Определение процесса сварки
Для стыковки деталей в промышленности и строительстве используют различные технологии. Лидерскую позицию удерживает сварка. Она широко используется в машиностроении и других отраслях промышленности, при проведении строительных и ремонтных работ. Такую популярность можно объяснить высокой надежностью конструкций, получаемых в результате, и их прочностью. Технология экономически выгодна, отличается высокой производительностью.
Сварка — это технологический процесс, в результате которого образуются неразъемные соединения материалов. Иногда понятие ошибочно относят только к технологии соединения металлических элементов. На деле же разнообразные виды сварки позволяют надежно скрепить не только металл, но и стекло, графит, керамику, пластик.
На физическом уровне при сварке атомы и молекулы соединяемых поверхностей образуют прочные связи. Чтобы такие соединения возникли, необходимо соблюдать некоторые условия:
- свариваемые поверхности нужно очистить от загрязнений, оксидов, инородных атомов;
- для облегчения взаимодействия атомов между собой должна произойти их энергетическая активация;
- свариваемые заготовки необходимо разместить на таком расстоянии, которое можно было бы сопоставить с межатомным расстоянием в элементах.
В процессе остывания происходит образование сварочного шва на стыке.
Классификация видов сварки
Существующие виды сварки можно поделить на три класса. Эти большие группы выделяют на основании таких различий:
- специфика техники;
- характеристики свариваемого материала;
- особенности защиты процесса сварки от воздействия воздуха.
Способ воздействия на детали — это главный критерий, который позволяет выделить следующие три вида этого процесса:
- Термическая сварка. Совершается при помощи тепла, с применением дополнительных материалов. Источником тепловой энергии при данном виде сварки может служить газовое пламя, плазменный поток, электрическая дуга. Под воздействием высокой температуры присадочный металл плавится, получившаяся жидкость заполняет промежутки между элементами. После остывания получается неразъемное соединение.
- Механическая сварка. Главную роль в соединении элементов играет наружное воздействие на свариваемые детали. Все виды механической сварки предполагают деформацию поверхностей, которая приводит к плотному скреплению на молекулярном уровне. При физическом воздействии происходит переход механической энергии в кинетическую, что позволяет нагреть элементы до нужной температуры.
- Комбинированная сварка. Также известна как термомеханическая, заключается в сочетании перечисленных выше способов. В таком процессе используется давление и тепловая энергия. Например, металл могут предварительно нагреть до нужной температуры, а затем при помощи внешнего воздействия образуется неразъемное соединение.
В каждый из перечисленных классов входит несколько видов сварочного процесса. Основной критерий для разделения — это источник энергии, которая воздействует на свариваемые поверхности.
1 Дуговая
Дуговая сварка наиболее распространена. Для нее не нужны специальные приспособления или инструменты. Для дуговой сварки необходим мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов. Во время зажигания дуги происходит ионизация дугового промежутка, которая поддерживается на протяжении всего горения.
Зажигание дуги — это процесс, происходящий в три этапа:
- Контакт металлической заготовки и электрода вызывает короткое замыкание. Оно служит для достижения температуры, необходимой при сварке.
- Затем инструмент отводится на небольшое расстояние (от 3 до 6 мм). Такое действие провоцирует начало термоэлектронной эмиссии электронов.
- Предыдущие действия позволяют добиться возникновения устойчивого дугового разряда. Это происходит, так как дуговой промежуток становится электропроводным.
Данный вид сварки разделяется на три подгруппы исходя из метода соединения деталей:
Материал, число электродов, а также способ их включения в цепь электротока формируют еще одну классификацию дугового вида сварки на несколько подвидов:
- Сварка неплавящимся электродом дугой прямого действия. Используется графитный или вольфрамовый электрод, присадочный материал применяется не всегда.
- Сварка плавящимся электродом дугой прямого действия. Применяется металлический электрод, одновременно происходит плавление основного металла.
- Сварка косвенной дугой. Как правило, этот способ предполагает использование двух неплавящихся электродов.
- Сварка трехфазной дугой. Горение дуги при таком способе происходит между электродами, а также между основным металлом и каждый электродом.
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).
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»).
