Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 117
Текст из файла (страница 117)
Источником кислорода в термите является Рис. 115. Схемы крекера (а) и установки (б) для сварки азотно-водородной смесью: 1 — корпус; 3 — сосуд, питающий пост азотно-водородной смесью; 8 — нагреватель; 4 — труба о катализатором; о — катализатор; 6 — электродвигатель; 1 — баллон с аммиаком; 1! — крекер; 111 — водоотделителск 1 т' — азотно-водородный аппарат окисел, а источником тепла (горючим) — металл, входящий в смесь в чистом виде. Необходимым условием для получения теплового эффекта является то, что количество тепла, выделяющегося при сгорании горючего, должно быть больше, чем требуется для разложения окисла.
В качестве окислов в термитных смесях используют железную окалину, а в качестве горючих металлов — алюминий, магний. Кроме того, в термит можно вводить легирующие элементы для улучшения механических свойств термитного металла и металлический наполнитель— железную обсечку — для увеличения выхода жидких продуктов термитной реакции (сталн). Воспламенение термитной смеси происходит при температуре не ниже 1350' С. Для этих целей применяют термитные спички, которые имеют в головке магниевый термит, развивающий температуру при горении ) 1500'С, и другие переходные составы на основе магниевых порошков, бертолетовой соли, перекиси бария, а также электрозапальные устройства.
Наибольшее распространение для сварки получнлн алюминиевые термиты, содержащие 20 — 25% алюминиевого порошка и 75 — 80% окалины. Фнзикохимические параметры термитного процесса приведены в табл. 30, 16 и!р, Ольшанского, т, 1 Атомно-водородная и термитная сварка 475 Специальные виды сварки Температу- ра про- цесса, 'С 2670 2260 Скорость реакции, кг/с Мощность реакции, ккал7с Характеристика термита, состав 0,33 262 0,31 204 0,16 050 025 Ю®ал/кг воо воо 750 725 550 500 гв 700 2 5 25 02/% Рис. 117. Изменение теплового эффекта термитной реакции при введении металлического наполнителя Рнс. !16.
Влияние коэффициента стехиометричности на тепловой эффект прн термитной реакции 30. Физико-химические параметры, термитного процесса Термохимические реакции при сгорании термита выражаются следующим образом: 2А1+ Реа03 = А!,03+ 2Ре+ 179,5 ккал/моль; 2А1+ ЗРеО = А1,0, + ЗРе+ 185,1 ккал/моль. При сварке стремятся применять термит с наибольшим тепловым эффектом реакции.
Это резко сокращает потребность в термите. Получению максимального теплового эффекта способствуют следующие факторы: высокая химическая чистота компонентов термита; подготовка окислителя с содержанием кислорода, по химий, ккал/кг ческому составу близкого к РеаОа; пра- внльный выбор соотношения основных компонентов — алюминиевого порошка н железной окалины и весового количества металлического наполнителя. Наличие в восстановителе примесей Сп, 51, Мд, 2п, а в окислнтеле Мп, 51, Я, Р, Сг и др. резко снижает тепловой эффект термитной реакции из-за протекания побочных реакций с меньшей теплотворной способностью.
Повышение содержания кислорода в окалине достигается за счет ее обжига при 900' С в окислительной среде и за счет ее более тонкого измельчения. Наиболее благоприятными по содержанию кислорода являются частички железной окалины размерами 0,25 — 0,4 мм, Для получения соединения А!аО, в процессе протекания реакций необходимо постоянное соотношение алюминиевого порошка и окисла, определяемое «оэффициентом стехиометричности со- става термита Е (рис.
116), который для сварочных процессов имеет значения У = 0,964 —: 1,020. Внедение металлического наполнителя в количестве !Π— 15% массы основных компонентов термита (рнс. ! 17) изменяет температуру процесса за счет потребления части тепла на плавление наполнителя. На параметры теплового процесса термитной реакции оказывают влияние также перемешивание и уплотнение компонентов термита (табл. 31). 31. Влияние характеристики термита на скорость и мощность реакции Высококалорийный термит, неуплотненный: 99% А1; Я = 1,О1; 23,6% О,; 10% обсечки Низкокалорийный термит, неуплотненный: 96% А1; Е = 1,02; 26% О,; 10% обсечки Низкокалорийный термит, прессованный при 400 кгс/см'.
99% А1; 2 = 1,02; 26% О, ' Для изготовления сварочного термита используют алюминиевый порошок, содержащий 96,5 — 99,7% А1; 0,47% Ре; 0,36% 51 и 1% А1 Оа. Железная окалина, используемая в термите, является сложным химическим соединением, состоящим из нескольких окислов: от окиси железа Рех03 плотностью 5,1 г/см' н температурой плавления 1565'С до закисн железа РеО плотностью 5,7 г/см" и температурой плавления 1420'С.
Железная окалина является в основном продуктом отходов горячей обработки стали; она прочно удерживает влагу до 550 †6' С. Стальной наполнитель (гвоздевая обсечка) имеет насыпной вес 1,8 — 2,2 г/см', кристаллизационная влага и органические включения устраняются прокаливанием при температуре >600' С. Плотность уплотненного (спрессованного) термита может достигать 3,2 — 3,4 г/сма. Термит воспламеняется при 1300 — 1360'С. Теплота реакции для стехиомет- 0 5 10 14 10 22 т с рических составов термита 575 — 850 ккал/кг.
