Kωδικός κατά ISO4063     71 TW – Thermit Welding

Εισαγωγικά:

Οι συγκολλήσεις θερμίτη ή εξωθερμικές συγκολλήσεις είναι μια πολύ παλιά διαδικασία συγκόλλησης η οποία κατοχυρώθηκε ως πατέντα το 1895 από τον Γερμανοεβραίο Hans Goldsghmidt και για τον λόγο αυτόν αναφέρεται επίσης και ως διαδικασία Goldsghmidt.

Tο χαρακτηριστικό γνώρισμα της διαδικασίας αυτής είναι ότι η θερμική ενέργεια που χρησιμοποιείται για την τήξη των υλικών, δεν παράγεται από κάποια εξωτερική πηγή ενέργειας, ηλεκτρικό ρεύμα ή φλόγα καυσίμου, αλλά από το ίδιο το αναλώσιμο υλικό που χρησιμοποιείται για την συγκόλληση των μετάλλων.

Αυτής της μορφής αναλώσιμο υλικό καλείται θερμίτης και από αυτό η ονομασία της διαδικασίας συγκόλλησης.

Τι είναι ο θερμίτης:

Ο θερμίτης είναι ένα μίγμα μετάλλων σε μορφή σκόνης. Τα μίγματα αυτά είναι μείγματα οξειδίων μετάλλων και αναγωγικών παραγόντων.

Για την συγκόλληση σιδηρούχων υλικών χρησιμοποιούνται οξείδια του σιδήρου και αναγωγικό παράγοντα αλουμίνιο ενώ για την συγκόλληση μπρούτζου και ορείχαλκου χρησιμοποιούνται οξείδια του χαλκού και αναγωγικό παράγοντα αλουμίνιο. Εκτός του αλουμινίου υπάρχουν και άλλα μέταλλα τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αναγωγικά αλλά το αλουμίνιο είναι οικονομικότερο και αρκετά ελαφρύ.

Πως λειτουργεί ο θερμίτης:

Τα οξείδια γενικά είναι χημικές ενώσεις μετάλλου και οξυγόνου

Οξείδιο του σιδήρου είναι η χημική ένωση σιδήρου και οξυγόνου Fe+O και οξείδιο του χαλκού η χημική ένωση χαλκού και οξυγόνου Cu+O. Σε αυτές τις χημικές ενώσεις προσθέτουμε και διάφορους αριθμούς για τους οποίους δεν κρίνεται σκόπιμη η ανάλυσή τους.

Η σκουριά του σιδήρου είναι μορφή οξειδίου του σιδήρου όπως και το γνωστό στους ηλεκτροσυγκολλητές διοξείδιο του άνθρακα που είναι ένα οξείδιο του άνθρακα C+O.

CO-μονοξείδιο του άνθρακα (δηλητηριώδες), CO2 -διοξείδιο του άνθρακα (ασφυξιογόνο).

Αναγωγικά λέγονται τα χημικά στοιχεία τα οποία έχουν την ικανότητα να αφαιρούν το οξυγόνο από τα οξείδια. Ένα τέτοιο στοιχείο είναι το αλουμίνιο αλλά και το μαγνήσιο το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί εναλλακτικά.

Στον θερμίτη επομένως στον οποίο βρίσκονται αυτά τα υλικά αναμεμιγμένα, το αλουμίνιο αρπάζει από τον σίδηρο ή τον χαλκό το οξυγόνο αλλά συγχρόνως με αυτό εκλύεται και μια πολύ υψηλή ποσότητα θερμότητος η οποία μπορεί να περάσει και τους 3.000 oC.

FeO+Al=Fe+AlO+θερμότητα

CuO+Al=Cu+Al+θερμότητα

Τα παραδείγματα είναι απολύτως απλοποιημένα.

Σαν ένα πραγματικό παράδειγμα μπορεί να αναφερθεί το Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+167,7 KJ.

Αυτές οι χημικές αντιδράσεις που εκλύουν θερμότητα καλούνται εξώθερμες χημικές αντιδράσεις

Ο θερμίτης για να αναφλεγεί χρειάζεται να προθερμανθεί περίπου στους 1200οC. Αυτή επιτυγχάνεται την τοποθέτηση μέσα στον θερμίτη μιας αναμμένης ράβδου συνήθως μαγνησίου ή υπεροξειδίου του βαρίου.

Τεχνική:

Ο θερμίτης βρίσκεται μέσα σε ειδικά δοχεία τα οποία είναι ανοικτά στο επάνω και κάτω μέρος τους. Το σημείο συγκόλλησης καλουπώνεται και επάνω σε αυτό το καλούπι τοποθετείται το δοχείο με τον θερμίτη. Οι επιφάνειες συγκόλλησης θα πρέπει να είναι πολύ καθαρές, όπως συμβαίνει γενικά με τις συγκολλήσεις και ιδιαίτερα εάν οι συγκολλήσεις γίνονται σε ανοικτό χώρο πρέπει να ληφθεί ιδιαίτερη προσοχή για την περίπτωση ύπαρξης υγρασίας.