Достоинства и недостатки метода
При помощи термитной сварки есть возможность без применения дорогостоящего оборудования сваривать черные и цветные металлы. По сравнению с другими способами сварки данную технологию выгодно отличает целый ряд качеств.
- Термитная сварка характерна меньшей затратностью в плане времени. Если учесть массивность свариваемых деталей, то эта выгода порой является определяющей.
- Качество швов достигает высокой степени, так как происходит частичное проплавление металла заготовок. Помимо этого, шов получается достаточно эстетичным и аккуратным.
- Следует также отметить относительно невысокую трудоемкость работ.
- От сварщика требуется определенное мастерство, но оно касается, скорее, подготовительного этапа и приготовления смеси. Сам же процесс сварки особых навыков не требует, в отличие от сварки электродом.
- Доступность и низкая стоимость расходных материалов позволит существенно сэкономить финансы и упростить задачу.
- Сварочное оборудование можно использовать вдали от населенных пунктов.
При этом установка для термитной сварки считается достаточно опасной. Необходимо соблюдать меры предосторожности при ее использовании. Важно помнить, что термиты считаются горючими смесями. Нельзя допускать попадание в шихту жидкостей, так как это может привести к взрыву.
Термитная сварка не получила такого распространения, как дуговая, зато в некоторых случаях является незаменимой. В мелких мастерских ремонт осуществляется при помощи термитного карандаша. Начинающему мастеру сначала следует освоить этот инструмент, а уже затем приступать к изучению настоящего оборудования.
Сварка. глава 1. термический класс сварки (евгений банников, 2021)
Источником теплоты при дуговой сварке служит электрическая дуга, которая горит между электродом и заготовкой. В зависимости от материала и числа электродов, а также способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока различают следующие способы дуговой сварки:
• по применяемым электродам — дуга с плавящимся и неплавящимся электродом;
• по степени сжатия дуги — свободная и сжатая дуга;
• по схеме подвода сварочного тока — дуга прямого и косвенного действия;
• по роду тока — дуга постоянного и переменного тока;
• по полярности тока — дуга на прямой полярности и дуга на обратной стороне полярности;
• по виду статистической вольт-амперной характеристики — дуга с падающей, возрастающей или жесткой характеристикой;
• по способу защиты сварного шва — в среде защитного газа или под слоем флюса.
Сварочной дугой называют устойчивый длительный разряд электрического тока в газовой среде между находящимися под напряжением твердыми или жидкими проводниками (электродами) либо между электродом и изделием.
Сварочная дуга существует при токах от десятых долей ампера до сотен ампер. Дуга характеризуется высокой плотностью тока в электропроводном газовом канале, выделением большого количества тепловой энергии и сильным световым эффектом.
Разряд является концентрированным источником теплоты и используется для расплавления металла при сварке. Дуговой разряд тока происходит в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения.
Электрические заряды в сварочной дуге переносятся положительно и отрицательно заряженными частицами. Отрицательный заряд несут электроны, а положительный и отрицательный заряды — ионы. Процесс, при котором в газе образуются положительные и отрицательные ионы, называется ионизацией, а газ называется ионизированным.
Газы, в том числе и воздух, при нормальных условиях не проводят электрического тока. Это объясняется тем, что при нормальных условиях, т. е. при нормальном атмосферном давлении и температуре воздуха 20 °C, воздушная среда состоит из нейтральных молекул и атомов, которые не являются носителями зарядов. Эти молекулы и атомы станут электропроводными в том случае, если в своем составе будут иметь электроны, которые возникают при воздействии на них электрического тока.
Для возникновения электропроводности газов они должны быть ионизированы.
Ионизацией молекулы (атома) называется отщепление одного или нескольких электронов и превращение молекулы (атома) в положительный ион. Если молекулы (атомы) присоединяют к себе электроны, то возникают отрицательные ионы.
Ионизация газа вызывается внешними воздействиями:
• достаточным повышением температуры;
• воздействием различных излучений;
• действием космических лучей;
• бомбардировкой молекул (атомов) газа быстрыми электронами или ионами.
Обратный ионизации процесс, при котором электроны, присоединяясь к положительному иону, образуют нейтральную молекулу (атом), называется рекомбинацией.
