وبلاگ مهندسی مکانیک (جوشکاری و قالبسازی)

مقالات جوشکاری ، تعاریف جوشکاری ، نرم افزار های جوشکاری ، مهندسی ، تخصصی ، تاریخچه جوشکاری ، فیلم های جوشکاری

جوشکاری به روش ترمیت
نویسنده : حسین وطن دوست - ساعت ۱۱:٥۱ ‎ق.ظ روز شنبه ۱۱ اردیبهشت ۱۳۸٩
 

نبرد حبیبی1

           

چکیده

فرایند اتصال فلزات به یکدیگر با انجام جوشها به طوری که ذوب و انجماد مداوم درامتداد درز صورت گیرد ویا اتصال لبه ها از طریق له شدن در هم انجام شود، را جوشکاری می نامند، ترمیت از ترکیب شیمیائی اکسید آهن با آلومینیوم یا اکسید آهن و آهن خالص به دست     می آید، از موارد استعمال آن می توان به اتصال ریلهای خطوط راه آهن به یکدیگر و جوش دادن دندانه های نوردی چرخ دنده های بزرگ شکسته اشاره نمود. ..


واژه های کلیدی: اکسید آهن – ترمیت- بوته – جوش مرکب ترمیتی – قالب جوشکاری – جرقه زن

مقدمه:

درصنعت 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. این اجزاء را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد.

1-   اتصالات جداشدنی یا گسستنی، که در آن می توان قطعات را به راحتی به هم متصل و دوباره از هم جدا کرد، مانند اتصال توسط پیچ و مهره، خارها گوه ، پین و غیره.

2-   اتصالات جدانشدنی یا ناگسستنی،که در آن قطعات به هم متصل شده را نمی توان به راحتی از هم جدا کرده ودوباره سوار نمود، مانند اتصال توسط پرچ کردن، لحیم کاری ، جوشکاری

پس از مقدمه بالا چنین نتیجه می شود، که موارد استعمال جوشکاری در اتصالات در دسته اول می باشد.(اتصالات ناگسستنی)

تعریف جوشکاری:

اتصال دوقطعه به هم، به وسیله گرما دادن آنها تا یک درجه حرارت خیلی زیاد، که باعث نرم شدن یا ذوب شدن آنها         می گردد، با استفاده از فشار و فلزات پرکننده و یا حتی بدون استفاده از آنها جوشکاری نام دارد، 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.

جوشکا ری ترمیت1:

کاربرد این نوع جوشکاری، در فلزات پرکننده ، یا اتصال دوقطعه از فلز، دوقطعه معمولاً فولادی ، با استفاده از تولید حرارت همراه با یک واکنش شیمیایی صورت می گیرد. اگرچه این روش امروزه به صورت بسیار وسیع مورد استفاده قرار نمی گیرد،   در سالهای گذشته اکثر تعمیرات عمده با استفاد ه از این روش انجام شده است.

معمولاً قسمت های بزرگ همانند راه آهن، چرخ دنده های بزرگ، وعموماً شکستهای بزرگ تجهیزات تعمیر شده با استفاده از جوشکاری ترمیت انجام می شود.

هانس گولدشمیت2 آلمانی فرایندی را کشف نمود، که آن را ترمیت نامید. در سال 1985 وی در آزمایشگاهش واقع در دیزن آلمان به کشف اولیه اش رسید، هنگامی که در جهت کاهش کروم و منگنز تلاش می نمود، به جای کشف روشی در جهت کاهش دو فلز، روشی مطمئن برای پودر سفید اکسید آلومینیوم سرخ شده کشف نمود. بنابراین حرارت، اکسید آهن را به فولاد مایع تبدیل می کند.

مواد شیمیایی مورد استفاده برای فرایند، مخلوط آلومینیوم و اکسید آهن می باشد. ترمیت همچنانکه یک مخلوط است، به یک جرقه برای شروع واکنش احتیاج دارد. فرمول شیمیایی این فرایند به صورت زیر می باشد.

                       (1)

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. جدول (1)ترکیب شیمیایی فولاد ترمیتی را نشان می دهد.

جدول(1) ترکیب شیمیایی فولاد ترمیتی

کربن

منگنز

سیلیسیم

فسفر

گوگرد

آلومینیوم

2تا 3 درصد

5تا6 درصد

25/. تا 5/. درصد

3 تا 4 درصد

3 تا 4 درصد

7 تا 18 درصد

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.