Μετά την τοποθέτηση του δοχείου επάνω στο καλούπι ο τεχνίτης τοποθετεί μέσα την αναμμένη ράβδο μαγνησίου ή υπεροξειδίου του βαρίου η οποία εν συνεχεία αναφλέγει τον θερμίτη.

Όπως τήκεται ο θερμίτης, ο σίδηρος ή ο χαλκός, σαν βαρύτερα υλικά τρέχουν προς το σημείο συγκόλλησης ενώ το υπόλοιπο υλικό με την μορφή του οξειδίου αλουμινίου, σαν ελαφρότερο υλικό επιπλέει στην επιφάνεια σχηματίζοντας έτσι και μια προστατευτική κρούστα.

Εφαρμογές:

Η διαδικασία αυτή συγκόλλησης χρησιμοποιείται κυρίως για συγκόλληση και επισκευή κατασκευών μεγάλων διατομών. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην ναυπηγοεπισκευαστική δραστηριότητα, για την συγκόλληση χυτών μεγάλου όγκου, γραναζιών, κυλίνδρων μεγάλης διαμέτρου, αξόνων και άλλα. Κυρίως όμως αποτελεί τον μοναδικό τρόπο συγκόλλησης των σιδηροτροχιών αλλά και διαφόρων ηλεκτρικών συνδέσεων από χαλκό και θεωρείται μια κατακορύφου τύπου συγκόλληση επειδή κτίζει από κάτω προς τα επάνω.

Μια εφαρμογή συγκόλλησης θερμίτη που ερευνάται είναι για υποβρύχιες συγκολλήσεις μεγάλου βάθους, εκεί δηλαδή όπου δεν μπορεί να φθάσει δύτης. Άλλες πάλι έρευνες εφαρμογής γίνονται για εργασίες συγκόλλησης στο διάστημα.

Σήμερα έχει αντικατασταθεί σε πολλές εφαρμογές από την από την πιο σύγχρονη διαδικασία την συγκόλληση σκουριάς. Κωδικός ατά ISO 4063, 72 ESW, Electro-slag Welding

Πλεονεκτήματα:

Οι ραφές συγκόλλησης έχουν πολύ μεγάλη μηχανική αντοχή

Δεν αλλοιώνονται σε βάθος χρόνου λόγω υψηλής αντίστασης στην διάβρωση

Παράγει ενέργεια ανεξάρτητη από εξωτερικές πηγές τροφοδοσίας

Είναι οικονομικότερη για συγκολλήσεις μεγάλου όγκου κατασκευών

Στις συνδέσεις ηλεκτρολογικού υλικού διασφαλίζει την άριστη συνδεσιμότητα των αγωγών μηδενίζοντας σχεδόν τις ωμικές αντιστάσεις στην πορεία του ρεύματος.

Μπορεί να εκπαιδευτεί ευκολότερα το προσωπικό χωρίς να απαιτείται η τόσο υψηλή δεξιότητα όπως σε έναν ηλεκτροσυγκολλητή

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε υποβρύχιες εργασίες

Μειονεκτήματα:

Έχει σχετικά υψηλό κόστος σε σχέση με τις συμβατικές συγκολλήσεις και δεν συνιστάται για συγκολλήσεις μικρής διατομής υλικών.

Χρησιμοποιείται μόνο σε επίπεδη θέση

Χρειάζεται κατασκευή καλουπιού

Είναι διαδικασία συγκόλλησης εξαιρετικά ευαίσθητη στην υγρασία

Χρησιμοποιείται για την συγκόλληση μόνον σιδηρούχων υλικών, ορείχαλκου και μπρούτζου

Κίνδυνοι:

Όπως όλες οι εργασίες και εδώ υπάρχουν αρκετοί κίνδυνοι κατά την φύλαξη και χρήση του θερμίτη. Μια τυχαία ανάφλεξή του σε χώρο φύλαξης μπορεί να έχει καταστροφικά αποτελέσματα. Κατά την χρήση οι τεχνίτες θα πρέπει να τηρούν τις οδηγίες ασφαλούς εργασίας στις οποίες εκπαιδεύτηκαν , και να φορούν τα κατάλληλα για την περίπτωση μέσα ατομικής προστασίας σύμφωνα με τις οδηγίες που έχουν.

Μπορεί μια συγκόλληση θερμίτη να μην απαιτεί την δεξιότητα του συμβατικού ηλεκτροσυγκολλητή, δεν παύει όμως να είναι μια εργασία συγκόλλησης η οποία και αυτή απαιτεί μια πολύ καλή εκπαίδευση και ειδίκευση του προσωπικού.

Πηγή