержень вставляют в специальную оправку и держат рукой. Если используется сыпучая смесь, тогда собирают оправку из огнестойкого материала для направления потока расплава в место сварки.
Сварку термитными смесями подразделяют на сварку плавлением и сварку литьем. Первый метод подразумевает горение термита в непосредственном контакте с металлом деталей, что сопровождается активным плавлением металла деталей и смешение полученных расплавов в месте шва. Второй метод подразумевает меньшее термическое воздействие на детали. Термит сгорает в специальной емкости (обычно из пористой керамики) или одноразовой оправке (из асбеста или аналогичного материала). Сварка плавлением дает более прочный шов и позволяет сваривать деталей при меньшем расходе термитной массы. Сварка литьем позволяет добиться более высокой точности и меньшей термической обработки деталей (как правило, отпуск).
Для крупных деталей, а так же, для сварки термитной массой используют сварку литьем. Для небольших деталей и для термитных стрежней используют сварку плавлением.
При любом использовании термитной массы для сварки, образуется шлак, который всплывает на поверхность и застывает в пористую хрупкую массу, легко удаляемую после остывания места сварки.
Термитные стержни могут использоваться так же для резки металлов и сплавов. В этом случае они содержат дополнительные активные окислители и дают больше шлака, чем расплава. Выделяющиеся газообразные продукты горения (не свойственное для сварочных термитных смесей) способствуют очистке места резки от расплава.