1 Термітне зварювання
1.1 ПРИНЦИП ЗВАРЮВАННЯ
Термітами називаються порошкоподібні горючі суміші металів з окислами металів, здатні згоряти з виділенням значної кількості тепла і розвивати при цьому вельми високу температуру. Терміти винайдені в кінці позаминулого століття. Вони застосовуються для виробництва деяких металів і сплавів.
Важливою сферою застосування термітів є зварювання металів. Горючими металами в термітних сумішах можуть служити метали з великою теплотою утворення окислів, наприклад алюміній, магній, кремній (особливо аморфний). Джерелом кисню в термітних сумішах є оксиди металів з порівняно невеликою теплотою освіти, наприклад, оксиди заліза, марганцю, нікелю, міді і т. п. Як джерело кисню в зварювальних терміта зазвичай застосовується залізна окалина, приблизно відповідає за складом магнітної окису-закису заліза Fe 3 0 4, яка містить 27,6% кисню і 72,4% заліза.
Найбільш важливим для зварювання є алюмінієвий терміт, який складається з металевого алюмінію у формі грубозернистого порошку або крупи, зазвичай з величиною зерна близько 1 мм, і із залізної окалини приблизно з тією ж величиною зерна. За зовнішнім виглядом алюмінієвий терміт представляє собою сипучу грубозернистих суміш з білих зерен (алюміній) і чорних зерен (залізна окалина). Для запалювання терміта його необхідно нагріти хоча б в одній точці до температури близько 1000 ° С. Що почалося горіння протікає досить бурхливо, швидко поширюється на весь обсяг термітної суміші і проходить по реакції:
3Fe 2 О 4 + 8Al = 4Al 2 О 3 +9 Fe (1)
Терміт згоряє повністю за 20-30 сек. Час горіння залежить від грануляції, тобто розмірів зерен суміші: чим дрібніше зерно, тим швидше закінчується процес горіння. Екзотермічна реакція згоряння 1 кг алюмінієвої термітної суміші розвиває близько 750 ккал.
З наведеної вище реакції згоряння терміта легко розрахувати, що на 1 кг термітної суміші необхідно 237 г алюмінію і 763 г залізної окалини. Цей розрахунок ставиться до хімічно чистим компонентів. У дійсності термітну суміш виготовляють з можливо більш дешевих матеріалів: з технічного алюмінію нижчих марок або алюмінієвого брухту з вмістом алюмінію 88-98%. Залізну окалину беруть зазвичай з цехів гарячої прокатки сталі, в яких вона є покидьки виробництва. Така окалина може містити різну кількість кисню. Тому дійсний склад термітних сумішей може змінюватися в досить широких межах залежно від хімічного складу застосовуваних матеріалів, який слід перевіряти хімічним аналізом. Найбільш поширений склад термітної суміші для матеріалів середньої якості: 23% алюмінію і 77% залізної окалини.
Незважаючи на те, що алюмінієвий терміт виділяє порівняно невелика кількість тепла, в середньому 750 ккал на 1 кг суміші (1 кг хорошого кам'яного вугілля дає 7000 ккал), термітна суміш розвиває при згорянні дуже високу температуру. Це пояснюється тим, що згоряння терміта йде виключно за рахунок речовини самої суміші і 1 кг терміта при згоранні дає стільки ж, тобто 1 кг продуктів згоряння. Вугілля ж згорає за рахунок кисню повітря, і при спалюванні 1 кг вугілля в повітрі виходить близько 14 кг продуктів згоряння. За теоретичного розрахунку реакції згоряння терміта з урахуванням теплоємності продуктів згоряння забезпечується температура ~ 3000 ° С; таку ж температуру показують і безпосередні вимірювання. Тому продукти згоряння терміта - залізо (температура плавлення близько 1500 ° С) і окис алюмінію А1 2 O 3 (температура плавлення 2050 ° С) виходять в розплавленому, рідкому і сильно перегрітому вигляді.
Якщо спалити терміт у вогнетривкому тиглі, то після закінчення реакції горіння продукти реакції - рідка сталь і шлак, що складається головним чином з окису алюмінію, швидко розділяться на два шари: метал - шлак у відповідності з питомою вагою продуктів реакції; з 1 кг термітної суміші утворюється 550 г розплавленої сталі і 450 г шлаку - розплавленої окису алюмінію. У зварювальні термітні суміші, крім алюмінію та залізної окалини, зазвичай вносять різні добавки з метою поліпшити склад та підвищити міцність Термітне металу, збільшити загальний вихід металу при спалюванні суміші, кілька знизити температуру термітної реакції.
