لطفا صبر کنید ...
تحقیق درباره جوشکاری ترمیت
فهرست
عکس العمل ترمیت در مقابل گرما:
پارامترهاي متالورژيكي جوشكاري ترميت :
حمل و نقل و ذخيره*سازي ترميت :
ویژگی مهم قالب جوشکاری ترمیت :
مزایا و محدودیت های جوشکاری ترمیت :
جوشكاري ترميت
( Thermit Welding )
مقدمه
در امروزی اکثر سازه ها و ماشین الات پیچیده تر از آن هستند، که به صورت یکپارچه ساخته شوند، بنابراین قطعاتی را که به طریقه ریخته گری، آهنگری، ماشینکاری و … آماده شده اند، بر هم سوار کرده ، وسپس توسط اتصالات آنها را به صورت یک واحد کامل درمی آورند. ماشینها و ادوات مکانیکی اصولاً از اجزاء مختلفی تشکیل شده اند، که پس از اتصال انها به یکدیگر ماشین مورد نظر بوجود می آید.
تاريخچه جوشكاري ترميت :
حدوداً يكصد و بيست سال پيش پروفسور دكتر هانس گلداشميت در شهر اسن آلمان موفق به استخراج فلزات سخت از اكسيد آنها شد،*اين روش از آن به بعد به پروسه گلداشميت يا ترميت معروف و اساس جوشكاري ترميت شد.
در اين پروسه فعل و انفعالات بين اكسيد آهن و پودر آلومينيوم باعث ايجاد آهن مذاب و اكسيد آلومينيوم شده و درجه حرارت به حدود 2450 درجه سانتيگراد مي*رسد.آهن مذاب در حالي كه به فولاد – ترميت با كيفيت بالا تبديل مي*شود تصفيه شده و در بخش تحتاني بوته جمع مي*شود. سرباره*هاي آلومينيوم ترميت به دليل وزن كم روي فولاد مذاب ترميت شناور باقي مي*مانند.
در اولين جوشكاريهاي ترمتي كه حدود سالهاي 1900 ميلادي انجام شدند ترميت فقط گرماي مورد نياز را توليد مي*كد و دو سر ريل در يك قالب ساخته شده از ماسه آلومينيوم*دار تميزكاري و پرسكاري شده قرار گرفته و با يك بوته دستي مذاب داخل قالب ريخته مي*شد مذاب ريخته شده اطراف دو سر ريل را گرفته و آنها را به درجه حرارت لازم براي جوشكاري مي*رساند سپس به يكديگر فشرده مي*شدند، بدين*وسيله يك جوشكاري ناقص انجام مي*شد.
در حدود سال 1920 اصلاحات زيادي در رابطه با جوشكاري ترميت صورت گرفت،* به عنوان نمونه دو سر ريل به وسيله مخلوطي از بخار بنزين و هوا تا 900 درجه سانتيگراد حرارت داده شده و پيشگرم مي*شد.
فرايندهاي جوشكاري كه تاكنون برشمرده شد، فقط براي جوشكاري ريلهاي معمولي قابل استفاده بودند، برای جوشکاری ريلهاي مقاوم در برابر سايش از روش تركيبي استفاده می شود.
در سال 1938 آزمايشاتي براي استفاده از گاز پروپان جهت پيشگرم با موفقيت انجام و تصميم گرفته شد كه از اين بعد از اين گاز استفاده شود جهت تسريع و تكميل عمليات پيشگرم در سال 1939 به گازهاي مصرفي بطور آزمايشي گاز اكسيژن نيز اضافه شد.
جوشكاري فشاري به دليل صرف وقت، نيروي كار و وسايل زياد روش نامطلوبي بود از اين رو از سال 1339 اين روش جوشكاري رفته رفته جاي خود را به روشهاي ترميت كه روز به روز متحول*تر و پيشرفته*تر مي*شد واگذار گرديد در اين روش ، شيار درز ريل توسط قالب مخصوص احاطه و پس از پيشگرم*سازي و رسيدن آن به دماي مورد نظر فولاد مذاب از سوراخي كه در ته بوته مخروطي*شكل تعبيه شده به داخل محل موردنظر جاري مي*گردد.
فولاد مذاب باعث ذوب و حل شدن بخشهايي از لبه*هاي عرضي ريل شده و اين تركيب بدست آمده از فولاد – ترميت و فولاد ذوب شده ريل فضاي خالي درز ريل را پر مي*كند.
تعریف فرایند :
جوشكاري ترميت فرآيندي است كه در آن چسبندگي دو فلز به وسيله فاز مايعي كه داراي حرارت بسيار بالائي است تأمين مي*گردد. در اين عمليات حرارت لازم توسط فرآيند آلومينوترمي بين اكسيد فلز و آلومينيوم تامين مي*شود. در پایین نمای از جوش ترمیت نشان داده شده است .
