Thermit Welding Method

Phương pháp hàn Thermit (TW) là một phương pháp hàn sử dụng quá trình sinh nhiệt từ phản ứng hợp chất để tạo ra sự kết hợp giữa các kim loại. Tên gọi này bắt nguồn từ ‘thermite’, tên chung được đặt cho các phản ứng giữa oxit kim loại và chất khử. Hỗn hợp thermite bao gồm oxit kim loại có nhiệt hóa hợp nhỏ và chất khử kim loại, khi bị oxy hóa, có nhiệt hóa hợp cao. Nhiệt hóa hợp dư của các sản phẩm phản ứng tạo nguồn năng lượng để hình thành hàn. Phản ứng giữa bột nhôm với oxit kim loại để tạo ra nhiệt gọi là phản ứng aluminothermic.

Hãy để welderprofessor.com cho bạn một ví dụ; Khi áp dụng vào quá trình giảm oxit sắt, phản ứng sinh nhiệt tạo ra đủ năng lượng để tăng nhiệt độ sản phẩm phản ứng lên trên 3.000°C, khi đó cả kim loại và oxit nhôm đều trở thành chất lỏng:

Oxit sắt + Nhôm -> Oxit nhôm + Sắt + Nhiệt

Trong bài viết này, chúng ta hãy tìm hiểu: Phương pháp hàn Thermit là gì, quá trình và nguyên lý hoạt động của nó.

Lịch sử của phương pháp hàn Thermit

Vào năm 1837, Theodore Goldschmidt đã thành lập Công ty Goldschmidt tại Berlin để cung cấp hóa chất cho ngành công nghiệp dệt và thành lập một phòng nghiên cứu và phát triển nghiên cứu các quy trình để tinh chế kim loại và oxit của chúng. Vào tháng 3 năm 1895, Tiến sĩ Hans Goldschmidt đã được cấp bằng sáng chế Đức số 96317 cho một “quy trình để sản xuất kim loại và hợp kim” dựa trên quá trình giảm oxit kim loại nặng bằng kim loại phản ứng mạnh hơn như nhôm.

Các quy trình hàn Thermit

Quá trình này ban đầu được sử dụng để cung cấp nhiệt năng cho phương pháp hàn rèn đường ray vào năm 1899, khi một số khớp hàn được cài đặt trên đường ray ở Essen. Quá trình này được sử dụng lần đầu ở Vương quốc Anh để hàn đường ray tram được lắp đặt ở Leeds vào năm 1904.

Sự phát triển tiếp theo dẫn đến việc thêm các chất hợp kim vào phản ứng aluminothermic cơ bản, tạo ra một loại thép có cấu trúc tương thích với đường ray gốc, từ đó cho phép phát triển quá trình hàn chảy đầy đủ. Trong khi các bản hàn ban đầu được tạo bằng cách đổ chất thép Thermit vào khuôn tay thủ công bao quanh hai đường ray cần nối lại, sự phát triển tiếp theo dẫn đến việc giới thiệu các khuôn chịu lửa được hình thành trước để phù hợp với các hình dạng đường ray cụ thể.

Trong khi quá trình aluminothermic cơ bản vẫn là cốt lõi của các quy trình hàn Thermit, sự phát triển liên tục kết hợp với công nghệ sản xuất hiện đại, kiểm soát quy trình thống kê và đảm bảo chất lượng đã dẫn đến các quy trình phù hợp với yêu cầu dịch vụ của hệ thống đường sắt tốc độ cao, tải trọng trục cao hiện đại.

• Đường ray “Flat bottom” hoặc “Vignole”
• Đường ray đặc biệt
• Đường ray rãnh cho xe điện
• Đường ray cần cẩu mạnh
• Đường ray dẫn điện

Ngoài ra, có các sản phẩm phù hợp với các loại hỗ trợ đường ray đặc biệt, không gian hạn chế, hạn chế môi trường và để nối các đường ray có loại hoặc mức độ mài mòn khác nhau. Trong mọi trường hợp, nếu các sản phẩm không có sẵn trong kho sản xuất của chúng tôi, chúng tôi sẽ thiết kế và sản xuất các sản phẩm phù hợp hoặc sử dụng các sản phẩm có sẵn trong Thermit Group.

