جوشکاری ترمیت (Thermit Welding)

جوشکاری ترمیت به مجموعه فرآیندهایی گفته می‌شود که در آن جوش ازفلز مذابی که توسط یک کنش شیمیایی بشدت گرمازا بوجود آمده است، تشکیل می‌شود. این نوع جوشکاری بیشتر شبیه به ریخته‌گری بوده و دور دو قطعه‌ای که باید به هم جوش داده شوند یک قالب قرار دارد که فلز مذاب ناشی از این واکنش شیمیایی به این قالب هدایت شده و پس از سرد شدن فلز مذاب داخل قالب جوش شکل می‌گیرد.
واکنش شیمیایی یا ترمیت معمولا بین اکسید یک فلز (معمولا آهن یا مس) و فلز احیا کننده مانند آلومینیوم انجام می‌شود. برای انجام واکنش از یک پودر که به سرعت محترق شده به عنوان چاشنی استفاده می‌شود که گرمای لازم برای شروع واکنش را فراهم می‌آورد. دو نمونه از واکنش‌های مورد استفاده در این نوع جوشکاری:

Thermit_welding-1
Fe۳O۴ + ۸ Al à ۹ Fe + ۴ Al۲O۳ (۳۰۸۸ ºC) ۷۱۹KCal۳

۳ CuO + ۲ Al à ۳ Cu + Al۲O۳ (۴۸۶۵ ºC) ۲۷۵. ۳ Kcal

انواع ترمیت مورد استفاده در صنعت:

- ترمیت ساده: شامل مخلوط پودر‌های اکسید آهن و آلومینیوم
- ترمیت فولاد کم کربن: شامل ترمیت ساده به اضافه پودر فولاد کم کربن یا حتی مقداری پودر منگنز
- ترمیت چدن: شامل ترمیت ساده به اضافه مقداری پودر فولاد سیلیسیوم دار و فولاد کم کربن
- ترمیت برای جوشکاری ریل‌ها: شامل ترکیبات ترمیت ساده به اضافه مقداری پودر کربن، منگنز و عناصر آلیاژی دیگر به منظور افزایش سختی فلز جوش در ریل
- ترمیت برای اتصال کابل‌های برق: شامل پودر‌های اکسید مس و آلومینیوم

جوشکاری ترمیت معمولا به دو صورت در صنعت وجود دارد؛ در نوع اول از فلز ذوب شده مستقیما برای اتصال دو قطعه استفاده می‌شود. در نوع دوم از فلز ذوب شده به منظور گرم کردن و به درجه حرارت آهنگری رساندن قطعات استفاده می‌شود و سپس با اعمال فشار به قطعات اتصال شکل خواهد گرفت.

مراحل جوشکاری ترمیت:

۱- تمیز کردن سطح قطعات ار آلودگی و اکسید
۲- آماده کردن قالب (قالب‌ها بصورت دستی ساخته شده یا بصورت آماده برای اشکال و قطعات خاص در بازار موجودند)
۳- ایجاد فاصله مناسب بین قطعات و قرار دادن قالب دور قطعات
۴- پیشگرم کردن قالب
۵- ریختن مواد ترمیت در محفظه احتراق
۶- قرار دادن چاشنی
۷- روشن کرد چاشنی به منظور احتراق ترمیت
۸- باز کردن قالب پس از سرد شدن مذاب حاصل ازواکنش
۹- تمیزکردن و پرداخت کردن سطح قطعات و اتصال

مزیت جوشکاری ترمیت نیاز نداشتن به سیستم‌های تامین انرژی (ماند مولد برق و…) برای جوشکاری است و پودر و قالب‌ها را در هر مکانی (برای مثال در طول ریل راه آهن برای تعمییر ریل شکسته) بکار برد. از محدودیت‌های این روش می‌توان به ناتوان بودن در جوش دادن مقاطع نازک اشاره کرد زیرا انرژی جوش زیاد بوده و فقط برای مقاطع کلفت مثل ریل‌ها و میل لنگ‌های شکسته و کابلهای برق کاربرد دارد.