При обычных температурах ионизацию можно вызвать, придав уже имеющимся в газе электронам и ионам при помощи электрического поля большие скорости. Обладая большой энергией, эти частицы могут разбивать нейтральные атомы и молекулы на ионы. Кроме того, ионизацию можно вызвать, воздействуя световыми, ультрафиолетовыми, рентгеновскими лучами, радиоактивным излучением.
Однако, исходя из практической точки зрения и в целях безопасности использования, применяют другие способы ионизации.
Так как в металлах имеется большая концентрация свободных электронов, то можно извлечь эти электроны из объема металла. Существует несколько способов извлечения электронов из металла.
Для сварки электрической дугой имеют значение два способа:
• термоэлектронная эмиссия, при которой происходит «испарение» свободных электронов с поверхности металла благодаря высокой температуре. Чем выше температура, тем большее число свободных электронов приобретает энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера в поверхностном слое и выхода из металла.
• автоэлектронная эмиссия. При автоэлектронной эмиссии извлечение электронов из металла производится при помощи внешнего электрического поля. Приложенное извне электрическое поле изменяет потенциальный барьер у поверхности металла и облегчает выход электронов, имеющих большую энергию и могущих преодолеть этот барьер.
Ионизацию, вызванную в некотором объеме газовой среды, принято называть объемной ионизацией. Объемная ионизация, полученная благодаря нагреванию газа до очень высоких температур, называется термической ионизацией.
При высоких температурах газа значительная часть молекул обладает достаточной энергией для того, чтобы при столкновениях могло произойти разбиение нейтральных молекул на ионы. Кроме того, с повышением температуры общее число столкновений между молекулами увеличивается. При очень высоких температурах в процессе ионизации заметную роль играет излучение от электродов и излучение от газа.
Прохождение электрического тока через газы называется электрическим разрядом.
Дуговой разряд является одним из видов электрического разряда.
Существуют и другие виды электрического разряда в газах:
• искровой кратковременный разряд, который происходит при мощности источника питания, недостаточной для поддержания устойчивого дугового разряда;
• коронный разряд, возникающий в неоднородных электрических полях и проявляющийся в виде свечения ионизированного газа;
• тлеющий разряд, который возникает при низких давлениях газа (например, в газосветных трубках).
Для сварки металлов применяется, в основном, электрическая дуга прямого действия, т. е. используется дуговой разряд между изделием и электродом. В такой дуге одним электродом является металлический или угольный стержень, а вторым — свариваемое изделие.
К электродам подводится питание — электрический ток. Ток вырабатывается специальным устройством — источником питания. Источники питания вырабатывают переменный или постоянный ток. В дуге выделяют несколько областей (рис. 3):
1 — катод;
2 — катодная область;
3 — столб дуги;
4 — анодная область;
5 — анод.
Рис. 3. Основные области электрической дуги и распределение потенциала в дуге
Каждая из выделенных областей отличается своими физическими явлениями, протекающими в ней. Участки, непосредственно примыкающие к электродам, называют, соответственно, анодной и катодной областями. Положительный электрод — анод, а отрицательный электрод — катод. Длина анодной и катодной областей очень мала — от нескольких длин свободного пробега нейтральных атомов в катодной области — 1×10–5 см и до длины свободного пробега электрона в анодной области — 1×10–3 см. Между этими областями располагается наиболее протяженная высокотемпературная область (0,05–0,5 см) разряда — столб дуги.
Распределение электрического потенциала по длине дуги неравномерное. Возле электродов имеют место скачки падения потенциалов, вызванные условиями прохождения электрического тока на границе между ионизированным газом и металлическими электродами. Дуговой разряд обязан своим существованием процессам на катоде. Катод является «поставщиком» электронов. Причины выхода электронов — в существовании термоэлектронной и автоэлектронной эмиссии, упоминавшейся выше.
Электроны, эмитированные из катода, ускоряются под действием электрического поля. На внешней границе катода электроны сталкиваются с молекулами и атомами газа, находящегося в межэлектродном пространстве. При упругих столкновениях при попадании электронов в молекулы повышается температура газа. При неупругих столкновениях электроны, передавая частицам энергию, производят ионизацию газа.
