Как сделать термитную сварку
Технология термитной сварки, подготовка нужной смеси
Сварочные процессы при работе с металлами являются неотъемлемой составляющей. При этом привычные для нас режимы сварки, включающие в себя ручную дуговую и полуавтоматическую сварку, не всегда уместны, да и не всегда выполнимы. При соединении металлических конструкций больших габаритов требуется создание особых условий, а нередко такая необходимость возникает вне населенных пунктов. Естественно, об источниках питания, инверторах и газовом оборудовании речи быть не может. Единственным возможным вариантом является термитная сварка.
Технология
В качестве расходного материала при соединении деталей выступает специальная порошковая смесь, куда входят такие элементы, как алюминий, магний и окислы железа. Эти порошки называются термитами. При их сгорании выделяется энергия. Этой энергии достаточно, чтобы перевести кромки соединяемых деталей в полужидкое состояние. Происходит смешивание металла с материалом смеси и последующая кристаллизация.
Для осуществления процесса сварки на первоначальном этапе необходимо поджечь смесь. Температура ее возгорания достигает 1350°C градусов. Разработано несколько эффективных способов поджога. Указанной температуры можно достичь получением электрического разряда, взрывом пиропатрона или горением специального шнура.
При горении термита температура внутри смеси повышается до 2400-2700°C градусов. Большинство металлов имеют температуру плавления, ниже этого значения.
В данной технологии примечательно то, что для горения не нужно поступление атмосферного кислорода. Окислителя вполне достаточно внутри самой смеси. При необходимости можно вести термитную сварку в среде инертного газа.
Применение
Если в качестве термита используется алюминиевая пудра, то процедура сварки представляет собой наплавление на торцы деталей. Она подходит для соединения заготовок из чугуна и прочих хрупких сплавов. В отрасли железнодорожного транспорта термитная сварка востребована при ремонте или соединении рельсов. В ГОСТ Р 57181-2016 прописаны все требования к сварочному процессу. Термитная сварка применяется в машиностроении, она незаменима при производстве гребных винтов для морского транспорта или коленчатых валов автомобилей.
Применение данный вид сварки нашел и на металлообрабатывающих предприятиях. Часто приходится ремонтировать прокатные станы, роторные валы, различные прессы или ковши. Все перечисленное считается крупногабаритным оборудованием, поэтому возможен только один тип сварки. Необходимо подчеркнуть, что именно благодаря сгоранию термита возможно качественное соединение проводов на линиях электропередачи и связи. В данном случае применяются составы, содержащие магний.
Существует классификация, в которой выделяется два вида термитной сварки, это муфельная и тигельная. Они используются, в зависимости от поставленных внешних условий. Тигельную сварку чаще всего называют алюминотермитной и применяют при соединении элементов заземляющих контуров, а также прочих металлоконструкций, требующих ремонта методом наплавки. В состав термита входит алюминиевый порошок и окисел железа. Примерное соотношение пропорции — 23 к 70. При сгорании состава образуется окалина, которая в расплавленном виде соединяет детали.
Важным достоинством алюмотермитной сварки является возможность соединять заготовки из чугуна без заметных стыков. Но алюминиевые детали соединяют другим способом – муфельной сваркой. По причине испарения алюминия при высоких температурах в муфельной сварке в качестве термита используется магний. Расплавленный состав впитывается в поверхности, не растекаясь по ним. Но при работе с алюминием необходимо удалять окисную пленку. Для этого следует добавлять специальный флюс.
Существует четыре способа ведения термитной сварки.
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. Горение термита и плавление смеси происходит магнезитовом тигле. Помимо алюминия возможно комбинирование следующих элементов:
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. При алюминотермитной сварке в шихту вводится стальной наполнитель, который состоит из ферромарганца и графитной стружки. Легированные стали соединяются с помощью особого состава. В нем присутствуют присадки из ферротитана или феррованадия.
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.
