Thermit Svejsning: Drift, Opsætning og Varianter

Efter at have læst denne artikel vil du lære om: - 1. Introduktion til termit svejsning 2. Betjeningsprincip for Thermit svejsning 3. Udstyr, opsætning og drift 4. Varianter.

Introduktion til Thermit Svejsning:

Det er en proces, hvor en blanding af aluminiumpulver og et metaloxid, kaldet Thermit, antændes for at fremstille den nødvendige mængde smeltet metal ved en eksoterm, ikke-voldelig reaktion. Det således fremstillede overophedede metal hældes på det ønskede sted, som ved størkning resulterer i en svejsesamling. Det er således en casting-svejseproces.

Denne proces er blevet brugt siden 1895 for tilslutning af skinner på stedet og til reparation og bjærgning af tunge støbeforme. Processen er imidlertid langsomt ude af brug på grund af dens høje omkostninger og på grund af udviklingen af ​​mere effektive, højt mekaniserede og mindre dyre processer som flashstumpesvejsning og elektroslagssvejsning.

Betjeningsprincip for termit svejsning:

Den termokemiske reaktion, der finder sted ved termitens antændelse, er baseret på følgende grundlæggende ligning:

Metaloxid + Al (pulver) → Metal + Aloxid + varme ............. (15.1)

Denne reaktion kan kun startes, hvis blandingen antændes med et specielt tændingspulver eller en tændstang. Antændelsestemperaturen for termitblandingen indeholdende jernoxid er ca. 1200 ° C.

Selvom metaloxidet, der anvendes i termit-svejsning, er der sædvanligvis jernoxid, men oxider af kobber, nikkel, chrom og mangan kan også anvendes til at give følgende reaktioner og de tilsvarende teoretiske temperaturer opnået.

(i) med jern:

(ii) Med kobber:

(iii) Med nikkel:

(iv) Med krom :

(v) Med Mangan :

Den første af disse reaktioner anvendes mest til termit svejsning. En sådan blanding indeholder sædvanligvis 3 vægtdele jernoxid og en del af aluminiumpulver. Når den antændes, frembringer den en teoretisk temperatur på 3090 ° C og er uegnet som aluminium fordamper ved ca. 2500 ° C. Det er derfor vigtigt at reducere denne temperatur til en arbejdsgrænse på ca. 2480 ° C ved tilsætning af ikke-reaktive bestanddele som stålskrot.

Den smeltede metal temperatur må dog ikke sænkes under ca. 2100 ° C, idet Al203 størkner ved ca. 2040 ° C. Legeringselementer, i form af ferrolegeringer, kan tilsættes til termitblandingen for at opnå den ønskede sammensætning af det smeltede metal.

Ved beregning af termitblandings vægt til svejsning betragtes kun vægten af ​​jernoxid og aluminiumpulveret. Tilsætninger til justering af sammensætning og temperatur indgår ikke i beregningen af ​​termitblandingen. Således betegnes 50 kg metaloxid og aluminiumpulverblanding, hvortil 15 kg metaller og legeringer er tilsat, som 50 kg termit.

Thermit-reaktionen er ikke-eksplosiv og er afsluttet på mindre end to minutter, uanset hvilken mængde der er involveret.

Bortset fra den høje renhed af termitmaterialet fremmer tilstedeværelsen af ​​aluminium kraftigt hurtig kerne- ring og lille kornstørrelse; dog er den maksimale mængde aluminium i stål begrænset til ca. 0, 7%

Udstyr, opsætning og drift af termit svejsning:

Den store anvendelse af termit svejsning er til sammenføjning af skinner på stedet og reparationssvejsning af tunge komponenter. Andre anvendelser af processen omfatter svejsning af forstærkningsstænger og sammenføjning af ikke-jernholdige elektriske ledere.

Udstyret og opsætningerne inkluderet her under bue specifikt til disse applikationer:

1. Svejsning af skinner:

Figur 15.1 viser standardopsætningen for sammenføjning af skinner på stedet for at reducere støj på grund af højhastighedstogning af tog. I kulminer er transportbanen ofte svejset for at reducere spild af kul på grund af ujævnt spor. På samme måde svejses kranestænger for at minimere fælles vedligeholdelse og vibrationer af bygninger på grund af passagen af ​​tungt lastede hjul over leddene.

