Hàn hóa nhiệt, còn được gọi là liên kết tỏa nhiệt, hàn nhiệt nhôm (TW), [1] và thermit hàn, [1] là một hàn quá trình gia nhập vật liệu mà sử dụng kim loại nóng chảy để tham gia vĩnh viễn các dây dẫn. Quá trình này sử dụng một phản ứng tỏa nhiệt của một nhiệt nhôm thành phần để làm nóng kim loại, và không đòi hỏi nguồn bên ngoài của nhiệt hoặc hiện tại. Các phản ứng hóa học sản sinh ra nhiệt là một Phản ứng nhiệt nhôm giữa nhôm và bột một oxit kim loại.
Lịch sử
Hàn hóa nhiệt được phát triển bởi Hans Goldschmidt quanh 1895.The ứng dụng kim loại màu đầu tiên cho hàn nhiệt được phát triển vào năm 1938 bởi Dr.Charles Cadwell, một giáo sư tại Khoa Khoa học Ứng dụng tại Đại học Case Western Reserve ở Cleveland, Ohio.The sử dụng ban đầu của quá trình này là để hàn trái phiếu tín hiệu đường ray xe lửa.
Phương pháp này đã được cấp bằng sáng chế John H. Deppeler vào năm 1928 trong khi đang làm việc cho Công ty Cổ phần Kim loại và Thermit. Đó là Hoa Kỳ bằng sáng chế số 1.671.412.
Tại Hoa Kỳ, một cuộc điều tra hàn sắt tỏa nhiệt được thực hiện bởi Ủy ban On Rail hàn mối nối, với mục tiêu cải thiện và chuẩn hóa đường sắt welding.Composed của các thành viên từ Cục Mỹ của hàn và Hiệp hội Kỹ thuật đường sắt Electric của Mỹ, ủy ban này tiến hành thử nghiệm rộng rãi vật lý các điểm đường sắt hàn, cũng như thử nghiệm các thông số khác nhau của quá trình hàn.
Tổng quan
Trong hàn nhiệt, bụi nhôm làm giảm các oxit của một kim loại , phổ biến nhất là oxit sắt , vì nhôm là phản ứng cao. Sắt (III) oxit thường được sử dụng:
Các sản phẩm là oxit nhôm , nguyên tố tự do sắt , [2] và một số lượng lớn nhiệt . Các chất phản ứng là thường bột và trộn với một chất kết dính để giữ các vật liệu rắn và ngăn chặn tách.
Thông thường các thành phần phản ứng là năm phần sắt oxit đỏ (gỉ) bột và ba phần nhôm bột theo trọng lượng, đốt cháy ở nhiệt độ cao. Một mạnh mẽ tỏa nhiệt (sinh nhiệt) phản ứng xảy ra điều đó thông qua quá trình oxy hóa và giảm sản xuất một khối nóng trắng nóng chảy sắt và xỉ của vật liệu chịu lửa oxit nhôm . Sắt nóng chảy là nguyên liệu hàn thực tế;các oxit nhôm là ít dày đặc hơn so với sắt lỏng và như vậy trôi vào phần đầu của phản ứng, vì vậy các thiết lập cho hàn phải đưa vào tài khoản mà các kim loại nóng chảy thực tế là ở dưới cùng của thử thách và được bao phủ bởi xỉ nổi.
. Oxit kim loại khác có thể được sử dụng, chẳng hạn như crom oxit, để tạo ra các kim loại được đưa ra trong các nguyên tố hình thức của hợp đồng nhiệt nhôm, sử dụng oxit đồng, được sử dụng để tạo ra điện khớp trong một quá trình gọi là cadwelding:
Hàn nhiệt nhôm được sử dụng rộng rãi để hàn đường ray xe lửa. Một trong những tuyến đường sắt đầu tiên để đánh giá việc sử dụng hàn nhiệt nhôm là Delaware Hudson vào năm 1935 [3] Chất lượng mối hàn nhiệt nhôm tinh khiết về mặt hóa học là thấp do sự xâm nhập nhiệt độ thấp vào các kim loại tham gia và rất thấp carbon và hợp kim nội dung trong sắt nóng chảy gần như nguyên chất. Để có được mối hàn đường sắt âm thanh, kết thúc của đường ray bị nhiệt nhôm hàn được làm nóng trước với một ngọn đuốc đến một nhiệt màu cam, để đảm bảo thép nóng chảy được không ướp lạnh trong đổ. Bởi vì hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm sắt tương đối tinh khiết, không phải là thép mạnh hơn rất nhiều, một số viên nhỏ hoặc que kim loại hợp kim carbon cao có trong hỗn hợp nhiệt nhôm; các vật liệu hợp kim nóng chảy từ nhiệt của phản ứng nhiệt nhôm và trộn vào các mối hàn kim loại. Các thành phần hạt hợp kim sẽ khác nhau, theo các hợp kim sắt được hàn.