Алюминотермитная сварка рельсов
Всю процедуру можно условно поделить на отдельные этапы. Сначала рассчитывают общее выделившееся количество теплоты. Его должно быть достаточно для процесса сварки. Подбирают оптимальный состав термитной шихты. Смесь должна быть равномерной по составу. Любым доступным способом обеспечивают поджиг смеси. Необходимо достичь температуры 1350°C градусов.
В дальнейшем происходит повышение температуры в термитной шихте. Расплавленный металл из термита получается за 20-30 секунд. Его масса составляет примерно половину от массы смеси. Остальная половина приходится на шлак. Металл осядет на дне тигля, а шлак, в силу меньшей плотности, всплывет наверх.
Сложность ремонта рельсов состоит в том, что все работы приходится выполнять в полевых условиях. Рельсосварочный аппарат достаточно массивен, однако его использование – единственная возможность провести ремонтные работы. На первом шаге следует подготовить торцы. Они должны быть ровными, а зазор между ними составляет 2-3 см. Свариваемые элементы выравниваются и фиксируются в одном положении. После установки огнеупорной формы осуществляется сама сварка.
Каждый сварщик желает получить качественный результат. В отличие от ручной дуговой сварки, термитная сварка требует точных расчетов. Необходимо правильно выбрать общее количество порошка, чтобы образовавшийся металл полностью заполнил зазор. В приготовлении смеси важно тщательно перемешать все составляющие. Первоначальный старт процесса должен происходить при температуре 1400°C градусов. Более низкие значения не приведут к возгоранию термита.
Оборудование
Технология проведения термитной сварки на первый взгляд кажется элементарной. Тем не менее, она предусматривает тщательную подготовку и наличие необходимых инструментов и оборудования. Термит засыпается в тигель, он должен быть выполнен из тугоплавкого материала, например, из керамики. Тигель оборудован специальным устройством, позволяющим слить расплавленный металл.
Чтобы отливка получилась аккуратной и соответствовала свободному пространству, изготавливаются матрицы и формы. В некоторых случаях их можно использовать повторно, но зачастую формы являются одноразовыми. Специальная глиняная обмазка не позволит металлу растекаться по поверхности.
Важным моментом при термитной сварке является обеспечение неподвижности заготовок, их фиксация. Она осуществляется различными устройствами и приспособлениями, в число которых входят тиски или струбцины. Инструмент для обработки поверхностей зависит от типа металла и степени его загрязненности. Обычно работают абразивным кругом или металлической щеткой.
После термитной сварки могут потребоваться дополнительные работы. В арсенале сварщика должен присутствовать кислородный резак, горелка и ножовка по металлу.
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.
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.
Как сделать термитную сварку
Сегодня будучи на рынке увидел, как один мужичок ловко заделывает отверстия в банке за 30 секунд. Остановился, понаблюдал за процессом.
Пайка ведётся каким по куском серебристого цвета, похожего на толстый карандаш. Он поджигает его простой зажигалкой. Потом кончиком этого карандаша наносит расплавленную смесь на отверстие. Ждёт. Вспышка. После чего этим же карандашом немного размазывает смесь. все. Пайка готова. Полез в инет. Оказывается такое есть. Посмотрел видио и решился купить для эксперимента. Цена 200р. В качестве подопытного взят таз, с дыркой в дне. Пользовался ранее для замены масла, но после того как проржавела небольшая дырочка так и не выбросил.
В жизни бывают такие случаи, когда какие-либо вещи трескаются, ржавеют или ломаются. Требуется провести срочный ремонт, а необходимых материалов под рукой нет. В такие моменты может спасти только термитный карандаш. Этот неприхотливый материал поможет провести срочный ремонт в самых экстренных случаях.
Общее описание карандаша
Сварной карандаш своего рода универсальное средство для многократного осуществления сварки. Внешне они напоминает трубку или штырь цилиндрической формы, плотно заполненный эзотермической смесью с примесью металлических оксидов. Внутренняя масса при сгорании образует необходимое количество тепла, которое способно оплавить металлическую кайму ремонтируемой поверхности. На поверхности сварного шва остается слой шлака, защищающий место припоя от пагубного воздействия внешней среды. Это крайне важно, так как сварка карандашом обычно применима к материалам, где степень качества шва и его надежность не должны пострадать.