معرفي جوشكاري ترميت :
فرآيند جوشكاري ترميت تنها فرآيند شناخته شده ذوبي است كه در آن براي توليد آلياژ مايع از واكنش شيميايي استفاده مي*شود اين واكنش در سال 1898 اولين بار بوسيله پروفسور گلداشميت كشف گرديد. واكنش*هاي ترميت حرارت زيادي توليد مي*كنند اين واكنش*ها به صورت زير مي*باشد:
Fe2O3+2AL→2Fe+AL2O3 H=849 KJ
3FeO+2AL→3Fe+AL2O3 H=880 KJ
H=3350 KJ 3Fe3O4+8AL→9Fe+4AL2O3
براساس نوع كاربرد عناصري چون منيزيم، سيلسيم، كلسيم مي*توانند جايگزين آلومينيم گردند اما خواصي چون نقطه جوش پايين منيزيم و كلسيم و نقطه ذوب بالاي اكسيد كلسيم و اكسيد منيزيم موجب بروز محدوديت*هائي در كاربرد اين عناصر مي*شود. درجه حرارت ناشي از واكنش*هاي فوق حدود 3100 درجه سانتيگراد مي*باشد كه با اضافه كردن مواد كمكي و حرارت از دست رفته توسط تشعشع اين حرارت عملاً* به حدود 2500 درجه سانتيگراد مي*رسد كه دماي مناسبي براي شروع كار مي*باشد. مواد آلومينوترمي در شكل كروي خود خطرناك و منفجر شونده نمي*باشند و جهت شروع واكنش نياز به جرقه اوليه دارد. دماي اوليه اين جرقه برحسب اندازه ذرات مواد آلومينوترمي تغيير مي*كند اما حدوداً 1500 درجه سانتيگراد اختيار مي*شود. اين دما توسط پودرهاي جرقه*زني مخصوص و يا ميله*هاي جرقه*زني (فشفشه) تامين مي شود كه جهت شعله*ور كردن آنها از كبريت، فندك و مانند آنها استفاده مي*شود. بعد از جرقه زدن، واكنش در عرض چند ثانيه انجام شده و حرارت زيادي توليد مي*كند. فولاد مذاب در اثر واكنش بوجود آمده و سرباره 3AL2O به بالاي بوته رفته و پس از چندثانيه سرباره و فولاد مذاب از هم جدا مي*گردند.د
اصول فرایند :
در واكنش آلومينوترمي، آلومينيوم نقش احيا كننده را داشته و واكنش طبقه معادله زير انجام مي*شود:
گرما + فلز+ اكسيدآلومينيوم à Al + اكسيد فلز
حرارت زياد آزاد شده باعث زود شدن اكسيد و فلز مي*شود و به دليل اختلاف چگالي موجود بين سرباره و فلز،* آنها بطور اتوماتيك در عرض چندثانيه از هم جدا مي*شوند. درجه حرارت تئوريك به دست آمده در اثر احياء اكسيد آهن حدود 3093 درجه سانتيگراد است. مواد افزودني به علاوه حرارت از دست رفته توسط تشعشع و اتلاف حرارتي توسط محفظه باعث مي*شوند كه حداكثر دما واكنش حدود 2500 درجه سانتيگراد باشد. اين دما بهترين درجه حرارت براي جدا شدن آهن و اكسيد آلومينيوم است اگر دما از 2500 درجه بالاتر باشد آلومينيوم موجود تبخير مي*شود زيرا دماي تبخير آن حدود 2465 درجه مي*باشد. اگر دما كمتر از 2500 درجه باشد به علت انجماد زودرس، انكوزيونهاي به وجود مي*آيد زيرا دماي انجماد آن حدود 2400درجه می باشد .
زمانی که واکنش ترمیت انجام می گیرد، اکسید آهن احیا شده وآلومینیم اکسید می شود. آنگاه گرماي آزاد شده حاصل از این فرایند باعث افزایش دماي محصولات می شود. به علت تفاوت بین دانسیته آهن مذاب و اکسید آلومینیم جامد، آهن مذاب در زیر بوته و اکسید آلومینیم در روي سطح قرار می گیرد. می توان از این مذاب جمع شده، براي انجام عملیات جوشکاري استفاده کرد.
از آنجا که محصول واکنش ، آهن خام است و استحکام لازمه را براي اتصال ریل هاي راه آهن ندارد ، براي افزایش خواص مکانیکی به آن عناصر آلیاژي نظیر کربن، سیلیسیم، منگنز و وانادیم اضافه می کنند.
در مطالعاتی که تاکنون روي تأثیر وانادیم بر فولادها و به ویژه فولادهاي میکر وآلیاژي با کربن متوسط انجام شده است ، تأثیر این عنصر با توجه به مقدار آن را می توان در موارد زیر خلاصه کرد:
الف. ریزدانه کردن ساختار فولاد
ب. ایجاد رسوبات ریز کاربیدي که منجر به افزایش سختی و
استحکام فولاد می شود.
