Thermit Source: Çalışma, Kurulum ve Çeşitleri

Bu makaleyi okuduktan sonra öğreneceksiniz: - 1. Termik Kaynağa Giriş 2. Termik Kaynağın Çalışma Prensibi 3. Ekipman, Kurulum ve Çalıştırma 4. Çeşitler.

Thermit Kaynağına Giriş:

Thermit adlı alüminyum oksit ve metal oksit karışımının, gerekli miktarda erimiş metalin ekzotermik şiddet içermeyen bir reaksiyonla üretilmesi için tutuşturulduğu bir işlemdir. Bu şekilde üretilen aşırı ısıtılmış metal, katılaşırken kaynak bağlantısına neden olan istenen yere dökülür. Bu nedenle bir döküm cum kaynak işlemidir.

Bu işlem 1895'ten beri sahada rayları birleştirmek ve ağır dökümlerin onarımı ve kurtarılması için kullanılmaktadır. Bununla birlikte, işlem, yüksek maliyeti nedeniyle ve flaş alın kaynağı ve elektroslag kaynağı gibi daha verimli, yüksek mekanikliğe sahip ve daha az maliyetli işlemlerin gelişmesi nedeniyle yavaşça kullanım dışı kalmaktadır.

Thermit Kaynak Çalışma Prensibi:

Termit ateşlemesinde gerçekleşen termokimyasal reaksiyon, aşağıdaki temel denklemlere dayanmaktadır:

Metal oksit + Al (toz) → Metal + Al oksit + ısı …………. (15.1)

Bu reaksiyon, yalnızca karışım özel bir ateşleme tozu veya bir ateşleme çubuğu ile ateşlendiğinde başlatılabilir. Demir oksit içeren termit karışımı için tutuşma sıcaklığı yaklaşık 1200 ° C'dir.

Thermit kaynağında kullanılan metal oksit genellikle demir oksittir, ancak aşağıdaki reaksiyonları ve elde edilen ilgili teorik sıcaklıkları vermek için bakır, nikel, krom ve mangan oksitleri de kullanılabilir.

(i) Ütüyle:

(ii) Bakırla:

(iii) Nikel ile:

(iv) Kromlu :

(v) Manganezli :

Bu reaksiyonlardan ilki, en yaygın olarak termik kaynak için kullanılır. Böyle bir karışım genellikle ağırlıkça 3 kısım demir oksit ve bir kısım alüminyum tozu içerir. Ateşlendiğinde 3090 ° C teorik sıcaklık üretir ve alüminyum yaklaşık 2500 ° C'de buharlaştıkça uygun değildir. Bu nedenle, çelik hurdası gibi reaksiyona girmeyen bileşenlerin eklenmesiyle bu sıcaklığın yaklaşık 2480 ° C'lik bir çalışma sınırına düşürülmesi zorunludur.

Bununla birlikte, erimiş metal sıcaklığı, Al203, yaklaşık 2040 ° C'de katılaştığından, 2100 ° C'nin altına düşürülmemelidir. Erimiş metalin istenen bileşimini elde etmek için ferroalyaj formundaki alaşım elementleri, termit karışımına ilave edilebilir.

Bununla birlikte, termit karışımının kaynak için ağırlığının hesaplanmasında sadece demir oksit ve alüminyum tozunun ağırlığı göz önünde bulundurulur. Kompozisyon ve sıcaklığın ayarlanması için yapılan ilaveler, termit karışımının hesaplanmasına dahil edilmez. Böylece, 15 kg metal ve alaşım ilave edilmiş 50 kg metal oksit ve alüminyum tozu karışımı 50 kg termit olarak adlandırılır.

Isıl reaksiyon patlayıcı değildir ve söz konusu miktar ne olursa olsun iki dakikadan daha az bir sürede tamamlanır.

Termit malzemenin yüksek saflığı dışında, alüminyum varlığı da hızlı çekirdeklenmeyi ve küçük tanecik boyutunu kuvvetle destekler; bununla birlikte çelikteki maksimum alüminyum miktarı yaklaşık% 0, 7 ile sınırlıdır

Termik Kaynak Ekipmanları, Kurulumu ve Çalışması:

Termik kaynağın en büyük kullanımı, rayların yerinde birleştirilmesi ve ağır bileşenlerin onarım kaynağıdır. İşlemin diğer kullanımları arasında, takviye çubuklarının kaynağı ve demir dışı elektrik iletkenlerinin birleştirilmesi yer alır.