Для розкислення Термітне металу, поліпшення його хімічного складу та підвищення механічної міцності в термітні суміші зазвичай вводять феросплави, головним чином феросиліцій і феромарганець. Змінюючи кількість цих присадок, можна змінювати в широких межах хімічний склад і механічні властивості Термітне металу, наприклад межа міцності можна змінювати від 40 до 75 кг / мм 2. Для збільшення виходу Термітне металу і деякого зниження температури термітної реакції в термітну суміш для зварювання звичайно додають технічно чисте залізо у дрібних шматочках в кількості 10-15% ваги термітної суміші. Для цієї мети найчастіше застосовують обсечку - відхід при виробництві дротяних цвяхів. Остаточний склад термітної зварювальної суміші визначають розрахунком у залежності від характеру роботи і складу металу, що підлягає зварюванню.
1.2 КОРДОНУ ТА ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ
Розглянемо застосування та галузі використання термітної зварювання на прикладі зварювання рейкового стику - самому звичайному застосуванні термітної зварювання. При зварюванні тиском рідкі продукти виливають через край тигля (рисунок 1, а); при цьому місце зварювання спочатку заливається рідким шлаком, змочують метал і дає на його поверхні тонку плівку, що перешкоджає прилипанню Термітне металу до основного. Рідкий метал надходить у форму слідом за шлаком, але не зварюється з основним металом і може бути вилучений після закінчення зварювання. Рідкий метал використовується лише як носій тепла для розігріву місця зварювання. Після того як рідка суміш випущена у форму і стик досить розігрітий, приступають до осадки. Для цієї мети застосовують стяжні преси, наведені вручну важільними ключами. При повороті ключів приходять в дію гвинтові стяжки, що створюють тиск і виробляють осадку розігрітих деталей. Стяжний прес (рисунок 2) надягають на місце зварювання до випуску розплавленої суміші.
Поверхня зварного стику має бути захищена від попадання Термітне шлаку, для чого з'єднуються поверхні ретельно приганяють, відшліфовують і перед зварюванням стягують зі значним тиском за допомогою стяжного преса. Так як рейкова сталь має обмеженою здатністю до зварювання в пластичному стані, то в стик перед зварюванням закладають платівку за профілем рейки з м'якої низьковуглецевої сталі з ретельно зачищені і відшліфованими поверхнями. При розігріві стику термітом посилюють тиск, повертаючи стяжні гайки преса, і виробляють осадку.
Спосіб термітної зварювання тиском у тому вигляді, як він описаний вище, в даний час майже не застосовується, тому що цей спосіб складний, копіткий, вимагає дуже ретельної пригону зварювальних поверхонь і дає значний розкид результатів стосовно міцності стику. Також трудомістка операція опади і установки стяжного процесу.
Значно дешевше і зручніше зварювання плавленням, так званий спосіб проміжного лиття (рисунок 1, б). У цьому випадку рейки заформовивают зі значним зазором (10-12 мм) в стику, тому особливо ретельної пригону і шліфування поверхонь, що з'єднуються не потрібно. Розплавлену суміш випускають через дно тигля. Вступник у форму перегрітий розплавлений метал оплавляє основний метал біля зварного стику і сплавляється з ним в одне ціле. Термітний шлак, що надходить у форму слідом за металом, служить лише для додаткового підігріву зварного стику і уповільнення його охолодження після закінчення зварювання. Осадового тиску та застосування стяжного преса не потрібна, рейки залишаються нерухомими в процесі зварювання. Тому можливо, наприклад, зварювати рейки, укладені в дорозі, без розшивки, що дозволяє зварювати батоги необмеженої довжини, вваривать шматки рейок в місцях вирізки пошкоджених стиків і т. п.
а - тиском; б - плавленням (проміжне лиття); в - комбінований
спосіб
Малюнок 1. - Схеми термітної зварювання рейкового стику
Недоліки способу проміжного лиття: 1) трохи збільшена витрата терміта; 2) утворення литої структури металу в зварному стику, не ущільнюється осадовим тиском і тому схильного до утворення пор і раковин; 3) всі перетин стику для належного розігріву одержує значний обливши, видалення якого викликає відомі труднощі. Доводиться обрубувати і шліфувати поверхню катання і бічні грані голівки рейки.