پ. ایجاد کاربیدي هاي یوتکتیک که علیرغم افزایش سختی،
(موجبات کاهش انعطاف پذیري فولاد را فراهم می سازند)
ت. افزایش خاصیت پرلیت زایی در مقادیر کم وانادیم
ث. افزایش ظرافت ساختار پرلیتی
ج. تغییر در شکل و میزان فریت در ساختار فولاد
پس ترمیت از ترکیب شیمیایی اکسید آهن با آلومینیوم یا اکسید آلومینیوم و آهن خالص به دست می آید، که هر دو به حالت مذاب در آمده و دارای دمای فوق العاده زیادی می باشد. تاکنون درجه حرارت این فعل و انفعال به صورت دقیق اندازه گیری نشده است، اما فلز شناسان این حرارت را در حدود 3000 درجه سلسیوس تخمین زده اند، که دو برابر گداز فولاد های معمولی است. چنانچه ترمیت مذاب که حرارت زیادی دارد، با یک قطعه فولادی تماس پیدا کند، سطح قطعه فولاد را ذوب کرده و به آن جوش می خورد.
عکس العمل ترمیت در مقابل گرما:
ترمیت در برابر حرارت با دمای کمتر از 1200 درجه سلسیوس هیچ نوع عکس العملی از خود نشان نمی دهد. از این لحاظ کار کردن و انبار کردن آن خطری ندارد. اما اگر این ترمیت را در بوته مخصوص بریزیم، و واکنش انجام شود، فلز شروع به ذوب شدن می نماید، واکنش برای سوختن کامل مخلوط، به مدت 25 الی 30 ثانیه ادامه می یابد.
همچنانکه آلومینیوم در مخلوط با اکسیژن از اکسید آهن ترکیب می شود، اکسید آلومینیوم تشکیل می گردد، که به عنوان یک سرباره عمل نموده و به صورت شناور در بالا قرار می گیرد. حرارت باقی مانده سبب تغییر حالت آهن از جامد به مایع می شود، چنانچه این فولاد شروع به ذوب شدن می کند، و به درجه حرارت مطلوب مذاب می رسد، و به بستر مناسبی برای آماده نمودن مذاب تبدیل می شود.
برای شکست یا اتصال دو قطعه به هم، آنها را تا درجه حرارتی بالاتر از فولاد مایع حرارت می دهند. بنابراین دو قطعه به هم جوش می خورند.
سرباره آلومینیوم مایع نیز فوق العاده گرم است، و بیش از آهن گرما نگه می دارد. و این عمل موجب جوشکاری سریع ریل های راه آهن می شود، و بعلاوه به تجزیه سرباره مایع که همراه آهن مذاب به قالب جوشکاری وارد شده کمک می کند.
هنگامی که عکس العمل شیمیایی بسیار شدید باشد، می توان با افزودن آلیاژهای مناسب که جاذب گاز هستند، آهن مذاب را تصفیه کرد، تا ذرات اکسید آهن در آن باقی نماند، و خواص و استحکام مشابهی با قطعاتی که قرار است، با آن جوش بخورند، به آنها داد، یعنی تغییر آلیاژ داد .
اين نوع جوشكاري بيشتر شبيه به ريخته گري بوده و دور دو قطعه اي كه بايد به هم جوش داده شوند يك قالب قرار دارد كه فلز مذاب ناشي از اين واكنش شيميايي به اين قالب هدايت شده و پس از سرد شدن فلز مذاب داخل قالب جوش شكل مي گيرد .واكنش شيميايي يا ترميت معمولا بين اكسيد يك فلز ( معمولا آهن يا مس ) و فلز احيا كننده مانند آلومينيوم انجام مي شود . براي انجام واكنش از يك پودر كه به سرعت محترق شده به عنوان چاشني استفاده مي شود كه گرماي لازم براي شروع واكنش را فراهم مي آورد .
دو نمونه از واكنش هاي مورد استفاده در اين نوع جوشكاري :
Fe3O4 + 8 Al à 9 Fe + 4 Al2O3 (3088 ºC)۷۱۹KCal۳
3 CuO + 2 Al à 3 Cu + Al2O3 (4865 ºC ) ۲۷۵.۳ Kcal
مراحل جوشكاري ترميت :
1- تميز كردن سطح قطعات ار آلودگي و اكسيد
2- آماده كردن قالب ( قالب ها بصورت دستي ساخته شده يا بصورت آماده براي اشكال و قطعات خاص در بازار موجودند)
3- ايجاد فاصله مناسب بين قطعات و قرار دادن قالب دور قطعات
4- پيشگرم كردن قالب
5- ريختن مواد ترميت در محفظه احتراق
6- قرار دادن چاشني
7- روشن كرد چاشني به منظور احتراق ترميت
8- باز كردن قالب پس از سرد شدن مذاب حاصل ازواكنش
9- تميزكردن و پرداخت كردن سطح قطعات و اتصال
پارامترهاي متالورژيكي جوشكاري ترميت :
اندازه دانه*هاي منطقه جوش و منطقهHAZ نه تنها تحت تاثير تركيبات شيميايي جوش و فلز پايه قرار مي*گيرد بلكه از سرعت سرد شدن كل منطقه جوش بعد از كامل شدن ريختن نيز متاثر است. به دليل اينكه جوشكراي ريل در محل ريل گذاري انجام مي*شود و محيط اطراف قابل كنترل نيست براي جلويگري از تشكيل ساختارهاي شكننده احتياط*هايي بايد انجام گيرد. جلوگيري از تشكيل اين ساختارها در سال*هاي اخير كه ريل*هاي آلياژي مطرح شده*اند بيشتر مورد توجه قرار گرفته است فولادهاي كربني عموماً* بعد از سرد كردن پرليتي مي*شوند و نوع پرليت آنها به ميزان كربن و شدت انتقال حرارت در منطقه HAZو فلز پايه بستگي دارد.
