Термитная сварка: применение, технология, особенности

Сравнение основных характеристик сварочных карандашей разных производителей

Существуют абсолютно разные по характеристикам карандаши для сварки. Каждый отдельно взятый производитель привносит в продукт что-то особенное:

Оксал. Данные изделия могут похвастаться высоким коэффициентом полезного действия в условиях отсутствия каких-либо источников электричества. Для начала работы потребуется только зажигалка или любой другой открытый огонь. Ремонт по восстановлению работоспособности материалов можно производить, не смотря на температуру окружающей среды.

Нанопайк. Сварочный карандаш данного производства славится относительно невысокой стоимостью. Он подходит даже для ремонта термостойкого пластика и эмалированной посуды. Один стержень можно использовать много раз, так как расход материала весьма экономичен.

Сварочный карандаш Экстремал. Этот вариант карандаша тоже применяют для восстановления металлов и эмали. Сварка карандашом «Экстремал» по качеству дает больше половины прочности обычной контактной сварки.

Благодаря этому универсальному средству можно провести экстренный ремонт даже тогда, когда под рукой не имеется самых необходимых материалов. При его помощи можно не только спаять образовавшуюся трещину, но и осуществить резку материала. Нужно лишь подобрать необходимую марку средства с требующимися свойствами. Термический карандаш способен провести ремонт следующих поверхностей:

сталь;
чугун;
железо;
латунь;
медь;
керамика;
шифер;
термостойкая пластмасса;
бронза;
нержавеющая сталь и другие подобные материалы.

Краткий обзор производителей

Существуют разные виды карандашей для сварки. Каждая из марок продукта обладает своими особенностями:

«Оксал». Изделия этого производителя отличаются тем, что обладают высокой эффективностью в условиях отсутствия каких-либо энергоносителей. Достаточно иметь при себе коробок спичек или зажигалку. Работы по восстановлению целостности материалов можно производить в широком диапазоне температур (-85 — +85 градусов).
«Нанопайк». Сварочный карандаш этого производителя имеет невысокую стоимость (150 руб.). Его можно применять для ремонта пластиковых изделий, шифера, а также других кровельных материалов. Хорошо паяет карандаш и деревянные изделия, оцинкованный металл. Один элемент можно использовать до 30 раз, так как расходуется он очень экономно.
Сварочный карандаш «Экстремал». Это изделие также используется для обработки металлов и эмалированных поверхностей. Стоимость такого изделия составляет около 60 руб./шт. Оно обеспечивает 60-70 % прочности дуговой сварки.

Как видите, изделие имеет достаточно высокую эффективность, однако для основательного соединения материалов его применять не следует.

Термитная сварка проводов: некоторые особенности применения

Одним из самых распространенных, простых и надежных вариантов соединения различных типов неизолированных проводов является сварка с применением термитных смесей.

Максимальный эффект от данной технологии достигается при точном соблюдении всех технических правил и требований. При этом сечение у цельнометаллического соединения проводных концов получается больше диаметра соединяемых электропроводов.

Для такой сварки в точке соединения формируют специальный термитный патрон. Он состоит из кокиля (листовая медь толщиной 1,25-1,5 мм), специального вкладыша (представляет собой медно-фосфорный сплав, который создает сварочную зону и заполняет пустоты) и термитной шашки (в момент горения выделяет в зоне сварки тепло, требуемое для нормального расплавления вкладыша и концов проводов).

https://youtube.com/watch?v=kuydZx-ckTs

Таким образом, термитный вариант представляет собой перспективную технологию сварки, которая чем дальше, тем активнее применяется в различных производственных сферах. Как можно заметить, овладение этой технологией требует от работника добротных знаний в области химии.

Процесс термитной сварки

Вся сущность процесса данного вида сварки заключается в восстановительных свойствах алюминия или магния, который при попадании на металл с оксидной пленкой, начинает восстановительную реакцию замещения с огромный выделением тепла – экзотермическая реакция. Благодаря выделению тепла и происходит образование сварочной ванны или наплавки.

Для запала термитной смеси используют или высокочастотный разряд тока или воздействие пиропатроном (в случае с порошковой сваркой, когда порошковый состав наносится на место предполагаемого шва).

При сгорании термитной взвеси происходит оплавление окалины, которая входит в состав термитной сварки как следствие – образование сварочного шва из расплавленной стали и оплавленных кромок.

Термитную сварку можно провести следующим образом:

в стыке двух заготовок;
литье в промежуток, когда термит насыпается в промежутки между заготовками или в каверны на запасных частях;
комбинация;
дуплекс.

