Soudage aluminothermique : types, avantages, applications

Le soudage aluminothermique est basé sur la capacité de certains mélanges mécaniques en poudre de métaux avec des oxydes métalliques (thermites) à brûler, dégageant une grande quantité de chaleur.

L'oxyde de fer (oxyde de fer) est utilisé comme oxydes dans les mélanges de thermite, et l'aluminium, le magnésium, etc. sont utilisés comme métaux combustibles. La source d'oxygène dans la thermite est l'oxyde de fer et la source de chaleur est le métal inclus dans le mélange sous sa forme pure.

Pour produire un effet thermique, la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion d'un combustible doit être supérieure à celle nécessaire à la décomposition de l'oxyde. Le soudage aluminothermique se caractérise par la combustion de la thermite en quelques secondes, période pendant laquelle toute la quantité de chaleur est libérée.

Types de soudage aluminothermique et leur application

Distinguer entre le soudage à creuset aluminothermique et le soudage à moufle aluminothermique KS.

Des mélanges secs de thermite pulvérulente sont utilisés pour le soudage thermite-creuset. Lors du soudage de bandes et de tiges d'acier boucles de masse utiliser de la thermite d'aluminium composée de 23 % de poussière d'aluminium et de 77 % de calamine (en poids). Le pourcentage de tartre d'aluminium et de fer dans le mélange de thermite varie selon la qualité du tartre et la pureté de la poussière d'aluminium. Pour augmenter le rendement en fer libéré lors de la combustion de la thermite, ainsi que pour abaisser la température de réaction, des déchets d'acier de l'industrie des clous sont ajoutés à la thermite.

Dans le soudage aluminothermique de barres et de bandes d'acier, un insert en acier (un cercle qui ferme le trou du creuset) est utilisé aux mêmes fins. L'intensité du processus de combustion des termites dépend de la granulométrie des composants. Des grains granulaires d'une taille de 0,25 à 1,5 mm sont utilisés pour un processus de soudage stable. Afin d'améliorer la qualité du joint soudé, des additifs d'alliage - 80% de ferromanganèse et de ferrosilicium en quantités de 1,4 et 0,15% en poids, respectivement - sont introduits dans les mélanges de thermite.

La particularité du soudage au creuset aluminothermique est que les extrémités des tiges à assembler sont fondues et reliées par le métal formé par la combustion du mélange aluminothermique.

Pour connecter les fils monoconducteurs en acier des lignes de communication, utilisez des piscines de thermite cylindriques avec un trou longitudinal traversant. L'ouverture correspond au diamètre des fils à souder. Les blocs de thermite sont pressés à partir d'un mélange contenant 25% de magnésium pyrotechnique de la marque MPF et 75% de roche de fer. Le Nitrolac grade NTs-551 est utilisé comme liant, qui est ajouté en une quantité d'environ 14% de la masse du mélange sec (plus de 100% du mélange).

La méthode du creuset aluminothermique ne convient pas au soudage de fils d'aluminium.Utilisez le soudage par trempe thermique sous la forme, comme pour le soudage de l'acier, lorsqu'il y a un contact direct entre le bloc de moufle et le fil d'aluminium, cela est inacceptable pour un certain nombre de raisons :

1. lorsque le moufle aluminothermique brûle, l'aluminium réagit, provoquant la brûlure du métal à la surface des fils à souder,

2. les produits de la réaction tombent dans l'aluminium du bain de soudure et détériorent les caractéristiques du joint,

3. les fils à la sortie du moufle aluminothermique fondent, ce qui entraîne une diminution de leur section ; lors du soudage de fils multiconducteurs, les fils individuels du noyau brûlent.