Các phản ứng đạt đến nhiệt độ rất cao, tùy thuộc vào các oxit kim loại được sử dụng. Các chất phản ứng này thường được cung cấp dưới dạng bột, với những phản ứng kích hoạt bằng cách sử dụng một tia lửa từ một viên đá lửa nhẹ hơn. Năng lượng kích hoạt cho phản ứng này là rất cao tuy nhiên, và bắt đầu yêu cầu hoặc việc sử dụng của một "tăng cường" chất liệu như bột magiê kim loại hoặc một nguồn lửa rất nóng. Các oxit nhôm xỉ mà nó sản xuất được loại bỏ. [4] [5]
Khi hàn dây dẫn bằng đồng, quá trình sử dụng một bán kiên cố graphite nồi nấu nấm mốc , trong đó đồng nóng chảy, được sản xuất bởi các phản ứng, chảy qua các khuôn mẫu và trên và xung quanh các dây dẫn được hàn, tạo thành một mối hàn dẫn điện giữa chúng. [ 6] Khi đồng nguội đi, khuôn được hoặc vỡ ra hoặc để lại tại chỗ. [4] Ngoài ra, nồi nấu kim loại graphit cầm tay có thể được sử dụng. Những lợi thế của những thử thách khắc nghiệt bao gồm di động, chi phí thấp hơn (vì họ có thể được tái sử dụng), và tính linh hoạt, đặc biệt là trong các ứng dụng lĩnh vực.
Thuộc tính
Một mối hàn tỏa nhiệt có độ bền cơ học cao hơn so với các hình thức khác của mối hàn, và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời [7] Nó cũng rất ổn định khi áp dụng lặp đi lặp lại các xung ngắn mạch, và không bị tăng điện trở trên vòng đời của quá trình cài đặt. Tuy nhiên, quá trình này rất tốn kém so với các quá trình hàn khác, đòi hỏi phải có một nguồn cung cấp khuôn mẫu thay thế, trong tình trạng thiếu độ lặp lại, và có thể bị cản trở bởi điều kiện ẩm ướt hoặc thời tiết xấu (khi thực hiện ngoài trời). [4] [6]
Ứng dụng
Hàn nhiệt thường được sử dụng cho hàn dây dẫn bằng đồng nhưng là thích hợp cho hàn một loạt các kim loại, bao gồm thép không gỉ , gang , phổ biến thép , đồng thau , đồng , vàMonel . [4] Nó đặc biệt hữu ích cho việc tham gia kim loại khác nhau. [ 5] Quá trình này được bán trên thị trường dưới nhiều tên khác nhau như ERICO CADWELD, ERICO CADWELD Plus, Thermexweld, Quikweld, Tectoweld, Ultraweld, Techweld, TerraWeld, Thermoweld, Ardo Weld và Kumwell. [4]
Bởi tính dẫn điện tốt và ổn định cao khi đối mặt với các xung ngắn mạch, mối hàn tỏa nhiệt là một trong những tùy chọn được chỉ định bởi §250.7 của Hoa Kỳ National Electrical Code cho rooting dây dẫn và nhảy liên kết . [8] Nó là ưa thích phương pháp liên kết, và thực sự nó là phương tiện duy nhất có thể chấp nhận các liên kết đồng để mạ kẽm cáp. [5]Các NEC không yêu cầu như vậy kết nối exothermically hàn được liệt kê hoặc dán nhãn, nhưng một số chi tiết kỹ thuật kỹ thuật yêu cầu hoàn tất mối hàn tỏa nhiệt được kiểm tra bằng X ray thiết bị. [8]
Quy trình
Người lao động tham gia các bài hát tram trong Christchurch
Tracks Trâm đang tham gia
Bài hát Trâm vừa tham gia
Thông thường, các đầu của các thanh ray được làm sạch, thẳng phẳng và đúng sự thật, và cách nhau 25 mm (1 in). [9] Khoảng cách giữa đường sắt kết thúc cho hàn để đảm bảo kết quả nhất quán trong đổ của thép nóng chảy vào các mối hàn nấm mốc. Trong trường hợp của một thất bại hàn, các đầu mối ray có thể được cắt xén để 75 mm (3 in) khoảng cách, loại bỏ đường sắt nóng chảy và bị hư hỏng phòng kết thúc, và một mối hàn mới cố gắng với một khuôn đặc biệt và phí nhiệt nhôm lớn hơn. Một hai hoặc ba mảnh cát cứng khuôn kẹp xung quanh các đầu mối ray, và một ngọn đuốc của nhiệt dung phù hợp được sử dụng để làm nóng trước kết thúc của đường sắt và nội thất của khuôn.Lượng nước thích hợp của nhiệt nhôm hợp kim với kim loại được đặt trong nồi nấu chịu lửa, và khi đường ray đã đạt đến một nhiệt độ đủ, nhiệt nhôm được đánh lửa và cho phép phản ứng để hoàn thành (cho phép thời gian cho bất kỳ kim loại hợp kim để làm tan chảy hoàn toàn và trộn, năng suất các thép nóng chảy như mong muốn hay hợp kim). Các thử thách phản ứng sau đó khai thác ở phía dưới. Nồi nấu kim loại hiện đại có một cái đê tự khai thác trong các vòi phun đổ. Chảy thép nóng chảy vào khuôn, kết hợp với các đầu mối ray và hình thành các mối hàn. Xỉ, là nhẹ hơn thép chảy qua từ nồi nấu và nước chảy tràn khuôn vào một chậu bắt thép, đưa ra xử lý sau khi làm lạnh. Toàn bộ thiết lập được cho phép để làm mát. Loại nấm này có bị loại bỏ và các mối hàn được làm sạch bằng đục nóng và mài để tạo ra một doanh mịn. Thời gian tiêu biểu từ lúc bắt đầu làm việc cho đến khi một đoàn tàu có thể chạy trên đường sắt là khoảng 45 phút đến hơn một giờ, tùy thuộc vào kích thước đường sắt và nhiệt độ môi trường xung quanh. Trong mọi trường hợp, thép đường sắt phải được làm lạnh đến dưới 370 ° C (700 ° F) trước khi nó có thể duy trì trọng lượng của đầu máy xe lửa.
