발열 용접

Exothermic welding
테르마이트 용접은 레일 접합을 위한 한 걸음 진전되었습니다.
테르마이트 용접이 진행 중입니다.

발열 접합, 서마이트 용접(TW)[1]테르밋 [1]용접이라고도 하는 발열 용접은 용해된 금속을 사용하여 도체를 영구적으로 결합하는 용접 프로세스입니다.이 공정은 금속을 가열하기 위해 테르마이트 조성물의 발열 반응을 사용하며, 외부 열원이나 전류가 필요하지 않습니다.열을 생성하는 화학 반응은 알루미늄 분말과 금속 산화물 사이의 알루미늄반응입니다.

개요

발열 용접에서 알루미늄 분진은 다른 금속, 특히 산화철의 산화물을 감소시킵니다. 알루미늄은 반응성이 높기 때문입니다.산화철(III)이 일반적으로 사용됩니다.

제품은 산화알루미늄, 유리원소철,[2] 다량의 입니다.이 반응물은 일반적으로 분말을 만들고 바인더와 혼합하여 재료의 고체를 유지하고 분리를 방지합니다.

일반적으로 반응 조성물은 고온에서 점화되는 산화철 적색(녹) 분말 5부, 알루미늄 분말 3부입니다.환원 및 산화를 통해 용융 철의 흰색 뜨거운 덩어리와 내화 알루미늄 산화물의 슬래그가 생성되는 강한 발열성(발열) 반응이 발생합니다.용융된 철은 실제 용접 재료입니다. 산화 알루미늄은 액체 철보다 밀도가 훨씬 낮기 때문에 반응의 상단으로 떠오릅니다. 따라서 용접을 위한 설정에서는 실제 용융된 금속이 도가니 바닥에 있고 부유 슬래그로 덮여 있다는 점을 고려해야 합니다.

산화 크롬과 같은 다른 금속 산화물을 사용하여 주어진 금속을 원소 형태로 생성할 수 있습니다.구리 테르마이트(산화동)는 전기 조인트를 만드는 데 사용됩니다.

테르마이트 용접은 철도 레일을 용접하는 데 널리 사용됩니다.테르마이트[3] 용접의 사용을 평가한 최초의 철도 중 하나는 1935년 미국의 델라웨어와 허드슨 철도였습니다. 화학적으로 순수한 테르마이트의 용접 품질은 접합 금속에 대한 열 침투율이 낮고 거의 순수한 철의 탄소 및 합금 함량이 매우 낮기 때문에 낮습니다.견고한 철도 용접을 얻기 위해 테르마이트 용접 중인 레일의 끝을 주황색 열에 맞춰 토치로 예열하여 주입 중에 녹은 강철이 냉각되지 않도록 합니다.

테르마이트 반응은 비교적 순수한 철을 생산하기 때문에 테르마이트 혼합물에 일부 작은 알갱이 또는 고탄소 합금 금속 로드가 포함되어 있습니다. 이러한 합금 재료는 테르마이트 반응의 열에서 용해되어 용접 금속에 혼합됩니다.합금 비드 조성은 용접되는 레일 합금에 따라 달라집니다.

사용된 금속 산화물에 따라 반응이 매우 높은 온도에 도달합니다.반응물은 보통 분말 형태로 공급되며, 반응은 플린트 라이터의 스파크를 사용하여 트리거됩니다.그러나 이 반응의 활성화 에너지는 매우 높으며, 시작 시에는 마그네슘 금속 분말과 같은 "부스터" 물질이나 매우 뜨거운 화염원을 사용해야 합니다.생산되는 산화 알루미늄 슬래그는 [4][5]폐기됩니다.