Первый способ является наиболее трудным с технологической точи зрения. Сначала необходимо зачистить поверхности металлов, который будет вариться между собой.

После этого необходимо установить на саму заготовку кроме кромок термальную пленку, которая помешает развитию пластичности по всей заготовке

Термит сжимается в отдельном тигле, после чего на стык заготовок проливается расплавленная сталь от сгорания термита, в этот момент очень важно воздействовать на заготовки сжатием, сжимая их между собой

От нагрева произойдут пластические изменения в металле, и заготовки сварятся между собой, формируя шов.

Алюминотермитная сварка в промежуток самой простой. Термит так же сжигается в отдельной формочке-тигле, после чего сталь выливается в зазор между заготовками.

Происходит взаимное оплавление кромок, деформация. При сжатии заготовок между собой происходит их неразъемное соединение металлосвязью.

Комбинированный способ одновременно соблюдает технологию способов промежуточного литья и литься в стык. Используется метод при сваривании рельсов. Вся технология процесса выглядит следующим образом: кромки рельсов подрезаются место их зачистки, между рельсами укладывается тонкая стальная пластина, а рельсы сильно сжимаются между собой – это приводит к деформации пластины и ее пластическому сжатию.

Появляется зазор, в который заливается расплавленная сталь из отдельного тигля, где предварительно сожгли термитную смесь. Для этого способа используется только алюминиевая пудра.

Дуплекс производится точно так же, как и промежуточная сварка термит. Только вводят дополнительную процедуру сжатия оплавленного зазора между металлическими фрагментами для сварки.

Термитный карандаш для сварки — что это такое?

Термитный карандаш — это специальный аппарат для сварки металлов без электричества и газа. Принцип действия термитного карандаша основан на возникновении в момент горения высоких температур, например тех, от которых металл начинает плавиться.

Используя термитную палочку в качестве паяльника без олова, он может сваривать тонкие металлы и небольшие куски металла. В целом это очень удобный прибор в тех случаях, когда невозможно использовать электросварку.

Как сделать термитный карандаш своими руками

Конструкция термитного карандаша довольно проста, и для ее изготовления вам потребуются следующие материалы:

Проволока из углеродистой стали. Диаметр проволоки должен быть от 2 до 3 мм, здесь все во многом зависит от толщины металла, которую придется сваривать термитным карандашом. Следовательно, чем толще свариваемый металл, тем толще должна быть стальная проволока;
Клей;
Опилки алюминиевые (мелкая фракция, не более 0,5 мм);
Железная лестница.

Алюминиевый шлак и опилки используются для изготовления штукатурки с термитным карандашом. Эти компоненты смешиваются с клеем. Чтобы посеять термитный карандаш, который поможет его зажечь, вам понадобится бертолетная соль и алюминиевые опилки.

Рассмотрим подробнее, как можно сделать термитный карандаш для сварки своими руками:

Для начала нужно разрезать стальную проволоку на кусочки длиной 30-35 см;
Далее нужно размять алюминиевые опилки железной лестницей на клей. Пропорции следующие: 24% алюминиевых опилок и 76 железных хлопьев;
Затем полученную смесь алюминиевой лестницы и опилок нанести на проволоку;
Дайте покрытию достаточно высохнуть.

Семя на конце термитного карандаша выглядит как спичечная головка. Для этого нужно смешать на клее бертолетную соль (1 часть) с алюминиевыми опилками (0,5 части). После этого нужно окунуть в смесь кончик карандаша и дать ему немного высохнуть. Семя на конце термитной палочки необходимо для начала процесса горения.

Само собой разумеется, что, хотя термитный карандаш не является электросварным швом, когда он горит, он также излучает ультрафиолетовый свет, который вреден для глаз, опасные газы и высокие температуры. Поэтому при работе с подобными вещами нельзя забывать о мерах безопасности.

обязательно использовать надежную опору при сварке, толстые леггинсы, а также маску для глаз и лица, защищающую от ультрафиолета. Собрав «зайчиков» из пайки термитным карандашом, можно серьезно повредить глаза.