При комбінованому способі метал випускають через дно тигля, заливку рідким металом ведуть лише до нижньої межі головки рейки (малюнок 1, в), а відшліфовані торці головок збирають зі вкладний платівкою низьковуглецевої сталі. При випуску рідкої суміші голівку заливають шлаком і зварюють тиском при подальшій осаді стяжним пресом, у той час як шийка і підошва рейки виявляються звареними плавленням за способом проміжного лиття. Комбінований спосіб є найкращим і в даний час знаходить переважне застосування. Результати термітної зварювання рейкових стиків досить задовільні. Зварювання легко вести в польових умовах. Незважаючи на це, термітна зварювання рейкових стиків на залізницях застосовується в обмежених розмірах і в даний час майже витіснена контактним зварюванням. Причиною служить досить висока вартість термітної суміші, дефіцитність металевого алюмінію, низька продуктивність термітної зварювання. Цей вид зварювання зберіг своє значення для рейкових стиків трамвайних шляхів, так як в умовах міста інші методи зварювання рейкових стиків труднопріменіми.
1 - стяжні штанга; 2 - стяжні гайка; 3 - затискна гайка, 4 - термітний тигель, 5 - кришка тигля
Малюнок 2. - Стяжний прес для рейкового стику
Термітну зварювання можна використовувати для ремонту великих сталевих і чавунних деталей. При зварюванні чавуну застосовують спеціальний терміт зі значним вмістом феросиліцію. За допомогою термітної зварювання можна доливати відламані частини сталевих деталей, наприклад зуби великих шестерень, наплавляти поверхні і т. п. Термітне зварювання дозволяє виготовляти сталеві виливки, на місці в будь-яких, навіть польових умовах, що в ряді випадків може представляти практичний інтерес.
1.3 Вибір основних і присаджувальних матеріалів
Для групи матеріалів (сталей з З е <1,2%, сталевого литва, сірого чавуну і алюмінію) хімічний склад присадних матеріалів визначають залежно від хімічного складу основного матеріалу.
Присадний матеріал складається з порошкоподібного оксиду металу і порошкоподібного алюмінію і розплавляється в тиглі. Термітну суміш легують присадкою феросплавів, карбідів, оксидів і чистих елементів) Їх 20%-ная добавка до шихти знижує температуру розливається металу і підвищує вихід присадочного матеріалу до 50%, решта 50% - шлак.
Присадні матеріали вибирають в залежності від технологічного варіанту зварювання і від характеру зносу поверхні при наплавленні.
Виробник: Efektrocnemisches Werk, Алімендорф, НДР.
Кількість присадочного матеріалу, кг:
m AT = 12.8 V ges (2)
де V ges - Обсяг заповнюваного простору, дм 3.
1.4 техніка зварювання
Розглянемо коротко техніку термітної зварювання. Термітну суміш спалюють у спеціальних вогнетривких тиглях (малюнок). Розмір тигля приймають у відповідності з величиною спалюваної порції терміта.
а - тигель; б - область днища тигля; 1 - корпус; 2 - футеровка, 3 - склянка; 4 - штепсель-втулка для випуску розплаву, 5 - Магнезитовий пісок; 6 - терміт; 7 - азбестовий гурток; 8 - запірний цвях; 9 - стакан
Малюнок 3 - Тигель для спалювання терміта
Тигель має корпус 1 з листового заліза з внутрішньої вогнетривкої магнезитової футеровкой 2. При спалюванні першої порції терміта футеровка кілька оплавляється і зашлаковуватися окисом алюмінію термітної суміші.
У залежності від розмірів виробу, що підлягає зварюванню, вага термітної порції може змінюватися від кількох сотень грамів до декількох сотень кілограмів. Для зварювання нормального рейкового стику профілю 1-А потрібно 7-8 кг терміта. Для зварювання використовуються гарячі розплавлені продукти згоряння термітної суміші. Іноді розплавлену суміш виливають на місце зварювання через край тигля, нахиляючи його, але такий прийом застосовується рідко. Зазвичай продукти згоряння випускають через дно тигля. Для можливості випускання через дно при набиванні футеровки тигля в його донну частину вставляють склянку 3 з високоякісного обпаленої вогнетривкого матеріалу, зазвичай магнезиту. Всередину склянки вставляють змінний магнезитовий Штепсель-втулку. Отвір штепселя перед засипанням термітної суміші закривають спеціальним запірним цвяхом зі стрижнем діаметром 5-6 мм довжиною близько 120 мм, з плоскою головкою діаметром близько 17 мм. Поверх капелюшки цвяха кладуть азбестовий гурток і зверху засипають невеликою кількістю вогнетривкої магнезитового піску, який злегка утрамбовують. Після цього в тигель насипають і ретельно перемішують термітну суміш. Таке перемішування необхідно з огляду на можливу сепарації частинок терміта при зберіганні.
