Термитная сварка

Термитная сварка. Применение в промышленности и быту. Термитный карандаш

Термитная реакция (от древнегреческого therm – тепло) – процесс сгорания термита, состоящего из смеси алюминиевого (или магниевого) порошка с различными окисленными металлами (чаще всего это железо).

Реакция протекает с интенсивным выделением тепла. Температура горения термита составляет более 2300 градусов Цельсия и в результате его сгорания образуется металл и алюминиевый шлак. Если углубиться в историю открытия процесса, то впервые реакция была получена русским исследователем Н.Н. Бекетовым. Ученый практическое использование термита видел главным образом в получении сталей. Однако, популярной термитная реакция стала спустя почти полвека благодаря работам немецкого химика Ганса Гольдшмидта (буквально «золотых дел мастер»), который предложил использовать ее для сварки железнодорожных рельс. Гольдшмидтом была разработана технология сварки, начерчены чертежи тигля, в котором происходит сгорание высокотемпературной смеси.

Применение термитной сварки давала возможность получить прочный и надежный сварной шов без технологических непроваров, а эффективность метода позволила внедрить его в промышленных масштабах.

Сварка посредством алюминотермитной реакции применяется и сегодня в деле строительства железнодорожных полотен. Термитная сварка – простой и эффективный способ получения сплошных сварных соединений при минимальных затратах. Она также может быть использована для сварки арматурных стержней в строительстве, проводов линий электропередачи (ЛЭП), при ремонте и восстановлении крупногабаритных деталей из стали и чугуна. Наплавкой металла практикуют ремонт изношенных частей деталей. Например, так можно «нарастить» изношенный или сколовшийся зуб шестерни.

Термитную реакцию записывают следующей формулой:

Fe2O3 + 2Al =>Al2O3 +2Fe + 760 кДж, где

Fe2O3 – трехвалентный оксид железа ( визуально выглядит как обыкновенная ржавчина);
2Al – пудра из алюминия;
Al2O3 – шлаковый состав;
Fe – чистое железо.

Реакция протекает очень бурно и длится 15-30 с. Из одного килограмма термита получают 0,55 кг металла и 0,45 кг шлака. Для сварочных работ термитную смесь готовят преимущественно в следующих пропорциях:1/4 -порошкообразный Al и ¾ — железный окисел. Термит дополнительно легируют для получения сварного соединения с заданными мех. свойствами и наполняют стальными обрезками для увеличения количественного выхода расплавленных продуктов реакции.

Для формирования жидкого металла используются формы, состоящие из двух разъемных половин. Сварка производится литейным металлом, который оплавляет кромки деталей и заполняет зазор между ними. Величина зазора 10-15 мм.

Существует два способа сварки: первый позволяет экономить расход термита, второй – увеличить скорость работ.

В первом случае соединение , на которое предварительно установлена форма, подогревают горелкой, которая подводится через верхнюю ее часть, до Т- (850 -900) градусов Цельсия. По достижению температуры расплавленный состав выдерживается 5-6 с и спускается в форму.

Второй случай не предполагает применение предварительного нагрева (благодаря чему и экономия времени 15-20 мин.) свариваемого изделия газопламенной горелкой. Металл сварного соединения прогревается самим термитом, который сжигается в увеличенном количестве (в литейном производстве также используется подобный прием, когда кокиль нагревается самим металлом, например, при алюминиевом гравитационном литье). Здесь же сварное соединение формируется благодаря литью перегретого металла. Тигельная часть отделена от заливаемого объема металлической заслонкой. Толщина заслонки рассчитывается так, чтобы она расплавилась до окончания процесса.

Детали не должны содержать влаги. Вода спровоцирует выплеск металла. Операторы термитной сварки должны быть ознакомлены с правилами техники безопасности. Они должны использовать СИЗ: стойкие к высокой температуре прозрачные очки, специальную обувь, одежду, обработанную огнеупорным составом (читайте статью «СИЗ сварщика»).

