Thermit Sveising: Drift, Oppsett og Varianter

Etter å ha lest denne artikkelen vil du lære om: - 1. Introduksjon til Thermit Welding 2. Funksjonsprinsipp for Thermit Welding 3. Utstyr, oppsett og drift 4. Varianter.

Introduksjon til Thermit Sveising:

Det er en prosess der en blanding av aluminiumpulver og et metalloksyd, kalt Thermit, antennes for å produsere den nødvendige mengden smeltet metall ved en eksoterm, ikke-voldelig reaksjon. Det overhettede metallet som fremstilles på denne måte, helles på det ønskede sted, som ved størkning resulterer i en sveiseledd. Det er således en støping med sveiseprosess.

Denne prosessen har blitt brukt siden 1895 for å bli med på skinner på stedet og for reparasjon og berging av tunge støpegods. Prosessen blir imidlertid sakte ute av bruk på grunn av høye kostnader og på grunn av utviklingen av mer effektive, svært mekaniserte og mindre kostbare prosesser som blitsstudsveising og elektroslagssveising.

Betjeningsprinsipp for termit sveising:

Den termokjemiske reaksjonen som finner sted ved tenningen av termit er basert på følgende grunnleggende ligning:

Metalloksyd + Al (pulver) → Metal + Aloksid + varme ............. (15.1)

Denne reaksjonen kan bare startes hvis blandingen antennes med et spesielt tennpulver eller en tennestang. Antennelsestemperaturen for termitblandingen som inneholder jernoksid er ca. 1200 ° C.

Selv om metalloksydet som brukes i termit sveising, er vanligvis jernoksid, men oksider av kobber, nikkel, krom og mangan kan også benyttes for å gi følgende reaksjoner og de tilsvarende teoretiske temperaturer oppnådd.

(i) Med jern:

(ii) Med kobber:

(iii) Med nikkel:

(iv) Med krom :

(v) Med Mangan :

Den første av disse reaksjonene er mest brukt for termit sveising. En slik blanding inneholder vanligvis 3 vektdeler jernoksid og en del av aluminiumpulver. Når den antennes, produserer den en teoretisk temperatur på 3090 ° C og er uegnet når aluminium fordampes ved ca. 2500 ° C. Det er derfor viktig å redusere denne temperaturen til en arbeidsgrense på ca. 2480 ° C ved tilsetning av ikke-reagerende bestanddeler som stålskrap.

Imidlertid må smeltet metalltemperatur ikke senkes under ca. 2100 ° C når Al203 stivner ved ca. 2040 ° C. Legerende elementer, i form av ferrolegeringer, kan tilsettes til termitblandingen for å få den ønskede sammensetningen av det smeltede metall.

Ved beregning av vekten av termitblandingen for sveising betraktes imidlertid kun vekten av jernoksid og aluminiumpulveret. Tilsetninger laget for justering av sammensetning og temperatur er ikke inkludert i beregningen av termitblandingen. Således blir 50 kg metalloksyd og aluminiumpulverblanding til hvilket 15 kg metaller og legeringer er tilsatt, betegnet som 50 kg termit.

Thermitreaksjonen er ikke-eksplosiv og er fullført på mindre enn to minutter, uavhengig av mengden som er involvert.

Bortsett fra den høye renheten til termitmaterialet, fremmer tilstedeværelsen av aluminium sterkt nukleering og liten kornstørrelse; imidlertid maksimalt antall aluminium i stål er begrenset til ca. 0, 7%

Utstyr, oppsett og drift av termit sveising:

Den store bruken av termit sveising er for tilslutning av skinner på stedet, og reparasjonssveising av tunge komponenter. Andre anvendelser av prosessen inkluderer sveising av forsterkningsstenger og sammenføring av ikke-jernholdige elektriske ledere.

Utstyret og oppsettene er inkludert her under bue spesielt for disse programmene:

1. Sveising av skinner:

Fig. 15.1 viser standardoppsettet for tilkobling av skinner på stedet, for å redusere støy på grunn av høyhastighets lokomotiv av tog. I kullgruvene blir kjøretøyet ofte sveiset for å redusere utslipp av kull på grunn av ujevnt spor. På samme måte sveises kraneskinner for å minimere felles vedlikehold og vibrasjon av bygninger på grunn av passasje av tungt lastede hjul over leddene.