Практика выполнения операций в промышленных условиях

Промышленная организация процесса сварочных работ с применением термитных смесей имеет немало существенных отличий. В первую очередь, используются более эффективные металлические составы с повышенным тепловыделением. Это те же термиты с включением хрома, вольфрама и других элементов с активной функцией сгорания. Для технической организации процесса необходимо также применение более мощного оборудования, то есть одним термитным карандашом специалисты не ограничиваются. Например, термитная сварка в электротехнической промышленности в обязательном порядке предусматривает использование инверторов, термостатов и другой аппаратуры, которая позволяет отслеживать параметры рабочего процесса. Третья отличительная черта выполнения сварки в промышленных отраслях – это подготовка специальной удерживающей оснастки. Используются литейные огнеупорные формы для заполнения зазоров, высокопрочные тигели, держатели и фиксаторы для различных конструкций.

Что входит в состав термитной смеси

Чаще всего используется железоалюминиевая термитная сварка: Fe2O3 = 75 %; Al = 25 % (такая смесь содержит в себе или прокаленную окалину, или железную руду). Такой состав используется, в основном, для сварки рельсов и много габаритных деталей. Воспламеняется данная смесь при температуре приблизительно 1300 °C, а шлак и железо, которые образуются, нагреваются до 2400 °C. Достаточно часто в железоалюминиевую смесь добавляют железную обсечку, легирующие присадки и флюсы. Данный процесс происходит в магнезитовом тигеле.

Алюминий – не единственный металл, который применяют. Также используются следующие комбинации:

Mg (31 %) + Fe2O3 (69 %)
Ca (43 %) + Fe2O3 (57 %)
Ti (31 %) + Fe2O3 (69 %)
Si (21 %) + Fe2O3 (79 %)

Термитно-зажигательные составы:

Ba(NO3)2 (26 %) + Fe3O4 (50 %) + Al (24 %)
Ba(NO3)2 (37.5 %) + Al (26.5 %) + уголь (3 %) + связующие вещества типа шеллака (23 %)
Fe2O3 (21 %) + Al (13 %) + Ba(NO3)2 (44 %) + Ba(NO3)2 (6 %) + Mg или Fe (12 %) + связующие вещества (4 %)

Термическая сварка применяется для различных целей и для каждой из них подбирается определенный состав смеси. Наиболее распространенными среди них являются следующие виды:

Элементарная смесь: железная окалина соединенная с порошком из алюминия в строгой химической пропорциональности;
Смесь термита для соединения стыков в рельсах: такая процедура является более сложной. Алюминотермитная сварка рельсов заключается во введении в шихту наполнителя из стали. Такой наполнитель состоит из ферромарганца, графита (в виде стружки) и маленьких частей малоуглеродистого прутика или стружки такого же материала;
Состав для соединения легированных сталей. Такая смесь отличается использованием присадки в виде ферротитана, феррованадия и других подобных материалов;
Сварка термит, используемая для сварки чугунных деталей: в качестве присадки, как правило, используется кремний в большом количестве. С помощью данного раствора можно получить очень качественное соединение (при соблюдении правил процессов), это обосновывается выделением графита, как в сварочных, так и в переходных зонах. Такая реакция происходит из-за высокого содержания кремния в металле термита. Главное требование – полное исключение использования марганца;
Состав для соединения высокомарганцовистых сталей: содержание данной смеси достаточно простое. Необходимо вводить ферромарганец (углерод и большое количество марганца), а также стружка чугуна в стехиометрическом соотношении;
Специальные (особые) термиты – используются для всех других нужд (повторного дробления минералов), такие смеси называют пиротехническими.

Рекомендуем! Сварка листов полипропилена своими руками

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.

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.

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.

Технологические особенности

Термитная или порошковая сварка ГОСТ 2601-84 – это вид варочных работ, при которых в качестве источника тепла служат термиты, используется для соединения рельсов, ЭХЗ и т. д. Термит – это порошкообразная смесь из различных металлических материалов, в частности, алюминия и магния и окалины железа.

Существуют такие виды термитной сварки:

Тигельная (алюминиевотермитная);
Муфельная.

Тигельная используется для создания контуров заземления и при соединении электрических кабелей небольшого диаметра. Технология подразумевает использование термитной смеси в соотношении алюминий / железо в пропорциях 23 / 70. При полном сгорании термита выделяется железо, которое и используется для соединения между собой стыков. Сам процесс горения зависит от размера зернистости термитного порошка. При работе с медью или другими соединениями иногда в состав порошка вводят соединения других металлов для увеличения прочности шва.

Алюминиевая применяется при необходимости создать на поверхности определенной конструкции наплавку, для ремонта трамвайных рельсов или при работе с хрупкими материалами. Одним из ключевых достоинств такой технологии является возможность сваривания чугуна бесстыковым методом.

