Egyszerűen – a termithegesztés (71)
A hegesztési eljárások és rokon technológiák megnevezéseit és azonosító számait meghatározó MSZ EN ISO 4063:2016 magyar nyelven is elérhető szabvány „7-es Egyéb hegesztési eljárások” főcsoportba tartózó hegesztési eljárás alapjainak bemutatása következik tömören és egyszerűen – a termithegesztés (71).
A termithegesztéssel kapcsolatos első tudnivaló, hogy az eljárás az ömlesztőhegesztés végzésének feltételeiről szóló 8/2018. (VIII. 17.) ITM rendelet szerint ömlesztő hegesztés, azonban nem ívhegesztési eljárás. Ezt fejezi ki az ISO 4063 szerinti „Egyéb hegesztési eljárások” besorolása is. Angol megnevezése: Aluminothermic welding illetve Thermite welding (USA).
A termithegesztés alapelve
A termithegesztés az aluminotermikus reakció közben keletkező jelentős hőfejlődés jelenségét használja ki. Az alumínium több fém oxidjait, így az acélét is, hőfejlődés közben redukálja. Ez a hőfejlődés ami az alumínium és a vasoxid reakciója közben keletkezik a termitacélt megolvasztja és nagy hőmérsékletre hevíti. Az eljáráshoz a vas oxidjainak az alumínium szemcsékkel összeállított és gondosan megtervezett mennyiségű, ötvözőkkel dúsított keverékét használják.
Termithegesztés szabványai
Az aluminotermikus hegesztés leggyakoribb alkalmazási területe a vasúti alkalmazások. Ennek megfelelően ezen a téren találunk szabványokat a folyamat elvégzésével kapcsolatban.
MSZE 12813:2014 2 Hegesztés biztonsága. Termithegesztés
MSZ EN 14730-1:2017 Vasúti alkalmazások. Vasúti pálya. Sínek aluminotermikus hegesztése. 1. rész: A hegesztési technológia jóváhagyása
MSZ EN 14730-2:2021 Vasúti alkalmazások. Vasúti pálya. Sínek aluminotermikus hegesztése. 2. rész: Aluminotermikus hegesztők minősítése, kivitelezők jóváhagyása és a hegesztések átvétele
Az aluminotermikus hegesztés folyamata
Az alumínium és az alkalmazott vasoxidok, vasoxidul (FeO), vasoxid (Fe2O3), vasoxiduloxid (Fe3O4) termitreakciója közben tiszta vas, salak és hő keletkezik. A megfelelő ötvözet kialakítása érdekében a vasoxidokon és az alumíniumon kívül, mangán, szilícium, vanádium, titán, ferroötvözetek és szennyezőanyagok találhatóak a hegesztőanyagban.
A termithegesztés anyagait egy tűzálló, alsó részén csapolónyílással ellátott reakció üstbe előre elkészítik, és a hegesztés helyszínére szállítják. A folyamat beindítása termitgyújtóval történik, és a hegesztőanyag az üstben felhevül és megolvad. A megfelelő hőmérséklet elérésekor (kb. 3000°C) a csapolónyílás is kiolvad, az olvadt fém az előre elkészített, formázó homokból és megfelelő profilokból álló varratüregbe folyik. Az összehegesztendő elemek homlokfelületei is megolvadnak, majd az ömledékkel együtt lehűlve megszilárdulva készül el a hegesztett kötés.
Az eljárás rendkívül előnyös, mert nagy felületű elemek kötése, más helyszínen végezhető eljárásokhoz képest, kimondottan gyors. A művelet elvégzése nem igényel nagy gyakorlatot vagy kézügyességet, hiszen a megfelelő előkészületeket és a reakció beindítását követően már emberi közreműködés nélkül megy végbe.
A termithegesztés azonban gondos előkészületeket igényel. A homokformák, profilelemek elkészítése illetve az előmelegítés szintén gondos és időigényes munkát tesz szükségessé és egyben az egyéb eljárásokhoz képest a homokformák elkészítése új költségelemként jelentkezik.
Az elvárt mechanikai tulajdonságok beállításához megfelelő széntartalom szükséges. Azonban a szén az aluminotermikus folyamat véghőmérsékleténél alacsonyabb hőmérsékleten, már 2000-2100°C-on kiég, jelentős CO képződés mellett. A szénmonoxid megjelenése miatt jelentős gázosodás, „fővés” tapasztalható. A hegesztőanyag összetételénél azt is figyelembe kell venni, hogy a fővés időtartama, a porozitás elkerülése érdekében rövidebb legyen mint az olvadék idő.
A termithegesztés vázlata
- hegesztőanyag;
- csapolónyílás;
- reakcióüst;
- öntő edény;
- támasztó és szorító elemek;
- beöntő csatorna;
- légsípok;
- salakcsésze;
- öntőforma;
A dermedést követően a homokformákat, profilelemeket és a felesleges megdermedt fémet el kell távolítani, majd a felületeket meg kell munkálni.
A mangán a termitacél általánosan használt ötvözőeleme. A nagy széntartalmú ferromangánt 1-3 mm szemcsenagyságúra törik, és így keverik az adaghoz. A mangánnak alig negyede ötvöződik az ömledékbe a többi oxidálódik vagy kis forráspontja miatt elgőzölög. Azonban a nagyobb kéntartalmú adagokban az vöröstörékenység kialakulásának lehetőségét csökkenti.
Vöröstörékenység
Az öntöttvasban levő kén, ha vasszulfid formájában marad vissza, a cementittel és a vassal alig 900 °C fölött kristályosodó eutektikumot alkot. Ez a kis olvadáspontú eutektikum utoljára dermed meg, és így a szemcsék határán kiválva hártyát alkot. Ez a hártya – még kis mennyiségben is – nagy felületeken megakadályozza a szemcsék összenövését és közöttük az erős, fémes kapcsolat kialakulását. Az öntvény kristályosodását követő hűlés során, a zsugorodáskor, az ilyen, még olvadt fázissal burkolt szemcsék egymástól eltávolodva üregeket képeznek. Ha a szemcsék között keletkező hézag csak részben, vagy egyáltalán nem töltődik fel olvadékkal, akkor az ilyen, éles bemetszések a további hűlés során a gyenge szemcsehatárok mentén egyre tovább terjednek és makroszkopikus méretű kristályosodási repedésekké nőnek.
Forrás: Komócsin Mihály – Anyagok hegeszthetősége
Az ötvözők adagolásának több lehetősége van. Abban az esetben, ha a kerámia tégla alsó síkjára ötvözőelemeket helyeznek el, azok a forró termitacél ömledékben megolvadnak. Tekintettel azonban arra, hogy a gerinc dermedése ekkor már megindult és a még folyékony anyagrészek már nyugalomban vannak, a beolvadó ötvözőelemek a felső részben maradnak. Így az eljárás alkalmas a keményített futófelületű sínek összehegesztésére. Kedvező következmény, hogy a hőhatásövezet kilágyult részének hossza mindössze 20-30 mm.
A termithegesztés minősége és gazdaságossága előmelegítéssel jelentősen fokozható.
Az egyszerűen – a termithegesztés (71) bejegyzés címlapkép forrása: https://www.vasuttechnika.hu