구리 도체를 용접할 때, 이 공정반영구적흑연 도가니 몰드를 사용합니다. 이 몰드는 반응에 의해 생성된 용융 구리가 몰드를 통과하고 용접될 도체 위 및 주위를 흐르며 [6]둘 사이에 전기 전도성 용접을 형성합니다.구리가 식으면 금형이 깨지거나 제자리에 [4]남게 됩니다.또는 휴대용 그래파이트 도가니를 사용할 수 있다.이러한 도가니에는 휴대성, 비용 절감(재활용 가능), 유연성이 있으며, 특히 현장 어플리케이션에서의 이점이 있습니다.

특성.

발열 용접은 다른 용접 형태보다 기계적 강도가 높고 내식성이[7] 우수합니다. 또한 단락 펄스가 반복될 때 매우 안정적이며 설치 수명 동안 전기 저항이 증가하지 않습니다.그러나 이 공정은 다른 용접 프로세스에 비해 비용이 많이 들고, 교체 가능한 금형의 공급이 필요하며, 반복성이 부족하며, 습한 조건이나 악천후(야외에서 [4][6]수행되는 경우)로 인해 방해가 될 수 있습니다.

적용들

발열 용접은 일반적으로 구리 도체를 용접하는 데 사용되지만 스테인리스강, 주철, 일반강, 황동, 청동모넬[4]포함한 광범위한 금속 용접에 적합합니다.이종 [5]금속을 접합하는 데 특히 유용합니다.이 프로세스는 AIWeld, American Rail Weld, American Rail Weld, Amable과 같은 다양한 이름으로 판매됩니다.Weld, Ardo Weld, ERICO Cadweld, FurseWeld, Harger Ultrashot, Quikweld, StaticWeld, Techweld, Textoweld, TerraWeld, Thermoweld 및 Ultraweld.[4]

단락 펄스에 대한 양호한 전기 전도도와 높은 안정성 때문에 발열 용접은 접지 도체 및 본딩 [8]점퍼에 대해 미국 전기법 제250.7조에 명시된 옵션 중 하나입니다.이것은 바람직한 접합 방법이며, 실제로 아연도금 [5]케이블에 구리를 접합할 수 있는 유일한 방법입니다.NEC는 이러한 발열 용접 연결부를 나열하거나 라벨을 부착할 필요가 없지만, 일부 엔지니어링 사양에서는 완료된 발열 용접을 X선 [8]장비를 사용하여 검사해야 합니다.

레일 용접

연결 중인 트램 선로
최근 합류한 전차 선로

역사

현대의 테르마이트 레일 용접은 1890년대 중반 Hans Goldschmidt에 의해 고순도 크롬과 망간을 생산하기 위해 처음에 연구하던 테르마이트 반응의 또 다른 응용 분야로 처음 개발되었습니다.1899년 독일 에센에서 공정을 이용해 첫 번째 레일을 용접했으며, 테르마이트 용접 레일은 새로운 전기 및 고속 철도 [9]시스템에 의해 레일에 추가 마모를 가함으로써 신뢰성이 높아져 인기를 끌었다.이 과정을 가장 먼저 도입한 도시로는 드레스덴, 리즈,[10] 싱가포르가 있다.1904년 Goldschmidt는 북미 [9]철도에 이 관행을 도입하기 위해 뉴욕시에 그의 이름인 Goldschmidt Thermit Company(오늘날 그 이름으로 알려져 있음)를 설립했습니다.

1904년, 골드슈미트의 연구를 따라오던 우스터 폴리테크닉 인스티튜트의 공대생 조지 E. 펠리셔는 매사추세츠의 홀리요크 스트리트 철도뿐만 아니라 새로운 회사에 연락했다.Pellissier 8월 8일 1904,[11]에 그것에 따라 한층 더 발전하기 위해 기관사와 교육감의 철도와 골드 슈미트의 회사에 들어갔다,joine 각 철도의 전체 허용한 장대 레일 과정에서 초기 발전을 포함한 트랙의 미국 이 과정을 사용하는데 있어서의 첫번째 설치 감독했습니다.dr발과 거미줄 [12]하나보다 더 많은 것을 알 수 있습니다.모든 레일 용접이 테르마이트 프로세스를 사용하여 완료된 것은 아니지만, 여전히 [9]전 세계적으로 표준 작동 절차로 남아 있습니다.