Терміт зберігається на складі звичайно окремими порціями, необхідними для даної роботи, наприклад для зварювання рейкового стику, причому кожна порція упакована в окремий пакет або мішок.
Запалювання засипаній в тигель термітної суміші може здійснюватися зварювальної дугою або спеціальним запалом. Від звичайних джерел тепла, наприклад від полум'я запаленого сірника, терміт не загоряється, що робить його порівняно безпечним в обігу і зберіганні. Запальні суміші спалахують від полум'я сірника, розвивають високу температуру і запалюють терміт. До складу запального суміші для терміта зазвичай входить бертолетова сіль і тонкий порошок (пудра) алюмінію.
Після того як термітна суміш загорілася, тигель накривають кришкою з отвором для виходу газів. Після закінчення реакції горіння, через 20-30 сек після запалювання, розплавлені продукти готові до випуску. Для випуску розплавлених продуктів вибивають запірний цвях ударом по нижньому кінцю ударником - залізної смужкою або трубкою з розплющеним кінцем. Гаряча суміш виливається на місце зварювання. При випуску через дно тигля спочатку виливається метал, потім шлак; при випуску через край тигля спочатку ллється шлак, потім метал.
Місце зварювання повинно бути попередньо заформовано таким чином, щоб залишилася порожнина для Термітне металу і шлаку. Заформовка проводиться вогнетривкими матеріалами в коробці з листового заліза. При заформовке необхідно залишити канали і отвори в стінках залізної форми для полегшення видалення газів.
Розплавлені продукти підводять за спеціальним литниковой каналу в заформовке в нижню частину форми, звідки вони поступово піднімаються догори і заповнюють весь об'єм форми. Після закінчення заформовкі форму сушать і прожарюють, а також підігрівають місця зварювання до червоного розжарювання (700-800 ° С). Прокалки і підігрів найчастіше проводять подогревательнимі пальниками-форсунками, що працюють на гасі або нафти. Просушуються і прогартовуються не тільки заформовка, але і тигель разом з кришкою перед засипанням першої порції термітної суміші. Просушування та прокалки при термітної зварюванні приділяється велика увага, тому що залишки вологи в заформовке або футеровці тигля можуть викликати розбризкування рідкого металу і шлаку.
Термітне зварювання за способом виконання має кілька різновидів: 1) зварювання тиском, або пластична, без помітного розплавлювання основного металу; 2) зварювання плавленням (спосіб проміжного лиття), при якій основний метал розплавляється по всьому перетину і сплавляється з рідким присадним металом, осадового тиску не потрібно; 3) комбінований спосіб, при якому основний метал розплавляється по всьому перетину або частково і використовується осадове тиск.
1.5 ОБЛАДНАННЯ
1.51. Основні елементи пристроїв для термітної зварювання
Тигель з донним зливом (матеріал: магнезит, захисна футеровка, хромова руда, кварцовий пісок).
Розмір тигля залежить від поставленого завдання (слід враховувати можливість прориву тигля при великому обсязі наплавляемого матеріалу).
Форми для зварювання: одноразового користування (матеріал: кварцовий пісок, шамот); багаторазового користування (графіт, сірий чавун, мідь для серійної зварювання).
Модель (набивна для кожного профілю). Опока.
Підтримуюче і затискний пристрої застосовують при використанні нероз'ємних і складових форм для зварювання.
Спеціальні пристрої: приймач для тигля, будиночок для випуску металу, кисневий різак, Полозкова термометр, пальник для попереднього підігріву (пропан).
Інструменти: ковальське зубило, плоска обжимка, шліфувальний круг, дротяна щітка.
Спеціальний запальник з ручним або електричним управлінням.
1.5.2 Обладнання
Зварювальний апарат має різну конфігурацію в залежності від виконуваної задачі складається з декількох основних елементів (див. вище). Виробник: Etektrochsmisches Werk, Алімендорф, НДР.
