Термитная сварка с успехом' используется для соединения стальных полос и стержней заземле­ния в местах, где отсутствует электроэнергия или существуют труд­ности с доставкой электросварочных агрегатов с бензиновыми двигателями для электросварки или аппаратуры и сжатых газов для газовой сварки. Такие условия могут быть, например, при выполнении работ в болотистой или лесистой местности, в горах и при ремонтных или восстановительных работах. В последних случаях немаловажное значение имеет то, что при термитной сварке обеспечивается максимальная мобильность и быстрота.

Кроме независимости от источников электроэнергии или сжа­тых газов, преимуществами термитной сварки являются простота технологии, простота и малая масса приспособлений, а также хо­рошее качество получаемых с ее помощью соединений.

Экономический эффект от применения термитной сварки, по самым скромным расчетам, составляет 17,5 тыс. руб. на 10 тыс. шт. соединений. Однако следует помнить, что не экономический эф­фект определяет целесообразность применения рассматриваемого способа, а главным образом те удобства, которые он обеспечивает при выполнении монтажных или ремонтных работ в полевых ус-' ловиях.

Для соединения стальных полос и стержней применяется тер - митно-тигельная сварка, принцип которой был изложен в главе второй. Может быть использована и термитно-муфельная сварка с осадкой, аналогичная той, что применяется для соединения сталь­ных проводов сигнализации и связи (см. рис. 1-5, б). Однако такой способ менее удобен, так как требует точной подгонки стыка и применения более громоздких и сложных приспособлений, чем при тигельной сварке.

Разработана сварка стержней диаметром 12, 14 и 16 мм и полос сечением 25 X 4; ЗО X 4; 40 X 4 и 40 X 5 мм, что охватывает основные случаи, встречающиеся в монтажной практике. На рис. 14-2 показаны типы соединений. Возможна сварка как встык, так и внахлестку. Однако преимущественное распространение по­лучили только нахлесточные соединения, не требующие подгонки стыков. Сварка внахлестку характеризуется полным проплавле-
ниєм в целом месте обеих свариваемых полос или стержней по всему их сечению.

При сварке встык происходит расплавление кромок и запол­нение зазора между ними термитным металлом. Могут свариваться полосы или стержни разных сечений, а также полосы со стерж­нями в различных комбинациях.

Для выполнения ответвления одну из полос (ответвление) пред­варительно загибают и приваривают к другой внахлестку. В слу­чае если позволяет место (траншея), можно сначала сварить обе

Рис. 14-2. Типы соединений стальных стержней и полос заземляющих уст­ройств, выполняемых термитной сваркой: а — соединение стержней встык; б — соединение полос встык; в — соединение полос внахлестку; г — соеди­нение стержней внахлестку; д — соединение арматурной стали внахлестку; е — соединение тросов внахлестку; ж — ответвление стержня от стержня; в — ответвление полосы от полосы; и — ответвление стержня от полосы

полосы или оба стержня, лежащих в одну линию, а затем отогнуть полосу или стержень ответвления.

Для соединения контура заземления с'заземлителем возможна непосредственная их сварка. Однако такая операция нецелесооб­разна, так как в зависимости от размеров сечений заземлителей (уголков) требуется большое число типоразмеров форм. Поэтому на практике (рис. 14-3) соединение обычно выполняют через про­межуточную деталь — отрезок круглой стали 1 диаметром 12— 16 мм (флажок). Флажок заблаговременно, в условиях монтажно­заготовительного участка (мастерской), приваривают к уголку 2 с помощью электросварки. После забивки электрода и укладки контура заземления флажок отгибают и приваривают (3) вна­хлестку к контуру 4 (рис. 14-3, а). В случае если заземлитель вы­полняется в виде стержня 2, завинченного в грунт (рис. 14-3, б), то
конец этого стержня подгибают и также приваривают вна­хлестку к контуру 4.