Thermit-blandinger er tilgjengelige for sveising av alle typer skinner, hvorav flertallet er laget av C-Mn-stål, men også Cr, Cr-Mo, Cr-V og Si-legerede stålskinner brukes. For standardreaksjonen produserer en ladning på 1000 g termit 476 g slagge, 524 g stål og 181500 kalorier av varme.

Ferrioksydet oppnådd som mølleskala, tilsettes aluminiumpulver og andre bestanddeler for å kontrollere reaksjonen så vel som den endelige sammensetningen av det smeltede materiale.

Sammensetningen av metallet avsatt for sammenføyning av skinner er vanligvis av følgende analyse:

Den nødvendige mengden termit, som vanligvis er tilgjengelig i klutposer, settes inn i smeltedigelen som er klemmet til en av skinnene og kan flyttes til ønsket posisjon ved bevegelse langs en sirkel.

Fugen som skal sveises, er innelukket i en leireform med delt design som er prefabrikert for sveising av standardskinnstørrelsene med et rotspalt på 20-35 mm. Formen er så justert at senteret sitt sammenfaller med midtpunktet mellom gapet mellom skinneendene. Forskjellige deler av formen er bundet sammen med leireformet tilberedt på stedet.

Formen som er så forberedt rundt leddet har ventilasjoner, stigerør og porter som ved vanlig støperipraksis; I tillegg er det også en forvarmingsport, som vist. Forvarming av skinner er gjort ved hjelp av en spesialdesignet fakkel som opererer enten med parafin eller bensin i forbindelse med trykkluft. Skinnene blir vanligvis forvarmet til en temperatur på 600 til 1000 ° C som normalt kontrolleres enten fra fargene på skinner eller mer nøyaktig ved hjelp av termiske pinner.

Når den ønskede forvarmingstemperaturen er nådd, trekkes fakkelen ut og forvarmingshullet er lukket med en sandplugg; den ildfaste smeltedigelen som inneholder termitladningen flyttes til en stilling over formen.

Ladningen tennes da ved å bruke en oppvarmet jernstang eller mer bekvemt ved å legge inn en lettbrannskriver (Phuljhari) i termitblandingen. Noen ganger antas termitblandinger ved å plassere en halv teskje av spesialtennpulver som hovedsakelig består av bariumperoksid.

Blandingen når den antennes med en varm bar oppnår en temperatur på 1100-1300 ° C som er tilstrekkelig til å antennes termitblandingen. Ingen tennpulver tilsettes til termit til like før tenntidspunktet. Påkrevet på denne måten er den eksoterme reaksjonen ikke voldelig. Uansett størrelsen på ladningen blir reaksjonen fullført i 30 sekunder til 2 minutter. På grunn av betydelig forskjell mellom det spesifiserte tyngdepunktet i smeltet metall og slaggen, blir de to separert med slaggen som flyter på toppen og derved gir beskyttelse til smeltet metall fra reaksjonene med atmosfæriske gasser.

Etter at reaksjonen er fullført, gjøres tapping ved raskt å løfte tappestiften oppover av en flat stålstang. Noen ganger brukes imidlertid en selvklebende forsegling i bunnen av smeltedigelen. På den måten smelter det smeltede metall som oppnås etter tenning av ladningen, forseglingen og heller ut av bunnen av smeltedigelen inn i støpeformen for å strømme til gapet mellom skinnene som skal sammenføyes.

Slaggen som ligger over smeltet metall i smeltedigelen strømmer sist og kommer ikke til formkaviteten og forblir dermed på toppen av sveisen hvor den størkner. Når metallet har størknet, er formen brutt åpen og kassert. Overflødig metall i leddet fjernes ved å kle seg ved hjelp av pneumatiske eller håndbeisninger, og leddet får den ønskede formen mens den fortsatt er varm. Sveisen glattes, om nødvendig, ved håndmaling.

2. Casting Reparasjoner:

Reparasjonssveising av tunge støpegods er et annet viktig anvendelsesområde for termit sveising. Slike anvendelser er ikke-repeterende av natur, derfor kan ikke prefabrikkerte støpformer normalt brukes. Dermed må formen gjøres for hver sveising for å tilpasse seg komponentets form.