Pour le soudage de fils multiconducteurs, nous avons développé des cartouches de thermite, qui sont un bloc de thermite avec une forme de refroidissement métallique... Dans le soudage à moufle à thermite (par opposition au creuset à thermite), à ​​la suite de la combustion de la thermite, les produits de réaction n'apparaissent pas sous forme liquide. Au cours du processus de combustion, une masse poreuse d'oxyde de magnésium se forme, qui absorbe le fer fondu, grâce à quoi la thermite de magnésium ne produit pas de laitier liquide dispersant.

La recette de masse de thermite pour la production de blocs de thermite pour cartouches de types PA, PAS, etc. Il en est de même pour la production de blocs de thermite pour la connexion de fils monoconducteurs en acier.

Le soudage de l'aluminium et de ses alliages est gêné par un film d'oxyde d'aluminium qui le recouvre rapidement à l'air. Par conséquent, l'élimination des oxydes et la protection contre une oxydation ultérieure du bain de soudure sont d'une grande importance en soudage.

L'effet du film d'oxyde est réduit par les flux, dont les fils connectés et les baguettes d'apport sont recouvertes avant le soudage.Le fondant dissout l'oxyde et le transforme en un laitier à bas point de fusion qui flotte à la surface. Dans ce cas, un film de laitier liquide recouvre la surface du métal en fusion du bain de soudure lors du soudage, isole cette surface de l'air et protège ainsi d'une oxydation ultérieure. Les restes du ruisseau, cependant fils corrodés, par conséquent, lors de la mise en œuvre de KS, nous devrions, si possible, éviter d'utiliser des flux.

L'un des meilleurs est le flux AF-4A, qui contient du chlorure de sodium - 28%, du chlorure de potassium - 50%, du chlorure de lithium - 14%, du fluorure de sodium - 8% (en poids). Ce flux ne peut être utilisé que dans les cas où la connexion soudée est complètement protégée des influences extérieures.

Le flux à trois composants VAMI (chlorure de potassium - 50%, chlorure de sodium - 30%, cryolite classe K -1 - 20%) provoque une corrosion nettement moindre. Cependant, même lors de son utilisation, il est nécessaire de prendre des mesures pour protéger les joints de la corrosion. Les résidus de flux sur la torche après soudage doivent être éliminés par décapage ou lavage.

Lors du soudage de fils d'aluminium avec une cartouche de thermite, une tige de remplissage est introduite dans son trou d'injection, qui est fondue pour augmenter le métal liquide dans le moule de refroidissement. Des tiges d'aluminium ou des fils nus des fils soudés sont utilisés comme tiges de remplissage. Les charges sont réalisées en torsadant plusieurs fils d'un diamètre de 2 mm, préalablement dégraissés et nettoyés.

Les avantages du soudage aluminothermique

Le soudage aluminothermique se distingue favorablement par son indépendance vis-à-vis des sources d'électricité ou de gaz, sans nécessiter d'équipements complexes, ainsi que par la possibilité d'établir des connexions dans des conditions linéaires par le personnel d'installation, de réparation et de maintenance.

Soudage aluminothermique de fils nus

Il est plus économique de connecter les fils aux lignes électriques à haute tension par soudage thermique. Cette méthode ne nécessite pas d'équipement complexe et d'outils spéciaux.

Le soudage Thermit des fils, s'il est effectué conformément à la technologie établie, est le moyen de connexion le plus simple et le plus fiable.

Lors du soudage aluminothermique, une connexion entièrement métallique est formée aux extrémités des fils, dont la section métallique est supérieure à celle des fils de connexion, et la résistance électrique est inférieure à la section transversale d'un fil entier de la même longueur.

Le raccordement des conducteurs toronnés par soudure aluminothermique ne modifie pas les caractéristiques électriques dans le temps et ne nécessite donc pas de temps de travail supplémentaire pour les tests préventifs.

Cependant, les joints de soudure doivent être réalisés uniquement avec une qualité élevée. De mauvaises connexions de fil peuvent être le résultat d'une préparation de fil bâclée, de l'utilisation de pinces non standard, d'un serrage insuffisant ou excessif, ainsi que d'une alimentation à sens unique, de fils coincés dans la cartouche, etc.

