Термитная сварка с давлением

Термитной сваркой называется процесс получения неразъемного соединения деталей, при котором для нагрева металла применяется термит. Термит представляет собой механическую смесь, состоящую из 78% (по весу) порошка железной окалины (окись железа) и 22% порошка чистого алюминия. При сгорании термита развивается температура около 3000°С, в результате получается расплавленное железо и жидкий шлак (окись алюминия), которыми заливают свариваемые концы. Сжигание термита производится в огнеупорном тигле.

Р Р(прикладываемое

давление)

Рис1 . Термитная сварка давлением:

1 — форма; 2 — тигель; 3 — термитный металл; 4—свариваемые детали.

Схема процесса термитной сварки:

3Fe₃O₄ + 8AI = 4AL₂O₃ + 9Fe +Q

Fe₂O₃ + 2AI + AI₂O₃ + 2Fe +Q

Различают термитную сварку давлением и термитную сварку плавлением. При термитной сварке с давлением жидкий металл и шлак выливаются из тигля в форму, в которой установлены концы свариваемых деталей. Нагретые до пластического состояния стержни сжимаются специальным прессом и свариваются.

Термитная сварка нашла применение при сварке трамвайных рельсов, при ремонте и изготовлении некоторых судовых деталей и т. д.

Источником теплоты при термитной сварке являются порошкообразные смеси металлов с окислами других металлов. При сгорании таких порошкообразных смесей происходит обменная реакция по кислороду с выделением значительного кол-ва теплоты. При этом металл, входящий в смесь, окисляется, а из окисла восстанавливается в чистом виде другой металл. Таким образом, источником кислорода в термите является окисел, а источником теплоты – горючим – металл, входящий в смесь в чистом виде.

Газопрессовая сварка.

Источником нагрева при газовой сварке служит пламя, образуемое сжиганием горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. Газовая сварка осуществляется как с применением присадочной проволоки, так и без нее, если формирование шва возможно за счет расплавления кромок основного металла (сварка в торец, с отбортовкой).

При газопрессовой сварке кромки металла, подлежащие сварке, нагреваются до расплавления теплом экзотермической реакции, протекающей в пламени газовой горелки между горючим газом (в большинстве случаев, ацетиленом) и технически чистым кислородом, с последующим приложением давления. В результате чего процесс сварки происходит более интенсивно, а значит, свариваемый металл подвергается меньшему короблению и тепловому расширению, вследствие нагрева.

К недостаткам данного способа сварки следует отнести плохую мобильность (применяется в среднесерийном производстве для наименее ответственных соединений).

Материалы, применяемые при газопрессовой сварке.

Кислород

Кислород при атмосферном давлении и обычной температуре - газ без цвета и запаха, несколько тяжелее воздуха. При атмосферном давлении и температуре 20º масса 1м³ кислорода равна 1,33 кг. Сгорание горючих газов и паров горючих жидкостей в чистом кислороде происходит очень энергично с большой скоростью, а в зоне горения возникает высокая температура. При взаимодействии сжатого газообразного кислорода с маслом или жирами последние могут самовоспламеняться, что может быть причиной пожара. Поэтому при обращении с кислородными баллонами и аппаратурой необходимо тщательно следить за тем, чтобы на них не падали даже незначительные следы масла и жиров. Технический кислород добывают из атмосферного воздуха, подвергают обработке в воздухоразделительных установках, где он очищается от углекислоты и осушается от влаги. Жидкий кислород хранят и перевозят в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией. Для сварки выпускают технический кислород трех сортов: высшего, чистотой не ниже 99.5%, 1-ого сорта чистотой 99.2%, 2-ого сорта чистотой 98.5% по объему. Остаток 0.5-0.1% составляет азот и аргон

Ацетилен

В качестве горючего газа для газопрессовой и газовой сварки широкое распространение получил ацетилен. При нормальной температуре и давлении ацетилен находится в газообразном состоянии. Ацетилен - бесцветный газ. В нем присутствуют примеси сероводорода и аммиак. Ацетилен - взрывоопасный газ. Чистый ацетилен способен взрываться при избыточном давлении свыше 1.5 кгс/см², при быстром нагревании до 450-500С. Смесь ацетилена с воздухом взрывается при атмосферном давлении, если в смеси содержится от 2,2 до 93% ацетилена по объему. Ацетилен для промышленных целей получают разложением жидких горючих действием электродугового разряда, а так же разложением карбида кальция водой.

Газы - заменители ацетилена

Ацетилен – далеко не единственный газ, применяемый при газопрессовой сварке металлов. Вместо него могут применяться другие горючие газы или пары жидкостей. Для эффективного нагрева и расплавления металла при сварке необходимо чтобы температура пламени примерно в два раза превышала температуру плавления свариваемого металла. Для сгорания различных горючих газов требуется различное количество кислорода, подаваемого в горелку. В таблице №2 приведены основные характеристики горючих газов для сварки. Вследствие более низкой температуры пламени этих газов применение их ограничено некоторыми процессами нагрева и плавления металлов. При сварке стали с пропаном или метаном приходится применять сварочную проволоку с повышенным содержанием кремния и марганца, используемых в качестве раскислителей, а при сварке чугуна и цветных металлов использовать флюсы. Газы – заменители с низкой теплопроводной способностью неэкономично транспортировать в баллонах. Это ограничивает их применение для газопламенной обработки.

Горючие газы	Температура пламени при сгорании в кислороде	Коэффициент замены ацетилена
Ацетилен	3150	1,05
Водород	2400-2600	5,2
Метан	2400-2500	1,6
Пропан	2700-2800	0,6
Пары керосина	2400-2450	1-1,3

Таблица №2: Горючие газы для сварки и резки.

Сварочное пламя.

Строение пламени при горении ацетилена в смеси с кислородом характеризуется наличием трёх зон: ядра (1), средней зоны (2) и факела (3). Наивысшая температура (2730-2230 ⁰С) имеет место в районе второй зоны. Поэтому при сварке горелку располагают так, чтобы ядро пламени касалось поверхности сварочной ванны.

Внешний, вид температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл зависят от состава горючей смеси, т.е. соотношение в ней кислорода и ацетилена. Изменяя состав горючей смеси, сварщик изменяет свойства сварочного пламени. Изменяя соотношение кислорода и ацетилена в смеси, можно получать три основных вида сварочного пламени, рис. 2.

Рис 2. Виды ацетиленокислородного пламени

а – науглероживающее, б-нормальное, в – окислительное;

1 – ядро, 2- восстановительная зона, 3 - факел

Для сварки большинства металлов применяют нормальное (восстановительное) пламя (рис. 2, б).

Окислительное пламя (рис. 2, в) применяют при сварке с целью повышения производительности процесса, но при этом обязательно пользоваться проволокой, содержащей повышенное количество марганца и кремния в качестве раскислителей, оно также необходимо при сварке латуни и пайке твердым припоем.

Пламя с избытком ацетилена применяют при наплавке твердыми сплавами. Пламя с незначительным избытком ацетилена используют для сварки алюминиевых и магниевых сплавов.

Качество наплавленного металла и прочности сварного шва сильно зависят от состава сварочного пламени.