Термитные способы сварки до настоящего времени не были широко распространены, хотя ученые и пытались создать эффективное сварочное средство, работающее без внешних источников энергии, с 30-х годов прошлого века. В результате изысканий появились на свет так называемые сварочные карандаши. Поначалу сварной шов, полученный с их использованием, получался непрочным (не более 5 % прочности шва при традиционных способах сварки) и легко разламывался руками. Но с недавних пор сварочные карандаши заняли достойное место среди ассортимента сварочного оборудования, позволяя производить пайкосварку деталей толщиной от 0,3 до 6 мм с прочностью 60–70 % традиционной сварки: от 40 до 60 кг/мм². Производят их и в России, и в Китае, мы же рассмотрим работу оборудования, произведенного в Украине.

Сварочный карандаш Лебедева ЭЛЬКАС позволяет автономно, без дополнительных источников энергии, без специального оборудования и без специальной квалификации выполнить следующие работы: сварка и резка деталей из железоуглеродистых сплавов (всех видов стали и чугуна независимо от сочетания деталей при сварке), меди и медных сплавов; закалка или разогрев деталей до температур ковки или другого вида формовки; быстрый прогрев различных объектов; жесткая пломбировка и другие виды работ. При работе карандашом не требуется определять тип стали или чугуна, так как принципиального значения это не имеет. Термитная смесь карандаша является источником энергии, с помощью которой металл свариваемой детали разогревается докрасна – до температуры начала образования сварного шва (1100 °C). С этого момента диффузия основного металла детали, флюсы и припои из сгорающей смеси карандаша образуют сплав – кремнистую бронзу, легированную никелем.

Базовая модель карандаша представляет собой картонную гильзу ∅ 4–16 мм и длиной 70–200 мм с уплотненной экзотермической смесью, с одной стороны залитую зажигательной смесью для поджига карандаша, с другой – 2 см пустой гильзы для вставки ручки (державки), необходимой для удобной и безопасной работы карандашом. Державка представляет собой деревянную или металлическую ручку-стержень длиной 15–20 см, один конец которой должен иметь диаметр, соответствующий внутреннему диаметру карандаша.

От размера карандаша зависит толщина свариваемых листов. Самым тонким можно сварить внахлест металлические листы толщиной до 0,6 мм; при толщине карандаша 9–10 мм можно варить внахлест и встык детали до 2,5 мм толщиной, а 16-миллиметровый карандаш сварит листы толщиной 6 мм. При толщине металла свыше 2 мм рекомендуется пайкосварка встык с разделкой кромок, кромки не более ⅓ толщины заготовки под углом 45°. Сварка внахлест рекомендуется для толщин не более 3 мм. При толщине 3 мм подрезается одна кромка одной детали под углом 45°. Величина нахлеста не более 5 миллиметров.

Карандаш поджигается огнем нескольких одновременно горящих спичек или зажигалкой в течение 4–5 с. Смесь сварочного карандаша горит, развивая температуру до 1800 °C, и содержит все необходимые флюсы и припои для получения сварного соединения. Длина шва составляет 30–90 % от длины рабочей части карандаша, прочность шва – 30–35 кг/мм² (встык) или 40–50 кг/мм² (внахлест). Скорость горения карандаша составляет 5,2 мм/с, время горения 9–24 с (в зависимости от диаметра). Пламя короткое и без искр. Если же карандаш искрит и разбрызгивается, значит, он мокрый. Влажные карандаши можно просто подсушить при температуре 70° (на батарее или на солнце).

Порядок работ. Места сварки на деталях следует очистить от краски и смазки. Причем ржавчина процессу сварки-пайки не мешает, что заметно сокращает время на подготовку деталей. Затем заготовки прижимают или закрепляют так, чтобы между ними не было зазора. Чем плотнее сжаты детали, тем прочнее и качественнее получится шов.

Теперь пора плотно вставить державку в полую часть карандаша, надеть темные очки (достаточно солнцезащитных) и брезентовые рукавицы.

Поджигают сварочный карандаш. В начале сварки-пайки горящий карандаш для прогрева металла выдерживают 3–5 с в месте начала шва на расстоянии 3–5 мм от поверхности. После прогрева, при появлении блестящей массы припоя, карандаш перемещают вдоль шва со скоростью 2–4 мм/с, совершая зигзагообразные движения поперек шва для прогрева деталей в месте планируемого соединения и удерживая карандаш под углом 90° к поверхности. Такое положение лучше концентрирует энергию в сварочной ванне. Наклон до 45°, применяемый при работе с электродами, сводит на нет возможности карандаша, приводя к непроизводительному рассеиванию его энергии.