Thermit blandinger er tilgængelige til svejsning af alle typer skinner, hvoraf flertallet er lavet af C-Mn stål, men Cr, Cr-Mo, Cr-V og Si-legeret stålskinner anvendes også. Til standardreaktionen producerer en ladning på 1000 g termit 476 g slagge, 524 g stål og 181500 kalorier af varme.

Det ferricoxid, der opnås som mølleskala, tilsættes til aluminiumpulver og andre bestanddele for at kontrollere reaktionen såvel som den endelige sammensætning af det smeltede materiale.

Sammensætningen af ​​metallet afsat til sammenføjningsskinner er normalt af følgende analyse:

Den nødvendige mængde termit, som sædvanligvis er tilgængelig i kludposer, sættes i diglen, som er fastspændt til en af ​​skinnerne og kan flyttes til den ønskede position ved bevægelse langs en cirkel.

Samlingen, der skal svejses, er indesluttet i en lerform med split design, som er præfabrikeret til svejsning af standardskinnestørrelserne med et rodgab på 20-35 mm. Formen er så indrettet, at dens centrum falder sammen med midten af ​​hulrummet mellem skinneenderne. Forskellige dele af støbeformen er bundet sammen med lertæt, der er tilberedt på stedet.

Formen, der er så forberedt omkring samlingen, har ventilationskanaler, stigerør og porte ifølge den normale støberikspraksis; Derudover er der også en forvarmningsport tilvejebragt, som vist. Forvarmning af skinner er lavet ved hjælp af en specielt designet fakkel, der fungerer enten med petroleum eller benzin i forbindelse med trykluft. Skinnerne bliver normalt forvarmet til en temperatur på 600 til 1000 ° C, som normalt kontrolleres enten fra skinnens farve eller mere præcist ved hjælp af termiske pinde.

Når den ønskede forvarmningstemperatur er nået, fjernes faklen og forvarmningshullet lukkes med en sandplade; den ildfaste linededigel indeholdende termitladningen flyttes til en position over formen.

Afgiften tændes derefter ved hjælp af en opvarmet jernstang eller mere bekvemt ved indlejring af en oplyst brandkrakker (Phuljhari) i termitblandingen. Nogle gange antændes termitblandinger ved at placere en halv teskefuld specialtændingspulver, der hovedsagelig består af bariumperoxid.

Blandingen tændes med en varm bar opnår en temperatur på 1100-1300 ° C, som er tilstrækkelig til at antænde termitblandingen. Intet tændingspulver tilsættes til termit indtil lige før tændingstiden. Ignoreret på denne måde er den eksoterme reaktion ikke voldelig. Uanset størrelsen af ​​ladningen afsluttes reaktionen i 30 sekunder til 2 minutter. På grund af den betydelige forskel mellem det smeltede metals og slaggernes specifikke tyngdekraft skilles de to med slaggen, der flyder på toppen, hvorved det smeltede metal beskyttes mod reaktionerne med atmosfæriske gasser.

Efter at reaktionen er afsluttet, udføres tappen ved hurtigt at løfte tappestiften opad med en flad stålstang. Nogle gange bruges en selvlukkende tætning i bunden af ​​diglen. På den måde smelter det smeltede metal opnået efter tændingen af ​​ladningen forseglingen og hældes ud af bunden af ​​diglen ind i støbeformen til at strømme til spalten mellem skinnerne, der skal forbindes.

Den slagge, der ligger over det smeltede metal i diglen, strømmer først og fremmest ikke til formhulrummet og forbliver således oven på svejsningen, hvor det størkner. Når metallet er størknet, bliver formen åben og kasseret. Det overskydende metal i leddet fjernes ved tilsmudsning ved hjælp af pneumatiske eller håndmejsler, og leddet får den ønskede form, mens den stadig er varm. Svejsningen udglattes, om nødvendigt ved håndslibning.

2. Casting Repairs:

Reparationssvejsning af tunge støbegods er et andet vigtigt anvendelsesområde for termit svejsning. Sådanne anvendelser er ikke-gentagende af natur, derfor kan ikke fremstillede forme normalt anvendes. Således skal støbeformen laves til hver svejsning for at tilpasse sig komponenternes form.

Første væsentlige trin i forberedelsen af ​​en ledning til termit svejsning er at rense det grundigt med en oxy-acetylen flamme efterfulgt af slukning for at adskille de fremmede materialer fra emnet. Et område op til ca. 15 cm på begge sider langs bruddet, der skal svejses, skal rengøres grundigt. Der er et mellemrum mellem de dele, der skal svejses, hvilket beregnes ved det empiriske forhold på (7 A) ^1/3 mm, hvor A er overfladearealet af hver komponent, der skal svejses.