Første grunnleggende trinn i å forberede et skjøte for termit sveising er å rengjøre det grundig med en oksy-acetylen flamme, etterfulgt av slokking for å adskille fremmede materialer fra arbeidsstykket. Et område opp til ca. 15 cm på begge sider langs springen som skal sveises, må rengjøres grundig. Et gap er igjen mellom delene som skal sveises, som beregnes av det empiriske forholdet på (7 A) 1/3 mm, hvor A er overflatearealet til hver komponent som skal sveises.

Etter at delene har blitt renset og skilt riktig, er gul voks forberedt på å lage et mønster for å fylle gapet og gi nøyaktig form til den ferdige sveisen. Oppvarmet voks i plasttilstand brukes til å lage dette mønsteret. En sandform er deretter bygget rundt mønsteret ved å plassere en egnet støpeboks for å inneholde støpesand.

Nødvendige tremønstre er ansatt for å gi helling og helbredende porter og stiger opp i alle høydepunkter på skjøten. Når to stykker av samme størrelse lyser sammen sveises sammen, ligger oppvarmingsgaten "sentralt på voksmønsteret. Men når ulige deler skal festes til oppvarmingsporten rettet mot den større seksjonen for å tilveiebringe ensartet oppvarming av de to delene så langt som mulig.

En hult seksjon er anordnet på toppen av formen for å samle slaggen. Det må tas hensyn til at rammen sitter godt for å gi høy kontakt mellom støpesand og voks. Den støpesand som brukes til å lage støpeformen kreves å ha høy refraktoritet, høy permeabilitet, tilstrekkelig skjærstyrke, og bør være fri for lavt smeltepunkt leirebestanddeler.

Forvarming gjøres ved hjelp av en spesialdesignet fakkel som kan plasseres i ønsket posisjon beleilig gjennom varmeporten. Hensikten med oppvarming i utgangspunktet er å smelte voksmønsteret, hvorfor varmen påføres gradvis. Når voksen har fløy ut av formen, økes varmen gradvis for å forvarme ansiktene som skal sveises og tørke formen helt for å unngå porøsitet. Forvarming fortsetter til delene som skal sveises oppvarmes til en temperatur på 815 til 980 ° C.

Når forvarming er ferdig, blir fakkelen trukket tilbake, og varmeporten er blokkert med en stålstang støttet med støpesand.

Thermitblanding plassert i ildfast kegelformet smeltedigel antennes som beskrevet i skinnesveisekseksjonen. Kullstål av stål blir noen ganger lagt til ladningen for å øke mengden av smeltet metall som produseres.

Mengden av termitblanding som kreves for en ledd, kan beregnes ved bruk av følgende forhold:

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

Hvor:

Q = mengde termit kreves, kg,

M = smeltet metall som kreves for å fylle festehullet, pluss 10% tap, kg,

S = prosent av stålstansene som skal inkluderes i ladningen.

Omtrent 25 kg termit kreves for hver kg voks i mønsteret.

Thermit-blandingen kan utformes for å produsere spesifikke sveisemetallforekomster.

Den vanlige analysen av termit brukes til å sveise mildt stål og medium karbonstål 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 utformes for slitesterkende stål og for sveising av karbonstål. De mekaniske egenskapene til den vanlige termitbuen er omtrent det samme som for mildt stål. For sveising av støpejern kan termit gjøres passende ved å tilsette ferrosilisium i den.

Termitblandingen kan antennes ved hjelp av en av de to metodene som er beskrevet tidligere i skinnesveiseksjonen, for eksempel ved bruk av startpulver som kan bli antennt med en låsestang, gasslighter eller en varm jernstang eller alternativt ved bruk av en brann cracker.

Det smeltede metallet tappes, etter at reaksjonen sanker, ved å slå tappestiften med et skarpt oppadgående slag. Det smeltede metallet strømmer inn i formen for å fylle skjøten.

Formen blir vanligvis kastet ved å bryte den og sveisen er kledd ved å fjerne portene og stigerørene ved hjelp av oxy-acetylen skjæringslampe etterfulgt av bearbeiding eller sliping. Hvor mulig er hele sveisingen annealed for å avlaste den.

Thermit sveising brukes hovedsakelig i reparasjon av store komponenter, for eksempel rorrammer, propellaksler, stålvalsedrev, aksler og stivere. Den brukes også til reparasjon av støpeforme ved å kutte bunnen av formen og fullstendig gjenoppbygge den av termitmetall.