Сравнение основных характеристик сварочных карандашей разных производителей
Существуют абсолютно разные по характеристикам карандаши для сварки. Каждый отдельно взятый производитель привносит в продукт что-то особенное:
Оксал. Данные изделия могут похвастаться высоким коэффициентом полезного действия в условиях отсутствия каких-либо источников электричества. Для начала работы потребуется только зажигалка или любой другой открытый огонь. Ремонт по восстановлению работоспособности материалов можно производить, не смотря на температуру окружающей среды.
Нанопайк. Сварочный карандаш данного производства славится относительно невысокой стоимостью. Он подходит даже для ремонта термостойкого пластика и эмалированной посуды. Один стержень можно использовать много раз, так как расход материала весьма экономичен.
Сварочный карандаш Экстремал. Этот вариант карандаша тоже применяют для восстановления металлов и эмали. Сварка карандашом «Экстремал» по качеству дает больше половины прочности обычной контактной сварки.
Благодаря этому универсальному средству можно провести экстренный ремонт даже тогда, когда под рукой не имеется самых необходимых материалов. При его помощи можно не только спаять образовавшуюся трещину, но и осуществить резку материала. Нужно лишь подобрать необходимую марку средства с требующимися свойствами. Термический карандаш способен провести ремонт следующих поверхностей:
Изобретение карандаша
В конечном итоге, данные технологии привели к рождению идеи компактного сварочного инструмента в форме стержня- карандаша.
Однако при воплощении идеи в жизнь «первопроходцев» ожидала неудача. Дело в том, что при быстром остывании смеси в сварочной ванне после прекращения горения карандаша, шлак и металл перемешиваются и материал становится хрупким.
В результате, основанные на алюминиевом термите смеси так и не дали позитивного результата и в профессиональной среде, и в литературе модель «карандаша» была признана «не реализуемой» и долгое время никто этой проблематикой не занимался, пока не появился профессор, доктор технических наук, академик Лебедев Владимир Георгиевич.
Случайно познакомившись с идеей, вначале он рассчитал математическую модель, а затем реализовал химическую, на основе медного термита, при которой пара металл –шлак разъединяются в процессе образования припоя-сплава.
Открытые публикации В.Г. Лебедева в российских изданиях стали основой создания нескольких сварочных инструментов, присутствующих на рынке России.
Сварочные карандаши Шквал и Оксал производятся в Санкт-Петербурге и применяются для сварки, пайки и резки без применения какого-либо специального газосварочного или электросварочного оборудования.
Автономная мобильная сварка –карандаш СК-1, Москва
Порядок использования изделия
Индивидуальной особенностью использования данного сварочного материала является возможность его использования в сварке даже на неподготовленной поверхности. В состав карандаша включаются специальные окисляющие флюсы. которые способны к самозачищению поверхности. Все же стоит отметить, что зачищенные и подготовленные детали, поддаются сварке лучше и имеют более надежное соединение.
Внимание! В качестве техники безопасности следует пользоваться плоскогубцами или другими зажимами. Не лишним будет использование защитных очков и перчаток во избежание ожогов глаз или кожи.
В культуре
В романе «Изгнание владыки» (1946) так описывается термитная смесь:
Слыхал когда-нибудь о термите? Эх, ты! Вот слушай. Я тебе объясню. Термит уже давно применяется в промышленности. Это порошкообразная смесь из некоторых металлов, которая способна воспламеняться и при горении развивать высокую температуру — до трёх с половиной тысяч градусов
В сериале «Во все тяжкие» Уолтер и Джесси используют термит, чтобы проникнуть на склад.
В телепередаче «Галилео», в рубрике «Эксперименты», был выпуск с таким названием. Ведущий эксперимента наглядно показал последствия сжигания термита и несоблюдения техники.безопасности, обжёгши себе руку (возможно намеренно). Также он пояснил, что просто так поджечь термит (спичкой или зажигалкой) нельзя.