با توجه به نكات فوق،*ساختار متالورژيكي، شرايط محيطي جوشكاري، نحوه اعمال فرآيند جوشكاري و شرايط مكانيكي موجود بر روي جوش از عوامل موثر بر نحوه كاركرد جوش و ريل مي*باشد.
براي تكميل واكنش نسبت مناسبي بين آلومينيم و اكسيد بايد برقرار باشد. براي آلومينوترمي اكسيدهاي آهن مناسب عبارتند از: Feo ، Fe2o3 ، Fe3o4 كه هر كدام به ترتيب 2/22 درصد و 30 درصد و 6/27 درصد اكسيژن دارند. معمولاً براي تصحيح واكنش و آناليز بدست آمده و خواص مکانیکی مناسب مواد دیگری اضافه میشوند که عبارتند از براده، فولاد آلیاژی، اکسید آهن نوردی، آهک و سایر مواد. تعادل بین میزان آلومینیوم و اکسیژن مشخص کننده نوع ریزساختار آهن و میزان بازده عناصر آلیاژی میباشد.
فسفر و گوگرد عناصرمضر در آهن و یا آلیاژهای فولادی جوشکاری شده میباشند که باید در حداقل میزان قرار گیرند هر دوی این عناصر در آهن حل می شوند فسفر در حین انجماد حلالیت کمتری مییابد و تولید Fe2p ، Fe3p می نماید که تمایل به جدایش دارند و ساختار فولاد را تضعیف می کنند. گوگرد دارای خواص مشابهی است و موجب ترک گرم می شود.
بجز در موارد معدود فلز به وجود آمده از واکنش آلومینوترمی باید عاری ازAL2O3 باشد. جدا شدن ترکیبات مایع بستگی به طبیعت واکنش دارد که متاثر از حجم، اندازه ذرات، نسبت آلومینیوم به اکسید و مقدار مواد افزودنی می باشد. به دلایل بالا بودن نقطه ذوب سرباره برای جداسازی کامل سرباره و پایین آوردن نقطه ذوب آن اغلب موادی چونCaO وCaF2 اضافه می شوند.
انواع روش های آن :
حال روشهای زیر را که براساس شکل ظاهری مقطع جوش،مدت زمان لازم برای اجرا و حرارت دادن و بدون حرارت دادن نامگذاری گردید شرح داده می شود.
روش SMW :
از متداولترین روشهای جوشکاری در راه آهن می باشد مقطع آن به شکل ذوزنقه بوده و دارای ماهیچه برآمده است که دو مقطع انتهای ریلها را به همدیگر جوش و متصل و یکپارچه می نماید.
در این روش، پس از بستن فرم ها مقاطع ریلها با سرگازهای 5 دقیقه ای و موتور کمپرسورها با سرگازهای مربوطه خیلی سریع حرارت داده می شود.
فاصله درز جوشکاری 14 تا 16 میلی متر میباشد اما از آنجا که شرایط جوی درکم و زیاد نمودن درز جوشکاری موثر می باشد، برای این منظور تا دو میلیمتر بیش از مقادیر ذکر شده پیش بینی می شود. مدت زمان حرارت دادن با موتور کمپرسورها 12 الی 15 دقیقه و با سرگاز 5 دقیقه ای حدود 5 دقیقه است.
روشSMW-F :
در این روش مقطع جوشکاری شده از طرفین محل اتصال ریل به صورت صاف بوده و ماهیچه آن با ماهیچه مقطع روش SMW مغایر است، با توجه به محاسبات آزمایشات مختلف روی این طرح که از طرف کارخانه مربوطه انجام گرفته در صورت اجرای صحیح آن در عمل، کاملاً در مقابل نیروهای مجاز وارده مقاوم بوده و استقامت می نماید.
در شکل با توجه به مقطع ریل نمایانگر چگونگی اجرای این سیستم در محل اتصال است این روش با فرم پیش ساخته نیز قابل اجرا بوده، که دراین صورت با سرعت عمل بیشتر و با استفاده از سرگازهای مخصوص و گازهایی ازقبیل : پروپان، استیلن و بنزین با کمک اکسیژن می توان پیش گرم را انجام داد. زمان لازم در حدود 4 تا 8 دقیقه برحسب سوخت مصرفی می باشد ضمناً با گرم کن ریل حدود 75% به زمان فوق افزوده می گردد و از 12 تا 15 دقیقه ممکن است حرارت دهی به طول انجامد( 900 الی 1000 درجه سانتی گراد)
روش SKV-F:
این روش را می توان از نظر سرعت عمل در اجرای عملیات پیشرفته تر دانست.
