(Thermit Welding)

جوشکاری ترمیت به مجموعه فرآیندهائی گفته می شود که در آن جوش از فلز مذابی که توسط یک کنش شیمیائی به شدت گرمازا بوجود آمده است تشکیل می شود. این نوع جوشکاری بیشتر شبیه به ریخته گری بوده و دور دو قطعه ای که باید به همدیگر جوش داده شوند یک قالب قرار دارد که فلز مذاب ناشی از این واکنش شیمیائی به داخل این قالب هدایت شده و پس از سرد شدن فلز مذاب، داخل قالب، جوش شکل می گیرد. واکنش شيميايي یا ترمیت 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

انواع ترميت مورد استفاده در صنعت شامل:

ترمیت 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 سيليسيم 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

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

مراحل جوشكاري ترمیت:

1- تمیز کردن سطح قطعات از آلودگی و اکسید

2- ایجاد فاصله مناسب بین قطعات و قرار دادن قالب دور قطعات

3- آماده کردن قالب(یا به صورت دستی ساخته شده و یا به صورت اشکال خاص در بازار موجود است)

4- پیش گرم کردن قالب(دو سر ریل)

5- قراردادن چاشنی(ته گلدان)

6- ریختن مواد ترمیت در محفظه احتراق(گلدان)

7- روشن کردن چاشنی (فشفشه) به منظور احتراق ترمیت

8- پخت ترمیت و روان شدن مواد به درون قالب

8- باز کردن قالب پس از سرد شدن مذاب حاصل از واکنش

9-  تمیز کردن و پرداخت کردن سطح قطعات و اتصال

مزيت جوشكاري ترميت نياز نداشتن به سيستم هاي تامين انرژي(ماند مولد برق و...) براي جوشكاري است و پودر و قالب ها را در هر مكاني(براي مثال در طول ريل راه آهن براي تعمير ريل شكسته) می توان مورد استفاده قرار داد. از محدودیت هاي این روش مي توان به ناتوان بودن در جوش دادن مقاطع نازك اشاره كرد. زيرا انرژي جوش زياد بوده و فقط براي مقاطع كلفت مثل جوش و تعمیر ریل های شکسته، جوش لب به لب لوله های جدار ضخیم، جوش و تعمیر میل لنگ های شکسته، جوش و تعمیر شاسی ماشین ها، جوش و اتصال قطعات ریخته گری شده که به خاطر طول بلند و بزرگ بودن نمی توانند در یک مرحله قالب گیری و ریخته گری شوند، برای جوش کابل های ضخیم برق به یکدیگر یا یک هادی دیگر، برای جوش و اتصال میلگردهای تقویت کننده بتن در سازه های ساختمانی به یکدیگر و غیره کاربرد دارد.

عملیات جوشکاری درز ریل به ر وش ترمیت  در عملیات تعمیر و نگهداری خطوط

هدف و دامنه کاربرد این عملیات در جدول زیر ارائه شده است

در هنگام اجرای عملیات جوش درز ریل رعایت کلیه مقررات ایمنی و سیر و حرکت و نصب تابلوهای لازم و هماهنگی با مامورین سیر و حرکت الزامی است. کلیه موتور آلات سبک ریلی، تجهیزات، ادوات و مصالح مصرفی برای هر اکیپ جوشکاری ترمیت بشرح زیر می باشد

موتور آلات:

تجهیزات و ادوات:

مصالح:

هر اکیپ عملیاتی جوشکاری ترمیت شامل نفرات زیر می باشد

سر جوشکار– موتوریست– جوشکار- کارگر فنی به تعداد لازم

حداقل دوره ضمانت جوش های انجام شده یکسال و کیفیت جوش ها باید به تایید یک شرکت بازرسی معتبر رسیده باشد.

دستورالعمل جوشکاری درز ریل به روش ترمیت

در این پروسه فعل و انفعالات بین اکسید  آهن و پودر آلومینیوم باعث ایجاد آهن مذاب و اکسید آلومینیوم شده و درجه حرارت به حدود 2450 درجه سانتی گراد می رسد. آهن مذاب در حالی که به فولاد– ترمیت  با کیفیت بالا تبدیل می شود تصفیه شده و در بخش تحتانی بوته جمع می شود و سرباره های آلومینو ترمیت به دلیل  وزن کم روی فولاد مذاب ترمیت شناور باقی می مانند. در این روش شیار درز ریل توسط قالب مخصوص احاطه و پس از پیش گرم سازی و رسیدن آن به دمای مورد نظر، مذاب از سوراخی که در ته گلدان مخروطی شکل تعبیه شده به داخل محل مورد نظر جاری می گردد. فولاد مذاب باعث ذوب و حل شدن بخش هایی از لبه عرضی ریل شده و این ترکیب بدست آمده از فولاد– ترمیت و فولاد ذوب شده ریل فضای خالی درز ریل را پر می کند.