В результате интенсивной термической ионизации столб дуги представляет собой ионизированный газ, состоящий из электронов и ионов — плазму. Под действием приложенного электрического поля электроны движутся к аноду, а положительно заряженные ионы — к катоду.
В результате интенсивной бомбардировки поверхностей электродов ионами и электронами происходит мгновенное разогревание металла. При этом 43–43 % общей подводимой мощности выделяется на аноде, 36–38 % выделяется на катоде, 20–21 % мощности уходит в окружающую среду через излучение и конвекцию паров и газов, а остальные потери мощности — на разбрызгивание и угар свариваемого металла. При сварке, как правило, анодом служит свариваемая деталь.
При сварке угольным электродом температура в катодной области достигает 3200 °C, в анодной области 3900 °C. При сварке металлическим электродом температура катодной области составляет 2400 °C, а анодной — 2600 °C. В столбе дуги температура достигает 6000–7000 °C.
Различная температура анодной и катодной областей используется для решения технологических задач. Например, при сварке тонколистовых металлов катодом является сама деталь, а анодом — электрод.
Зажигание (возбуждение) и горение электрической дуги
Процесс зажигания электрической дуги можно разделить на три этапа (рис. 4):
• короткое замыкание электрода на заготовку;
• отвод электрода на расстояние 3–6 мм;
• возникновение устойчивого дугового разряда.
Короткое замыкание (рис. 4а) выполняется для разогрева торца электрода 1 и заготовки 2 в зоне контакта с электродом. После отвода электрода (рис. 4б) с его разогретого торца (катода) под действием электрического поля начинается термоэлектрическая эмиссия электронов 3.
Столкновение быстро движущихся по направлению к аноду электронов с молекулами газов и паров металла приводит к их ионизации 4. По мере разогрева столба дуги и повышения кинетической энергии атомов и молекул происходит дополнительная ионизация за счет их соударения. В результате дуговой промежуток становится электропроводным и через него начинается разряд электричества. Процесс зажигания дуги (рис. 4в) заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда 6 с возникновением катодной области 5 и анодной области 7.
Рис. 4.
Схема процесса зажигания дуги
Возможно зажигание дуги без короткого замыкания и отвода электрода с помощью высокочастотного электрического разряда через дуговой промежуток, обеспечивающий его первоначальную ионизацию. Для этого в сварочную цепь подключают на короткое время источник высокочастотного переменного тока высокого напряжения (осциллятор).
В зависимости от длины дугового разряда различают:
• короткую дугу, если ее длина 2–4 мм;
• нормальную дугу, если ее длина 4–6 мм;
• длинную дугу, при ее длине более 6 мм.
Оптимальный режим сварки обеспечивается при короткой дуге. При длинной дуге процесс сварки протекает неравномерно, с неустойчивым горением и разбрызгиванием металла. Металл, проходя через дуговой промежуток, больше окисляется и азотируется.
Специалисты рекомендуют длину дуги определять по звуку, издаваемому ею при горении. Дуга нормальной длины издает менее громкий и равномерный звук. Длинная дуга издает неравномерный и потрескивающий, более громкий звук, что легко определяется опытным путем.
Различают технологические условия горения дуги, такие как зажигание, чувствительность к изменениям длины в определенных пределах, быстрое повторное зажигание после обрыва и необходимое проплавление металла.
Условия зажигания электрической дуги:
• наличие электрического источника питания дуги достаточной мощности, позволяющего быстро нагреть катод до высокой температуры при возбуждении дуги;
• наличие ионизации столба дуги (в электрод вводятся элементы с низким потенциалом ионизации или применяют осцилляторы для возбуждения дуги);
• стабилизация горения столба дуги (например, вводят дроссель в цепь питания). Зависимость напряжения дуги от тока в сварочной цепи называют статической вольт-амперной характеристикой дуги.
Вольт-амперная характеристика дуги имеет три области (рис. 5):
• падающая область I (при токах до 100 А);
• жесткая область II (при токах 100–1000 А);
• возрастающая область III (при токах свыше 1000 А).
Напряжение, необходимое для возбуждения дуги, зависит от рода тока (переменный или постоянный), дугового промежутка, материала электрода и его покрытия, свариваемого металла.