Процесс

Для проведения термитной сварки требуется специальное оборудование. Это:

  1. Тигель, оборудованный сливом;
  2. Термитный карандаш. Очень удобное приспособление для выполнения работ дома. Его не нужно подогревать, обжигать или переплавлять. После включения в сеть устройство уже готово к работе;
  3. Приспособления для поддержки и зажима свариваемых конструкций;
  4. Резак, пила по металлу, горелка для инвертора, термометр;
  5. Прочие дополнительные инструменты (абразивный круг, металлическая щетка).

Рассмотрим пример, как проводится сварка термитами на алюминиевой основе. Для воспламенения такого порошка необходима минимальная температура 1300 градусов. Под её воздействием металлические конструкции испаряются, на их поверхности образуются микротрещины. Нагретый алюминий способен не только восстановить металл, но и обеспечить плотное и долговечное соединение отдельных частей. Соединяемые части фиксируются в форме, которую можно сделать из подручных средств или купить в специальном магазине. Обрабатываются детали выбранным видом сварки, остужаются и зачищаются.

Фото — термитный порошок

Термитная сварка для рельсов, кабелей и т. д. бывает следующих типов:

  1. С промежуточным литьем;
  2. Впритык;
  3. Комбинированная;
  4. Дуплекс.

Во время промежуточного литья термитный порошок под воздействием высоких температур становится жидким металлом. Смесь, выработанная плавлением имеет такие же характеристики, как и её твердая (порошковая) форма. Во время этого соединяемые части отдельной металлоконструкции фиксируются в специальной форме. Термит заливается в неё, благодаря чему происходит оплавление и соединение металлических частей. Нужно отметить, что схема дуплекса очень похожа на промежуточное литье. Процесс идентичен за исключением того, что после заливки термита в форму и его застывания, полученный стык дополнительно прессуется.

Фото — сварочный процесс

Сварка термитами стыков впритык используется для соединения различных пластин, катодных и дренажных выводов, и других подобных элементов. Перед началом работ части конструкции обжигаются в печи, при этом, термит обжигается в другом тигле. После металлоконструкции обжимаются прессом и свариваются обожженным термитным порошком. Методика подразумевает тщательную обработку кромок и торцов пластин, поэтому она редко используется в домашних условиях.

Для сварки рельс, стрелочных механизмов и т. д. используется комбинированная техника. Здесь сочетается сварка впритык и под литьем. Перед началом работ рельсы обрезаются для создания острых кромок. Между отдельными частями рельсов устанавливается стальная пластина, которая вжимается в них при помощи мощного пресса. Соответственно, на этом месте образуется небольшой зазор, в который под давлением заливается жидкий термит. После его застывания шов дополнительно обрабатывается и сваривается.

Фото — форма для рельсов

Видео: как провести термитную сварку
https://www.youtube.com/watch?v=VMUOrfl-JcY

Боевое применение термита

З Различное зажигательное оружие широко применяется с глубокой древности. Первое использование термитных смесей для получения металлов относится еще к концу 19-го века. Металлотермические процессы стали возможными благодаря крупномасштабному производству алюминия и других активных металлов электрохимическими методами.

Первые боеприпасы с термитными смесями использовались в начале первой мировой войны. Это были ручные зажигательные гранаты и артиллерийские снаряды с термитной начинкой. Первые артиллерийские снаряды были унитарные, то есть, термит воспламенялся и сгорал прямо в снаряде, что приводило к превращению последнего в лужу кипящего металла и раскаленных шлаков. Чуть позже появились артиллерийские снаряды с рассеивающимся на цель содержимым. Они работали как обычная шрапнель, но, вместо стальных шариков заряжались шарообразными или сегментными элементами, прессованными изтермита. В каждом элементе с поверхности или в торце помещалась запальная шашка, которая воспламенялась от пороховых газов вышибного заряда. Горящие кусочки термита летели в цель по наклонной конической траектории и вызывали множественные очаги горения.

