Proceso, equipo y reacción de soldadura por termita

La esencia del proceso de soldadura por termita

La soldadura con termita se basa en la fuerte afinidad del aluminio por los óxidos. El óxido de aluminio se forma naturalmente si el aluminio puro se expone al aire. Los átomos de aluminio atraen el O2 (oxígeno) y forman un óxido de aluminio en su superficie.

Sin embargo, para fines de soldadura con termita, se usa una mezcla de polvo de aluminio puro y hierro oxidado. El óxido de hierro libera sus óxidos y el aluminio los recibe.

Diagrama que describe un proceso de soldadura por termita

Este proceso libera un calor enorme, que logra la soldadura térmica. El compuesto de termita consiste en aluminio finamente molido y óxido de hierro en una proporción de 1:3 en peso. Se pueden agregar muchas aleaciones para mejorar la calidad del metal de soldadura y lograr las propiedades deseadas del metal.

Esta mezcla generalmente se produce en un recipiente de metal llamado crisol. La mezcla no es explosiva. Sin embargo, solo puede encenderse a una temperatura superior a 2800 °F (1537 °C). Entonces, se usa una varilla de encendido especial que se empuja profundamente en la mezcla. Unos segundos después de que se enciende la mezcla, se produce la reacción química, aumentando las temperaturas a 4500 °F (2482 °C).

La reacción química generadora de calor da como resultado un hierro fundido puro o una aleación de hierro y una escoria de aluminio. La escoria flota sobre la superficie de hierro relativamente puro y es expulsada, como veremos más adelante. El hierro fundido se fusiona con el metal base previamente calentado y actúa como metal de aporte, uniendo las partes.

El proceso de soldadura por termita es relativamente limpio y no representa un peligro si todo se hace correctamente. Sin embargo, este proceso puede desviarse rápidamente y provocar lesiones graves o la muerte. Hablaremos de la seguridad más adelante en el artículo.

Aplicaciones de soldadura por termita

El proceso de soldadura por termita se usa principalmente para soldar rieles de acero cuando se colocan rieles de ferrocarril. Sin embargo, hay otras aplicaciones, que también cubriremos. Pero, dado que la soldadura de rieles es su caso de uso más importante, nos centraremos en los detalles.

Rieles de ferrocarril de soldadura por termita

Ningún otro proceso de soldadura puede unir el acero de los rieles de manera tan eficiente como el proceso de soldadura por termita. Por eso es el método más aplicado a nivel mundial para unir raíles largos en una vía continua.

Este proceso de soldadura es portátil y no requiere soldadura por arco, lo que reduce la necesidad de energía eléctrica en el sitio.

La soldadura por termita es económica y logra excelentes uniones de soldadura a tope. La especificación del procedimiento de soldadura («WPS») explica todo en detalle. La soldadura de los extremos de los raíles requiere una precisión absoluta.

Soldadura por termita en rieles de ferrocarrilfanaticosdeltren.com

Por lo tanto, el tiempo de reacción química, el tamaño de la carga, el espacio entre juntas, la temperatura de precalentamiento y otras variables de soldadura esenciales se determinan para la aleación de ferrocarril específica.

El procedimiento de soldadura

Antes de soldar, los extremos del riel deben estar perfectamente limpios de óxido, aceite, grasa, pintura, suciedad, arena o cualquier otro contaminante. Además, es necesario corregir cualquier defecto de producción como virutas, rebabas o bordes dañados.

A continuación, las caras de los extremos del riel deben estar adecuadamente alineadas y aseguradas para evitar cualquier movimiento durante el proceso de soldadura. Se utilizan abrazaderas de riel especializadas para proporcionar el espacio de unión horizontal y vertical necesario.

imagen de un ejemplo de abrazadera de rielEjemplo de una abrazadera de riel de Thermit Welding (GB) Ltd.

El proceso de soldadura por termita requiere que se forme una fundición especial alrededor de los dos extremos del riel.

La colada consta de un crisol del que hablamos anteriormente, un molde y bandejas de escoria.

Estas piezas están hechas de materiales refractarios (no se deforman con el calor).

El molde encapsula ambos extremos del riel y está sellado para evitar fugas de metal fundido mientras el acero fundido se enfría.