Дуга с падающей характеристикой (I) малоустойчива и имеет ограниченное применение, т. к. требует включения в сварочную цепь осциллятора.
Рис. 5.
Статическая вольт-амперная характеристика дуги
Самое широкое применение нашла дуга с жесткой (II) и возрастающей (III) характеристикой. Каждому участку дуги соответствует определенный характер переноса расплавленного электродного металла в сварочную ванну:
• I и II участок — крупнокапельный,
• III участок — мелкокапельный или струйный.
Для сохранения неизменного напряжения на дуге необходимо длину дуги поддерживать постоянной.
Составы
Как было уже указано выше, железоалюминиевая термитная сварка стала наиболее популярной. Основная масса термита представлена оксидом железа. Алюминия в смеси всего 25%, но можно встретить в составе и дополнительные компоненты. Добавляют флюс, легирующие присадки и железную обсечку.
- Магний (31%) и оксид железа (69%).
- Кальций (43%) и оксид железа (57%).
- Титан (31%) и оксид железа (69%).
- Кремний (21%) и оксид железа (79%).
В зависимости от области применения сварки, готовятся различные виды смесей. Железная окалина и алюминиевый порошок дают элементарную смесь. Необходимо строго соблюдать пропорции. Для соединения и ремонта на железной дороге создается специальный рельсовый состав.
Чугунные изделия, как правило, к сварке предъявляют особые требования. Так, в составе термита для чугуна в обязательном порядке должен присутствовать кремний. При соблюдении технологии можно получить достаточно качественное и прочное соединение. Марганец в таких присадках не применяется.
Термитная сварка рельсов: назначение и состав шихты
Стяжной пресс для рельсового стыка.
Традиционно для укладки и ремонта путевых рельсов применяется несколько видов сварочных операций. Это и электроконтактный способ, и газопрессовый, и электродуговой, и электрошлаковый, и некоторые другие виды. Среди этих способов выделяется термитный, особенно если речь идет о монтаже улучшенного рельсового полотна.
В последнее время на железнодорожном транспорте широко используется технология бесстыкового рельсового пути. Этот вариант имеет несколько преимуществ, в сравнении с простой укладкой рельсов встык. В частности, данный способ сокращает затраты на содержание рельсового пути, уменьшает уровень шума при прохождении поездов, позволяет рельсовым транспортным средствам двигаться с большей скоростью.
Именно термитный способ сваривания обеспечивает качественную сплошную рельсовую полосу без стыков. Для этой сварки формируют специальный порошкообразный термит, в состав которого входят такие ингредиенты, как различные оксиды меди, ферромарганец и медно-алюминиевый сплав.
В шихту добавляют фрагменты малоуглеродистой проволоки и порошковый графит. На изготовление тигель-форм, в которых сжигается термитная смесь, обычно идет жаропрочный графит определенных видов, который может эффективно эксплуатироваться на протяжении нескольких сотен рабочих плавок.
Термитная сварка: виды, преимущество, применение
Термитная сварка основана на способности некоторых порошкообразных механических смесей металлов с окислами металлов (термитов) сгорать, выделяя большое количество тепла.
В качестве окислов в термитных смесях используют железную окалину (закись железа), а в качестве горючих металлов — алюминий, магний и др. Источником кислорода в термите является окисел железа, а источником тепла — металл, входящий в смесь в чистом виде.
Для получения теплового эффекта количество тепла, выделяющееся при сгорании горючего вещества, должно быть больше, чем требуется для разложения окисла. Характерным для термитной сварки является сгорание термита в течение нескольких секунд, за это время и выделяется все количество тепла.
Виды термитной сварки и их применение
Различают термитно-тигельную и термитно-муфельную сварки КС.
Для термитно-тигельной сварки применяют сухие порошкообразные термитные смеси. При сварке стальных полос и стержней контуров заземления используют алюминиевый термит, состоящий из 23% алюминиевого порошка и 77% окалины (по массе). Процентное содержание алюминия и железной окалины в термитной смеси колеблется в зависимости от сорта окалины и чистоты алюминиевого порошка. Для увеличения выхода железа, выделяющегося при сгораний термита, а также снижения температуры реакции в термит добавляют стальные отходы гвоздильного производства.