Читайте также  Мм в мкм

Наиболее легендарным зажигательным боеприпасом, построенным по этому принципу стал реактивный снаряд М-13 для установки БМ-13-16 «Катюша”. Боевая часть ракеты содержала 36 зажигательных сегментов, общей массой 4,2 кг. Стоит напомнить, что реактивная система залпового огня (РСЗО) изначально разрабатывалась для использования снарядов с химической (ОВ) и зажигательной боевыми частями. Другое дело, что химическая не использовалась по политическим и тактическим соображениям, а зажигательная оказалась далеко не всегда эффективной. Поэтому, основным снарядом БМ-13 стали ОФС с классическим тротилом.

Первое применение БМ-13 произошло 14 июля 1941 года в Белоруссии, недалеко от ЖД станции Орша. Зажигательные снаряды показали хорошую эффективность, так как, их целями было скопление легкой техники и ЖД составов с топливом и боеприпасами. Сконцентрированное вокруг ЖД станции большое количество личного состава немецкой армии дополнили список трофеев первой атаки «Катюш”. С тех пор повелось вводить в комплект РСЗО зажигательные снаряды с рассеивающимися боевыми частями. Например, знаменитый БМ-24 «Град” содержит в таком снаряде около 200 зажигательных элементов диаметром около дюйма, общей массой почти в пуд.

Ствольная артиллерия постепенно отказалась от зажигательных снарядов с термитом, перейдя на белый фосфор и кассетные боеприпасы. Впрочем, малокалиберные зажигательные снаряды, содержащие изрядное количество композиций на основе термита использовались немцами для снаряжения боевых частей своих 20-мм ракет для ПЗРК. А, американцы широко использовали 20-мм зажигательные снаряды для авиационных пушек во Вьетнаме. Эти снаряды до сих пор состоят на вооружении армии США и показали неплохую эффективность при обстреле колонн не бронированной и легко бронированной техники, а так же, скоплений деревянных строений или лесных массивов.

Боевые сорта термита содержат кроме алюминиевой стружки (пудры) и железной окалины добавки, облегчающие воспламенение и увеличивающие объем пламени. Например, боевой термит ТН3, разработанный в США еще до ВМВ, содержит: 45% окалины, 20% алюминия, 10% бакелита и 25% нитрата бария. Нитрат бария увеличивает пламя и дает дополнительный кислород в зону горения. Бакелит (древесная мука и фенолоформальдегидная смола) служит для связки компонентов и увеличивает пламя. Кроме того, полимерная смола повышает влагостойкость состава.

Кроме этих компонентов, в состав боевых сортов термитных смесей вводят серу, бор, алюминиево-магниевый сплав, перхлорат калия, нитрат натрия, перекись свинца, ПВХ и другие добавки. Температура вспышки большинства таких составов находится в переделах 1000-1300 о С. Температура горения составляет 2000-3500 о С, что позволяет оплавлять бетон, разрушать камень, прожигать и плавить стали. Плотность классической термитной смеси составляет в прессованном виде около 3,2 гр./см 3 , что позволяет добиться высокой плотности заряжания.

Наличие в термитах селитр и других кислород содержащих компонентовприводит к некоторому вскипанию расплава на поверхности горящей шашки. Это не только создает объемное пламя, но и вызывает активное образование искр, которые разлетаются на несколько метров от горящего элемента. При этом, железо искр сгорает ослепительно ярким пламенем. А сами искры обладают достаточно высоким поражающим действием на живую силу и легковоспламеняющиеся материалы.

Для повышения эффективности боеприпасов, снаряженных термитными смесями, их корпуса изготавливают из сплава «электрон”. Этот сплав знаменит своей низкой плотностью (всего около 1,9 гр. на см 3 ), что обуславливает его широкое применение в авиастроении. Сплав содержит: магний около 88%, алюминий около 11%, и около 0,2% марганца, который повышает коррозионную стойкость. Данный сплав обладает значительно лучшей технологичностью и несколько более низкой стоимостью, чем чистый магний. При этом, воспламеняется почти также легко и интенсивно сгорает. Впервые «электрон” использовали в производстве боеприпасов во второй половине ВМВ для изготовления корпусов 0,8-1,5 кг. авиабомб, которыми снаряжали кассеты. Сгорал не только термит, но и оболочка из электрона.