1.1 ПРИНЦИП ЗВАРЮВАННЯ
Термітами називаються порошкоподібні горючі суміші металів з окислами металів, здатні згоряти з виділенням значної кількості тепла і розвивати при цьому вельми високу температуру. Терміти винайдені в кінці позаминулого століття. Вони застосовуються для виробництва деяких металів і сплавів.
Важливою сферою застосування термітів є зварювання металів. Горючими металами в термітних сумішах можуть служити метали з великою теплотою утворення окислів, наприклад алюміній, магній, кремній (особливо аморфний). Джерелом кисню в термітних сумішах є оксиди металів з порівняно невеликою теплотою освіти, наприклад, оксиди заліза, марганцю, нікелю, міді і т. п. Як джерело кисню в зварювальних терміта зазвичай застосовується залізна окалина, приблизно відповідає за складом магнітної окису-закису заліза Fe 3 0 4, яка містить 27,6% кисню і 72,4% заліза.
Найбільш важливим для зварювання є алюмінієвий терміт, який складається з металевого алюмінію у формі грубозернистого порошку або крупи, зазвичай з величиною зерна близько 1 мм, і із залізної окалини приблизно з тією ж величиною зерна. За зовнішнім виглядом алюмінієвий терміт представляє собою сипучу грубозернистих суміш з білих зерен (алюміній) і чорних зерен (залізна окалина). Для запалювання терміта його необхідно нагріти хоча б в одній точці до температури близько 1000 ° С. Що почалося горіння протікає досить бурхливо, швидко поширюється на весь обсяг термітної суміші і проходить по реакції:
3Fe 2 О 4 + 8Al = 4Al 2 О 3 +9 Fe (1)
Терміт згоряє повністю за 20-30 сек. Час горіння залежить від грануляції, тобто розмірів зерен суміші: чим дрібніше зерно, тим швидше закінчується процес горіння. Екзотермічна реакція згоряння 1 кг алюмінієвої термітної суміші розвиває близько 750 ккал.
З наведеної вище реакції згоряння терміта легко розрахувати, що на 1 кг термітної суміші необхідно 237 г алюмінію і 763 г залізної окалини. Цей розрахунок ставиться до хімічно чистим компонентів. У дійсності термітну суміш виготовляють з можливо більш дешевих матеріалів: з технічного алюмінію нижчих марок або алюмінієвого брухту з вмістом алюмінію 88-98%. Залізну окалину беруть зазвичай з цехів гарячої прокатки сталі, в яких вона є покидьки виробництва. Така окалина може містити різну кількість кисню. Тому дійсний склад термітних сумішей може змінюватися в досить широких межах залежно від хімічного складу застосовуваних матеріалів, який слід перевіряти хімічним аналізом. Найбільш поширений склад термітної суміші для матеріалів середньої якості: 23% алюмінію і 77% залізної окалини.
Незважаючи на те, що алюмінієвий терміт виділяє порівняно невелика кількість тепла, в середньому 750 ккал на 1 кг суміші (1 кг хорошого кам'яного вугілля дає 7000 ккал), термітна суміш розвиває при згорянні дуже високу температуру. Це пояснюється тим, що згоряння терміта йде виключно за рахунок речовини самої суміші і 1 кг терміта при згоранні дає стільки ж, тобто 1 кг продуктів згоряння. Вугілля ж згорає за рахунок кисню повітря, і при спалюванні 1 кг вугілля в повітрі виходить близько 14 кг продуктів згоряння. За теоретичного розрахунку реакції згоряння терміта з урахуванням теплоємності продуктів згоряння забезпечується температура ~ 3000 ° С; таку ж температуру показують і безпосередні вимірювання. Тому продукти згоряння терміта - залізо (температура плавлення близько 1500 ° С) і окис алюмінію А1 2 O 3 (температура плавлення 2050 ° С) виходять в розплавленому, рідкому і сильно перегрітому вигляді.
Якщо спалити терміт у вогнетривкому тиглі, то після закінчення реакції горіння продукти реакції - рідка сталь і шлак, що складається головним чином з окису алюмінію, швидко розділяться на два шари: метал - шлак у відповідності з питомою вагою продуктів реакції; з 1 кг термітної суміші утворюється 550 г розплавленої сталі і 450 г шлаку - розплавленої окису алюмінію. У зварювальні термітні суміші, крім алюмінію та залізної окалини, зазвичай вносять різні добавки з метою поліпшити склад та підвищити міцність Термітне металу, збільшити загальний вихід металу при спалюванні суміші, кілька знизити температуру термітної реакції.