После остывания деталей нужно отбить шлаки. Деталь можно резко остудить в воде или масле.

Термитная резка может осуществляться с помощью специальных карандашей ЭЛЬКАС-термит. Такой карандаш может разрезать стальные прутки диаметром до 22–25 мм и листовой материал толщиной до 6–8 мм. В более толстом листовом материале (10 мм и более) с помощью одного или нескольких карандашей можно прожечь отверстие, достаточное, например, для оказания экстренной помощи (подать шланг с воздухом и т. п.).

Карандаши для резки выпускаются диаметром 12, 14, 16 мм и длиной 150, 200, 250 мм (табл. 31). Длина разреза на листовом материале, в зависимости от толщины последнего, а также от диаметра и от длины карандаша, может колебаться от 1 м (для тонких металлов) до нескольких сантиметров (для предельных толщин по таблице). В среднем длина разреза составит 50 % длины карандаша.

Для резки металла горящий торец карандаша подносят к нужному месту на изделии. При разрезании прутка горящий торец держат на расстоянии 2–3 мм от поверхности, совершая им колебательные движения в пределах диаметра прутка. При резке листа техника резания несколько иная: горящий торец карандаша держат на расстоянии 2–3 мм от поверхности материала до образования в ней отверстия, после чего торец смещают на кромку отверстия и медленно продвигают карандаш, разрезая металл.

Карандаш, предназначенный для резки, можно применить и при сварке – в том случае, когда толщины сварочного карандаша недостаточно для соединения толстого металла. При этом следует учитывать, что в карандаше для резки значительно больше горючих веществ, чем флюсов и припоев, и припоя образуется значительно меньше. Если требуется заполнить объем сварочной ванны или раковину в детали, следует в область процесса (сварочную ванну) дополнительно вводить металл в виде, например, железной проволоки.

Возможно, вам не удалось вовремя купить сварочный карандаш и нет возможности использовать ни газовую сварку, ни электросварку. А сварить детали или исправить повреждение нужно срочно! В этом случае можно попробовать изготовить термитный карандаш самостоятельно.

Самодельный сварочный карандаш представляет собой отрезок проволоки из обычной углеродистой стали, на которую наносят термит, круто замешанный на клею. Клей лучше брать нитроцеллюлозный – он быстрее сохнет. Диаметр проволоки (2–5 мм) зависит от того, насколько массивными будут свариваемые детали: чем они массивнее, тем толще нужна проволока. В состав термита входят опилки алюминия (не силумина!) – 23 % (по массе) и порошок железной окалины – 77 %. Размер частиц алюминия и окалины должен быть около 0,5 мм. Тщательно перемешав компоненты, добавляют нитроцеллюлозный или любой быстросохнущий синтетический клей, доводя массу до пастообразного состояния.

Оболочку делают так. Сначала из листа кальки размером 120 × 40 мм сворачивают пустотелый цилиндр, обернув бумагой металлический стержень, а еще лучше – стеклянную трубку, у которой нет заусенцев. Перед накручиванием лист промазывают любым клеем. Внутренний диаметр цилиндра должен быть в три раза больше диаметра стержня.

С помощью шпателя или ложки заполняют пастой бумажный цилиндр, предварительно закрыв пробкой одно из отверстий. Затем вводят в него металлический стержень, стараясь установить его по оси цилиндра. После затвердения оболочки кальку удаляют, разрезав бумажный цилиндр бритвой.

Термитный карандаш готов. В домашних условиях его зажигают от пламени газовой горелки. Если ее нет, воспользуйтесь бенгальским огнем или запаситесь запальным карандашом. Его изготавливают подобно термитному. Только в качестве наполнителя используют бертолетову соль (КСlO₃) и мелкие алюминиевые опилки, а еще лучше – алюминиевую пудру в соотношении 2:1 (по массе), замешанные на том же клею. «Спичечную головку» такого состава для поджига термита можно нанести и на торец термитного карандаша.

В любом случае – используете ли вы покупной сварочный карандаш или самодельный, будьте осторожны и соблюдайте правила пожарной безопасности, работайте в очках, чтобы защитить глаза, да и одежду выберите такую, чтобы не прогорала.