Экзотермическая сварка: процесс, применение и преимущества

Что такое экзотермическая сварка?

Экзотермическая сварка, также известная как экзотермическое соединение, термитная сварка (TW) и термит-сварка — процесс сварки, использующий расплавленный металл для постоянного соединения проводников.

Процесс применяется для соединения однородных металлов, например меди со сталью или меди с медью. Использует экзотермическую реакцию для образования молекулярной связи между двумя частями.

Соединение производится в специально спроектированном графитовом ковше. Сварка использует экзотермическую реакцию термита (порошкового металла) для нагрева металла. Простыми словами, экзотермический процесс — это химическая реакция, выделяющая тепло и не требующая внешнего источника тепла. Химическая реакция, производящая тепло — алюмотермическая реакция между алюминиевым порошком и оксидом металла.

Процесс экзотермической сварки

Метод создания электрических соединений медь-медь или медь-сталь без внешнего источника тепла или энергии. Специальный сварочный материал помещается в высокотемпературный ковш и поджигается.

Процесс поджигания частиц создает экстремально высокое тепло и расплавленный металл (экзотермическая реакция) до 1400 °C и образует расплавленную шлаковую массу. Жидкий медный металл затекает в сварочную полость, заполняя все пространство и завершая сварку.

Сварку дают остыть и затвердеть перед извлечением из ковша. Ковш готов к следующей сварке после краткой очистки щеткой. Весь процесс занимает секунды.

Экзотермически сваренные соединения дают постоянное соединение, превосходящее по производительности любые известные механические или контактные разъемы типа поверхность-поверхность. Поскольку образуется молекулярная связь, экзотермически сваренное соединение не ослабевает и не увеличивает сопротивление на протяжении всего срока службы монтажа.

ОСОБЕННОСТИ

• Электрическая проводимость выше, чем у самих проводников.
• Не корродирует, не окисляется и не деградирует во времени, устойчива к гальванической связи.
• Выдерживает многократные электрические разряды.
• Никогда не увеличивает свое сопротивление.
• Механическая и давящая прочность выше, чем у проводников.
• Постоянная сварка и низкоомное соединение, необходимое для долговечных и надежных результатов в заземлении.

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

Когда используется экзотермическая сварка?

Чаще всего для постоянного соединения медных проводников. Единственно допустимый способ соединения меди с оцинкованным кабелем. Можно использовать на нержавейке, чугуне, 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 требует: графитовый ковш, зажим рукоятки, сварочный материал, натуральная щетина для чистки ковша, металлическая щетка для очистки/подготовки проводников, кременный поджигатель, пропановый горелка. Проверьте, что графитовый ковш не изношен или не поврежден, что могло бы вызвать утечку расплавленного металла.

Шаг 3: Вставьте зажим рукоятки в предварительно просверленные отверстия с правильной ориентацией для заглушек. Затяните заглушки зажима на ковш и замкните хватательные механизмы для плотной блокировки ковша. Отрегулируйте зажим для затяжки/ослабления.

Шаг 4: Материал для сварки (кабель, стержень, лента) должен быть чистым и сухим с использованием щетки из комплекта. Таким образом удаляется оксидный слой и поверхностные загрязнения. Поскольку графитовый ковш также впитывает влагу, её нужно удалить предварительным нагревом горелкой для избежания пористой сварки. После первой сварки повторный нагрев ковша не нужен, если следующая сварка в течение 15 минут — сохраняется накопленное тепло.

Шаг 5: Установите проводники в ковш и замкните зажимы рукояток для предотвращения утечки материала во время реакции.

Важно: Если есть даже незначительный зазор между двумя проводниками, нанесите герметик в места выхода проводников, иначе при сварке порошок разлетится пламенем, давая неправильное соединение.

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

Шаг 7: Высыпьте 50% стартового порошка поверх экзотермического сварочного порошка (не мешайте, просто посыпьте) и закройте рот ковша, затем оставшиеся 50% стартового порошка посыпьте на рот ковша возле малого отверстия на верхушке.

Шаг 8: Поджгите стартовый порошок на верху/боку ковша кременным поджигателем. Реакция займет 3–4 секунды, в течение которых рекомендуется отойти от ковша.

Шаг 9: Через минимум 2 минуты после соединения откройте ковш, разжав хват рукоятки. Извлеките ковш от соединения и очистите шлак. После открытия очистите приhaftший шлак соответствующим инструментом и почистите полости. Ковш готов к повторному использованию без повторного нагрева, так как уже теплый.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ

• Ковш обычно годен для 50–60 соединений в полевых условиях.
• Оборудование хрупкое, обращайтесь осторожно.
• Чистка ковшей — соответствующей щеткой/инструментом после разумного остывания после сварки. Избегайте чистки горячего ковша.
• Чистка полостей — осторожно, чтобы избежать повреждений/сколов.
• По завершении работы ковш тщательно очистите изнутри и снаружи мягкой тканью. Правильно упакуйте в пузырчатую пленку для хранения.
• Ковши и сварочный порошок всегда храните в прохладных и сухих местах.
• Все инструменты и аксессуары очищайте 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 сварки — один из вариантов, указанных в §250.7 Национального электротехнического кода США (NEC) для заземляющих проводников и соединимых перемычек.

Предпочтительный метод соединения, и единственно допустимый для соединения меди с оцинкованным кабелем.

NEC не требует сертификации или маркировки таких соединений, но некоторые инженерные спецификации требуют проверку готовых экзотермических швов рентгеновским оборудованием.

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

Видео экзотермической сварки