과정

일반적으로 레일의 끝은 청소되고 평평하게 정렬되며 간격은 25mm(1인치)[9]입니다.용접을 위한 레일 끝단 사이의 이러한 간격은 용융강을 용접 금형에 주입하는 일관된 결과를 보장하기 위한 것입니다.용접에 실패할 경우 레일 끝을 75mm(3인치)의 틈새로 잘라내 용융되거나 손상된 레일 끝을 제거하고 특수 몰드와 더 큰 테르마이트 충전으로 새로운 용접을 시도할 수 있습니다.레일 단부 주위에 2개 또는 3개의 경화모래 주형을 클램프하고 적절한 열용량의 토치를 사용하여 레일 단부 및 주형 내부를 예열한다.

합금 금속과 함께 적정량의 테르마이트를 내화 도가니에 넣고 레일이 충분한 온도에 도달하면 테르마이트가 점화되어 완성될 때까지 반응합니다(합금 금속이 완전히 녹고 혼합되어 원하는 용융 강철 또는 합금이 생성됩니다).그런 다음 반응 도가니를 바닥에서 두드린다.최신 도가니에는 주입 노즐에 셀프 태핑 골무가 있습니다.녹은 강철이 몰드로 흘러 들어가 레일 끝과 융합되어 용접을 형성합니다.

강철보다 가벼운 슬래그는 도가니에서 마지막으로 흘러나와 몰드를 강철 캐치 베인으로 넘치게 하여 냉각 후 폐기합니다.전체 설정을 냉각할 수 있습니다.몰드를 탈거하고 뜨거운 치젤링 및 연삭을 통해 용접 부위를 청소하여 매끄러운 조인트를 만듭니다.작업 시작 후 열차가 레일을 통과할 수 있을 때까지의 시간은 레일 크기와 주변 온도에 따라 약 45분에서 1시간 이상입니다.어떤 경우든, 레일 강철은 철도 기관차의 무게를 지탱하기 전에 370 °C (700 °F) 미만으로 냉각되어야 합니다.

선로 회로에 테르마이트 공정을 사용하는 경우(전선을 구리 합금으로 레일에 접합하는 경우), 흑연 몰드가 사용됩니다.흑연 몰드는 구리 합금이 레일 용접에 사용되는 강철 합금만큼 뜨겁지 않기 때문에 여러 번 재사용할 수 있습니다.신호 본딩에서 용해된 구리 부피는 약 2cm3(0.1cuin)로 매우 작으며, 몰드는 레일 측면에 가볍게 고정되며 신호 와이어도 제자리에 고정됩니다.레일 용접의 경우 용접 하중은 최대 13kg(29lb)에 달할 수 있습니다.

경화된 모래 몰드는 무겁고 부피가 크므로 매우 특정한 위치에 단단히 고정시킨 다음 몇 분 동안 강한 열을 가한 후 장입물을 점화해야 합니다.레일이 긴 끈으로 용접될 경우, 강철의 세로 방향 확장과 수축이 고려되어야 합니다.영국의 관행은 때때로 연속 용접 레일의 장기 실행 끝에 일종의 슬라이딩 조인트를 사용하여 약간의 이동을 허용하지만 무거운 콘크리트 침목과 침목 끝에 여분의 밸러스트를 사용함으로써 트랙은 설치 시 주변 온도에 따라 프리스트레스트될 것입니다.lop 압축 응력 또는 차가운 주변 온도에서의 인장 응력, 헤비 슬립어에 강한 부착으로 인해 선 꺽임(sun kink)이나 기타 변형이 방지됩니다.