При термитной сварке стальных стержней и полос для этих же целей используют стальной вкладыш (кружок, закрывающий литниковое отверстие тигеля). Интенсивность процесса горения термита зависит от размеров зерен компонентов. Для стабильного ведения процесса сварки применяют гранулированные зерна размером от 0,25 до 1,5 мм. Для улучшения качества сварного соединения в термитные смеси вводят легирующие присадки — 80%-ный ферромарганец и ферросилиций в количествах соответственно 1,4 и 0,15% по массе.
Особенность термитно-тигельной сварки состоит в том, что концы соединяемых стержней оплавляются и соединяются металлом, образующимся при сгорании термитной смеси.
Для соединения стальных однопроволочных проводов линий связи применяют цилиндрические термитные шашки со сквозным продольным отверстием. Отверстие соответствует диаметру свариваемых проводов. Термитные шашки прессуются из смеси, содержащей 25% пиротехнического магния марки МПФ и 75% железной окалины. В качестве связующего вещества используется нитролак марки НЦ-551, который добавляется в количестве около 14% массы сухой смеси (сверх 100% смеси).
Для сварки алюминиевых жил термитно-тигельный способ непригоден. Использовать термтно-муфельную сварку в таком виде, как она применяется для сварки стали, когда осуществляется непосредственный контакт между муфельной шашкой и алюминиевым проводом, неприемлемо по ряду причин:
1. при горении термитного муфеля алюминий вступает в реакцию, что приводит к выгоранию металла у поверхности свариваемых проводников,
2. продукты реакции попадают в алюминий сварочной ванны и ухудшают характеристики соединения,
3. провода на выходе из термитного муфеля оплавляются, что приводит к уменьшению их сечения, при сварке многопроволочных проводников отдельные проволочки жилы перегорают.
Для сварки многопроволочных проводов разработаны термитные патроны, которые представляют собой термитную шашку с металлическим кокилем. При термитно-муфельной сварке (в отличие от термитно-тигельной) в результате сгорания термита не возникают продукты реакций в жидком виде. В процессе сгорания образуется пористая масса окиси магния, которая впитывает расплавленное железо, поэтому магниевый термит не дает жидких, растекающихся шлаков.
Рецептура термитной массы для изготовления термитных шашек к патронам типов ПА, ПАС и др. та же, что и при изготовлении термитных шашек для соединения стальных однопроволочных проводов.
Сварку алюминия и его сплавов затрудняет пленка окиси алюминия, которой он быстро покрывается на воздухе. Поэтому удаление окислов и защита от дальнейшего окисления сварочной ванны имеют большое значение при сварке.
Влияние окисной пленки уменьшают при помощи флюсов, которыми перед сваркой покрываются соединяемые проводники и присадочные прутки. Флюсы растворяют окись и переводят ее в легкоплавкий шлак, который всплывает на поверхность. При этом пленка жидкого шлака покрывает в процессе сварки поверхность расплавленного металла сварочной ванны, изолирует эту поверхность от воздуха и этим защищает от дальнейшего окисления. Однако остатки флюсов вызывают коррозию проводов, поэтому при выполнении КС следуем по возможности избегать применения флюсов.
Одним из лучших является флюс марки АФ-4А, в состав которого входят хлористый натрий — 28%, хлористый калий — 50%, хлористый литий — 14%, фтористый натрий — 8% (по массе). Этот флюс можно применять только в тех случаях, когда сварное соединение полностью защищено от внешних воздействий.
Значительно меньшую коррозию вызывает трехкомпонентный флюс ВАМИ (хлористый калий — 50%, хлористый натрий — 30%, криолит марки К-1 — 20%). Однако и при его применении необходимо принимать меры для защиты соединений от коррозии. Остатки флюсов на КС после сварки следует удалять зачисткой или промывкой.
При сварке алюминиевых проводов термитным патроном в его литниковое отверстие вводят присадочный пруток, который плавится для увеличения жидкого металла в кокиле. В качестве присадочных прутков используется прутковый алюминий или зачищенные проволоки свариваемых проводов. Присадочные прутки изготавливают свиванием предварительно обезжиренных и зачищенных нескольких проволок диаметром 2 мм.