Для розкислення Термітне металу, поліпшення його хімічного складу та підвищення механічної міцності в термітні суміші зазвичай вводять феросплави, головним чином феросиліцій і феромарганець. Змінюючи кількість цих присадок, можна змінювати в широких межах хімічний склад і механічні властивості Термітне металу, наприклад межа міцності можна змінювати від 40 до 75 кг / мм 2. Для збільшення виходу Термітне металу і деякого зниження температури термітної реакції в термітну суміш для зварювання звичайно додають технічно чисте залізо у дрібних шматочках в кількості 10-15% ваги термітної суміші. Для цієї мети найчастіше застосовують обсечку - відхід при виробництві дротяних цвяхів. Остаточний склад термітної зварювальної суміші визначають розрахунком у залежності від характеру роботи і складу металу, що підлягає зварюванню.
1.2 КОРДОНУ ТА ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ
Розглянемо застосування та галузі використання термітної зварювання на прикладі зварювання рейкового стику - самому звичайному застосуванні термітної зварювання. При зварюванні тиском рідкі продукти виливають через край тигля (рисунок 1, а); при цьому місце зварювання спочатку заливається рідким шлаком, змочують метал і дає на його поверхні тонку плівку, що перешкоджає прилипанню Термітне металу до основного. Рідкий метал надходить у форму слідом за шлаком, але не зварюється з основним металом і може бути вилучений після закінчення зварювання. Рідкий метал використовується лише як носій тепла для розігріву місця зварювання. Після того як рідка суміш випущена у форму і стик досить розігрітий, приступають до осадки. Для цієї мети застосовують стяжні преси, наведені вручну важільними ключами. При повороті ключів приходять в дію гвинтові стяжки, що створюють тиск і виробляють осадку розігрітих деталей. Стяжний прес (рисунок 2) надягають на місце зварювання до випуску розплавленої суміші.
Поверхня зварного стику має бути захищена від попадання Термітне шлаку, для чого з'єднуються поверхні ретельно приганяють, відшліфовують і перед зварюванням стягують зі значним тиском за допомогою стяжного преса. Так як рейкова сталь має обмеженою здатністю до зварювання в пластичному стані, то в стик перед зварюванням закладають платівку за профілем рейки з м'якої низьковуглецевої сталі з ретельно зачищені і відшліфованими поверхнями. При розігріві стику термітом посилюють тиск, повертаючи стяжні гайки преса, і виробляють осадку.
Спосіб термітної зварювання тиском у тому вигляді, як він описаний вище, в даний час майже не застосовується, тому що цей спосіб складний, копіткий, вимагає дуже ретельної пригону зварювальних поверхонь і дає значний розкид результатів стосовно міцності стику. Також трудомістка операція опади і установки стяжного процесу.
Значно дешевше і зручніше зварювання плавленням, так званий спосіб проміжного лиття (рисунок 1, б). У цьому випадку рейки заформовивают зі значним зазором (10-12 мм) в стику, тому особливо ретельної пригону і шліфування поверхонь, що з'єднуються не потрібно. Розплавлену суміш випускають через дно тигля. Вступник у форму перегрітий розплавлений метал оплавляє основний метал біля зварного стику і сплавляється з ним в одне ціле. Термітний шлак, що надходить у форму слідом за металом, служить лише для додаткового підігріву зварного стику і уповільнення його охолодження після закінчення зварювання. Осадового тиску та застосування стяжного преса не потрібна, рейки залишаються нерухомими в процесі зварювання. Тому можливо, наприклад, зварювати рейки, укладені в дорозі, без розшивки, що дозволяє зварювати батоги необмеженої довжини, вваривать шматки рейок в місцях вирізки пошкоджених стиків і т. п.
а - тиском; б - плавленням (проміжне лиття); в - комбінований
спосіб
Малюнок 1. - Схеми термітної зварювання рейкового стику
Недоліки способу проміжного лиття: 1) трохи збільшена витрата терміта; 2) утворення литої структури металу в зварному стику, не ущільнюється осадовим тиском і тому схильного до утворення пор і раковин; 3) всі перетин стику для належного розігріву одержує значний обливши, видалення якого викликає відомі труднощі. Доводиться обрубувати і шліфувати поверхню катання і бічні грані голівки рейки.