روش های مختلفی برای جوشکاری ترمیت وجود دارند از جمله SMW - SMW  F - SOW - SOV - SKV - LSV

و جوشکاری تاج ریل. این نام گذاری ها مربوط به کشور آلمان بوده و در ایران روش SMW  F  معمول می باشد که اشاره خواهد شد. قبل از شروع جوشکاری و برش شعله، حداقل استحکام کششی و کیفیت ریل را از روی علامتی که بروی جان ریل حک شده مطابق با الگوهای مشخص با نوع پودر ترمیت تطبیق نمایید. مطابق استاندارد  UIC-860 .  

وصله های مناسب جوش

با توجه به حداکثر سرعت مجاز عبوری از خط لازم است تکه های ریل جهت ترمیم شکستگی ریل با طول های زیر مورد استفاده قرار گیرند

خطوط اصلی با سرعت تردد بالای 80 کیلومتر در ساعت طول تکه ریل حداقل 10 متر

خطوط اصلی با سرعت تردد 80-50 کیلومتر در ساعت طول تکه ریل حداقل 6 متر

سایر خطوط ( فرعی) طول تکه ریل حداقل 3 متر

در بخش سوزن ها ممکن است تکه های کوتاه تری نیز مورد استفاده قرار گیرند .

مواد جوش

کیسه حاوی پودر جوشکاری ترمیت– قالب هایی برای پروفیل های مختلف ریل و اتصال مختلط– ماسه آب بندی– فشفشه– گلدان نسوز و آستر گلدان– ته گلدان اتوماتیک– گاز پروپان– گاز اکسیژن

ترمیت توسط یک فشفشه مخصوص حرارت داده می شود( و شروع به واکنش می کند) تا آلومینیوم و اکسید آهن طبق یک واکنش گرمازا به اکسید آلومینیوم و آهن خالص تبدیل شود. برای سخت کردن آهن بدست آمده و کاهش درجه حرارت و افزایش کیفیت در حین عملیات از فروآلیاژها، عناصر آلیاژی و پودر قراضه آهن استفاده می شود. به دلیل فوق گداز بالای حاصل از واکنش شیمیائی، سطح قطعه کار ذوب شده و پس از ترکیب با مذاب حاصل از واکنش، قطعه ای یک پارچه به وجود می آید. اندازه و ترکیب پودر مصرفی به نوع پروفیل ریل و حداقل استحکام کششی آن بستگی دارد. 

برخی نکات مهم

 پودر ترمیت در 1200 درجه سانتی گراد آتش می گیرد. در صورت لزوم برا ی خاموش کردن چنین آتشی از آب استفاده نکرده، بلکه فقط از ماسه خشک استفاده کنید. فشفشه نیز در درجه حرارت بیش از 200 درجه سانتی گراد مشتعل می گردد. جنس فرم قالب از ماسه سیلیسی مرغوب، بنتونیت و اکسید آهن بعلاوه سیلیکات دوسود می باشد. قالب ها پس از آماده شده و خشک شدن توسط گاز CO2 در کوره پخته و سپس خشک و نگهداری می شوند.

 گلدانها(بوته های نسوز) از جنس آلومینیاتی و منیزیتی می باشند.

برای استقرار حلقه انبساطی گلدان، خمیر درز بندی را بالای لبه گلدان مالیده و حلقه انبساطی را قرار دهید. حلقه نگهدارنده را در محل اتصال بین گلدان و حلقه انبساطی قرار داده و با پیچ محکم نمایید. قبل از استفاده از گلدان آنرا از داخل بطور ملایم با شعله گرم کرده تا دمای آن به 100 درجه سانتی گراد برسد.

مراحل آماده سازی- آماده کردن درز اتصال

1-   صفحات اتصالی را از محل اتصال دو سر ریل بردارید

2- پابند های ریل را از هر دو سمت محل اتصال  مورد جوشکاری کاملا آزاد کنید (حداقل سه تراورس از هر طرف)

3- انتهای ریلها را با برس یا ماشین سنگ زنی تمیز کرده و کنترل های ظاهری لازم را انجام دهید .

برای تنظیم درز بین دو سر ریل 4 عامل مهم می باشند

 اندازه درز– همراستائی عمودی و افقی– پیچش

و برای تنظیم اتصالات از گوه یا هر وسیله تراز دیگری که به ریل آسیب نزند استفاده کنید.