Для сварки используется термитная смесь (см. § 1-9), состоя­щая из порошкообразной железной окалины и алюминиевой крупки. Количество этих компонентов, необходимое для приготов­ления смеси, может быть рассчитано по формулам:

А1 = 1,809-К0'775 и Ок= 160,9/К0'225,

где А1 — содержание алюминия в термитной смеси, %; Ок — со­держание железной окалины, %; К — содержание кислорода в окалине.

Однако, учитывая, что тепловой эффект термитных процессов зависит от многих факторов (наличие примесей в окалине, гранулометриче­ский состав компонентов, ве­личина сварочной порции смеси и др.), результаты рас­четов по указанным форму­лам должны корректировать­ся при отработке рецептуры термитной смеси в зависи­мости от свойств конкретных материалов, используемых для приготовления смеси, £

и условий их применения. Рис 14_з Соединення

шины контура за-

Процентное содержание земления с электродом-заземлителем, вы - КОМПОНЄНТОВ В термитной полненные термитной сваркой

смеси, предзначенной для

сварки полос и стержней заземления, установленное экспери­ментальным путем, следующее:

Окалина железная, изготовляемая Московским или Ленинградским

трамвайно-троллейбусным управлением.................................................................... 78—80

Алюминиевый порошок (крупка марки АК. П), выпускаемый заводами Минцветмета СССР 22—20

Для улучшения механических свойств сварных соединений и предотвращения газовой пористости на каждый килограмм смеси окалины и алюминиевого порошка добавляется 20 г ферромарганца марки М-1 (ГОСТ 4755—70) зернистостью 0,1—1,0 мм.

Сварочный термит относится к пожароопасным материалам не­смотря на то, что он трудновоспламеним обычными средствами (спички, паяльные лампы, газовые горелки и т. п.). В связи с этим к его транспортировке и хранению предъявляются специальные требования. Для исключения связанных с этим затруднений ре­комендуется раздельно поставлять компоненты: железную ока­лину с ферромарганцем отдельно от алюминиевого порошка. При такой поставке нет никаких ограничений в отношении перевозки
и хранения материалов для термитных смесей. Материалы для термитных смесей целесообразно поставлять в стальных банках (банка с алюминиевым порошком массой 1 кг и банка с железной окалиной и ферромарганцем массой 4,1 кг). При смешении содер­жимого обеих банок получается 5,1 кг термита, что обеспечивает выполнение 10—12 сварных соединений заземляющих проводни­ков.

Расфасовка термита на отдельные порции должна произ­водиться в мастерских монтажных организаций заблаговременно до производства работ. С этой целью компоненты термита тща­тельно перемешивают и мерными стаканчиками отмеряют необ­ходимые для сварки порции в граммах:

Соединение внахлестку и встык стальных полос шириной 40 мм, толщи­ной 4 и 5 мм и стержней диаметром 16 мм между собой и приварка к полосам

и стержням меньших сечений в разных комбинациях........................................................... 400

Соединение внахлестку и встык стальных полос шириной 30 и 35 мм, тол­щиной 4 и 5 мм и стержней диаметром 14 и 12 мм в различных сочетаниях между собой...................................................................................................................................... 300

Отмеренные порции термитной смеси высыпают в полиэти­леновые мешочки или мешочки из плотной упаковочной бумаги. Весьма рационально расфасовывать смесь в металлические или пластмассовые банки.

Мешочки с термитной смесью должны храниться и перевозиться в железных коробках с крышками. При этом должны выпол­няться правила, изложенные на стр. 90, для термитных патронов. В частности, в общих складах электрооборудования и в кладовых монтажных участков и прорабских пунктов разрешается хранить термитную смесь общей массой до 50 кг.

Технология сварки. Сварка стальных полос и стержней зазем­ления производится в так называемых песчано-смоляных тигель - формах одноразового применения, изготовляемых на специальных установках простейшей конструкции. Несмотря на одноразовое применение, благодаря простоте изготовления этих форм и малой цене (одна форма стоит около 5 коп.) применение их более целе­сообразно, чем угольных форм многоразового использования, тре­бующих механической обработки при изготовлении и поэтому более дорогих. Формы изготовляются из двух половин, которые уста­навливаются на место сварки и закрепляются.