При комбінованому способі метал випускають через дно тигля, заливку рідким металом ведуть лише до нижньої межі головки рейки (малюнок 1, в), а відшліфовані торці головок збирають зі вкладний платівкою низьковуглецевої сталі. При випуску рідкої суміші голівку заливають шлаком і зварюють тиском при подальшій осаді стяжним пресом, у той час як шийка і підошва рейки виявляються звареними плавленням за способом проміжного лиття. Комбінований спосіб є найкращим і в даний час знаходить переважне застосування. Результати термітної зварювання рейкових стиків досить задовільні. Зварювання легко вести в польових умовах. Незважаючи на це, термітна зварювання рейкових стиків на залізницях застосовується в обмежених розмірах і в даний час майже витіснена контактним зварюванням. Причиною служить досить висока вартість термітної суміші, дефіцитність металевого алюмінію, низька продуктивність термітної зварювання. Цей вид зварювання зберіг своє значення для рейкових стиків трамвайних шляхів, так як в умовах міста інші методи зварювання рейкових стиків труднопріменіми.
1 - стяжні штанга; 2 - стяжні гайка; 3 - затискна гайка, 4 - термітний тигель, 5 - кришка тигля
Малюнок 2. - Стяжний прес для рейкового стику
Термітну зварювання можна використовувати для ремонту великих сталевих і чавунних деталей. При зварюванні чавуну застосовують спеціальний терміт зі значним вмістом феросиліцію. За допомогою термітної зварювання можна доливати відламані частини сталевих деталей, наприклад зуби великих шестерень, наплавляти поверхні і т. п. Термітне зварювання дозволяє виготовляти сталеві виливки, на місці в будь-яких, навіть польових умовах, що в ряді випадків може представляти практичний інтерес.
1.3 Вибір основних і присаджувальних матеріалів
Для групи матеріалів (сталей з З е <1,2%, сталевого литва, сірого чавуну і алюмінію) хімічний склад присадних матеріалів визначають залежно від хімічного складу основного матеріалу.
Присадний матеріал складається з порошкоподібного оксиду металу і порошкоподібного алюмінію і розплавляється в тиглі. Термітну суміш легують присадкою феросплавів, карбідів, оксидів і чистих елементів) Їх 20%-ная добавка до шихти знижує температуру розливається металу і підвищує вихід присадочного матеріалу до 50%, решта 50% - шлак.
Присадні матеріали вибирають в залежності від технологічного варіанту зварювання і від характеру зносу поверхні при наплавленні.
Виробник: Efektrocnemisches Werk, Алімендорф, НДР.
Кількість присадочного матеріалу, кг:
m AT = 12.8 V ges (2)
де V ges - Обсяг заповнюваного простору, дм 3.
1.4 техніка зварювання
Розглянемо коротко техніку термітної зварювання. Термітну суміш спалюють у спеціальних вогнетривких тиглях (малюнок). Розмір тигля приймають у відповідності з величиною спалюваної порції терміта.
а - тигель; б - область днища тигля; 1 - корпус; 2 - футеровка, 3 - склянка; 4 - штепсель-втулка для випуску розплаву, 5 - Магнезитовий пісок; 6 - терміт; 7 - азбестовий гурток; 8 - запірний цвях; 9 - стакан
Малюнок 3 - Тигель для спалювання терміта
Тигель має корпус 1 з листового заліза з внутрішньої вогнетривкої магнезитової футеровкой 2. При спалюванні першої порції терміта футеровка кілька оплавляється і зашлаковуватися окисом алюмінію термітної суміші.
У залежності від розмірів виробу, що підлягає зварюванню, вага термітної порції може змінюватися від кількох сотень грамів до декількох сотень кілограмів. Для зварювання нормального рейкового стику профілю 1-А потрібно 7-8 кг терміта. Для зварювання використовуються гарячі розплавлені продукти згоряння термітної суміші. Іноді розплавлену суміш виливають на місце зварювання через край тигля, нахиляючи його, але такий прийом застосовується рідко. Зазвичай продукти згоряння випускають через дно тигля. Для можливості випускання через дно при набиванні футеровки тигля в його донну частину вставляють склянку 3 з високоякісного обпаленої вогнетривкого матеріалу, зазвичай магнезиту. Всередину склянки вставляють змінний магнезитовий Штепсель-втулку. Отвір штепселя перед засипанням термітної суміші закривають спеціальним запірним цвяхом зі стрижнем діаметром 5-6 мм довжиною близько 120 мм, з плоскою головкою діаметром близько 17 мм. Поверх капелюшки цвяха кладуть азбестовий гурток і зверху засипають невеликою кількістю вогнетривкої магнезитового піску, який злегка утрамбовують. Після цього в тигель насипають і ретельно перемішують термітну суміш. Таке перемішування необхідно з огляду на можливу сепарації частинок терміта при зберіганні.