در این روش برای حرارت دهی سرگاز مخصوص طراحی شده و در حالت ایده آل و با مصرف گاز پروپان، اکسیژن حدود یک تا دو دقیقه جهت حرارت دهی انتهای دو ریل مورد نیاز است، لذا با رسیدن حرارت دو انتهای ریل به 600 درجه سانتی گراد و همچنین نوع مصرفی که به صورت پیش ساخته در نظرگرفته شده و میتوان مواد مذاب شده « ترمیت» را با درنظر گرفتن کلیه شرایط فنی به داخل فرمها هدایت و جوشکاری دو سر ریل را انجام داد عملیات از نظر تراز و تنظیم سطح غلتشی ریل با سیستم های دیگر از قبیل SMWو SMW-Fاختلافی ندارد.
مواد مورد نياز براي جوشكاري :
مواد جوش زير بايد در جاي خشك و به اندازه كافي و نسبت حجم عمليات ماهيانه در محل كارگاه ذخيره گردد:
- كيسه*هاي حاوي پودر ترميت
- قالبهايي براي پروفيلهاي مختلف ريل و اتصال مختلط (در صورت نياز)
- ماسه آب*بندي جهت آب*بندي قالبها
- فشفشه
- گلدان نسوز و آستر گلدان
- ته گلدان اتوماتيك AST-ER
- گاز پروپان
- گاز اكسيژن
پودر ترميت :
ترميت مخلوطي پودر مانند و گرمازا مي*باشد كه از اكسيد عنصر پايه جوش و پدر آلومينيوم تشكيل شده و براي ترميم يا جوشكاري دو قطعه به يكديگر بكار مي*رود.
ترميت بوسيله يك فشفه مخصوص حرارت داده مي*شود تا آلومينيوم و اكسيد آهن طبق يك واكنش گرمازا و طبق فرمول زير به اكسيد آلومينيوم و آهن خالص تبديل شود.
Fe203+2Al→Al203+2Fe+[2450] c˚
1kg→~[1/2KgAl203+1/2KgFe+3550 c˚]
فولادي كه از اين طريق بدست مي*آيد چنان نرم است كه عملاً* نمي*توان از آن به عنوان فولاد جوشكاري ريل استفاده كرد. براي بردن كيفيت و كاهش درجه حرارت آن در حين عملات از فرو آلياژها،* عناصر آلياژي و پودر قراضه آهن استفاده مي*شود.
انواع مختلف و متداول ترميت تابع جنس دو قطعه*اي است كه قرار است به هم جوش داده شود در عين حال يك اتصال از جنس ثابت ممكن است با دو يا چند روش جوشكاري شود. تاكنون براي اتصال دو ريل UIC33 و UIC60 دو نوع ترميت ساخت كمپاني الكتروترميت و ريل تك استفاده شده و علاوه بر اين وزن ترميتهاي مذكور براي نوع UIC33 هفت كيلوگرم و براي UIC60 نه كيلوگرم مي*باشد.
با انتخاب مقدار و ميزان افزودني*هاي فوق مي*توان مقاومت كشش و مقاومت به سايش فولاد ترميت را با توجه به كيفيت متفاوت ريلها تنظيم نمود.
ترميت به كار رفته بسته به جنس قطعه كار داراي آلياژهاي مختلف مي*بشد و به دليل فوق گداز بالاي حاصل از واكنش شيميايي بين فلز و اكسيد فلز ديگر، سطح قطعه كار ذوب شده و پس از تركيب با مذاب حاصل از واكنش،*قطعه*اي يكپارچه به وجود مي*آيد.
هنگام جوشكاري ريلهاي با استحكام كششي مختلف، پودر مناسب ريل با استحكام كششي بالاتر استفاده گردد.
حمل و نقل و ذخيره*سازي ترميت :
كيسه*هاي ترميت بايستي در اطاق خشك انبار گردد و در مقابل رطوبت محافظت شود و همچنين نبايستي روي كفهاي بتني و محفظه*هايي كه قابليت جذب رطوبت داشته باشند انبار گردد.
ضمناً ترميت در حرارت 1200 درجه سانتيگراد مشتعل مي*گردد در صورت آتش گرفتن ترميت هرگز نبايستي بوسيله آب خاموش شود، بلكه فقط از ماسه خشك در اطفاء چنين حريقي استفاده شود.
هرگز پودرهاي مرطوب يا پودرهايي كه دوباره خشك شده*اند مورد استفاده قرار نگيرند.
فرم در جوشكاري درز ريل :
در جوشكاري درز ريل فرم مورد استفاده بر مشخصات مذاب بدست آمده بسيار موثر است يك فرم مرغوب بايد داراي مشخصات زير باشد:
1) محكمي و سختي
2) مقاومت در مقابل حرارت و تغيير شكل
3) وجود منافذي در فرم جهت عبور هوا و گازهاي زايد
در مورد قسمت اول سختي جنس ماسه و درجه كوبيدن آن در دوام آن دخالت دارد در مورد دوم با توجه به مرغوبيت ماسه مصرفي و همچنين اضافه نمون مواد اضافي از قبيل اكسيد آهن و غيره مي*توان فرم را در مقابل حرارت مقاوم نمود در مورد بند سوم وجود منافذ در فرم،*دانه*بندي ماسه مصرفي و يكنواختي آن (بخصوص در فرمهاي پيش*ساخته) و استفاده از گاز Co2 در خشك نمودن فوري فرمها مي*توان وجود منافذ مورد نياز در فرم را تامين نمود.
