Экзотермическая сварка: процесс, применение и преимущества

Что такое экзотермическая сварка?

Экзотермическая сварка (также экзотермическое спайка, термитная сварка) — процесс сварки, использующий расплавленный металл для постоянного соединения проводников.

Процесс соединяет подобные металлы (медь со сталью или медь с медью) с помощью экзотермической реакции, формирующей молекулярную связь между деталями.

Соединение производится в специальной графитовой форме. Сварка использует экзотермическую реакцию термита (металлического порошка) для нагрева металла. Простыми словами: химическая реакция, выделяющая тепло, не требующая внешнего источника тепла. Реакция — алюмотермическая между алюминиевым порошком и оксидом металла.

Процесс экзотермической сварки

Метод создания электрических соединений медь-медь или медь-сталь без внешнего тепла или энергии. Специальный сварочный материал кладут в высокотемпературную форму и поджигают.

Воспламенение частиц создает экстремально высокое тепло и расплавленный металл (экзотермическая реакция) до 1400 °C и образует жидкий шлак. Жидкая медь заполняет сварочную полость, заполняя все пространство и завершая сварку.

Шов остывает и затвердевает перед извлечением из формы. Форма готова к следующей сварке после краткой чистки щеткой. Весь процесс занимает секунды.

Экзотермически сваренные соединения дают постоянный контакт, превосходящий по производительности любые механические или контактные разъемы. Поскольку образуется молекулярная связь, такое соединение не ослабевает и не увеличивает сопротивление на протяжении всего срока службы.

ОСОБЕННОСТИ

• Электрическая проводимость выше, чем у самих проводников.
• Не корродирует, не окисляется, не деградирует со временем, устойчива к гальванической коррозии.
• Выдерживает повторные электрические разряды.
• Сопротивление никогда не увеличивается.
• Механическая и сдавильная прочность выше, чем у проводников.
• Постоянная сварка и низкоомное соединение — ключ к долговечным и надежным заземлениям.

Гарантирует наиболее частые соединения не только между медными кабелями, но и для сварки лент и металлических деталей из латуни, нержавейки, медностальных заземляющих стержней.

Когда используется экзотермическая сварка?

Чаще всего для постоянного соединения медных проводников. Единственно допустимый способ спайки меди с оцинкованным кабелем. Также применима к нержавейке, чугуну, стали, латуни, бронзе и др. При соединении двух разнородных металлов — хороший вариант.

Процедура экзотермической сварки

Шаг 1: Всегда носите защитные очки и перчатки при работе с материалами для экзотермической сварки.

Шаг 2: Подготовьте все материалы и оборудование/аксессуары для типа соединения. Типичный набор: графитовая форма, зажим рукоятки, сварочный материал, натуральная щетка для чистки формы, металлическая щетка для очистки/подготовки проводников, кременный зажигатель, пропановая горелка. Проверьте форму на износ/трещины, которые могут вызвать утечку расплавленного металла.

Шаг 3: Вставьте зажим рукоятки в предустановленные отверстия с правильной ориентацией для больших винтов. Затяните зажим на форму и замкните хвататели для плотной фиксации. При необходимости подтяните/ослабьте зажим.

Шаг 4: Материал для сварки (кабель, стержень, лента) должен быть чистым и сухим с помощью щетки из комплекта. Таким образом удаляется оксидный слой и поверхностные примеси. Поскольку графитовая форма впитывает влагу, её нужно удалить предварительным нагревом газовой горелкой, чтобы избежать пористой сварки. После первой сварки повторный нагрев формы не нужен, если следующая сварка в течение 15 минут — форма сохраняет тепло.

Шаг 5: Положите проводники в форму и замкните зажимы рукоятки, чтобы предотвратить утечку материала во время реакции.

Важно: Даже при незначительном зазоре между проводниками наносите герметизирующий состав в места выхода проводников, иначе порошок вылетит пламенем, давая плохой стык.

Шаг 6: Закройте технологическое отверстие металлическим диском. Высыпьте содержимое пакета сварочной смеси.

Шаг 7: Высыпьте 50% стартового порошка поверх экзотермического сварочного порошка (не смешивая, просто посыпьте) и закройте горлышко формы. Оставшиеся 50% стартового порошка посыпьте на горлышко формы у малого отверстия на верху.

Шаг 8: Подожгите стартовый порошок на верху/боку формы кременным зажигателем. Реакция длится 3–4 секунды — в это время отойдите от формы.

Шаг 9: Через минимум 2 минуты после спайки откройте форму, разжав хват рукоятки. Снимите форму с соединения и очистите шов от шлака. После раскрытия очистите прилегающий шлак соответствующим инструментом и почистите полости. Форма готова к повторному использованию без повторного нагрева, так как уже теплая.

ОБСЛУЖИВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ

• Форма обычно служит 50–60 соединений в полевых условиях.
• Оборудование хрупкое — обращайтесь осторожно.
• Чистка форм соответствующей щеткой/инструментом после того, как форма разумно остыла после сварки. Избегайте чистки горячей формы.
• Чистка полостей аккуратно, чтобы избежать повреждений/сколов.
• По окончании работы форму тщательно чистят изнутри и снаружи мягкой тканью. Правильно упаковывают в пузырчатую пленку для хранения.
• Формы и сварочный порошок всегда хранят в прохладных сухих местах.
• Все инструменты и аксессуары чистят перед хранением для безопасного повторного использования.

Применение

Экзотермическая сварка обычно для медных проводников, но подходит для широкого спектра металлов: нержавейка, чугун, обычная сталь, латунь, бронза, монель. Особенно полезна для соединения разнородных металлов.

Благодаря хорошей электропроводности и высокой стабильности при короткозамкнутых импульсах, экзотермические швы указаны в §250.7 Национального электрического кода США (NEC) для заземляющих проводников и перемычек.

Это предпочтительный метод спайки, а также единственный допустимый способ спайки меди с оцинкованным кабелем.

NEC не требует, чтобы такие соединения были сертифицированы или помечены, но некоторые инженерные спецификации требуют проверку готовых экзотермических швов рентгеновским оборудованием.

Экзотермический шов имеет более высокую механическую прочность, отличную коррозионную стойкость, высокую стабильность при повторных короткозамкнутых импульсах и не страдает от увеличения электрического сопротивления на протяжении всего срока службы.

Видео экзотермической сварки