3. Sveiseforsterkende stenger:

For sveising av forsterkningsstenger er en form i to halvdeler, prefabrikerte ved skallstøping eller CO 2 -prosess, plassert for å inneslutte endene av stengene som skal sveises som vist i figur 15.2. Formen blir deretter skalert med asbest og sand for å unngå lekkasje av smeltet metall.

Tapphullet i smeltedigelen er dekket med en horisontal lukkeskive før du lader den med termitblanding. Etter at reaksjonen er fullført smelter stålet gjennom lukkeskiven for å fylle gapet mellom stengene. Forsterkningsstenger kan sveises i hvilken som helst posisjon ved denne prosessen og oppsettet for sveising av slike stenger i horisontal konfigurasjon er vist i figur 15.3.

4. Sveising Elektriske ledere :

Aluminothermic sveising brukes til å bli kobberledere eller ledninger av kabler ved hjelp av et oppsett vist i figur 15.4. (en). Blandingen ved antennelse gir omtrent 98% rent kobber ved reaksjonene gitt ved ligninger (15.5) og (15.6).

Reaksjonen er fullført i 1 til 5 sekunder, og den så fremstilte smeltede kobber blir overopphetet med slagge over den. Sammensetningen av det smeltede metall kan endres for å passe til metaller som skal sammenføyes ved å gjøre egnet tilsetning, i form av pulver eller slører, til termitblandingen. Den ferdige sveisen er vist i figur 15.4. (B).

Bortsett fra å bli med i elektriske ledere, kan denne prosessen brukes til å forbinde kobberledere til stålskinner for å gi jordforbindelser. For en slik applikasjon er en grafittform dyttet til skinnen ved den ønskede seksjon. Formen kan gjenbrukes etter ferdigstillelse av jobben, ved å fjerne slagg fra den.

Varianter av termit sveiseprosess :

Bortsett fra applikasjonene som allerede er beskrevet, brukes termit sveising også til å montere deler av store konstruksjoner, skipsbygging, lage store veivaksler og propellaksler ved å bruke termitladning på opptil 3000 kg. Imidlertid, til tross for en rekke konkrete fordeler, går prosessen langsomt ut av bruk og blir erstattet hovedsakelig ved flammeslagsveising for sammenføyning av skinner og Electroslag-sveising for tung konstruksjon.

Den eneste varianten av normal termit sveising er det som kalles trykk termit sveising.

Trykk termit sveising:

I denne prosessen blir kun varmen som frembringes ved termitreaksjonen benyttet for å oppvarme endene av komponentene som skal sammenføyes ved fastfasesveising; Ikke av restproduktene fra reaksjonen kreves å bli satt inn i fellesgrensesnittet. Prosessprosedyren er derfor planlagt å holde reaksjonsprodukter fri for arbeidsstykket uten for mye tap av termisk effektivitet.

I denne prosess er to ensartede lengder av materiale som har like områder ved fellesgrensesnittet rettet aksialt; deres ender oppvarmes til ønsket temperatur ved hjelp av termitreaksjonens produkter og presses deretter sammen under kontrollert trykk for å fremstille en fastfaset sveisesveis. Fig. 15.5 viser at rør er trykksveiset ved å omslutte skjøten med en permanent støpeform slik at det overhette stål og slagg kan strømme i kontakt rundt røret for å tjene som kilde til sveisevarme.

En passende utformet klemmemekanisme benyttes for å tvinge rørenderne sammen, etter oppvarming, for å oppnå sveisningen. Dette oppvarmingsarrangementet er imidlertid kun egnet for arbeidsstykker med små tverrsnittsarealer. Ansikter av større ledd kan være fordelt en liten avstand fra hverandre med en flyttbar mugg holdt rundt dem.

Rommet mellom ansiktene og resten av formen er fylt med termit og reaksjonen initiert. Reaksjonsproduktene får lov til å holde seg i posisjon til tilstrekkelig varme overføres til de flater som skal sammenføyes. Formen og reaksjonsproduktene lyser deretter bort og de to flater presses sammen for å oppnå en faststoffsveis.

Ingen av disse metodene kan produsere konsekvent ensartede kvalitetssveiser og brukes derfor sjelden; ikke engang for svært sveisbart materiale som mildt stål. Også kostnaden for trykktermit sveising er uoverkommelig, og det blir derfor vanligvis unngått.