Buraya dahil edilen donanım ve kurulumlar özellikle aşağıdaki uygulamalar için yay altındadır:

1. Rayların Kaynağı:

Şekil 15.1, yüksek hızlı tren hareketinden kaynaklanan gürültüyü azaltmak için sahadaki rayları birleştirmek için standart kurulumu göstermektedir. Kömür madenlerinde, taşıma yolu genellikle düz olmayan bir yol nedeniyle kömürün dökülmesini azaltmak için kaynak yapılır. Benzer şekilde vinç rayları, aşırı yüklü tekerleklerin derzlerin üzerinden geçmesi nedeniyle binaların bakımını ve titreşimlerini en aza indirmek için kaynaklanmıştır.

Termik karışımlar, Cr, Cr-Mo, Cr-V ve Si-alaşımlı çelik raylar kullanılmasına rağmen, çoğunluğu C-Mn çeliklerinden yapılan her çeşit rayın kaynağında kullanılabilir. Standart reaksiyon için 1000 gr termit yükü, 476 gr cüruf, 524 gr çelik ve 181500 kalori ısı üretir.

Değirmen ölçeği olarak elde edilen ferrik oksit, reaksiyonun yanı sıra erimiş malzemenin son bileşiminin kontrol edilmesi için alüminyum tozuna ve diğer bileşenlere ilave edilir.

Rayları birleştirmek için biriktirilen metalin bileşimi genellikle aşağıdaki analizlerden oluşur:

Genellikle bez torbalarda mevcut olan gerekli miktarda termit, raylardan birine kelepçelenen ve bir daire boyunca hareket ederek istenen pozisyona hareket ettirilebilen potaya konur.

Kaynaklanacak olan bağlantı, standart ray ebatlarını 20-35 mm kök aralığıyla kaynak yapmak için önceden imal edilmiş olan bölünmüş tasarıma sahip bir kil kalıba yerleştirilir. Kalıp, merkezini ray uçları arasındaki boşluğun merkezine denk gelecek şekilde hizalanır. Kalıbın farklı kısımları sahada hazırlanan kil macunuyla birleştirilir.

Eklem çevresinde bu şekilde hazırlanan kalıp normal dökümhane uygulamasına göre delikler, yükselticiler ve geçitler içerir; ek olarak, gösterildiği gibi bir ön ısıtma kapısı da sağlanmıştır. Rayların ön ısıtılması, basınçlı hava ile birlikte gazyağı veya benzinle çalışan özel olarak tasarlanmış bir torç yardımıyla yapılır. Raylar genellikle normalde rayların renginden veya termal çubuklar yardımıyla kontrol edilen 600 ila 1000 ° C sıcaklığa ısıtılır.

İstenen ön ısıtma sıcaklığına ulaşıldığında, torç geri çekilir ve ön ısıtma deliği bir kum tapa ile kapatılır; Termit yükünü içeren refrakter kaplı pota, kalıbın üstünde bir konuma taşınır.

Yük daha sonra ısıtılmış bir demir çubuk kullanılarak ya da daha uygun bir şekilde, termit karışımına yanan bir ateş krakerinin (Phuljhari) gömülmesiyle ateşlenir. Bazen termik karışımlar, esasen baryum peroksitten oluşan bir buçuk çay kaşığı özel ateşleme tozunun yerleştirilmesiyle ateşlenir.

Sıcak bir çubukla tutuşturulduğunda karışım, termit karışımını tutuşturmak için yeterli olan 1100 - 1300 ° C'lik bir sıcaklığa ulaşır. Ateşlemeye başlamadan hemen önce termite ateşleme tozu eklenmez. Bu şekilde ateşlenirken, ekzotermik reaksiyon şiddetli değildir. Yükün boyutuna bakılmaksızın, reaksiyon 30 saniye ila 2 dakika içinde tamamlanır. Erimiş metalin özgül ağırlığı ile cüruf arasındaki önemli farktan ötürü, ikisi üstte cüruf bulunan cüruf ile ayrışmakta ve böylece erimiş metale atmosferik gazlarla olan reaksiyonlardan koruma sağlamaktadır.