Khi một quá trình nhiệt nhôm được sử dụng để theo dõi mạch - các liên kết của dây dẫn đến các đường ray với một hợp kim đồng , mộtgraphite khuôn được sử dụng. Khuôn graphite là tái sử dụng nhiều lần, bởi vì các hợp kim đồng là không nóng như các hợp kim thép được sử dụng trong hàn sắt. Trong tín hiệu liên kết, khối lượng đồng nóng chảy là khá nhỏ, khoảng 2 cm 3 (0.1 cu in) và khuôn được nhẹ nhàng kẹp vào bên cạnh đường sắt, cũng cầm một dây tín hiệu tại chỗ. Trong hàn sắt, phí mối hàn có thể nặng tới 13 kg (29 lb). Khuôn cát cứng là nặng và cồng kềnh, phải được an toàn kẹp ở một vị trí rất đặc biệt và sau đó phải chịu nhiệt độ cao trong vài phút trước khi bắn phí. Khi đường sắt được hàn thành chuỗi dài, việc mở rộng theo chiều dọc và co lại của thép phải được đưa vào tài khoản. Thực hành Anh đôi khi sử dụng một phần trượt của một số loại vào cuối chạy dài của đường sắt liên tục hàn, cho phép một số phong trào, mặc dù bằng cách sử dụng một nặng tà vẹt bê tông và một số tiền thêm ballast tại ngủ kết thúc, ca khúc, trong đó sẽ có dự ứng lực theo nhiệt độ môi trường xung quanh tại thời điểm cài đặt của nó, sẽ phát triển các ứng suất nén ở nhiệt độ môi trường nóng, hoặc căng thẳng kéo trong nhiệt độ môi trường lạnh, gắn bó với tà vẹt nặng oằn ngăn ngừa hoặc biến dạng khác. Thực tế hiện nay là sử dụng đường ray hàn suốt trên đường cao tốc, và khe co giãn được giữ ở mức tối thiểu, thường chỉ để bảo vệ mối nối và giao cắt từ căng thẳng quá mức. Thực tế Mỹ dường như là rất tương tự, một sự kiềm chế vật lý đơn giản của đường sắt. Đường sắt được dự ứng lực, hoặc coi là "căng thẳng trung lập" tại một số nhiệt độ môi trường cụ thể. "Trung tính" nhiệt độ này sẽ thay đổi tùy theo điều kiện khí hậu địa phương, tính đến mùa đông thấp nhất và nhiệt độ mùa hè nóng nhất. Đường sắt là chất bảo đảm cho các mối quan hệ hoặc tà vẹt đường sắt với neo, hoặc anti-dây leo. Nếu theo dõi ballast là tốt và sạch sẽ và các mối quan hệ đang trong tình trạng tốt, và hình học theo dõi là tốt, sau đó đường sắt hàn sẽ chịu biến động nhiệt độ môi trường bình thường cho khu vực.
Hàn từ xa
Từ xa hàn nhiệt là một loại quá trình hàn nhiệt cho tham gia hai dây dẫn điện từ một khoảng cách. Quá trình này làm giảm những rủi ro liên quan đến hàn nhiệt và được sử dụng trong cài đặt đòi hỏi một hành hàn dây dẫn tham gia vĩnh viễn từ một khoảng cách an toàn của quá nhiệt hợp kim đồng .
Quá trình kết hợp hoặc là một ngọn lửa để sử dụng với khuôn graphite tiêu chuẩn hoặc giảm tiêu hao kín trong hộp kim loại mối hàn, graphite bán kiên cố nồi nấu nấm mốc , và một nguồn đánh lửa mà các sợi dây để hộp mực với một cáp cung cấp các đánh lửa từ xa an toàn.