Преимущества термитной сварки
Термитную сварку выгодно отличают независимость от источников электроэнергии или газа, отсутствие потребности в сложном оборудовании, а также возможность выполнения соединений в линейных условиях монтажным, ремонтным и эксплуатационным персоналом.
Термитная сварка неизолированных проводов
Наиболее экономично соединять провода на высоковольтных линиях электропередачи термической сваркой. При этом способе не требуются сложное оборудование и специальный инструмент.
Термитная сварка проводов, если она выполнена с полным соблюдением установленной технологии, является наиболее простым и надежным способом соединения.
При термитной сварке образуется цельнометаллическое соединение концов проводов, сечение металла в котором больше, чем у соединяемых проводов, а электрическое сопротивление меньше, чем участка целого провода равной длины.
Соединения многопроволочных проводов, выполненные термитной сваркой, не изменяют электрические характеристики с течением времени, а следовательно, не требуют дополнительных затрат рабочего времени на профилактические испытания.
Однако сварочные соединения нужно выполнять только качественно. Некачественные соединения проводов могут получиться из-за небрежной подготовки провода, применения неотрегулированных клещей, недостаточной или чрезмерной, а также односторонней подачи, заедании проводов в патроне и т. д.
Как показывает опыт работы по сварке проводов, наиболее частыми причинами некачественной сварки являются заедание проводов в патроне и односторонняя подача провода. Заедание одного из проводов в кокиле патрона также ведет к односторонней подаче провода.
При сварке проводов на линиях электропередачи наблюдались случаи, когда при самой тщательной подготовке проводов и клещей сварка все же не получалась из-за односторонней подачи провода в кокиль термопатрона.
Выполнение термитной сварки проводов
Термитную сварку проводов производят с помощью термитных патронов (рис. 1).
Термитный патрон для сварки алюминиевых и сталеалюминиевых проводов состоит из следующих основных элементов:
кокиля из листовой стали толщиной 0,5 — 1,25 мм для защиты верхнего повива провода от пережога и попадания в зону сварки вредных примесей, образующихся от сгорания термитной массы,
вкладыша из алюминия для образования зоны сварки и заполнения пустот,
термитной шашки, которая при сгорании выделяет необходимое количество тепла для расплавления вкладыша и концов свариваемых проводов в зоне сварки.
Термитный патрон для сварки медных проводов состоит из кокиля, изготовленного из листовой меди толщиной 1,5 — 2 мм или из медных труб, вкладыша из сплава меди с фосфором марки МФ-3 и термитной шашки.
Рис. 1. Термитные патроны: а — для алюминиевых и сталеалюминиевых проводов, б — для медных и бронзовых проводов, в — положение термитных патронов на проводах перед сваркой, 1—кокиль, 2 — вкладыш, 3 — термитный муфель (шашка), 4 — место этикетки, 5 — провод, 6 — ограничительный бандаж, 7 — асбестовое уплотнение.
Правильная подготовка концов проводов под термитную сварку имеет большое значение для высококачественной сварки соединения. Концы должны быть тщательно очищены от загрязнений, обезжирены бензином от смазки и просушены. Удаление смазки с концов проводов и их сушка необходимы, так как при сгорании смазки или остатков бензина образуются газы, препятствующие заполнению места сварки расплавленным металлом и способствующие образованию раковин и каверн.
Концы свариваемых проводов отторцовываются так, чтобы плоскость среза была ровной и строго перпендикулярной оси провода. Торцевание проводов сечением до 150 мм2 производят монтажными ножницами для резки проводов, а проводов сечением более 150 мм2 — при помощи ножовки или специального приспособления.
Чаще всего некачественная сварка происходит из-за односторонней подачи концов провода вследствие того, что металл вкладыша плавится вначале с одной стороны и происходит затирание или заедание концов провода в кокиле.
При термитной сварке проводов нужно следить за подачей концов свариваемых проводов с обоих концов кокиля. Металл в зоне сварки находится в жидком состоянии еще в течение нескольких минут после сгорания термитной массы и до тех пор, пока шлак, образовавшийся после сгорания термитной массы, не остынет до темного цвета. По этой же причине не следует спешить с ослаблением нажатия клещей и преждевременным отвертыванием воротков с плашками, крепящими концы проводов в клещах.