Преимущества и недостатки применения термитного карандаша
К существенным преимуществам данного метода экстренного ремонта относятся следующие позиции:
Термитные смеси
К сегодняшнему времени известно достаточно много различных термитных составов. В роли восстановителей могут использовать не только алюминий, но также магний, кальций и некоторые другие металлы. В качестве окислителей выступают оксиды никеля, хрома или вольфрама.
Характерные особенности
У всех термитов очень высокая температура горения — порядка 2000−4000 градусов. Они обладают способностью гореть без присутствия кислорода
.
Пламя термита невозможно потушить с помощью воды
. Все эти смеси обладают исключительно сильной прожигающей способностью, легко проходя в расплавленном состоянии сквозь толстые листы металла, чугуна или бетона.
Их можно использовать для резки металлов
. Во время своего горения они образуют высокотемпературный шлак, который, в свою очередь, усиливает его проникающую способность. Потушить термит практически невозможно.
Вещество с такими уникальными свойствами не могло остаться незамеченным, и к настоящему времени термитные смеси активно используются в различных сферах промышленного производства, строительства и в военной отрасли.
Классификация смесей
Существует несколько основных направлений применения термитов: тепловое воздействие и детонаторный эффект, пиротехнические эффекты, сварка металлов. В соответствии с этим различают несколько основных термитных составов:
Термитный карандаш
В этом случае речь идёт не о конкретном составе смеси, а о способе её упаковки в готовое рабочее состояние. На практике часто гораздо удобнее использовать не порошок, а компактно упакованную смесь в твёрдом агрегатном состоянии. Например, в виде удобного к использованию карандаша длиною порядка 30−35 см.
Как сделать термитный карандаш? Для этого сначала готовят смесь и смешивают ее с цементатором. В качестве цементатора используют спиртовые растворы канифоли, шеллака или бакелита. После того как смесь готова, берут электродную проволоку соответствующей длины и путем погружения её в жидкую смесь производят обволакивание электрода
.
После просушки получаем очень удобную к использованию в полевых условиях палочку термита
. Необходимо только помнить, что если такой карандаш зажечь,
потушить его уже будет невозможно.
Применение в условиях боевых действий
Большое применение термиты нашли в военной сфере, что и неудивительно, учитывая их специфические свойства.
Термитные авиационные заряды активно применялись армией США во время войны во Вьетнаме. Они показали свою эффективность при поражении скоплений деревянных построек и легкобронировнаной техники среди зарослей джунглей.
Сферы применения
Термитный карандаш обычно используют для соединения как вертикальных, так и наклонных и горизонтальных поверхностей в различных деталях. Работы можно производить при любой температуре окружающей среды, в любых погодных условиях. Он может применяться в следующих ситуациях:
Карандаш сварка широко применяется при сварке рельсов железнодорожных путей – для сварки применяется термит, утрамбованный определенными порциями. Работу выполняет бригада из двух-трех человек. Термитная сварка рельсов хорошо зарекомендовала себя по сравнению с контактной сваркой: она не требует хитроумного дорогостоящего оборудования, большого количества рабочих и затяжных перерывов в движении поездов. Кроме того она может применяться при сварке на стрелочных переводах. Процесс сварки одного стыка в рельсовом полотне занимает около часа, а благодаря возможности работы нескольких бригад одновременно, можно добиться большей производительности.
Как видно из вышепредставленного сравнения, изделие имеет ощутимо высокую эффективность, однако для капитального соединения материалов он все же не рекомендуется. Рекомендуется применять карандаш только для временного соединения. Впоследствии все таки необходимо провести ремонт в его классическом понимании.