درز جوش فاصله بین دو ریل است که باید جوش داده شود و مقدار آن برای ریل های مختلف برابر ابعاد زیر است

ریل U 33  =  18 میلیمتر

ریل(R60) یا  UIC 60  = 20-22 میلیمتر

عملیات جوشکاری

بالاست را از زیر محل اتصال تخلیه و صفحه جمع آوری کننده ماسه را نصب کنید. گیره های نگهدارنده قالب ها را نصب کرده، پایه مشعل پیش گرم کننده را نصب کنید. دیواره نازک قسمت فوقانی یکی از قالب ها را برای عبور مذاب از حوضچه به راهگاه نزدیک آن شکسته و آنرا در سمت پائین تر ریل قرار داده قالب ها را در کفشک قالب خود قرار دهید. ظرف سرباره را نصب کنید. در مرکز اتصال به آرامی پیچ های بازوهای نگهدارنده قالب ها را همزمان محکم کنید. درزگیری لازم بین قالب ها و بین قالب و ریلها را توسط ماسه درزگیری انجام دهید. حوضچه مذاب را روی قالبی که قسمت فوقانی دیواره آن شکسته شده به دقت نصب کنید و حوضچه باید به سمت ریل دارای شیب باشد. فواصل بین حوضچه مذاب و کفشک قالب و بین کفشک قالب و ظرف سرباره را درزگیری کنید. ته گلدان را در محل خود نصب کرده پودر ترمیت را داخل گلدان بشکل مخروطی بریزید. گلدان را با درپوش گلدان بپوشانید.

گلدان پر شده و سه پایه را روی حفره ابزار نگهدارنده عمومی قرار دهید. واحد بالائی را حرکت داده تا با مرکز حوضچه بار ریز هم مسیر شود. اکنون جهت پیش گرم کردن ریل ها گلدان را بردارید. پیش گرمایش توسط مشعل مخصوص تا زمانی که رنگ ریلها به رنگ زرد درآید(1000درجه سانتی گراد) ادامه می یابد. در طول زمان پیش گرمایش مقدمات عملیات ریخته گری را انجام دهید. 

حال گلدان را مجدداً به بالای حوضچه بار ریز منتقل کنید. مشعل پیش گرم را برداشته  و پودر ترمیت را توسط فشفشه آتش بزنید. در صورت استفاده از ته گلدانی اتوماتیک در زمان مناسب و بطور خودکار ریختن مذاب از بوته به درون حوضچه انجام میشود و گرنه بطور دستی اقدام نمایید. گلدان خالی را بردارید. حداقل 3 تا 4 دقیقه بعد از تخلیه کامل گلدان به دقت قاب های فلزی را بردارید.

پرداخت محل جوشکاری                

پس از آنکه جوش خود را گرفت و قبل از سرد شدن کامل آن عملیات برش اضافات جوش توسط دستگاه برش انجام می شود. بطور مثال 5 دقیقه پس از خاتمه عملیات ریخته گری .عملیات سنگ زنی اولیه به منظور برقراری موقت رفت و آمد قطارها با سرعت محدود انجام می شود. پرداخت نهایی نیز 24 ساعت پس از انجام جوشکاری و پس از عبور چند قطار(در صورت امکان) انجام می شود .و برای این کار از ماشین سنگ زن پروفیل استفاده می شود. پس از خاتمه کار پابند ها را به حالت اولیه محکم بسته  و وضعیت بالاست زیر ریل جوش داده شده را مرتب نمایید و در نهایت نسبت به جمع آوری ضایعات اقدام می شود.

سیستم شماره گذاری جوش ها

با استفاده از سمبه نشان و حک در فاصله یک متری و در قسمت بیرونی جان ریل بشرح جدول زیر انجام می شود

                                                                      کد شناسایی جوش

که نشان دهنده موارد زیر است

شماره جوش روزانه– تاریخ جوشکاری– شماره ماشین جوش– شرکت پیمانکار

درج علامت * در سمت راست جدول فوق جهت مشخص نمودن جوش هایی که عملیات تنش گیری انبساط طولی انجام گرفته الزامی است.

اهم مزایای خط جوشکاری شده

1-   صرفه جوئی 10-15 درصدی در هزینه های بزرگ تعمیرات اساسی خطوط

2-   صرفه جوئی در هزینه های نگهداری خطوط

3-   اضافه شدن عمر ریل ها و وسایل نقلیه ریلی

4-   کاهش مصرف سوخت و کاهش سر و صدا

5-   کاهش تنش روی تراورس ها و زیر سازی

6-   رسیدن به سرعت های بالاتر

« گروه جوش ترمیت- اداره خط و سازه های  فنی راه آهن خراسان »