Знаменитые трассирующие составы для пуль и снарядов, а так же, начинка малокалиберных БЗТ (бронебойно-зажигательных трассирующих) боеприпасов, составлена на основе термитных смесей.

Широчайшее применение нашел термит в годы первой и второй мировых воин, для изготовления диверсионных боеприпасов. Небольшие зажигательные заряды, замаскированные под гаечный ключ, молоток или портсигар стали серьезной головной болью контрразведок всех стран мира в ходе мировых воин. Только самолетов в Германии в ВМВ было повреждено или уничтожено более сотни, в результате использования диверсантами таких приспособлений. В SAS даже практиковалось комбинирование ОФ действия диверсионных боеприпасов с зажигательным эффектом термитных шаров (знаменитая «бомба Льюиса”). Такой заряд, представляющий собой симтекс, смешанный с термитными шарами и «карандаш времени” в качестве запала, показали высочайшую эффективность при использовании против складов боеприпасов, военных ЖД эшелонов и аэродромов.

Сегодня термит находит почти исключительно мирное применение, большей частью, благодаря разработке более эффективных зажигательных составов на основе пирогелей, белого фосфора и термобарических смесей.

Процитировано 1 раз
Понравилось: 1 пользователю

Зажигательные смеси на основе термита представляют собой смесь алюминиевого порошка (пудры) и оксида железа. У этих составов очень высокая температура горения +2000° — +3500 °C. Они способны гореть без присутствия кислорода, их невозможно потушить водой. Некоторые виды термитов горят почти без пламени, некоторые с приличным форсом (силой или количеством) огня. Термит обладает чрезвычайно сильным прожигающим действием. Расплавленный термит легко прожигает листы дюраля, стали и железа. При такой температуре растрескивается бетон и кирпич, плавится стекло, горит сталь. Термит образует высокотемпературный шлак, усиливающий его прожигающую способность. Термитом можно вызвать пожар на любом объекте, даже если там нет легковоспламеняющихся материалов. Его практически невозможно потушить.

Зажигательные смеси на основе термита представляют собой смесь алюминиевого порошка (пудры) и оксида железа. У этих составов очень высокая температура горения 2000°. 3500 °C. Они способны гореть без присутствия кислорода, их невозможно потушить водой. Некоторые виды термитов горят почти без пламени, некоторые с приличным форсом (силой или количеством) огня. Термит обладает чрезвычайно сильным прожигающим действием. Расплавленный термит легко прожигает листы дюраля, стали и железа. При такой температуре растрескивается бетон и кирпич, плавится стекло, горит сталь. Термит образует высокотемпературный шлак, усиливающий его прожигающую способность. Термитом можно вызвать пожар на любом объекте, даже если там нет легковоспламеняющихся материалов. Его практически невозможно потушить.

Процесс

Для проведения термитной сварки требуется специальное оборудование. Это:

  1. Тигель, оборудованный сливом;
  2. Термитный карандаш. Очень удобное приспособление для выполнения работ дома. Его не нужно подогревать, обжигать или переплавлять. После включения в сеть устройство уже готово к работе;
  3. Приспособления для поддержки и зажима свариваемых конструкций;
  4. Резак, пила по металлу, горелка для инвертора, термометр;
  5. Прочие дополнительные инструменты (абразивный круг, металлическая щетка).

Рассмотрим пример, как проводится сварка термитами на алюминиевой основе. Для воспламенения такого порошка необходима минимальная температура 1300 градусов. Под её воздействием металлические конструкции испаряются, на их поверхности образуются микротрещины. Нагретый алюминий способен не только восстановить металл, но и обеспечить плотное и долговечное соединение отдельных частей. Соединяемые части фиксируются в форме, которую можно сделать из подручных средств или купить в специальном магазине. Обрабатываются детали выбранным видом сварки, остужаются и зачищаются.