جنس فرم از ماسه سيليسي مرغوبو بنتونيت و اكسيد آهن به علاوه سيليكات دو مي*باشد درصد اختلاط بستگي به مورد تجربه و مطالعه بعدي دارد.
بايستي ماسه از جنس مرغوب بوده و مواد ريز و خاكي آن كاملاً گرفته شود معمولاً اختلاطي از گل مراغه و ماسه سيليسي 3/1 تا 5/1 و آب شيشه مي*باشد.
(در حين اختلاط بايد طوري عمل شود كه با ورز دادن دور ماسه*ها را گرد گل مراغه بطوري بپوشاند كه بين دانه*ها ايجاد چسبندگي گردد)
در مورد فرم پيش*ساخته پس از اختلاط با عبور گاز Co2 خشك و سپس در كوره پخته و آماده بهره*برداري مي*شود. بطور كلي مشخصات يك فرم استاندارد عبارت است از:
1) مرغوب بودن نوع ماسه سيليسي (يكنواختي دانه*ها)
2) مقاومت فرم در مقابل حرارت
3) درجه كوبيدگي فرم در قالب كه عدم رعايت آن باعث تغيير شكل در فرم براثر نيروهاي ناشي از فشار مذاب مي*شود.
4) متخلخل بودن فرم و وجود منفذ جهت عبور گازهاي زائد و هوا
5) محكمي و سختي فرم در مقابل ضربه و غيره
6) يكنواختي در پخت فرم
قالبها بايد در محيط خشك نگه*داري شده و در محل جوشكاري در برابري رطوبت محافظت شوند. هنگام وصل ريلها با سطح مقاطع متفاوت، قالبهاي مختلط ويژه*اي مورد نياز است.
ماسه* آب*بندي :
ماسه آب بندي بايد به طور يكنواخت مرطوب باشد (6%) ماسه خشك به همراه آب يك روز قبل از استفاده تهيه گردد.
گلدان :
گلدان يا بونه ريخته*گري از مواد نسوز منيزيتي يا آلومينايي تشكيل شده و بوسيله يك جداره فلزي بيروني تقويت شده است اين گلدانها بايستي در جاي خشك نگهداري شود و با دقت حمل و نقل شده و در مقابل شوك و ضربه محافظت شوند. يك گلدان اضافي بايد در دسترس هر اكيپ جوشكاري قرار گيرد. شماتیک گلدان ترمیت در شل شماره شش نشان داده شده است .
براي استقرار حلقه انبساطي (افزايش دهنده حجم) گلدان، خمير درزبندي را از داخل تيوپ بر روي لبه بالايي گلدان قرار داده و فشار دهيد. حلقه نگهدارنده را در محل اتصال بين گلدان و حلقه انباسطي قرار داده و به وسيله پيچ محكم كنيد.
قبل از استفاده از بوته بايد آن را خوب خشك كرده و با حرارت حداقل 100 درجه سانتيگراد گرم نمود و پس از هر بار ريخته گري مي*بايستي ديواره*هاي داخلي آن از سرباره*ها پاك شوند.
هميشه بايد يك گلدان خشك شده و آماده كار به صورت ذخيره وجود داشته باشد. گلدان در موقع بهره*برداري با لايه*نازكي از ماسه چسبناك پوشيده شده و سپس كار گذاشته مي*شود.
باشد وضع ته گلدانها طوري است كه قطر سوراخي كه از آن مواد مذاب عبور مي*نمايد برحسب نوع سيستم جوشكاري فرق مي*نمايد. لذا سرعت تخليه مواد مذاب با اضافه و كم شدن قطر سوراخ در هر سيستمي بايستي در نظر گرفته شود.
اخيراً ته گلدان اتوماتيك ابداع شده است، بدين معني كه پس از واكنش ترميت و عمل آمدن مواد مذاب بطور خودكار تخليه مي*گردد.
سيستم ته گلدان اتوماتيك AST-ER از يك ته گلدان و يك مقدار معين ماسه نسوز ريز دانه، يك نگهدارنده ATS و يك درفش ته لگدان تشكيل شده است همچنين ته گلدان*هاي اتوماتيك بايد در برابر رطوبت محافظت شوند.
فشفشه :
فشفشه*ها بايستي در انبار جداگانه*اي از ترميت نگهداري و حمل و نقل آنها نيز با يكديگر انجام نشود. فشفشه در حرارت بيش از ˚200c مشتعل مي*شود.
در موقع استفاده از فشفشه پس از بيرون آوردن يك عدد از قوطي بايستي درب قوطي بسته گردد و براي جلوگيري از حادثه نبايستي فشفشه*ها تك*تك در لباس و يا در جيب نگهداري گردد.