Efter at dele bue er blevet renset og spredt ordentligt, er gul voks forberedt på at lave et mønster for at fylde spalten og give den færdige svejsning nøjagtig form. Opvarmet voks i plastisk tilstand bruges til at gøre dette mønster. En sandform er derefter bygget omkring mønsteret ved at placere en egnet støbekasse for at indeholde støbesanden.

Nødvendige træmønstre er ansat for at tilvejebringe hælde- og helbredende porte og stiger på alle høje punkter på samlingen. Når to stykker af samme størrelse lyser sammen, sættes opvarmningshullet centralt på voksmønsteret. Men når ulige dele skal forbindes med opvarmningsporten rettet mod den større sektion for så vidt muligt at tilvejebringe ensartet opvarmning af de to dele.

En hul sektion er tilvejebragt på toppen af ​​formen for at opsamle slaggen. Der skal udvises forsigtighed for at ramme sandbrønden for at tilvejebringe høj kontakt mellem støbesand og voks. Støbesandet, der anvendes til fremstilling af støbeformen, skal have høj refraktoritet, høj permeabilitet, tilstrækkelig forskydningsstyrke og bør være fri for lavt smeltepunkt lerbestanddele.

Forvarmning sker ved hjælp af en specielt designet fakkel, der kan placeres i den ønskede position bekvemt gennem varmeporten. Formålet med opvarmning i begyndelsen er at smelte voksmønstret, hvorfor varmen påføres gradvist. Når voksen er fløjet ud af formen, øges varmen gradvist for at forvarme ansigterne, der skal svejses, og tørre formen fuldstændigt for at undgå porøsitet. Forvarmning fortsættes, indtil de dele, der skal svejses opvarmes til en temperatur på 815 til 980 ° C.

Når forvarmningen er færdig, fjernes fakklen og varmeporten blokeres med en stålstang støttet med støbesand.

Termitblandingen anbragt i ildfast kegleformet smeltedigel antændes som beskrevet i skinnesvejsningssektionen. Kuller af lavt kulstofstål sættes nogle gange i ladningen for at øge mængden af ​​smeltet metal produceret.

Den mængde termitblanding, der kræves til en ledd, kan beregnes ved anvendelse af følgende forhold:

Q = M / 0, 5 + 0, 01 S .......... (15.2)

Hvor:

Q = mængde af termit krævet, kg,

M = smeltet metal, der kræves for at fylde ledgabet plus 10% tab, kg,

S = procent af stålstansninger, der skal medtages i afgiften.

Ca. 25 kg termit er påkrævet for hver kg voks i mønsteret.

Thermit-blandingen kan konstrueres til at producere specifikke svejsemetalaflejringer.

Den normale analyse af termit anvendt til svejsning af mildt stål og mellemstål carbon stål er:

C = 0, 20-0, 30%

Mn = 0, 5 -0, 60%

Si = 0, 2-0, 50%

Al = 0, 07-0, 18%

Fe = Rest

Thermit kan også være designet til slidstærkt stål og til svejsning af kulstål. De mekaniske egenskaber ved den normalt anvendte termitbue er omtrent det samme som i mildt stål. Til svejsning af støbejern kan termit gøres passende ved at tilsætte ferrosilicium til det.

Termitblandingen kan antændes ved en af ​​de to tidligere beskrevne metoder i jernbane svejsesektionen, f.eks. Ved anvendelse af udgangspulver, som kan antændes af en matchstang, gaslighter eller en varm jernstang eller alternativt ved anvendelse af en brand krakker.

Det smeltede metal tappes, efter at reaktionen sænker, ved at slå tappestiften med et skarpt opadgående slag. Det smeltede metal strømmer ind i formen for at fylde leddet.

Formen kasseres sædvanligvis ved at bryde den, og svejsningen er klædt ved at fjerne portene og stigerørene ved hjælp af oxy-acetylen-skærbrænder efterfulgt af bearbejdning eller slibning. Hvor muligt er hele svejsningen annealed for at aflaste den.

Thermit svejsning anvendes hovedsagelig ved reparation af store komponenter, for eksempel rorrammer, propelleraksler, stålvalsedrev, aksler og stivere. Den bruges også til reparation af gødningsstøbeforme ved at skære bunden af ​​formen og fuldstændig genopbygge den af ​​termit metal.