Сварочный, или термитный карандаш — это простое в использовании средство сварки металлических деталей. Он не требует никакого дополнительного оборудования, как электросварка и газосварка, и помещается в кармане. Не нужно также и длительное обучение — применять карандаш может любой домашний мастер. Использовать его можно в походных условиях, в жару и мороз, дождь и ветер. Важно помнить, что сварочный карандаш — средство оперативного устранения неисправностей. Для постоянного использования детали потребуется провести полноценный ремонт.
Что понадобится для изготовления сварки из карандаша
Так, для изготовления сварки из простого карандаша своими руками понадобится понижающий трансформатор. Выход напряжения – не более 27 В, а мощность должна варьироваться в пределах от 50 до 60 Ватт. Можно также использовать источник, в котором можно регулировать напряжение.
Второй инструмент – простой карандаш. Точнее грифель, для чего карандаш нужно аккуратно разделить на две составляющие по склейке. Вбирая карандаш для сварки необходимо учесть два момента:
Если нет буквенного обозначения, можно проверить на твёрдость-мягкость карандаш опытным путём. Чем он твёрже, тем блёклее его оттенок. И, наоборот, чем он мягче, тем жирнее чёрный цвет.
Принцип действия
Состоит карандаш из спрессованной смеси алюминия и окисла железа. При возгорании такого материала происходит обильное выделение тепла (экзотермическая реакция). С химической точки зрения идет восстановительная реакция Fe из оксида с участием Al. При разрыве молекулярных связей в оксиде и образуется выброс тепловой энергии.
Температура реагентов повышается до такой степени, что восстанавливаемое железо тут же переходит в жидкое фазовое состояние, или попросту плавится. Этот расплавленный металл проникает в отверстия, щели и трещины в соединяемых или ремонтируемых деталях и заполняет их.
Высвобождающиеся из молекул оксида атомы кислорода реагируют с алюминием, образуя окисел алюминия. Он играет роль флюса, препятствуя повторному окислению расплава и нагретых до температуры пластичности областей изделия.
Сварочный карандаш заключает в себе все необходимые компоненты для сварки:
По химическому составу карандаши могут различаться. Вместо алюминия в качестве восстановителя можно применять магний. Металл-восстановитель выбирают в зависимости от того, для сваривания каких сплавов предназначена конкретная модель карандаша.
В карандашах, предназначенных для сварочных работ по деталям большой толщины, в середине вставляют металлический стержень – его металл уйдет на формирование шовного материала.
Разновидности
Производители выбрасывают на рынок множество марок и моделей сварочных карандашей. Не все они сделаны достаточно качественно, у некоторых остается неясен даже химический состав.
Лучше не экспериментировать и придерживаться продукции положительно зарекомендовавших себя за многое годы производителей:
Технология использования
Процесс применения сварочного карандаша достаточно прост и по силам каждому домашнему мастеру. Последовательность операций следующая:
По окончании сварочных работ огарок стержня нужно положить на бетон, землю (без сухой травы) и бросить в ведро с водой.
Преимущества и недостатки применения термитного карандаша
К основным достоинствам карандаша для сварки металла относятся:
Применение сварочного карандаша
Кроме достоинств, как и у любого реально используемого метода сварочных работ, имеются и недостатки:
Сочетание достоинств и недостатков делает метод прекрасно подходящим для мелкого оперативного ремонта.
Термитный карандаш для сварки своими руками
Чтобы воспользоваться сваркой без электричества и газа, достаточно сделать термитный карандаш для сварки. Принцип работы термитного карандаша очень прост, он во многом схож с обычной спичкой: при розжиге образуется высокая температура, посредством которой, и плавится металл.
Использовать такое приспособление можно для сварки небольших конструкций на даче, например, там, где нет электричества. В данной статье сайта про сварку mmasvarka.ru будет рассмотрен принцип изготовления термитного карандаша.
С какими металлами может работать
Благодаря своей универсальности сварочные карандаши можно использовать для сварки таких материалов, как:
Мелкий ремонт термическим карандашом
Промышленные карандаши специального состава применяют и для сварки других металлов, а также для сварочных работ под водой, в вакууме и других экстремальных условиях.
