История термитной сварки насчитывает уже около ста сорока лет. Начало этому процессу было положено еще в 1859 году Русским ученым Н.Н.Бекетовым, который впервые открыл алюминотермию и дал описание алюминотермитной реакции. Ее сущность получение металлов и сплавов восстановлением их окислов алюминием. Поскольку реакция проходит с выделением большого количества тепла, ее и назвали термитной .

Несколько позже, в 1898 году, в Германии химиком Гансом Гольдшмидтом этот процесс был отработан в промышленных масштабах и приспособлен для сварки рельсов . Своими работами профессор Г.Гольдшмидт внес большой вклад в развитие практического использования термитной сварки.

С тех пор мирное применение этой реакции находит себя в различных областях техники, но наиболее массово она используется при термитной сварке рельсов различного профиля и назначения.

Сущность процесса термитной сварки рельсов остается почти неизменным уже на протяжении более 100 лет, и заключается в следующем:

• концы рельсов, подлежащих сварке, обрезаются с образованием между ними сварочного зазора требуемой ширины и выравниваются в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
• на зазор устанавливаются огнеупорные литейные формы, а места их контакта с рельсами уплотняются по всему периметру специальным составом ;
• в заранее подготовленный тигель засыпается термитная смесь , после чего его размещают сверху по центру над формами;
• термитная смесь поджигается специальным запалом , и в течение 25-30 секунд в тигле протекает термитная реакция, по окончании которой продукты реакции в расплавленном состоянии разделяются на два слоя;
• помещенная в нижней части тигля специальная пробка под воздействием тепла автоматически проплавляется, а жидкая сталь и шлак заливаются в сварочный зазор. При этом вся сталь попадает в плоскость сечения рельса, а шлак выводится за сечение, причем его избыток выливается в специальные емкости ;
• в процессе заливки стали в форму концы рельсов проплавляются и, спустя определенное время, необходимое для кристаллизации стали, свариваются;
• после кристаллизации формы разбираются, а избыточный металл в горячем состоянии удаляется с головки рельса специальным гидравлическим устройством гратоснимателем;
• полученный сварной стык шлифуется сначала предварительно , а затем начисто с соблюдением требуемых допусков на геометрию.

Напряжения и деформации при сварке. Термическая обработка сварных конструкций

15.3. Термическая обработка сварных соединений

Термическая обработка сварных соединений состоит из нагрева их с определенной скоростью до нужной температуры, выдержки при этой температуре и охлаждения также с определенной скоростью. Различают следующие виды термической обработки: термический отдых; высокий отпуск; нормализация; аустенизация; стабилизирующий отжиг; улучшение, заключающееся в нормализации с последующим высоким отпуском. На 15.11 даны графики температур и времени термической обработки, характерные для низколегированных хромоникельмолибденовых и высоколегированных хромоникелевых нержавеющих сталей.

Наиболее часто в строительстве применяют высокий отпуск для углеродистых и легированных сталей с целью снижения сварочных напряжений и улучшения структуры. При этом обязательна небольшая скорость охлаждения после выдержки в интервале от температуры выдержки до 300 °С, после чего охлаждение на спокойном воздухе. Значительно реже применяют другие виды термообработки.

Нормализацию применяют главным образом для сварных соединений труб из легированной стали диаметром до 100 мм и небольшой толщины. Она заключается в нагреве при более высокой температуре, чем при высоком отпуске , выдерживании несколько минут и охлаждении в условиях утепления и предупреждения от сквозняков.

Термический отдых применяют для сварных соединений из низколегированной стали, имеющую склонность к образованию трещин вследствие выделения растворенного водорода, диффундирующего из шва в зону термического влияния. Нагрев производят до 250—300 °С и выдерживают несколько часов.

Аустенизацию применяют для получения в сварных соединениях из хромоиикелевых нержавеющих сталей однородной структуры аустенита, улучшения механических свойств и снижения сварочных остаточных напряжений на 70—80 %.

Стабилизирующий отжиг применяют для тех же сталей с целью снижения сварочных напряжений на 70—80%, обеспечения стабильной структуры и предупреждения появления коррозионных трещин. Улучшение относится к полной термической обработке и производится в стационарных термических печах. Оно снижает остаточные сварочные напряжения и полностью восстанавливает структуру и свойства металла, изменившиеся от сварки.

Для термической обработки применяют несколько способов нагрева: в стационарных термических печах;

радиационный , индукционный; термохимический п смешанный  быстрым нагревом металла до температуры плавления ;

2) малой продолжительностью нагрева до высоких температур;

3) быстрым охлаждением металла от высоких температур с уменьшением скорости охлаждения по мере падения температуры;

4) уменьшением максимальной температуры нагрева по мере удаления от оси шва.

Наибольшие структурные изменения свариваемого металла происходят непосредственно у линии сплавления, где металл нагревается до температуры плавления. В этих точках происходит значительный перегрев металла, сопровождающийся ростом зерна и ухудшением механических свойств металла.

Термический цикл сварки изменяется с изменением режима сварки. В основном термический цикл сварки зависит: 1) от величины погонной энергии, измеряемой количеством тепла, отданного свариваемому металлу и отнесенного к единице длины шва ; 2) от температуры нагрева металла перед наложением шва.

Структурные изменения металла в зоне термического влияния зависят в основном от двух элементов термического цикла сварки: 1) времени нагрева выше критической температуры роста зерна , которое назовем временем роста зерна; 2) времени охлаждения в интервале температур распада аустенита , которое назовем временем распада аустенита.

Увеличение погонной энергии или подогрев стали перед сваркой увеличивает время роста зерна и время распада аустенита. Рост зерна при перегреве стали наблюдается для всех сталей любого химического состава.

Распад аустенита происходит при охлаждении конструкционных углеродистых и легированных сталей, В зависимости от времени распада можно получить в зоне термического влияния ряд структур от перлита до мартенсита.

Что такое термическая сварка?

Термическая сварка этот метод посредством которого производится соединение двух частей металла, производится такое соединение в специальном нагревательном агрегате. Процесс сварки можно описать так - концы двух соединяющих деталей нагревают до определенной температуры затем их прижимают друг к другу. После чего шов получаемый при таком воздействии получается очень прочным и долговечным.

Такой сварке могут подвергаются любые металлы и неметаллы, любой толщины, да и в любом положении пространства в космосе или на земле или в воде.

Источники: knowledge.allbest.ru, www.at-svarka.ru, www.bibliotekar.ru, www.drevniymir.ru, www.remotvet.ru