3. Svejseforstærkningstænger:

Til svejsning af forstærkningsbjælker er en form i to halvdele, der er fremstillet på forhånd ved hjælp af skalstøbning eller CO ₂ -proces, anbragt for at omslutte enderne af stængerne, der skal svejses som vist i figur 15.2. Skimmelsen skaleres derefter med asbest og sand for at undgå lækage af smeltet metal.

Tapphullet i smeltediglen er dækket med en vandret lukkeskive, inden den oplades med termitblanding. Efter at reaktionen er afsluttet, smelter stålet gennem lukkeskiven for at fylde mellemrummet mellem stængerne. Forstærkningsstænger kan svejses i enhver position ved denne proces, og opsætningen til svejsning af sådanne stænger i vandret konfiguration er vist i figur 15.3.

4. Svejsning Elektriske ledere :

Aluminotherm svejsning anvendes til sammenføjning af kobberledere eller ledninger af kabler ved brug af en opsætning vist i figur 15.4. (en). Blandingen ved antænding giver ca. 98% rent kobber ved reaktionerne givet ved ligninger (15.5) og (15.6).

Reaktionen fuldendes i løbet af 1 til 5 sekunder, og den således fremstillede smeltede kobber overophedes med slagge over den. Sammensætningen af ​​det smeltede metal kan ændres for at passe de metaller, der skal sammenføjes, ved at gøre passende tilsætning i form af pulver eller sluger til termitblandingen. Den færdige svejsning er vist i figur 15.4. (B).

Ud over at tilslutte elektriske ledere kan denne proces bruges til at forbinde kobberledere til stålskinner for at tilvejebringe jordforbindelser. Til en sådan ansøgning dæmpes en grafitform til skinnen ved den ønskede sektion. Formen kan genbruges efter færdiggørelsen af ​​jobbet ved at fjerne slaggen fra den.

Varianter af termit svejseproces :

Udover de anvendte applikationer er termit svejsning også brugt til montering af dele af store størrelser, skibsbygning, fremstilling af store krumtapaksler og propelleraksler ved brug af termitladning på op til 3000 kg. På trods af en række konkrete fordele er processen langsomt ude af brug og udskiftes hovedsageligt ved flashstumpesvejsning til sammenføjning af skinner og Electroslag-svejsning til tung konstruktion.

Den eneste variant af den normale termit svejsning er, hvad der hedder tryk termit svejsning.

Tryktermit svejsning:

Ved denne proces anvendes kun den varme, der frembringes ved termitreaktionen, til at opvarme enderne af komponenterne, som skal sammenføjes ved fastfasesvejsning; ingen af ​​de resterende produkter af reaktionen skal sættes i ledgrænsefladen. Procesproceduren er derfor planlagt at holde reaktionsprodukterne fri for emnet uden for meget tab af termisk effektivitet.

I denne proces er to ensartede længder af materiale med lige store områder ved den fælles grænseflade justeret aksialt; deres ender opvarmes til den ønskede temperatur ved hjælp af termitreaktionsprodukterne og presses derefter sammen under styret tryk for at danne en fastfaset stødsvejsning. Figur 15.5 viser, at rør er tryksvejset ved at omslutte forbindelsen med en permanent form, således at det overophedede stål og slaggen kan strømme i kontakt omkring røret for at tjene som kilde til svejsning af varme.

En passende konstrueret klemmekanisme anvendes til at tvinge rørenderne sammen efter opvarmning for at opnå svejsningen. Denne opstilling af opvarmning er imidlertid kun egnet til emner med små tværsnitsarealer. Ansigterne på større ledd kan adskilles en lille afstand fra hinanden med en aftagelig form, der holdes omkring dem.

Rummet mellem ansigterne og resten af ​​formen er fyldt med termit og reaktionen initieret. Reaktionsprodukterne får lov at forblive i position, indtil tilstrækkelig varme overføres til de sider, der skal forbindes. Formen og reaktionsprodukterne bue fjernes derefter, og de to flader presses sammen for at opnå en faststofsvejsning.

Ingen af ​​disse metoder kan producere konsekvent ensartede kvalitetssvejsninger og anvendes derfor sjældent; ikke engang for meget svejsbart materiale som mildt stål. Også omkostningerne ved tryktermit svejsning er uoverkommelig, og det undgås derfor normalt.