Оригинальной особенностью форм является наличие в них спе­циальных полостей или особая конфигурация сварочных камер, в которых происходит облив термитным металлом места сварки. Дело в том, что обычно из-за относительно небольшой теплотвор­ной способности термитных смесей при термитной сварке произ­водят предварительный дополнительный подогрев свариваемых деталей, так как теплоты, выделившейся в результате горения тер­мита, может оказаться недостаточно для расплавления свари­ваемых кромок. Предварительный нагрев форм и соединяемых полос или стержней посторонним источником теплоты не прием-
лем в полевых условиях, так как теряются основные преимущества термитной сварки, заключающиеся именно в автономии от посто­ронних источников теплоты.

Г

2 Рис. 14-4. Последовательные стадии подготовки к термитно-тигельной сварке стальных стержней

В ЛенПЭО ВНИИПЭМ предложен и разработан способ сварки с предварительным нагревом свариваемых деталей самим же тер­митным металлом, первая порция которого нагревает места сварки

и затем сливается в полость, предусмотренную в форме. После­дующая порция металла расплавляет в определенной зоне соеди­няемые детали (в данном случае полосы или стержни) на доста­точную глубину, в результате чего получается сварное соедине­ние. Такой способ оказался очень эффективным, так как при соот­ветствующем подборе указанной полости можно точно дозировать количество металла, необходимого для предварительного подо­грева свариваемых деталей.

Стадии подготовки к сварке приведены на рис. 14-4. Перед сваркой участки стержней или полос в зоне соединения очищают от ржавчины проволочной щеткой и протирают тряпкой для уда­ления влаги на участке около 70 мм. Стержни 1 закрепляют в струб­
цине 2 (рис. 14-4, а) и на место сварки устанавливают половины песчано-смоляной формы 3 (рис. 14-4, б), которые стягивают пру - жинными закрепами 4 (рис. 14-4, в).

При сварке встык место стыка с зазором' 2—3 мм между кон­цами стержней должно находиться в центре сварочной полости формы.

В случае соединения полосы со стержнем устанавливают одну половину формы, предназначенную для сварки полос, и вторую — для стержней. Зазоры в местах выхода стержней или полос из

6} в) г) Рис. 14-5. Последовательные стадии термитно-тигельной сварки

формы уплотняют замазкой *. Кроме того, для предохранения от случайной протечки жидкого металла рекомендуется обсыпать форму в нижней ее части сухим песком или землей, для чего у струбцины имеется передвигающийся поддон. Следует обратить внимание на недопустимость применения для обсыпки форм сы­рого песка или земли, так как случайное попадание в форму влаги, даже в незначительных количествах, может вызвать ее взрыв при сварке. По этой же причине не разрешается промазка щелей форм глиной.

Затем литниковое отверстие тигля, находящееся в нижней части, закрывают стальным кружком диаметром 20 мм и толщи­ной 1,5 мм, на тигель-форму надевают цилиндрическую насадку 5 с крышкой и в тигель засыпают термитную смесь 6. Смесь должна быть тщательно перемешана в банке или мешочке, в которых она поставляется на монтаж. Это необходимо для равномерного распределения зерен окалины и алюминия во всем объеме. При несоблюдении этого условия термит может не воспламениться или порция его может сгореть неполностью.