موارد استفاده از جوش ترمیت:

- جوش و تعمیر ریل‌های شکسته
- جوش لب به لب لوله‌های جدار ضخیم
- جوش و تعمیر میل لنگهای شکسته
- جوش و تعمیر شاسی ماشین‌ها
- جوش و اتصال قطعات ریخته‌گری شده که بخاطرطول بلند و بزرگ بودن نمی‌توانند در یک مرحله قالبگیری و ریختگری شوند.
- برای جوش کابل‌های ضخیم برق به یکدیگر یا یک هادی دیگر
- برای جوش و اتصال می‌لگردهای تقویت کننده بتن در سازه‌ها ساختمانی به یکدیگر


حدودا یکصد و بیست سال پیش پروفسور دکتر هانس گلداشمیت در شهر اسن آلمان موفق به استخراج فلزات سخت از اکسید آن‌ها شد، این روش از آن به بعد به پروسه گلداشمیت یا ترمیت معروف و اساس جوشکاری ترمیت شد.

در این پروسه فعل و انفعالات بین اکسید آهن و پودر آلومینیوم باعث ایجاد آهن مذاب و اکسید آلومینیوم شده و درجه حرارت حدوداً بهC °2450 میرسد.
آهن مذاب در حالیکه به فولاد ـ ترمیت با کیفیت بالا تبدیل میشود تصیفه شده و در بخش تحتانی بوته جمع میشود. سربارههای آلومینیوترمیت به دلیل وزن کم روی فولاد مذاب ترمیت شناور باقی میمانند. در اولین جوشکاری ترمیتی که حدود سال‌های 1900 میلادی انجام شدند ترمیت فقط گرمای مورد نیاز را تولید میکرد و دو سر ریل در یک قالب ساخته شده از ماسه آلومینیومدار تمیزکاری و پرس‌کاری شده قرار گرفته و با یک بوته دستی مذاب داخل قالب ریخته میشد؛ مذاب ریخته شده اطراف دو سر ریل را گرفته و آن‌ها را به درجه حرارت لازم برای جوشکاری میرساند. سپس به یکدیگر فشرده میشدند، بدین وسیله یک جوشکاری ناقص انجام میشد.
در حدود سال 1920 اصلاحات زیادی در رابطه با جوشکاری ترمیت صورت گرفت، به عنوان نمونه دو سر ریل به وسیله مخلوطی از بخار بنزین و هوا تا C °900 حرارت داده شده و پیشگرم می‌شد.
در سال 1933 از جوش ترميت برای گسترش ريل‌های طويل استفاده شد و استفاده از اين جوش در مصارف الکتريکی از سال 1938 آغاز شده است.
فرآیندهای جوشکاری که تاکنون برشمرده شد، فقط برای جوشکاری ریل‌های معمولی قابل استفاده بودند؛ اما ریل‌های مقاوم در برابر سایش همچنان غیرقابل جوشکاری بودند، در سال 1935 بود که مشکلات جوشکاری این نوع ریل‌ها بوسیله جوشکاری به روش ترکیبی برطرف شد.
جوشکاری فشاری (پرسی) به دلیل صرف وقت، نیروی کار و وسایل زیاد، روش نامطلوبی بود ازاینرو از سال 1939 این روش جوشکاری رفته رفته جای خود را به روش‌های ترمیت که روز به روز متحول‌تر و پیشرفته‌تر میشد واگذار کرد؛ در این روش، شیار درز ریل توسط قالب مخصوص احاطه و پس از پیش‌گرم‌سازی و رسیدن آن به دمای موردنظر مذاب از سوراخی که در ته بوته مخروطی شکل تعبیه شده بود به داخل محل مورد نظر جاری میگشت. فولاد مذاب باعث ذوب و حل شدن بخش‌هایی از لبههای عرضی ریل شده و این ترکیب بدست آمده از فولاد ـ ترمیت و فولاد ذوب شده‌ی ریل فضای خالی درز ریل را پر میکرد.

 اين فرايند از سال 1906 ميلادي براي اتصال ريل‌ها براي ايجاد خطوط طويل و يا تعميرات آن‌ها استفاده مي‌شد. در ابتدا از واكنش ترميت فقط براي گرم كردن دو سر ريل استفاده مي‌کردند و آن را به دماي مناسب براي تغيير شكل گرم مي‌رساندند و سپس با اعمال فشار اتصال ناقصي ايجاد مي‌کردند؛ بدين ترتيب كه مذاب حاصل از واكنش ترميت داخل قالبي كه در دو سر ريل نصب شده ريخته مي‌شد و دو سر ريل را گرم مي‌كرد.