Reaksiyon tamamlandıktan sonra, kılavuz pimini düz bir çelik çubuk ile hızlı bir şekilde yukarı kaldırarak kılavuz çekme işlemi yapılır. Bununla birlikte, bazen, potanın dibinde kendiliğinden açılan bir conta kullanılır. Bu kolaylıkta, şarjın ateşlenmesinden sonra elde edilen erimiş metal, contayı eritir ve birleştirilecek raylar arasındaki boşluğa akmak için potadaki alttan kalıp ladin içine dökülür.

Potadaki erimiş metalin üzerinde bulunan cüruf her şeyden önce akar ve kalıp boşluğuna ulaşmaz ve bu nedenle katılaştığı kaynağın üstünde kalır. Metal katılaştığında kalıp açılır ve atılır. Eklem içerisindeki fazla metal, pnömatik ya da el keskileri kullanılarak pansuman yoluyla giderilir ve ek yer hala sıcakken istenen şekil verilir. Kaynak gerekirse, el ile taşlama ile pürüzsüzleştirilir.

2. Döküm Onarımı:

Ağır dökümlerin tamir kaynağı, termik kaynak için başka bir önemli uygulama alanıdır. Bu tür uygulamalar doğada tekrarlayan olmadığından, önceden üretilmiş kalıplar normalde kullanılamaz. Bu nedenle kalıp, her bir kaynak için bileşenlerin şekline uyacak şekilde yapılmalıdır.

Termik kaynak için bir bağlantı hazırlamanın ilk temel adımı, genellikle bir oksi-asetilen alevi ile iyice temizlenmesi ve ardından yabancı maddeleri iş parçasından ayırmak için söndürme işlemidir. Kaynak yapılacak kırılma boyunca her iki tarafta yaklaşık 15 cm'ye kadar olan bir alan iyice temizlenmelidir. Kaynak yapılacak parçalar arasında, (7 A) ^1/3 mm'lik ampirik ilişki ile hesaplanan bir boşluk bırakılır, burada A, kaynaklanacak her bir bileşenin yüzey alanıdır.

Parçalar temizlendikten ve uygun şekilde yerleştirildikten sonra, boşluğu doldurmak ve bitmiş kaynağa tam şekil vermek için bir desen yapmak üzere sarı balmumu hazırlanır. Bu durum için plastik haldeki ısıtılmış balmumu kullanılır. Daha sonra, kalıp kumu içerecek şekilde uygun bir kalıplama kutusu yerleştirilerek kalıbın etrafına bir kum kalıp oluşturulur.

Döşeme ve iyileştirme kapılarının ve ek yerinin tüm yüksek noktalarındaki yükselticilerin sağlanması için gerekli ahşap desenleri kullanılır. Aynı büyüklükteki iki parça birbirine kaynaklandığında, ısıtma ağzı ”merkezi olarak balmumu düzeninin üzerine yerleştirilir. Birleştirilecek olan ısıtma kapısı, mümkün olduğunca iki parçanın düzgün bir şekilde ısıtılmasını sağlamak için daha büyük bölüme doğru yönlendirilir.

Cürufu toplamak için kalıbın üstünde oyuk bir bölüm bulunur. Kalıp kumu ve balmumu arasında yüksek temas sağlamak için kumu iyice sıkıştırmaya özen gösterilmelidir. Kalıbı yapmak için kullanılan kalıp kumunun yüksek refrakterliğe, yüksek geçirgenliğe, yeterli kayma mukavemetine sahip olması ve düşük erime noktalı kil bileşenlerinden arındırılmış olması gerekir.

Ön ısıtma işlemi, ısıtma geçidinden rahatça istenen konuma yerleştirilebilen özel olarak tasarlanmış bir torç yardımıyla yapılır. İlk aşamada ısıtmanın amacı, balmumu düzenini eritmektir, bu nedenle ısının kademeli olarak uygulanmasıdır. Balmumu kalıptan dışarı aktıktan sonra, kaynaklanacak yüzleri önceden ısıtmak ve poroziteyi önlemek için kalıbı tamamen kurutmak için sıcaklık kademeli olarak arttırılır. Kaynak yapılacak parçalar 815 ila 980 ° C sıcaklığa ısıtılıncaya kadar ön ısıtma devam eder.

