Группа 103 

Предмет: Техника и технология термитной сварки. 

Тема урока: Техника и технология термитной сварки элементов заземления к металлическим конструкциям . 

Цель урока: изучить данную тему, ответить на вопросы письменно. 

Применение термитной (экзотермической) сварки для соединения элементов заземляющих устройств в свете требований ГОСТ Р 50571.5.54-2013.
Соединения проводников представляют собой слабое место всех электросетей и, особенно цепей заземления, подверженных изменению свойств в результате коррозии и увеличения переходных сопротивлений. Вступивший с силу с 01.01.2015 года ГОСТ Р 50571.5.54-2013 / МЭК 60364-5-54:2011 «Электроустановки низковольтные. Часть 5-54. Выбор и монтаж электрооборудования. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов» (далее ГОСТ) вносит изменения в способы соединения элементов заземлителей. А именно, пункт 542.2.8 гласит «Если заземлитель состоит из частей, которые должны быть соединены вместе, соединение должно быть выполнено экзотермической сваркой, опрессовкой, зажимами или другим разрешённым механическим соединителем». Чем же вызвано исключение электродуговой сварки из допустимых способов соединения?
Использование электродуговой сварки ввиду достаточно длительного воздействия (от десятков секунд до нескольких минут) высоких температур (свыше 700°С) на свариваемые металлы приводит не только к значительной потере цинкового и любого другого защитного слоя в районе сварного шва, но и существенно ослабляет коррозионную стойкость свариваемых металлов, вызывая межкристаллитную коррозию (Рис.1). Это вид коррозии, при котором разрушение металла происходит преимущественно вдоль границ зёрен (кристаллов).
	Рисунок 1. Микроструктура материала, подверженного межкристаллитной коррозии
При малой коррозионной потере массы разрушение материала может проникать на большую глубину и сопровождаться снижением механической прочности материала, изменением его свойств, в том числе электрической проводимости. Межкристаллитная коррозия относится к электрохимическим процессам, и обусловлена тем, что твердый раствор при определенных условиях может расслаиваться с образованием по границам зерен фаз, обогащенных одним из компонентов материала, а участки, непосредственно прилегающие к границам зерен, оказываются обедненными этим компонентом. Под действием той или иной агрессивной среды происходит избирательное анодное растворение либо обогащенных, либо соседних с ними обедненных зон.   Одной из основных причин разделения фаз является нагрев металлов на долгое время свыше 700°C.   Вероятно, появление межкристаллитной коррозии в местах сварных соединений и послужило одной из причин исключения электродуговой сварки как способа соединения элементов заземлителя между собой. Ещё одним способом соединения частей заземлителей, который предлагает нам ГОСТ, являются болтовые зажимы, которые относятся к разрешённым механическим соединителям (Рис.2). Применение зажимов должно обеспечивать требования ГОСТ 10434 «Соединения контактные электрические. Общие технические требования» ко 2-му классу соединений. Соединения должны быть защищены от коррозии и механических повреждений. Для болтовых соединений должны быть предусмотрены меры против ослабления контакта.
	Рисунок 2. Вариант применения болтового зажима для соединения элементов заземлителя
При всей простоте и удобстве использования данного вида соединений, они имеют ряд недостатков. Во-первых, применение механических зажимов, по сравнению со сварными соединениями, для соединения частей заземлителя увеличивает переходные сопротивления, что в свою очередь может привести к превышению нормируемого значения сопротивления ЗУ. Во-вторых, механические зажимы требуют периодического контроля места соединения, что влечёт дополнительные затраты на обеспечение доступа к соединениям, например, использование инспекционных колодцев, и их обслуживание.   Практически, те же недостатки присущи и соединениям выполненным опрессовкой.   Наиболее эффективным способом соединения элементов заземляющих устройств представляется термитная (экзотермическая) сварка в соответствии с требованиями п. 542.2.8 вышеуказанного ГОСТ.   Термитная сварка — процесс сварки металлических деталей жидким металлом заданного химического состава, получаемого в результате термитной (алюминотермической) реакции. Сущность термитной реакции заключается в том, что алюминий способен восстанавливать окислы металлов со значительным выделением тепла, в результате чего происходит изменение потенциального состояния энергии и рекристаллизация компонентов, участвующих в процессе. Способ соединения с помощью термитной сварки обеспечивает возможность создания связей на молекулярном уровне при соединении различных металлов в любых комбинациях (медь, латунь, бронза, сталь, в том числе оцинкованная, омеднённая и нержавеющая) без каких либо внешних источников энергии и тепла (Рис3).
	Рисунок 3. Пример использования термитной сварки для соединения проводников
Принцип термитной сварки основан на использовании термитной смеси, состоящей из окислителей и восстановителей, которые при определённой температуре вступают друг с другом в реакцию с выделением большого количества тепла.   Чтобы осуществить термохимическую реакцию между восстановителем и окислителем, необходимо наличие определенных условий, как то: химической чистоты компонентов термитной смеси, соответствующего измельчения их, определенного соотношения составляющих термита в смеси, доведения термитной смеси до температуры начала реакции. Химическая чистота восстановителя и окислителя необходима для обеспечения определенной активности и теплотворной способности термита, а также для качества сварки. Для начала термитной реакции в любой точке термитной смеси необходимо создать температурный толчок около 1000°С, после чего термитная реакция быстро распространится на всю смесь. Для прохождения реакции горения нет необходимости в дополнительном атмосферном кислороде, т.к. он в достаточном количестве выделяется окислителем.   В настоящее время технология производства термитной сварки отвечает самым высоким требованиям по безопасности. Так, для поджига термитной смеси уже не применяются термитные спички. Данный способ сложно назвать безопасным, поскольку рука человека в момент поджига находится в непосредственной близости от поджигаемой термитной смеси. В настоящее время поджиг осуществляется с помощью дистанционного блока управления с кабелем длиной до 4 метров, что в принципе исключает возможность попадания капель расплавленного металла на человека. Термитная смесь в заводских условиях расфасована в герметичные металлические капсулы, что предотвращает попадание в неё влаги при транспортировке и подготовке к сварке и исключает вероятность взрыва при его поджиге.   Реакция происходит в верхней камере специальной жаростойкой формы (для каждого типа соединения предусмотрена своя форма). В результате реакции образуется сплав с температурой около 2000°С, который стекает в сварочную полость и, застывая на проводниках образует надёжное соединение на молекулярном уровне.   Порядок выполнения термитной сварки на примере «Т-образного» соединения полосовой стали 4х40 мм представлен на рисунке 4. Ответить на вопросы:  1. Соединение проводов при термитной сварке ?    2. Использование термитной сварки для соединения проводов ?  3. Требования к выполнению термитной сварки проводов ?