В то же время, тигельная сварка не может использоваться для соединения алюминия, поэтому здесь применяется муфельная. Особенность муфельной работы такова, что при непосредственном контакте высокие температуры плавления термитов способствуют тому, что определенные участки алюминиевых соединений испаряются. Поэтому для создания таких креплений необходимо применять накладки или термитные патроны. Эти патроны значительно облегчают работу с проводами одножильного и многожильного типа. Они представляют собой наконечник, оснащенный металлическим кокилем. Отличие муфельного типа от тигельного в том, что в процессе работы не появляются продукты сварки жидкого типа. Магний под воздействием высоких температур не растекается по соединяемой поверхности, а впитывается в неё, образуя бесшовное соединение.

Для кабелей из алюминия перед выполнением термитной сварки требуется воздействие флюса. Он растворит оксидную пленку, препятствующую свариванию отдельных частей алюминия, но могут вызвать ржавление проводов. Поэтому профессионалы крайне редко используют эту методику. Для соединения такого вида кабелей применяются кокили или присадочные прутики, в которые вставляются концы проводов и нагреваются до нужной температуры.

Сварка термитом, в состав которых входит магний, используется для обработки проводов малого сечения (телефонных, интернет-кабелей), различных электрических соединений и т. д. Для создания термита требуется около 20 % магний или алюминия в смеси и 80 % железа (его окалины). При этом, главным источником кислорода в процессе является окись железа, а тепло выделяется чистым металлом.

Достоинства
:

Простота. Эта технология соединения стыков стали, алюминия, чугуна и других металлов может использоваться даже новичками в сварочном деле. Работы не занимают много времени и проводятся компактным оборудованием, которое удобно хранить дома;
Термиты обеспечивают отличное качество соединений. Стыки прочные и долговечные. При работе с алюминием для уменьшения коррозийных процессов используются флюсы типа ВАМИ;
Доступность. Оборудование для термитной сварки не нуждается в большом количестве электрической энергии.

Но у этого вида сварочных работ есть и определенные недостатки
:

Для осуществления данного типа сварки потребуется вспомогательная и подготовительная обработка металлоконструкций и кабелей;
Процесс сварки невозможно отследить, поэтому работать бесшовной техникой смогут только профессионалы с аттестацией НАКС.

Область применения

Термитом на основе алюминиевой пудры осуществляется наплавка на детали, соединение изделий из чугуна и хрупких сплавов. На железнодорожном транспорте это надёжный, быстрый способ ремонта рельсов. Для его регламентации разработан ГОСТ Р 57181-2016. В машиностроении термитная технология используется при изготовлении гребных винтов для морских судов, коленчатых валов автомобилей и пр. На металлургических и металлообрабатывающих предприятиях этим способом ремонтируют прокатные станы, прессы, роторные валы, разливочные ковши и другое крупногабаритное оборудование. Для сращивания кабелей, используемых в линиях связи и электропередачи, применяется сварка, термит для которой изготавливается из магния.

Термитные карандаши

В продаже можно найти термитные карандаши. Это кусок проволоки состоящей из углеродистой стали, диаметром до 5 мм. На неё наносят термитную смесь перемешанную с клеем. С одной стороны карандаша имеется место для запала. Что-то вроде бертолетового шнура, но нанесенного в виде дорожки на сам карандаш. Карандаш вставляют в держатель ― как для электросварки, ― и поджигают верхнюю часть. Когда огонь доходит до основного состава на другом конце карандаша, происходит запал термита. Сварку необходимо производить с защитным щитком и рукавицами. Этот же карандаш применяется для поджига основной смеси в тигле. Его поджигают и бросают в тигель с термитной смесью.

Кроме карандашей, существуют ещё термитные шашки и патроны. По принципу работы они схожи с термитным карандашом.

Достоинства термитной сварки

крепкое и надежное сварочное соединение с высокой стойкостью к разрушению;
технология сварки отличается простотой и доступностью, что предполагает ее использование как в промышленности, так и в быту;
самый оптимальный вариант сварки при аварийных ситуациях.

Недостатки

высокое поглощение влаги;
смесь из-за способности воспламенятся, считается пожароопасной, что требует бережного отношения и хранения;
попадание влаги на термитную шашку приводит к образованию взрыва;
неспособность контролировать процесс горения термита.