Ön ısıtma tamamlandığında, torç çekilir ve ısıtma kapısı, kalıp kumu ile desteklenmiş çelik bir çubukla bloke edilir.

Refrakter kaplı koni biçimli potaya yerleştirilmiş termik karışım, ray kaynağı bölümünde açıklandığı gibi tutuşur. Üretilen erimiş metal miktarını arttırmak için bazen düşük karbonlu çelik zımbalar ücrete ilave edilir.

Bir bağlantı için gereken termit karışımının miktarı, aşağıdaki ilişkinin kullanılmasıyla hesaplanabilir:

Q = M / 0.5 + 0.01 S ………. (15.2)

Nerede:

Q = Gerekli termit miktarı, kg,

M = Bağlantı boşluğunu doldurmak için gereken erimiş metal artı% 10 kayıp, kg,

S = ücrete dahil edilecek çelik zımbalama yüzdesi.

Desendeki her bir mum balmumu için yaklaşık 25 kg termit gereklidir.

Termik karışım, spesifik kaynak metali tortularını üretmek için tasarlanabilir.

Hafif çelik ve orta karbonlu çeliklerin kaynaklanmasında kullanılan termidin normal analizi:

C = 0, 20 -% 0, 30

Mn = 0, 5 -% 0, 60

Si = 0, 2 -% 0, 5

Al = 0, 07 -% 0, 18

Fe = Kalan

Thermit ayrıca aşınmaya dayanıklı çelikler ve karbon çeliklerinin kaynağı için de tasarlanabilir. Normalde kullanılan termitin mekanik özellikleri yaklaşık olarak yumuşak çelik ile aynıdır. Dökme demirin kaynağında, içine ferro-silikon eklenerek uygun bir şekilde termit yapılabilir.

Termik karışım, daha önce raylı kaynak bölümü viz'de daha önce tarif edilen iki yöntemden biriyle, bir kibrit çubuğu, gaz çakmak veya bir sıcak demir çubuk ile ateşlenebilen başlangıç ​​tozu kullanılarak veya alternatif olarak bir Ateş fişeği

Erimiş metal, reaksiyon durduktan sonra, çekme pimine keskin bir yukarı üflemeyle vurularak çekilir. Erimiş metal eklemi doldurmak için kalıbın içine akar.

Kalıp genellikle kırılarak atılır ve kaynak, oksi-asetilen kesme torçunun yardımı ile kapıları ve yükselticileri çıkardıktan sonra talaşlı imalat veya öğütme yoluyla giydirilir. Mümkün oldukça, tüm kaynak işlemi, gerilimi azaltmak için tavlanır.

Termik kaynak, esas olarak büyük bileşenlerin onarımında, örneğin dümen gövdesi, pervane şaftı, çelik haddehane dişlisi, şaft ve payanda kullanılır. Ayrıca, kalıbın tabanını keserek ve termit metal ile tamamen yeniden inşa ederek külçe kalıpların onarımı için kullanılır.

3. Kaynak Donatı Çubukları:

Takviye çubuklarının kaynaklanmasında, kabuk kalıplama veya C02 işlemi ile önceden imal edilmiş iki yarıda bir kalıp, Şekil 15.2'de gösterildiği gibi kaynaklanacak çubukların uçlarını saracak şekilde konumlandırılmıştır. Kalıp daha sonra erimiş metalin sızmasını önlemek için asbest ve kum ile ölçeklendirilir.

Potadaki kılavuz deliği, termik karışım ile doldurulmadan önce yatay bir kapatma diski ile kaplanmıştır. Reaksiyon tamamlandıktan sonra çelik çubuklar arasındaki boşluğu doldurmak için kapatma diskinden erir. Takviye çubukları bu işlemle herhangi bir pozisyonda kaynaklanabilir ve bu çubukların yatay konfigürasyonda kaynaklanması için kurulum Şekil 15.3'te gösterilmektedir.