Сварка происходит автоматически, и для ее выполнения необ­ходимо только воспламенить термитную смесь. Для этого (рис. 14-5) зажженную термитную спичку 3, зажатую плоскогуб­цами или укрепленную на отрезке стальной или алюминиевой

проволоки, быстрым движением вводят через отверстие в крышке тигля в термитную смесь 4, так, чтобы активная часть спички вошла в термит. Воспламенение термита определяют по неболь­шому факелу пламени, появляющемуся в отверстии крышки тигля, а также по характерному шипящему звуку, которым сопрово­ждается горение. Если воспламенения термита не произойдет, то зажигание по требованиям техники безопасности можно произ­водить не ранее чем через 5 мин. После сгорания всей порции тер­мита происходит расслоение выделившейся стали 7, скапливаю­щейся на дне тигля и шлака 6, плавающего на ее поверхности (рис. 14-5, б). Стальной кружок 5, закрывающий отверстие тигля, расплавляется, и сталь устремляется в сварочную полость 8 формы 2 (рис. 14-5, в) на стык свариваемых стержней 1. Стержни в месте сварки сначала нагреваются проливающимся металлом, затем расплавляются. Соединение окончательно формируется по­сле заполнения формы (рис. 14-5, г).

Весьма большое значение для получения качественной сварки имеет толщина стального кружка, который закрывает литниковое отверстие на период протекания термитной реакции и образования жидкой стали. При малой толщине кружок расплавляется прежде­временно, в результате чего не успевает закончиться отделение шлака от стали и шлак может попасть в зону сварки. При этом неизбежно получение бракованного соединения. В случае чрез­мерно большой толщины кружка происходит замедленное плавле­ние его, процесс сварки затягивается и термитная сталь остывает, что ведет к непровару свариваемых кромок.

Весь процесс собственно сварки, т. е. образование термитного металла и расплавление соединяемых частей, продолжается 6— 8 с. Примерно через 3 с после воспламенения термита нижняя часть тигель-формы раскаляется докрасна скапливающейся сталью. Это указывает на то, что процесс сварки закончен. Однако тигель - форму разрешается сбивать только через 5—7 мин после окончания сварки. Образующиеся при сварке литниковые прибыли при на­хождении соединений в земле можно не удалять. В необходимых же случаях они сбиваются ударами молотка. Отсутствие литниковых прибылей на соединениях указывает на то, что навеска термит­ной смеси при сварке была мала. При этом литниковое отверстие тигля-формы в конце сварки не закрывается столбиком металла и в зону сварки может попадать шлак. Для исключения этого сле­дует увеличивать на 20—30 г порцию смеси и следить, чтобы лит­никовая прибыль была высотой не менее 10—15 мм.

Необходимое качество сварных соединений обеспечивается при соблюдении установленного технологического процесса. Все вы­полненные соединения должны быть подвергнуты наружному осмотру. Они не должны иметь усадочных и шлаковых раковин, заходящих в тело соединения.

При обучении термитной сварке, а также при выполнении проб­ных стыков перед началом работ в производственных условиях
образцы сварки следует подвергать испытанию на механическую прочность. Для этого их зажимают в тиски и изгибают ударами молотка. Если изгиб идет по основному металлу, а сварное соедине­ние не разрушается, то это свидетельствует о том, что оно обла­дает достаточной механической прочностью и что данная партия термита может применяться в производственных условиях. При разрушении самого сварного соединения необходимо выполнить

Рис/14-6/Внешний вид (а) и макро­шлиф (б) термитной сварки стальной полосы сечением 50X4 мм

повторную сварку. При разруше­нии и этих повторных соединений применение данной партии тер­мита должно быть запрещено. В особо ответственных случаях перед использованием -вновь при­бывшей партии термитных мате­риалов могут оцениваться также макрошлифы продольных разрезов сварных соединений на специаль­но выполненных образцах. При этом следует обращать внимание на то, что для нормальной свар­ки в стыковом соединении полосы или стержни должны распла­вляться по всему их сечению, а в нахлесточных соединениях — не менее 2/3 сечения.

Термитно-тигельная сварка позволяет получать соединения высокого качества. Механиче­ская прочность при испытании на растяжение стержней *диамет - іром 16 мм составляет 90 кН (9000 кгс) и полос сечением 40 X X 4 мм — 65 кН (6500 кгс). Электрическое сопротивление не превосходит ^'сопротивления рав­новеликих участков полос или стержней. "Макрошлифы свиде­тельствуют о полном расплавлении полос и кромок по всему сечению и отсутствии раковин и включений (рис. 14-6).