Шлаковая составляющая термитного рас- Рис. ! 18, Изменение содержаплава имеет температуру кристаллизации ннЯ алюминиЯ в термитном ме>1950' С. Термитный металл в сварочной галле за вРемЯ пРотеканиЯ терформе распределяется так, %: 72 — 80 на митного процесса облив сварнваемых деталей, 20 — 28 на литниково-выпорную систему. При термитном процессе возможно легнрование ме. талла, которое можно осуществлять через восстановитель, окислитель, металлический наполнитель, ферросплавы, легирующие окислы, введением легирующих элементов в чистом виде. Легирующие элементы, чаще всего в виде ферросплавов РеМп и Ре51, вводятся в термит обособленно в отдельных порциях или перемешиваются с шихтой. На рис.
1!8 приведено изменение содержания алюминия в термитном металле за время протекания термитного процесса 23 с. За время реакции происходит также изменение в химическом составе металла по содержанию углерода, кремния, марганца. Общим свойством термитного металла является присутствие в его составе алюминия. Пониженное количество алюминия означает присутствие 16" Специальные виды сварки 477 в термитном металле кислорода, который снижает механические свойства термитной стали. Содержание в стали до 0,25 — 0,40% А! не влияет на механические свойства термитного металла, а содержание А1 свыше этих величин понижает его прочность. Термитный металл, полученный при реакции основных компонентов термита, имеет химический состав, %: О,! С; 0,08 Мп; >0,09 51; 0,03 Б; 0,03 Р; 0,09 Сц; 0,07 А1 и невысокую прочность (аа = 35 —: 40 кгс/ммз, 6 = 18 —: 20%).
Поэтому при сварке стали необходимо подбирать по составу такой термитный металл, механические свойства которого не отличались бы от свойств свариваемой стали. а) При введении легирующих элементов в термит необходимо учитывать их переход в термитный металл; количество легирующих элементов определяется в процентном отношении от основных компонентов термита (табл. 32).
Потери элементов на угар составляют, %: 30 С; 20 51; 80 Мп. Изменяя количество вводимых легирующих элементов, можно в широких пределах изменять химический состав и механические свойства термитного металла, так предел прочности можно изменять в пределах 40 — 75 кгсlмм'. Оптимальные значения измельчения компонентов, используемых в сварочном термите, составляют, мм: 0,1 — 1,0 алюминиевого порошка; 0,05 — 1,0 железной окалины; 1„0 стального наполнителя; 0,25 — 0,63 легирующих компонентов. а1 Компоненты термита взвешивают с точностью-+ 0,2%, а наполнитель с точностью-+-0,5%.
Низкокалорийный термит развешивается на порции по 6 и 7,5 кг, высококалорийный — на порции 2,5 — 3,5 кг; 4 — 4,7 кг; 5,1 — 5,5 кг и 6,5 кг. Тигель для сжигания термита показан на рис. 119. В пакет с термитом укладывается запорное устройство (рис. 119, б). В зависимости от размеров свариваемого изделия вес термитной порции может меняться от нескольких сотен граммов до нескольких килограммов. Сгорание термита происходит в тигле (рис. 119, а). Тигель имеет корпус нз листовой стали с внутренней магнезитовой футеровкой, огнеупорную втулку (штепсель) и крышку. ЗЗ. Содержание легнруазщих влементов в термите Рис.
119. Тигель для сжигания термита: а — тигель; б — дно тигля; ! — корпус; 2 — футеровка; 3 — стакан: 4 — втулка для выпуска расплава; б — магнезитовый песок; б — термит, '7 — асбестовый кружок;  — запорный гвоздь; Э вЂ” стакан Атомно-водородная и термитная сварка Для удержания жидкого металла в месте сварки применяют сварочные разъемные формы, которые могут быть сырые и сухие. Сырые формы изготовляют на месте работ и предварительно перед сваркой их просушивают.
Для изготовления сырых Рис. 120. Способы термитной сварки рельсов: а — давлением; б — промежуточного литья; а — комбинированный форм используют кварцевый песок (80 — 85%) и глину (15 — 20%). Сухие формы изготовляют из кварцевого песка (92 — 93%) и жидкого натриевого стекла (8 — 7%), Литниковую систему выполняют с учетом способа подготовки стыка под сварку, разъема сварочных форм, системы газа и шлакоудаления, зазора в стыке. 478 Специальные виды сварки Сварка в микроэлектронике Существует несколько способов термитной сварки, которые отличаются технологией процесса и применяемым оборудованием (рис.
120). При использовании термитной сварки давлением торцы свариваемых деталей (рельсов) шлифуют и плотно прижимают один к другому, затем стык зачеканивают по всему периметру. На стык устанавливают формы (рис. 120, а) и через край тигля сливают вначале шлак, а затем термитный металл. Температура стьща в начале процесса равна температуре окружающей среды, поэтому жидкий шлак быстро теряет тепло и, застывая, покрывает стык коркой толщиной до 4 мм. Выливаемый затем термитный металл вытесняет оставшийся жидкий шлак в верхнюю часть формы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