نکات قابل توجه در جوشکاری ترمیت :
1-ماسه از 75 درصد شن خالص و25 درصد خاک رس و مقداری ماده چسبنده تشکیل می شود.
2-قالب ماسه ای باید دارای مجرای ورود بار و نفس کش یا خروج هوا باشد.
3-در جوشکاری قطعات بزرگ ماسه ای هواکش نیزلازم است.
4-ضمن گرم کردن قطعاتی که باید جوش داده شوند، قالب مومی دور درز آنها ذوب می شود، وماسه در اطراف فرم مربوط را به فلز می دهد.
5-ترمیت را در بوته ای که به شکل مخروط ناقص بوده وبالای قالب قرار دارد، می ریزند و مشتعل می سازند.
6-از این جهت بوته در بالای قالب قرار دارد که آهن مذاب با استفاده از نیروی ثقل بتواند به داخل قالب جاری شده فضای خالی اطراف قطعه کار را کاملاً پرکند.
ویژگی مهم قالب جوشکاری ترمیت :
قالب جوشکاری ترمیت علاوه بر مجرای ورودی بار و هواکش که در قالب های ریخته گری نیز دیده می شود، سوراخ دیگری به نام مجرای گرم کردن دارد که از آنجا قطعاتی را که باید به هم جوش داده شود، قبل از ریختن آهن مذاب بدون قالب گرم کنند.
انواع کاربردهای آن :
- اتصال ریلهای خطوط راه آهن به یکدیگر.
- جوش دادن دندانه های نوردی چرخ دنده های بزرگ شکسته.
- اتصال قطعات ریخته گری شده ای که ابعاد آنهامانع ریختن آنها به طور یکپارچه است.
- جوش و تعمير ريل هاي شكسته
- جوش لب به لب لوله هاي جدار ضخيم
- جوش و تعمير ميل لنگهاي شكسته
- جوش و تعمير شاسي ماشين ها
- جوش و اتصال قطعات ريخته گري شده كه بخاطرطول بلند و بزرگ بودن نميتوانند در يك مرحله قالبگيري و ريختگري شوند .
- براي جوش كابل هاي ضخيم برق به يكديگر يا يك هادي ديگر.
- براي جوش و اتصال ميلگردهاي تقويت كننده بتن در سازه ها ساختماني به يكديگر.
طبقه بندی در فرایند :
به طور خلاصه هر روش جوشکاری با چهار عامل ضروری زیر روبرو است، ومعمولاً رده بندی روشها برمبنای این چهار عامل انجام می گیرد.
1- انرژی لازم.
2- حذف و زدودن آلودگی ها از سطح جوش.
3- محافظت سطح جوش در هنگام جوشکاری.
4- خواص متالوژیکی جوش و کنترل های لازم.
مزایا و محدودیت های جوشکاری ترمیت :
مزایا :
- سرعت بالای واکنش
- به دلیل تولید آهن، کربن جوش حاصل بسیار کم بوده و احتمال سخت شدن جوش پایین است
- امکان جوشکاری مقاطع ضخیم
- مناسب برای تعمیر قطعات با منطقه آسیب دیده بزرگ
- عدم نیاز به پخ سازی لبه های اتصال
- هزینه نسبتاً کم تجهیزات و مواد مصرفی
- جوشكاري ترميت نياز نداشتن به سيستم هاي تامين انرژي
( مانند مولد برق و ... ) براي جوشكاري است
- کارگران غیرماهر را میتوان در مدت حدود سه هفته تعلیم داد
- تجهیزات آن نسبتاً ساده و بادوام هستند
- کیفیت مواد جوشکاری توسط سازنده تضمین می شود
- تمام ریلهای فولادی که در راه آهن مصرف می شود را می توان جوش داد از جمله ریلهای مقاوم در برابر سایش و ریل های( فولادی) آستنیتی منگنز و کروم دار 110 به جز فولادهای محدود آستنیت تا پرلیت
- در مقایسه با جوشکاری لب به لب جرقه ای(جوش الکتریکی) از انعطاف پذیری بیشتری برخوردار است
محدودیت ها :
- محدود به جوشکاری مقاطع ضخیم
- حرارت ورودی بالا
- نیاز به آب بندی درز فرمها
- نیاز به پیش گرم کردن مناسب و دقیق قطعه کار
- جلوگیری از ورود ناخالصی به داخل جوش
فلزات قابل جوشکاری :
گروه وسیعی از فولادها را با تغییردادن ترکیب ترمیت به منظور هماهنگی خواص جوش ترمیت با خواص فیزیکی و ترکیب شیمیایی فلز پایه می توان جوشکاری نمود .
فلزات مقاوم به سایش
ریل های فولاد
فلزات آستنیتی منگنز
فلزات کروم دار 110
کاربرد های صنعتی آن :
جوش ترمیت و لوله:
1-جوش ترمیت درصنایع فلز کاری با موفقیت همراه بوده است، واز آن برای جوش دادن لوله ها نیز استفاده میشود.