Терміт зберігається на складі звичайно окремими порціями, необхідними для даної роботи, наприклад для зварювання рейкового стику, причому кожна порція упакована в окремий пакет або мішок.
Запалювання засипаній в тигель термітної суміші може здійснюватися зварювальної дугою або спеціальним запалом. Від звичайних джерел тепла, наприклад від полум'я запаленого сірника, терміт не загоряється, що робить його порівняно безпечним в обігу і зберіганні. Запальні суміші спалахують від полум'я сірника, розвивають високу температуру і запалюють терміт. До складу запального суміші для терміта зазвичай входить бертолетова сіль і тонкий порошок (пудра) алюмінію.
Після того як термітна суміш загорілася, тигель накривають кришкою з отвором для виходу газів. Після закінчення реакції горіння, через 20-30 сек після запалювання, розплавлені продукти готові до випуску. Для випуску розплавлених продуктів вибивають запірний цвях ударом по нижньому кінцю ударником - залізної смужкою або трубкою з розплющеним кінцем. Гаряча суміш виливається на місце зварювання. При випуску через дно тигля спочатку виливається метал, потім шлак; при випуску через край тигля спочатку ллється шлак, потім метал.
Місце зварювання повинно бути попередньо заформовано таким чином, щоб залишилася порожнина для Термітне металу і шлаку. Заформовка проводиться вогнетривкими матеріалами в коробці з листового заліза. При заформовке необхідно залишити канали і отвори в стінках залізної форми для полегшення видалення газів.
Розплавлені продукти підводять за спеціальним литниковой каналу в заформовке в нижню частину форми, звідки вони поступово піднімаються догори і заповнюють весь об'єм форми. Після закінчення заформовкі форму сушать і прожарюють, а також підігрівають місця зварювання до червоного розжарювання (700-800 ° С). Прокалки і підігрів найчастіше проводять подогревательнимі пальниками-форсунками, що працюють на гасі або нафти. Просушуються і прогартовуються не тільки заформовка, але і тигель разом з кришкою перед засипанням першої порції термітної суміші. Просушування та прокалки при термітної зварюванні приділяється велика увага, тому що залишки вологи в заформовке або футеровці тигля можуть викликати розбризкування рідкого металу і шлаку.
Термітне зварювання за способом виконання має кілька різновидів: 1) зварювання тиском, або пластична, без помітного розплавлювання основного металу; 2) зварювання плавленням (спосіб проміжного лиття), при якій основний метал розплавляється по всьому перетину і сплавляється з рідким присадним металом, осадового тиску не потрібно; 3) комбінований спосіб, при якому основний метал розплавляється по всьому перетину або частково і використовується осадове тиск.
1.5 ОБЛАДНАННЯ
1.51. Основні елементи пристроїв для термітної зварювання
Тигель з донним зливом (матеріал: магнезит, захисна футеровка, хромова руда, кварцовий пісок).
Розмір тигля залежить від поставленого завдання (слід враховувати можливість прориву тигля при великому обсязі наплавляемого матеріалу).
Форми для зварювання: одноразового користування (матеріал: кварцовий пісок, шамот); багаторазового користування (графіт, сірий чавун, мідь для серійної зварювання).
Модель (набивна для кожного профілю). Опока.
Підтримуюче і затискний пристрої застосовують при використанні нероз'ємних і складових форм для зварювання.
Спеціальні пристрої: приймач для тигля, будиночок для випуску металу, кисневий різак, Полозкова термометр, пальник для попереднього підігріву (пропан).
Інструменти: ковальське зубило, плоска обжимка, шліфувальний круг, дротяна щітка.
Спеціальний запальник з ручним або електричним управлінням.
1.5.2 Обладнання
Зварювальний апарат має різну конфігурацію в залежності від виконуваної задачі складається з декількох основних елементів (див. вище). Виробник: Etektrochsmisches Werk, Алімендорф, НДР.