Изготовление песчано-смоляных тигель-форм для термитной сварки. Песчано­смоляные формы изготовляются обычно силами монтажных организаций в приобъектных мастерских или на производственных базах. Сущность про­цесса изготовления этих форм состоит в следующем: на предварительно нагре­тую до 220—240° С металлическую подмодельную плиту, имеющую формо­образующие детали, насыпают смесь кварцевого песка с термореактивной смолой (пульвербакелит). В прилегающих к модели слоях смеси смола плавится, обво­лакивает зерна песка, в результате чего вокруг модели образуется песчано-смо­ляная оболочка. После отверждения (запекания) в нагревательной печи при температуре 330—350° С оболочку снимают с плиты, и она готова к упо­треблению.

Формы изготовляются на установке типа УПСФ-1[30] (рис. 14-7), которая со­стоит из нагревательной печи 1, поворотного бункера 4, направляющих уголков 2, механизма съема оболочек с педалью 5 и сменной подмодельной плиты 3.

Нагревательная электрическая печь служит для нагревания подмодельной плиты и отверждения сформированной сырой оболочковой формы. Печь подогре­вается двумя нагревателями — верхним и нижним общей мощностью 2,4 кВт. Первоначальный разогрев печи в начале работы осуществляется включением обоих нагревателей на полную мощность. Время разогрева 25—30 мин.

Рис. 14-7. Установка УПСФ-1 для изготовле­ния песчано-смоляных форм

При достижении температуры в печи 330—350° С верхний нагреватель отклю­чают, и рабочая температура в печи поддерживается только нижним нагревателем мощностью 1,2 кВт. Верхний нагреватель периодически вклю­чают при снижении температуры в печи ниже 300° С. Контроль за температурой в печи осуще­ствляется биметаллическим ука­зателем температуры.

Поворотный бункер служит для засыпки формовочной смеси на нагретую подмодельную плиту. Бункер заполняется смесью до половины его высоты (10—12 кг). При непрерывной работе дозаправка бункера смесью производится через каж­дые 1,0—1,5 ч работы.

Формирование оболочковых песчано-смоляных форм произ­водится на нагретых металли­ческих подмодельных плитах (рис. 14-8), рассчитанных на изготовление двух полуформ.

Для получения форм на различ­ные виды сварных соединений применяются соответствующие им подмодельные плиты, входя­щие в комплект установки.

Кроме моделей форм, в подмо­дельных плитах смонтированы подпружиненные толкатели для снятия готовых форм. Пере­мещение плиты в печь и об­ратно к бункеру осуществляет­ся по направляющим уголкам специальной съемной ручкой-

захватом при зацеплении ее в овальном отверстии в передней части плиты. Поворот плиты и наложение ее на рамку бункера производятся другим кон­цом этой же ручки, вставляемой в отверстие заднего торца плиты.

Производительность установки УПСФ-1 — до 160 форм в смену.

Основными материалами для изготовления песчано-смоляных форм являются кварцевый песок [31]. который представляет собой огнеупорный компонент смеси, и пульвербакелит [32], являющийся связующим веществом при образовании форм.

Кварцевый песок должен иметь зерновой состав в пределах 0,2—0,5 мм. При отсутствии кварцевого песка допускается применять обычный речной песок
указанного выше зернового состава после отмучивания его от глины и просуши­вания.

Пульвербакелит представляет собой тонкоизмельченную термореактивную смолу. Основным свойством этой смолы является способность плавиться при до­стижении температуры 105—115° С и необратимо затвердевать при дальнейшем ее повышении. Эго свойство и используется при изготовлении песчано-смоляных форм.