Подготовка к работе
Тщательная подготовка рабочего места и свариваемых деталей станет залогом высокого качества и безопасности сварочных работ.
Рабочее место необходимо очистить от горючих материалов, ГСМ и других легковоспламеняющихся жидкостей. Свариваемые детали подлежат механической очистке от загрязнений и обезжириванию.
Свариваемые детали необходимо прижать друг к другу и надежно зафиксировать в тисках, струбцинах, других инвентарных крепежных устройствах.
Смотрите видеоролик, демонстрирующий возможности инструмента
Факел в гильзе – прожиг до 3 мм (цена 30 евро)
Прожиг с помощью тигеля до 10 мм ( цена 200 евро)
Это если вкратце о наработках «проклятых буржуев», а вот что можно реально приобрести для выполнения разовых бытовых задач.
Автономный сварочный инструмент НЕ ТРЕБУЕТ
Все что необходимо для сварки – солнцезащитные очки, зажигалка и сам карандаш.
Материал шва- легированная бронза.
Толщина свариваемых деталей: 0,3-6 мм
Изготовление своими руками
Карандаши свободно продаются в общестроительных и специализированных сварочных магазинах. Кроме того, их вполне можно изготовить и самостоятельно.
Для начала потребуется проволока из углеродистого стального сплава. Отлично подходит стержень от электрода для ручной электросварки. С него нужно сбить флюсовое покрытие.
Электроды для ручной сварки
Состав для собственного покрытия содержит:
Приготовление состава проводят в прочной и устойчивой посуде из стекла или глины. Стержень от электрода (или нарезанные по 15 см куски проволоки) окунают в смесь и вращением вокруг оси стержня наматывают на него слои состава.
Один конец оставляют чистым — он будет играть роль ручки. На другой будет нанесена смесь для розжига. Ее готовят в отдельной емкости в следующей пропорции:
После тщательного перемешивания и добавления такого же клея до поучения густой вязкой массы из нее скатывают небольшие шарики, которые и насаживаются на предназначенный для розжига конец карандаша. Время высыхания — до получаса (или как указано в инструкции к клею).
Наш сварочный карандаш готов, можно начинать проверку и сварочные тренировки.
Как сделать термитный карандаш своими руками
Конструкция термитного карандаша достаточно простая, а для его изготовления потребуются следующие материалы:
Опилки окалины и алюминия, используются для изготовления обмазки термитного карандаша. Данные компоненты замешиваются на клею. Для затравки термитного карандаша, которая поможет его зажечь, необходима будет бертолетовая соль и алюминиевые опилки.
Рассмотрим более подробно, как можно сделать термитный карандаш для сварки своими руками:
Затравка на конце термитного карандаша выглядит как спичечная головка. Для её изготовления нужно замешать на клею бертолетову соль (1 часть) с алюминиевыми опилками (0,5 части). После этого нужно опустить кончик карандаша в смесь, и дать ей высохнуть некоторое время. Затравка на конце термитного карандаша нужна для того, чтобы инициировать процесс горения.
Само собой разумеется, хоть термитный карандаш и не является электросваркой, при его горении, все также выделяется вредный для глаз ультрафиолет, опасные газы и высокая температура. Поэтому нельзя забывать о мерах собственной безопасности при работе с подобного рода вещами.
Сферы применения
Сфера применения карандашей для сварки самая широкая. Они позволяют сваривать черные и цветные металлы в любом положении и практически в любых обстоятельствах, от условий мастерской до полевых и экстремальных. Средство широко используется в следующих областях:
Паяльный карандаш вмиг
Особенно широко сварочные карандаши применяют при ремонтах рельсового хозяйства. Их использование позволяет проводить текущий ремонт исключительно оперативно, недорого и с минимальными задержками движения поездов.
Важно помнить, что карандаш предназначен для оперативного, временного ремонта на большом удалении от ремонтных предприятий или в чрезвычайных обстоятельствах. Для постоянной эксплуатации следует провести качественный ремонт с помощью электро- или газосварки.