Читайте также  Натуральный каучук формула

Фото — термитный порошок

Термитная сварка для рельсов, кабелей и т. д. бывает следующих типов:

  1. С промежуточным литьем;
  2. Впритык;
  3. Комбинированная;
  4. Дуплекс.

Во время промежуточного литья термитный порошок под воздействием высоких температур становится жидким металлом. Смесь, выработанная плавлением имеет такие же характеристики, как и её твердая (порошковая) форма. Во время этого соединяемые части отдельной металлоконструкции фиксируются в специальной форме. Термит заливается в неё, благодаря чему происходит оплавление и соединение металлических частей. Нужно отметить, что схема дуплекса очень похожа на промежуточное литье. Процесс идентичен за исключением того, что после заливки термита в форму и его застывания, полученный стык дополнительно прессуется.

Фото — сварочный процесс

Сварка термитами стыков впритык используется для соединения различных пластин, катодных и дренажных выводов, и других подобных элементов. Перед началом работ части конструкции обжигаются в печи, при этом, термит обжигается в другом тигле. После металлоконструкции обжимаются прессом и свариваются обожженным термитным порошком. Методика подразумевает тщательную обработку кромок и торцов пластин, поэтому она редко используется в домашних условиях.

Для сварки рельс, стрелочных механизмов и т. д. используется комбинированная техника. Здесь сочетается сварка впритык и под литьем. Перед началом работ рельсы обрезаются для создания острых кромок. Между отдельными частями рельсов устанавливается стальная пластина, которая вжимается в них при помощи мощного пресса. Соответственно, на этом месте образуется небольшой зазор, в который под давлением заливается жидкий термит. После его застывания шов дополнительно обрабатывается и сваривается.

Фото — форма для рельсов

Видео: как провести термитную сварку
https://www.youtube.com/watch?v=VMUOrfl-JcY

Зажигательные смеси на основе термита представляют собой смесь алюминиевого порошка (пудры) и оксида железа. У этих составов очень высокая температура горения +2000° — +3500 °C. Они способны гореть без присутствия кислорода, их невозможно потушить водой. Некоторые виды термитов горят почти без пламени, некоторые с приличным форсом (силой или количеством) огня. Термит обладает чрезвычайно сильным прожигающим действием. Расплавленный термит легко прожигает листы дюраля, стали и железа. При такой температуре растрескивается бетон и кирпич, плавится стекло, горит сталь. Термит образует высокотемпературный шлак, усиливающий его прожигающую способность. Термитом можно вызвать пожар на любом объекте, даже если там нет легковоспламеняющихся материалов. Его практически невозможно потушить.

Зажигательные смеси на основе термита представляют собой смесь алюминиевого порошка (пудры) и оксида железа. У этих составов очень высокая температура горения +2000° — +3500 °C. Они способны гореть без присутствия кислорода, их невозможно потушить водой. Некоторые виды термитов горят почти без пламени, некоторые с приличным форсом (силой или количеством) огня. Термит обладает чрезвычайно сильным прожигающим действием. Расплавленный термит легко прожигает листы дюраля, стали и железа. При такой температуре растрескивается бетон и кирпич, плавится стекло, горит сталь. Термит образует высокотемпературный шлак, усиливающий его прожигающую способность. Термитом можно вызвать пожар на любом объекте, даже если там нет легковоспламеняющихся материалов. Его практически невозможно потушить.

Зажигательные смеси на основе термита представляют собой смесь алюминиевого порошка (пудры) и оксида железа. У этих составов очень высокая температура горения +2000° — +3500 °C. Они способны гореть без присутствия кислорода, их невозможно потушить водой. Некоторые виды термитов горят почти без пламени, некоторые с приличным форсом (силой или количеством) огня. Термит обладает чрезвычайно сильным прожигающим действием. Расплавленный термит легко прожигает листы дюраля, стали и железа. При такой температуре растрескивается бетон и кирпич, плавится стекло, горит сталь. Термит образует высокотемпературный шлак, усиливающий его прожигающую способность. Термитом можно вызвать пожар на любом объекте, даже если там нет легковоспламеняющихся материалов. Его практически невозможно потушить.