4. Kaynak Elektrik iletkenleri :

Alümotermik kaynak, Şekil 15.4'te gösterilen bir kurulum kullanılarak bakır iletkenleri veya kablo hatlarını birleştirmek için kullanılır. (A). Ateşlendiğinde karışım, denklemler (15.5) ve (15.6) ile verilen reaksiyonlarla yaklaşık% 98 saf bakır verir.

Reaksiyon 1 ila 5 saniye içinde tamamlanır ve bu şekilde üretilen erimiş bakır üzerine cüruf eklenir. Erimiş metalin bileşimi, toz veya salyangoz formunda, termik karışıma uygun bir ekleme yapılarak birleştirilecek metallere uyacak şekilde değiştirilebilir. Tamamlanan kaynak, Şekil 15.4'te gösterilmiştir. (B).

Elektrik iletkenlerini birleştirmenin yanı sıra, bu işlem, bakır iletkenleri topraklama bağlantılarının sağlanması için çelik raylara bağlamak için de kullanılabilir. Böyle bir uygulama için, istenen kısımda raya grafit bir kalıp bastırılır. Kalıp, işin tamamlanmasından sonra, cürufu elden çıkarılarak tekrar kullanılabilir.

Termik Kaynak İşleminin Çeşitleri :

Daha önce tarif edilen uygulamaların yanı sıra, büyük ölçekli yapıların parçalarının montajı, gemi yapımı, büyük krank milleri ve pervane şaftlarının 3000 kg'a kadar olan termik yük kullanılarak birleştirilmesinde kullanılır. Bununla birlikte, bir takım kesin avantajlara rağmen, işlem yavaş yavaş kullanım dışı kalmakta ve esas olarak rayları birleştirmek için flaş alın kaynağı ve ağır inşaat için Electroslag kaynağı kullanılmaktadır.

Normal Termik Kaynak'ın tek çeşidi Basınç Termik Kaynak olarak adlandırılan şeydir.

Basınçlı Termik Kaynak:

Bu işlemde sadece termit reaksiyonu ile üretilen ısı, katı faz kaynağı ile birleştirilecek bileşenlerin uçlarını ısıtmak için kullanılır; reaksiyonun artık ürünlerinden olmayanların ortak ara yüze konması gerekir. Bu nedenle işlem prosedürü, çok fazla ısıl verim kaybı olmadan reaksiyon ürünlerini iş parçasından uzak tutmak için planlanmaktadır.

Bu işlemde, eklem ara yüzünde eşit alanlara sahip iki düzgün malzeme uzunluğu eksenel olarak hizalanır; uçları, termit reaksiyonunun ürünleri tarafından istenen sıcaklığa ısıtılır ve daha sonra bir katı-faz alın kaynağı yapmak için kontrollü basınç altında birlikte itilir. Şekil 15.5, ek yerinin kalıcı bir kalıp ile sarılmasıyla kaynaklanan borunun, böylece aşırı ısıtılmış çeliğin ve cürufun, kaynak ısısının kaynağı olarak hizmet etmek üzere boru çevresinde temas halinde akmasına izin veren basınçlı olduğunu göstermektedir.

Borunun uçlarını, ısıtmadan sonra, kaynağı gerçekleştirmek için bir araya zorlamak için uygun şekilde tasarlanmış bir kenetleme mekanizması kullanılır. Bununla birlikte, bu ısıtma düzenlemesi sadece küçük kesit alanları olan iş parçaları için uygundur. Daha büyük derzlerin yüzleri, etraflarında tutulan çıkarılabilir bir kalıp ile küçük bir mesafeye yerleştirilebilir.

Yüzler ve kalıbın geri kalanı arasındaki boşluk termit ile doldurulur ve reaksiyon başlatılır. Reaksiyon ürünlerinin birleştirilecek yüzlere yeterli ısı aktarılana kadar pozisyonda kalmasına izin verilir. Kalıp ve reaksiyon ürünleri daha sonra kaldırılır ve iki yüz, bir katı-hal kaynağını gerçekleştirmek için bir araya getirilir.

Bu yöntemlerin hiçbiri tutarlı olarak aynı kalitede kaynaklar üretemez ve bu nedenle nadiren kullanılır; Yumuşak çelik gibi yüksek derecede kaynak yapılabilir malzemeler için bile. Ayrıca, basınç termik kaynağının maliyeti de engelleyicidir, bu nedenle genellikle önlenir.