Для облегчения снятия готовых форм с подмодельной плиты применяется разделительный состав, представляющий собой 4%-ный раствор синтетического термостойкого каучука СКТ в уайт-спирите. Для приготовления раствора 35— 40 г измельченного каучука растворяют в литре уайт-спирита в течение 12 ч.

4 Рис. 14-8. Подмодельная плита для изготовления песчано­смоляных сварочных тигель-форм

1 — плита; 2 — окантовочная рамка; 3 — модель сварного соеди­нения полос; 4 — модель тигля; 5 — разделительный нож; 6 — скоба для сопряжения с бункером; 7 — отверстие для схемной ру­коятки; 8 — толкатели для съема готовых тигель-форм

Заблаговременно, до начала изготовления песчано-смоляных форм, произво­дят подготовку формовочной смеси, которая заключается в перемешивании пуль - вербакелита с песком в смесителях. Смеситель представляет собой барабан емко­стью обычно не менее дневной потребности [33] в смеси, вращающийся от электро­привода или при малых объемах работ вручную.

Для приготовления смеси отвешивают порцию кварцевого песка (в зависи­мости от объема барабана смесителя) и пульвербакелита (6% от массы песка); засыпают песок в смеситель и увлажняют его керосином или уайт-спиритом (0,3% от массы песка) при вращении смесителя в течение 3-4 мин; засыпают пуль - вербакелит в смеситель и перемешивают с песком в течение 4—5 мин.

При изготовлении песчано-смоляных форм выполняют следующие операции: гх за пол часа до начала изготовления форм включают нагреватели печи для ра­зогрева ее до температуры 300° С;

нагревают подмодельную плиту до 220—240° С, для чего помещают ее с по­мощью ручки-захвата в печь. Указанную операцию выполняют только в начале работы по изготовлению форм. При установившемся режиме изготовления форм температура плиты устанавливается в процессе работы;

нагретую плиту выводят из печи до зацепления с осью бункера. В этом поло­жении на плиту пульверизатором или кистью наносят разделительный состав.

В дальнейшем разделительный состав повторно наносят через 30—40 съемов обо­лочковых форм;

нагретую и обработанную разделительным составом плиту поворачивают рукояткой вокруг оси на 180° и накладывают на рамку бункера; при этом плита закрепляется на бункере захватом;

бункер с закрепленной на нем плитой поворачивают рукояткой на 180°, в результате чего песчано-смоляная смесь насыпается на плиту. Происходит фор­мирование песчано-смоляной формы. Продолжительность формирования при требуемой толщине формы 7—8 мм составляет 15—20 с;

по истечении времени формирования бункер поворачивают в исходное поло­жение, при этом излишек смеси ссыпается на дно бункера. Подмодельную плиту поворачивают вокруг оси и вместе со сформированной, но еще сырой песчано­смоляной формой ставят на стальные направляющие угодки;

плиту снова направляют в печь для отверждения образовавшейся сырой формы. Продолжительность отверждения 90—120 с;

по истечении'времени отверждения формы плиту выводят из печи до зацепле­ния с осью бункера. После этого снимают оболочковую форму нажатием на пе­даль съемного механизма. При этом происходит захват плиты зажимами и отде­ление готовой формы от плиты с помощью системы толкателей;

плиту обдувают сжатым воздухом или прочищают кистью от остатков смеси, накладывают на бункер и процесс изготовления форм повторяют. Промежуточного подогрева плиты после снятия готовой формы не требуется, так как потери тепла плитой при формировании формы компенсируются подогревом ее от нижнего нагревателя за время отверждения форм.

Качество форм контролируют внешним осмотром. Форма считается пригод - - ной, если имеет толщину 7—8 мм и отсутствуют трещины и сколы. Увеличение толщины не является браковочным признаком, однако это приводит к перерасходу формовочной смеси. Цвет форм должен быть светло-коричневым. Темно-корич­невый и бурый цвета являются признаком переотверждения формы, а светло - желтый — признаком недостаточной выдержки ее в печи при отверждении. В обоих случаях прочность форм будет пониженной.