Экзотермическая «сварка»

Экзотермическая реакция — химическая реакция, сопровождающаяся выделением теплоты. Экзотермическая сварка - способ сварки, при котором для нагрева металла используется экзотермические химические смеси. Для интересующего нас способа используются смеси, состоящие из окислителей и восстановителей в форме порошков,  которые при определенной температуре вступают друг с другом в экзотермические реакции в результате которых выделяется большое количество тепла и образуется расплав металлов.  Основную реакцию описывает формула 3CuO + 2Al → 3Cu + Al2O3 + Тепло. Основную, т.к. в состав термитной смеси входят и другие компоненты. В зависимости от производителя пропорции могут меняться, но наиболее типичные компоненты, наряду с оксидом меди и алюминием, это медь, свинец, ферромарганец. Зачастую, в композицию для снижения скорости горения и уплотнения термитного заряда вводят клейкую массу.

 

В 1938 г. специалисты компании ERICO® разработали экзотермический способ сварки CADWELD®, который позднее получил широкое признание в промышленности в качестве основного метода соединения элементов заземления и системы уравнивания потенциалов, катодной защиты и т. д.

 

Метод предусматривает соединение различных проводников (причем, проводники могут быть из различных металлов или сплавов), помещаемых в сварочную камеру, образуемую либо многоразовой разъемной графитовой формой или сборными прокладками из технического фетра, асбеста или иных материалов, формирующих одноразовую сварочную полость (камеру), в которую в результате горения термитного заряда поступает перегретый расплав,  заполняющий сварную камеру и охватывающий находящиеся в камере соединяемые проводники.

 

 

 

Компания-разработчик утверждает, что соединения выполненные методом экзотермической сварки обладают следующими преимуществами: 

- Представляет собой связь на молекулярном уровне, обеспечивающую высокую механическую, коррозионную стойкость и высокую электропроводность с низким переходным сопротивлением;

- Отсутствие окисление соединения или ухудшение характеристик с течением времени;

- Выдерживает предельные нагрузки по току не ниже предельных нагрузок проводника в связи с тем, что температура плавления присадочного материала выше температуры плавления меди;

- Высокая стойкость к влажной и химически агрессивной среде дает возможность использовать, в том числе и для подземных соединений;

- Поперечное сечение стандартных сварочных соединений больше поперечного сечения подлежащих соединению проводников, что компенсирует разность переходного сопротивления между проводником и наплавленным материалом;

- Соединения превосходят требования международных стандартов годности постоянных соединений в системах заземления подстанций;

- Контроль качества осуществляется обычным визуальным осмотром;

- Не требует внешних источников питания или тепла;

- Требует минимальное время обучения монтажу;

- Обеспечивает простоту эксплуатации, транспортировки и хранения комплекта.

 

Как это выглядит в натуре. Соединяемые проводники (на фото – два многопроволочных  кабеля  по 120 квадратов один из них с экраном из медных же проводов и медной фольги, который так же требовалось приварить к заземлителю) вводятся в разъемную форму.

 

 

Проверяем,  что проводники введены в стык по центру сварной полости.

 

 

 

На дно «камеры сгорания» помещаем жестяной пыж, препятствующий  просыпанию термитного заряда в сварочную полость. При горении термитного заряда пыж прогорает .

 

 

Насыпаем термитный заряд (мелкий порошок).

 

 

Заполнив  тигель термитной смесью, насыпаем поверх стартовый состав, имеющий меньшую, чем термитная смесь температуру возгорания. По ощущениям – как мелко помолотая обмазка бенгальских огней. 

 

 

Закрываем крышку тигеля (прилегает весьма неплотно и сделана, скорее, из соображений безопасности чтобы искры и расплав не летели во все стороны) и поджигаем запальный (стартовый) состав. Буквально секунда и всё. Остается затушить всё, что загорелось в результате контакта с протекшими излишками расплава и можно снимать с проводников разъемный тигель. К слову, о мерах безопасности. Весьма не лишне держать под рукой песок и лопату, иметь газосварочные очки (лучше маску-хамелеон)  и сварочные перчатки (рукавицы).  Перед поджиганием запала  убедитесь, что под тигелем нет ваших конечностей и нужных вам в дальнейшем приборов и инструментов. Если изоляция кабелей вам дорога как память, то размещать над ней тигель так же не желательно.  Вдыхать полной грудью продукты горения так же не стоит – «бог их знает, что они туда плеснули. Вы можете сказать, что им придет в голову?» (с) Преображенский Ф.Ф.

 

В результате получаем нечто такое.

 

 

Как видите, слова о том, что поперечное сечение соединений, получаемых методом экзотермической сварки, больше поперечного сечения подлежащих соединению проводников совершенно справедливы. 

 

 

При детальном рассмотрении стоит отметить, что материал расплава больше всего похож на довольно низкосортную бронзу.  Поэтому, я бы рекомендовал беречь соединения от ударных нагрузок, т.к. бронза материал довольно хрупкий. У меня не было с собой электронного мелкоскопа чтобы подтвердить или опровергнуть слова о связях на молекулярном уровне, но у меня сложилось устойчивое впечатление, что метод с большим напрягом можно назвать  собственно сваркой, т.к. соединяемые проводники, обладающие отличной теплопроводностью, не расплавляются, а заливаются расплавом, т.е. это, скорее, пайка/наплавление бронзой.

 

В походно-полевых условиях для быстрого соединения проводников, в т.ч. из различных металлов, использование данной технологии, наверно, оправдано.  В условиях, позволяющих использовать традиционную электродуговую сварку, я бы получил более качественное  и однородное собственно сварное соединение проводников из электротехнической меди, применив, например, электроды типа «Комсомолец-100» в среде инертного газа.