Se instalan dos bandejas de escoria en la parte superior del molde y debajo del crisol. Estos recogen el aluminio fundido que se escapa por la parte superior del molde.

imagen de la instalación de soldadura de termitasEjemplo de configuración de soldadura por termita. Imagen de: pandrol.com

Una vez ensamblado todo y antes de colocar el crisol encima y encenderlo, es necesario precalentar los rieles del ferrocarril.

El molde tiene un diseño especial para acomodar el soplete de oxicombustible desde arriba y que la llama salga del molde para que no se apague.

Es necesario precalentar los extremos del ferrocarril porque el hierro fundido casi puro proveniente del crisol se enfriaría instantáneamente al entrar en contacto con los rieles fríos del ferrocarril y no lograría una unión de metales de hierro líquido.

imagen que muestra el precalentamiento del riel antes de la soldadura por termitaEl soplete de oxiacetileno precalienta el riel, mientras que un diseño de molde especial permite que el fuego salga del molde.

A continuación, el crisol se coloca encima y se enciende. La composición de reacción química proporciona un contenido de aleación de hierro líquido que se impulsa desde arriba hacia el molde. Los extremos de los rieles se someten a un proceso de soldadura exotérmica en una junta soldada. La escoria flotante de aluminio y el exceso de metal salen y son recogidos por las cubas de escoria.

Después, se retira el molde y cualquier exceso de metal de la reacción de la termita se rompe con un martillo mientras el metal aún está caliente. Todo el proceso se completa en un par de minutos, pero es necesario realizar una limpieza adicional posterior a la soldadura utilizando máquinas rectificadoras especializadas.

Barra de refuerzo de soldadura para hormigón armado

La soldadura con termita se utiliza a veces para soldar los extremos de barras de acero largas para reforzar el hormigón. El proceso es más o menos el mismo que con las vías del tren. Sin embargo, las barras de refuerzo son más fáciles de soldar con otros procesos de soldadura, por lo que tiene sentido usar la soldadura por termita solo si la sección de acero es demasiado gruesa, no hay electricidad disponible o si el tiempo es esencial.

Uso de soldadura de termita en militares

Un uso muy singular de la soldadura por termita se encuentra en las operaciones militares. A veces, el proceso thermit se usa para sabotear partes móviles del equipo militar enemigo que fueron capturados o deben dejarse en el campo de batalla.

Seguridad de soldadura con termita

Lograr una soldadura térmica es relativamente seguro incluso si se trata de temperaturas tan altas. Sin embargo, existen múltiples peligros de seguridad críticos a los que se debe prestar atención.

El peligro más peligroso es la humedad.

Cualquier tipo de inclusión de agua en la mezcla de metal fundido y termita encendida puede provocar una violenta expulsión de acero líquido por toda el área de trabajo y los operadores. Esto puede provocar lesiones graves y la muerte.

Por lo tanto, la soldadura por termita no se puede realizar al aire libre si está lloviendo. Pero también debe evitar usar el proceso de soldadura por termita si el área circundante está húmeda o experimenta un aumento de la humedad.

Imagen de una reacción de termita.Imagen de una reacción de termita. Autor de la imagen: Nikthestunned en Wikipedia

Es mejor prevenir que lamentar. Incluso si el molde está ligeramente húmedo, puede causar una reacción severa y hacer que la masa de metal al rojo vivo salga volando.

Otro factor significativo es la condición del molde. Nunca debe usar un molde roto o incompleto. Si el moho falla, el hierro fundido y la mezcla de termita encendida caerán sobre el área circundante. Debido a la cantidad de metal fundido, puede hacer que el contenido de agua del suelo se vaporice y reaccione violentamente con el metal fundido. La mezcla de termita y el metal caliente pueden volar varios pies después de entrar en contacto con el vapor de agua.

Si no es un profesional capacitado, probablemente sea mejor evitar el uso de la soldadura por termita. Pero si desea hacerlo de todos modos, primero lea todo sobre seguridad, comenzando con la guía de seguridad vinculada en los recursos al final del artículo. Además, asegúrese de conocer bien las medidas de seguridad de la fabricación de metales y de usar todo el equipo de seguridad de soldadura necesario.

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