بوته ترمیت1:

بوته مورد استفاده برای ترمیت مهیا شده یک قسمت بسیار مهم در این فرایند می باشد، و بایستی از ماده ای ساخته شود، که بتواند در مقابل حرارت شدید تاب مقاومت زیادی داشته باشد. بوته نه تنها بایستی وزن ترمیت را تحمل نماید، بلکه بایستی فشار ناشی از واکنش شیمیایی را نیز تحمل نماید.

پوسته بیرونی بوته معمولاً از ورقه فولادی در نظر گرفته می شود( ساخته می شود)، و به شکل یک مخروط ناقص می باشد،  که در شکل(1) نشان داده شده است، این بوته یک سر آن از بالا باز می باشد.

قطران اکسید منیزیم برای جداره داخلی بوته مورد استفاده قرار می گیرد، وهنگامی که منگنزیت پخته می شود، حذف       می گردد. در قسمت پایین بوته یک سنگ اکسید منیزیم ، یک انگشتانه که از میان آن یک پین تخلیه آویزان است، قرار دارد. این طرح به ما این اجازه را می دهد، که فولاد مایع با هیچ گونه خطری از سرباره داخل شده در جوش، جدا شود،             زیرا موقعیت سرباره در بالا می باشد.

آتش زدن ترمیت:

ترمیت را برای جلوگیری از صدمات دربوته ریخته و با میله فولادی توسط کبریت آتش  می زنند، آتش زدن ترمیت با میله فولادی مطمئن تر است. برای آتش زدن ترمیت می توان از چوب کبریت نیز استفاده کرد، اما این احتمال وجود دارد، که ممکن است، دست سوخته شود.

جرقه زن ترمیت:

مخلوط ترمیت به تنهایی خطرناک نیست، مگر اینکه جرقه زن موجود باشد. بنابراین دوقطعه ای که معمولاً به هم جوش داده می شوند، معمولاً بزرگ بوده و تناژهای متفاوتی از ترمیت را می توان مورد استفاده قرار داد. چون میدان سرد شدن بسیار آهسته فرض می شود، بنابراین کمترین تغییر شکل را در میدان فوق داریم، اگر چه مقطعی که جوش را تحمل می کند بزرگ است، می توان برای رسیدن به اندازه مناسب با یک بار سرد شدن میدان  می توان سطح فوق را ماشینکاری نمود              جرقه زن معمولاً پری اکسید باریم یا پودر منگنز می باشد. جرقه زن معمولاً در بالای بوته قرار دارد، و مواد با یک میله فلزی سرخ شده مشتعل می شود.

روش انجام جوشکاری ترمیت:

جوشکاری به روش ترمیت یک نوع خاص ریخته گری می باشد. برای کنترل آهن مذاب و به شکل مورد نظر درآوردنش در همان حالی که به صورت مذاب و مایع است، بایستی از قالب استفاده کرد.(شکل2)

فلزاتی را که بایستی به هم جوش بخورند، به صورت تخت پخ زده و سپس به دقت کنار هم قرار می هند، و به کمک وسائل در محل خود محکم نگه می نمایند. معمولاً لبه قطعات را چنان پخ می زنند، که یک درز جناغی دورتا دور شان ایجاد شود.     یک قالب مومی به شکلی که فلز مذاب پس از سرد شدن باید داشته باشد، در درز قرارمی دهند. سرانجام قالب مومی و کار را در میان دریچه گذاشته در آن ماسه می ریزند، و ماسه را می کوبند.

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.

موارد استعمال جوشکاری ترمیت:

1-اتصال ریلهای خطوط راه آهن به یکدیگر.

2-جوش دادن دندانه های نوردی چرخ دنده های بزرگ شکسته.

3-اتصال قطعات ریخته گری شده ای که ابعاد آنهامانع ریختن آنها به طور یکپارچه است.

4-تعمیر ساختمانهای فولادی بزرگی که بنا به سفارش مخصوص ساخته شده و تعویض آن مستلزم مخارج زیادی است.

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.

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.(شکل3)

مراجع:

1-تکنیک علمی و عملی جوشکاری-ترجمه و تالیف:مهندس شکری هراتی-انتشارات علم و صنعت 110

2-فرهنگ جوشکاری -تالیف:دکتر کوکبی و همکاران-انتشارات جامعه ریخته گران

3-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

4-Welding and welding Teghnology by: Richard L.Little                                           

 5-Welding Skills and Teghnology

by:Dave Smith

 

 


  

    شکل(1)- بوته ترمیتی

 

 

 


 

 

 

 


  

شکل(2)- شکل جوشکاری به روش ترمیت

 


  

شکل(3)- نمای شماتیک جوشکاری فشاری ترمیتی

 

 

 


 
comment نظرات ()