2-در این روش، جوشکاری ترمیت با فلز لوله در هم نمی آمیزند، بلکه گرمای ناشی از آن انتهای دو لوله را به قدر کفایت گرم و ملتهب می سازد، وسپس در حالت ذوب شدن آنها را به طرف یکدیگر می فشارند، تا به هم جوش بخورند.
موارد استفاده از جوش ترميت:
- جوش و تعمير ريل هاي شكسته
- جوش لب به لب لوله هاي جدار ضخيم
- جوش و تعمير ميل لنگهاي شكسته
- جوش و تعمير شاسي ماشين ها
- جوش و اتصال قطعات ريخته گري شده كه بخاطرطول بلند و بزرگ بودن نميتوانند در يك مرحله قالبگيري و ريختگري شوند .
- براي جوش كابل هاي ضخيم برق به يكديگر يا يك هادي ديگر
- براي جوش و اتصال ميلگردهاي تقويت كننده بتن در سازه ها ساختماني به يكديگر.
جوش مرکب ترمیتی1:
نوعی جوش که برای ریل های راه آهن به کار می رود. بدین ترتیب که سر ریل ها با فرایند فشاری ترمیتی بالایه فلزی یا بدون آن ، همزمان، پایه و جان ریلها با فرایند جوشکاری ترمیتی به هم متصل می شود .
جوشكاري ترميت معمولا به دو صورت در صنعت وجود دارد ؛ در نوع اول از فلز ذوب شده مستقيما براي اتصال دو قطعه استفاده مي شود . در نوع دوم از فلز ذوب شده به منظور گرم كردن و به درجه حرارت آهنگري رساندن قطعات استفاده مي شود و سپس با اعمال فشار به قطعات اتصال شكل خواهد گرفت .
ترميت ساده : شامل مخلوط پودر هاي اكسيد آهن و آلومينيوم
ترميت فولاد كم كربن : شامل ترميت ساده به اضافه پودر فولاد كم كربن يا حتي مقداري پودر منگنز
ترميت چدن : شامل ترميت ساده به اضافه مقداري پودر فولاد سيليسيوم دار و فولاد كم كربن
ترميت براي جوشكاري ريل ها : شامل تركيبات ترميت ساده به اضافه مقداري پودر كربن ، منگنز و عناصر آلياژي ديگر به منظور افزايش سختي فلز جوش در ريل
ترميت براي اتصال كابل هاي برق : شامل پودر هاي اكسيد مس و آلومينيوم
تجهیزات جوشکاری ترمیت :
برای تجهیز یک تیم جوشکاری ابزار زیر مورد نیاز می باشد( ارقام ستون اول نشانگر اشکال مربوطه می باشد)
1ـ8ـ ابزار عمومی :
تیزبر
چکش دستی 5/1 کیلوگرمی
پتک سه کیلوگرمی
دسته چکش یدکی
عینک ایمنی
برس سیمی
دیلم به طول 750 میلی متر
دستکش نسوز
سوهان نیم گرد
در صورت نیاز:
چتر با روکش
پایه چتر
صفحات محافظ ریل
ظرف پودر ترمیت
سری ابزار درزهای دارای تکیه گاه
صفحه جمع کننده ماسه
نتیجه گیری:
اگرچه واکنش آلمینوترمیکی سالهای زیادی شناخته شده است اما بیشترین کاربرد آن در جوشکاری طویل ریل میباشد. البته در محدوده وسیعی از تعمیرات فولادی سنگین، نیمه سنگین و تعمیر قطعات ضخیم به طور رضایت بخشی انجام شده است به هر حال گروه وسیعی از فولادها را با تغییردادن ترکیب ترمیت به منظور هماهنگی خواص جوش ترمیت با خواص فیزیکی و ترکیب شیمیایی فلز پایه می توان جوشکاری نمود بنابراین به کارگیری این روش جوشکاری نسبت به دیگر روش ها به دلیل مزایا زیادی که دارد خیلی مقرون به صرفه تر می باشد .
منابع و ماخذ:
1. رضایی ـ محمد، جوشکاری ترمیت در ریل راه آهن، آزمایشگاهی مرکزی راه آهن
2. نظامی ـ خسرو، گزارش شناسایی پودرهای ترمیت و دانه بندی آنها
3. عدالت ـ غلامرضا، رشید شمالی، عباس، دستور العمل اجرای جوشکاری ترمیت
4. تکنیک علمی و عملی جوشکاری-ترجمه و تالیف:مهندس شکری هراتی-انتشارات علم و صنعت 110
5. فرهنگ جوشکاری -تالیف:دکتر کوکبی و همکاران-انتشارات جامعه ریخته گران
6. مجموعه مقالات اولین کنفرانس دانشجوئی مهندسی مکانیک ایران- جلد دوم- جوشکاری پلاسما-آبان ماه79- انتشارات پسین – دانشگاه سمنان- ویرایش و تنظیم: علی عمیدی و هادی قدری گلستانی
7-Welding and welding Teghnology by: Richard L.Little
8-Welding Skills and Teghnology
کلمات کلیدی