سئوالات تشریحی

سئوال1 : فرآیند جوش کاری ترمیت را تعریف نمایید؟

جوشکاری ترمیت به مجموعه فرآیندهایی گفته می شود که در آن جوش از فلز مذابی که توسط یک کنش شیمیائی به شدت گرمازا بوجود آمده است تشکیل می شود. این نوع جوشکاری بیشتر شبیه به ریخته گری بوده و دور دو قطعه ای که باید به همدیگر جوش داده شوند یک قالب قرار دارد که فلز مذاب ناشی از این واکنش شیمیائی به داخل این قالب هدایت شده و پس از سرد شدن فلز مذاب، داخل قالب، جوش شکل می گیرد

سئوال 2 : واکنش شیمیائی ترمیت معمولاً بین چه موادی انجام می شود؟

واکنش شيميايي یا ترمیت معمولا بين اکسید يك فلز(معمولا آهن یا مس) و فلز احیا کننده مانند آلومینیوم انجام مي شود

سئوال 3 : برای انجام واکنش از چه چیزی استفاده می شود؟

براي انجام واکنش از يك پودر كه به سرعت محترق شده به عنوان چاشنی استفاده مي شود كه گرمای لازم براي شروع واکنش را فراهم مي آورد

سئوال4 : انواع ترمیت مورد استفاده در صنعت را نام ببرید؟

ترمیت ساده-ترميت فولاد كم كربن-ترميت چدن-ترميت براي جوشكاري ريل ها-ترميت براي اتصال كابل هاي برق

سئوال5 : جوشکاری ترمیت معمولاً در صنعت به چند صورت مورد استفاده قرار می گیرد؟

جوشكاري ترميت معمولا به دو صورت در صنعت مورد استفاده است: 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

سئوال6 : مراحل جوش کاری ترمیت را نام ببرید؟

تمیز کردن سطح قطعات از آلودگی و اکسید - ایجاد فاصله مناسب بین قطعات و قرار دادن قالب دور قطعات - آماده کردن قالب - پیش گرم کردن قالب(دو سر ریل) - قراردادن چاشنی(ته گلدان) - ریختن مواد ترمیت در محفظه احتراق(گلدان) - روشن کردن چاشنی (فشفشه) به منظور احتراق ترمیت - پخت ترمیت و روان شدن مواد به درون قالب - باز کردن قالب پس از سرد شدن مذاب حاصل از واکنش -  تمیز کردن و پرداخت کردن سطح قطعات و اتصال

سئوال7 : مزیت و محدودیت جوش کاری ترمیت را نام ببرید؟

مزيت جوشكاري ترميت نياز نداشتن به سيستم هاي تامين انرژي براي جوشكاري است و پودر و قالب ها را در هر مكاني می توان مورد استفاده قرار داد و از محدودیت هاي این روش مي توان به ناتوان بودن در جوش دادن مقاطع نازك اشاره كرد

سئوال8 : برخی کاربرد های جوش ترمیت را نام ببرید؟

براي مقاطع كلفت مثل جوش و تعمیر ریل های شکسته، جوش لب به لب لوله های جدار ضخیم، جوش و تعمیر میل لنگ های شکسته، جوش و تعمیر شاسی ماشین ها، جوش و اتصال قطعات ریخته گری شده که به خاطر طول بلند و بزرگ بودن نمی توانند در یک مرحله قالب گیری و ریخته گری شوند، برای جوش کابل های ضخیم برق به یکدیگر یا یک هادی دیگر، برای جوش و اتصال میلگردهای تقویت کننده بتن در سازه های ساختمانی به یکدیگر و غیره کاربرد دارد

سئوالات تستی

سئوال 9 : درجه حرارت فعل و انفعال ترمیت و درجه حرارتی پیش گرمایش دو سر ریل به ترتیب چه میزان می باشد؟  

الف-  حدود 2450 درجه سانتی گراد- تا زمانی که رنگ ریلها به رنگ زرد درآید(1000درجه سانتی گراد)

ب- حدود 1450 درجه سانتی گراد – تا زمانی که رنگ ریلها به رنگ زرد درآید( 800 درجه سانتی گراد)

ج- حدود 1450 درجه سانتی گراد – تا زمانی که رنگ ریلها به رنگ سفید درآید( 1000 درجه سانتی گراد)

د- حدود 2450 درجه سانتی گراد – تا زمانی که رنگ ریلها به رنگ سفید درآید( 800 درجه سانتی گراد)

جواب: گزینه الف

سئوال10: به چه دلیل از فرو آلیاژها، عناصر آلیاژی و پودر قراضه آهن در پودر ترمیت استفاده می شود؟

الف-  برای سخت کردن آهن بدست آمده            ب-  کاهش درجه حرارت

ج-  افزایش کیفیت                                                  د- همه موارد

جواب: گزینه د

حمید دائمی- علی اصغر رحمتی- حمید پور قاسمی- محمود شعبانی
نوید اصغر زاده