Comme le montre l'expérience du soudage au fil, les causes les plus courantes d'une mauvaise qualité de soudage sont les fils coincés dans le mandrin et l'alimentation en fil unidirectionnelle.La connexion d'un des fils dans le mandrin entraîne également une alimentation en fil unidirectionnelle.

Lors du soudage de fils sur des lignes électriques, il y a eu des cas où, avec la préparation la plus minutieuse des fils et des pinces, le soudage ne fonctionnait toujours pas en raison de l'alimentation unilatérale du fil vers le moule de refroidissement du mandrin de frettage.

Réaliser le soudage aluminothermique des fils

Le soudage aluminothermique des fils est effectué à l'aide de cartouches aluminothermiques (Fig. 1).

La cartouche de thermite pour le soudage des fils d'aluminium et d'acier-aluminium se compose des éléments principaux suivants :

• une forme de refroidissement en tôle d'acier d'une épaisseur de 0,5 à 1,25 mm pour protéger la couche supérieure du fil contre la combustion et la pénétration d'impuretés nocives formées par la combustion de la masse de thermite dans la zone de soudage,

• insert en aluminium pour le façonnage de la zone de soudure et le remplissage des cavités,

• un bloc de thermite qui, lorsqu'il est brûlé, génère la quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre la gaine et les extrémités des fils à souder dans la zone de soudage.

La cartouche de thermite pour le soudage des fils de cuivre consiste en un refroidissement en cuivre ou en tubes de cuivre d'une épaisseur de 1,5 à 2 mm, un insert en alliage cuivre-phosphore de la marque MF-3 et un bloc de thermite.

Riz. 1. Cartouches de thermite : a — pour les fils d'aluminium et d'acier-aluminium, b — pour les fils de cuivre et de bronze, c — la position des cartouches de thermite sur les fils avant le soudage, 1 — la forme de refroidissement, 2 — l'insert, 3 — le moufle de thermite ( checker) , étiquettes à 4 emplacements, 5 — fil, 6 — bandage restrictif, 7 — joint en amiante.

La préparation correcte des extrémités des fils de soudage Thermit est d'une grande importance pour un soudage de haute qualité de la connexion.Les extrémités doivent être soigneusement nettoyées de la saleté, dégraissées avec de l'essence de graisse et séchées. Il est nécessaire d'enlever la graisse des extrémités des fils et de les sécher, car lors de la combustion de graisse ou d'essence, des gaz se forment qui empêchent le cordon de soudure de se remplir de métal en fusion et contribuent à la formation de vides et de vides.

Les extrémités des fils soudés sont coupées de manière à ce que le plan de coupe soit plat et strictement perpendiculaire à l'axe du fil. Les fils de gainage d'une section allant jusqu'à 150 mm2 produisent des ciseaux d'assemblage pour couper les fils et les fils d'une section de plus de 150 mm2 - à l'aide d'une scie à métaux ou d'un appareil spécial.

Le plus souvent, une mauvaise soudure se produit en raison de l'alimentation unilatérale des extrémités du fil en raison du fait que le métal de l'insert fond d'abord d'un côté et que les extrémités du fil frottent ou se coincent dans le moule de refroidissement.

Dans le soudage aluminothermique des fils, il est nécessaire de surveiller l'alimentation des extrémités des fils qui seront soudés à partir des deux extrémités de la forme de refroidissement. Le métal dans la zone de soudure reste à l'état liquide pendant plusieurs minutes après la combustion de la masse de thermite et jusqu'à ce que le laitier formé après la combustion de la masse de thermite refroidisse en prenant une couleur sombre. Pour la même raison, il ne faut pas se précipiter pour relâcher la pression de la pince et dévisser prématurément les boutons avec les matrices qui fixent les extrémités des fils dans la pince.