Nguyên lý hoạt động của phương pháp hàn Thermit

Hàn Thermit là một quy trình hàn hiệu quả, có khả năng di chuyển cao, để nối các cấu trúc thép hình chữ nhật như đường ray. Là một quy trình đúc, việc đầu vào nhiệt cao và tính chất vật lý học của thép Thermit làm cho quy trình này lý tưởng để hàn các loại thép có độ cứng và độ cường cao như các loại được sử dụng cho đường ray hiện đại.

Hàn Thermit là một quá trình hàn tay nghề và không được thực hiện bởi bất kỳ ai chưa được đào tạo và chứng chỉ để sử dụng nó.

Hướng dẫn hoạt động chi tiết được cung cấp cho mỗi quá trình của chúng tôi, tuy nhiên các phương pháp hàn đều bao gồm 6 yếu tố chính:

• Phải tạo ra một khe hở đã được chuẩn bị cẩn thận giữa hai đường ray, sau đó phải được căn chỉnh chính xác bằng cách sử dụng các phương tiện đo thẳng để đảm bảo kết hợp hoàn thiện là thẳng và bằng phẳng.
• Các khuôn chịu lửa được hình thành trước, được chế tạo để khít với hình dạng cụ thể của đường ray, được kẹp quanh khe hở đường ray, sau đó được kín chặt vào vị trí. Thiết bị để định vị bộ đốt tiền sưởi và hộp Thermit sau đó được lắp ráp.
• Không gian hàn hình thành bên trong khuôn chịu lửa được tiền sưởi bằng bộ đốt khí oxy nhiên liệu với áp suất khí chính xác trong một khoảng thời gian quy định. Chất lượng của bản hàn hoàn thiện sẽ phụ thuộc vào độ chính xác của quá trình tiền sưởi này.
• Phần Thermit được chế tạo để tạo ra một loại thép có tính chất tương thích với loại đường ray cụ thể cần hàn. Khi việc tiền sưởi hoàn thành, hộp chứa được lắp vào phía trên các khuôn chịu lửa, phần Thermit được châm ngòi và phản ứng sinh nhiệt hợp thành lỏng Thermit. Hộp chứa bao gồm hệ thống giữ nhiệt tự động cho phép thép lỏng – có nhiệt độ vượt quá 2.500°C – xả trực tiếp vào không gian hàn.
• Kết cấu hàn được để nguội trong thời gian quy định trước khi loại bỏ thép dư thừa và vật liệu khuôn chịu lửa xung quanh phía trên đường ray bằng thiết bị tạo hình thủy lực.
• Khi nguội, kết cấu hàn được làm sạch hoàn toàn, và các bề mặt chạy của đường ray được mài phẳng theo hồi quy. Kết cấu hàn hoàn thiện phải được kiểm tra trước khi được xác nhận là đủ điều kiện để sử dụng.

Khi được cài đặt đúng cách, hàn hoàn thiện được dự kiến sẽ kéo dài trong suốt tuổi thọ của đường ray mà không cần bảo trì thêm.

Ước tính có hơn 100.000 hàn Aluminothermic được sản xuất trên đường ray mỗi năm, với tổng số dân số vượt quá 1,8 triệu. Các quy trình này được sử dụng trong suốt năm trên công trường mà không có thiết bị nặng ngoài những gì có thể được mang tới bởi đội hàn hai người. Tất cả các thiết bị, công cụ phụ trợ như ánh sáng, khí và vật tư tiêu hao có thể được vận chuyển đến công trường bằng các phương tiện thương mại nhỏ.

Ưu điểm của phương pháp hàn Thermit:

1. Hàn Thermit là quá trình đơn giản và nhanh chóng để kết hợp các kim loại tương tự hoặc khác nhau.

2. Quá trình này rẻ tiền, vì không cần nguồn cung cấp điện đắt tiền.

3. Quá trình này có thể được sử dụng ở những nơi không có nguồn cung cấp điện.

Nhược điểm của phương pháp hàn Thermit:

1. Hàn Thermit thực sự chỉ được sử dụng cho các bộ phận kim loại sắt nặng.

2. Nó không kinh tế để hàn các kim loại rẻ tiền và bộ phận nhẹ.

Tham khảo video dưới đây để biết thêm chi tiết: (Nguồn Youtube: Wolfgang Lendner Chanel)