현재의 관행은 고속 선로 전체에서 용접 레일을 사용하는 것이며, 확장 조인트는 과도한 응력으로부터 접합과 교차로를 보호하기 위해서만 최소한으로 유지된다.미국의 관행은 매우 유사한 것으로 보인다. 레일의 직접적인 물리적 구속이다.레일은 미리 응력을 받거나 특정 주변 온도에서 "응력 중립"으로 간주됩니다.이 "중립" 온도는 겨울 최저 기온과 여름 최저 기온을 고려하여 지역 기후 조건에 따라 달라집니다.

레일은 레일 앵커 또는 동파 방지 장치로 침목이나 침목 장치에 물리적으로 고정됩니다.선로 밸러스트가 양호하고 깨끗하고 침목의 상태가 양호하며 선로 형상이 양호할 경우 용접 레일은 해당 지역에 정상적인 주변 온도 변동을 견딜 수 있습니다.

원격 용접

원격 발열 용접은 두 의 전기 도체를 멀리서 접합하는 발열 용접 공정의 한 종류입니다.이 프로세스는 발열 용접과 관련된 고유한 위험을 줄여주며, 용접 작업자가 과열된 구리 합금으로부터 안전 거리를 두고 도체를 영구적으로 결합해야 하는 설비에 사용됩니다.

이 프로세스에는 표준 흑연 금형에 사용하기 위한 점화기 또는 소모품 밀봉된 드롭인 용접 금속 카트리지, 반영구 흑연 도가니 금형 및 안전한 원격 점화 기능을 제공하는 케이블로 카트리지에 묶는 점화원이 포함되어 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Messler, Robert (2004). Joining of materials and structures : from pragmatic process to enabling technology. Elsevier. p. 296. ISBN 978-0-7506-7757-8.
  2. ^ "Demo Lab: The Thermite Reaction". Ilpi.com. Retrieved 2011-10-11.
  3. ^ 1935년 10월, "Welding Together Takes Out Clicks", Popular Mechanics.
  4. ^ a b c d e John Crisp (2002). Introduction to copper cabling. Newnes. pp. 88. ISBN 9780750655552.
  5. ^ a b c Jerry C. Whitaker (2005). The electronics handbook (2nd ed.). CRC Press. pp. 1199. ISBN 9780849318894.
  6. ^ a b Milenko Braunović; Valeriĭ Vasilʹevich Konchits; Nikolaĭ Konstantinovich Myshkin (2006). Electrical Contacts: Fundamentals, Applications and Technology. CRC Press. pp. 291. ISBN 9781574447279.
  7. ^ "Why Choose Exothermically Bonded Connections?". ETS Cable Components. Retrieved 2014-04-25.
  8. ^ a b J. Philip Simmons (2005). Electrical Grounding and Bonding. Cengage Learning. pp. 43–44. ISBN 9781401859381.
  9. ^ a b c d Lionsdale, C. P. "Thermite rail welding: history, process developments, current practices and outlook for the 21st century" (PDF). Proceedings of the AREMA 1999 Annual Conferences. Conrail Technical Services Laboratory. Retrieved April 5, 2013.
  10. ^ Pellissier, George E. (1905). "Thermit Rail Joints". The Journal of the Worcester Polytechnic Institute. Worcester Polytechnic Institute. VIII: 304–321.
  11. ^ "Thermit Rail Welding in Holyoke". Street Railway Journal. New York: McGraw Publishing Company. XXV (7): 317–318. February 18, 1905. G. E. Pellissier, civil engineer of the Holyoke Street Railway Company, presented on Jan. 27 a paper before the Civil Engineers' Society of Worcester Polytechnic Institute on thermit [sic] welding...When the thermit process was introduced in the United States the Holyoke Street Railway Company decided to try it on a mile of track which was about to be reconstructed, and accordingly an order for 160 joints was placed with the Goldschmidt Thermit Company...The welding was commenced on Aug. 8, 1904...The work...was the first piece of track in the United States laid with thermit joints
  12. ^ Pellissier, George E. "Welding Entire Rail Sections at Holyoke, Mass". Electric Railway Journal. New York: McGraw Publishing Company: 1245–1246.

외부 링크