Преимущества изделия

Оно обладает такими достоинствами:

Возможность проводить работы при отсутствии какого-либо энергообеспечения. Его можно брать с собой в долгую дорогу, различные походы, где нет розеток или других источников энергии.
Осуществление ремонта в домашних, полевых и даже экстремальных условиях.
Быстрое восстановление работоспособности поврежденных изделий.
Устойчивость к влиянию температур до 180 градусов.
Качественная герметизация соединений.
Универсальность и небольшие размеры, что позволяет носить изделие в обычной сумке.
Зажигание от обычных спичек.
Приемлемая стоимость.

Технологические особенности

Существуют такие виды термитной сварки:

Тигельная (алюминиевотермитная);
Муфельная.

Фото — работа на рельсах

Фото — принципиальная схема

Фото — шов

Фото — виды термического воздействия

Достоинства:

Простота. Эта технология соединения стыков стали, алюминия, чугуна и других металлов может использоваться даже новичками в сварочном деле. Работы не занимают много времени и проводятся компактным оборудованием, которое удобно хранить дома;
Термиты обеспечивают отличное качество соединений. Стыки прочные и долговечные. При работе с алюминием для уменьшения коррозийных процессов используются флюсы типа ВАМИ;
Доступность. Оборудование для термитной сварки не нуждается в большом количестве электрической энергии.

Фото — термитная смесь Но у этого вида сварочных работ есть и определенные недостатки:

Для осуществления данного типа сварки потребуется вспомогательная и подготовительная обработка металлоконструкций и кабелей;
Процесс сварки невозможно отследить, поэтому работать бесшовной техникой смогут только профессионалы с аттестацией НАКС.

Основные сферы применения термитной сварки

Сварка с использованием термита достаточно широко применяется в различных отраслях строительства и промышленности. Стоит отметить, что в некоторых особых случаях в тех или иных сферах надежное соединение металлических элементов возможно исключительно с помощью указанной сварочной технологии.

Стяжной пресс для рельсового стыка.

В частности, данным способом пользуются в процессе производства сложных крупногабаритных деталей, таких как, например, лопасти гребных валов и рулевые рамы для морских и речных судов, коленчатые валы автомобилей. Сварка с использованием термитов применяется для ремонтно-восстановительных работ на различных частях крупного металлургического и металлообрабатывающего оборудования (элементах прокатных станов, роторных валах, кузнечных прессах, изложницах, шлаковых поддонах, ковшах и т.д.).

Особое значение имеет возможность использовать сварочные работы на базе термитов там, где объективно невозможно применение стыковой сварки. Речь здесь в первую очередь идет о крупногабаритных стержнях, установленных в больших блоках различных гидросооружений.

Термитной сваркой также активно пользуются в случаях, когда необходимо сварить друг с другом стержни металлической арматуры, имеющие большой диаметр. При проведении данной операции обычно используют универсальные огнеупорные материалы, которые одновременно являются и формой, и тиглем.

Очень активно такой вид сварочных работ применяется в транспортной сфере (для производства термитной приварки металлических соединений к железнодорожным рельсам) и в электротехнической отрасли (сварка электрических кабелей и проводов). На этих сферах применения термитной сварки стоит остановиться особо.

Технология термитной сварки

При сгорании порошков в термитной смеси выделяется большое количество энергии. Это расплавляет кромки соединяемых деталей, расплавленный металл смешивается с компонентами смеси, и сварной шов кристаллизуется.

Для активации процесса термической сварки необходимо поджечь приготовленную смесь. Для этого генерируется температурный импульс примерно 1 3 5 0°C. Он создается путем подрыва пиротехнического патрона, электрического разряда или воспламенения специальной проволоки.

В зависимости от компонентов, из которых состоят термиты, температура их горения будет различной. Например, присутствие алюминия и магния позволяет достигать температуры до 2 5 00°C, а хрома — до 3 5 00°C. Это превышает температуру плавления большинства металлов, что значительно расширяет область применения данного процесса сварки. Еще одним преимуществом является то, что после поджигания термит горит даже под водой, поэтому его невозможно случайно потушить.

Рассмотрим пример термитной сварки на алюминиевой основе. Для воспламенения такого пороха необходима минимальная температура 1 3 00 градусов. Под его воздействием металлические структуры испаряются, и на их поверхности образуются микротрещины. Нагретый алюминий способен не только восстановить металл, но и обеспечить плотное и прочное соединение между отдельными частями. Соединяемые детали закрепляются в форме, которая может быть изготовлена из местных инструментов или приобретена в специальном магазине. Детали свариваются, охлаждаются и очищаются от заусенцев с использованием выбранного метода сварки.