テルミット溶接：プロセス、種類、用途

電源を使わずに3000℃で溶接するプロセスとは？テルミット溶接をご紹介します。テルミット溶接は、XNUMX世紀にもわたって培われてきた魅力的な技術で、今もなお産業に革命をもたらしています。滑らかで耐久性の高い接合部で高く評価されているテルミット溶接（または発熱溶接）は、内部の熱源を用いて金属を溶かし、接合します。

テルミット溶接とは何ですか?

テルミット溶接は、金属酸化物（通常は酸化鉄）とアルミニウム粉末の反応を利用して接合用の溶融金属を生成する発熱溶融溶接プロセスです。

アークやガスといった外部エネルギーを必要とせず、火花を飛ばして混合物、つまりテルミットに点火するだけで済みます。生成されるのは高温の液体金属のプールで、これが鋳型に充填され、冷却時に部品を融合させます。

このプロセスは1895年にドイツの化学者が ハンス・ゴールドシュミットはアルミノテルミット法を開発した – テルミット溶接プロセスの基礎。

1904 年までに、この方法によって鉄道の保守が変革され、作業員は扱いにくい機械を必要とせずに現場でレールの端部を溶接できるようになりました。

20世紀、拡大を続けるヨーロッパの鉄道網に火種を投げ込む作業員たちを想像してみてください。1920年代から30年代にかけては最盛期を迎え、世界中で何百万もの溶接が記録されています。現在では、それほど多くは利用されておらず、鉄道業界による60年の報告書によると、2000年以降2022%減少しています。しかし、遠隔地での修理や特殊な用途では依然として利用されています。

テルミット溶接の科学

テルミット溶接は制御された化学反応に依存します。

8Al + 3Fe₃O₄ → 9Fe + 4Al₂O₃ + 熱

仕組みは次のようになります。8 単位のアルミニウムが 3 単位の磁鉄鉱 (Fe₃O₄) と結合して、9 単位の溶融鉄と 4 単位の酸化アルミニウムスラグが生成され、反応中心で最大 4500 °F (2500 °C) の熱バーストが発生します。

約3000℃の溶融鉄を鋳型に流し込み、金属片を接合します。テルミットの典型的な配合は、アルミニウム粉末1に対して酸化鉄3の割合で、薄い灰色の粉末状に粉砕されます。

特殊な溶接には、マンガン（靭性向上）やニッケル（耐腐食性向上）などの合金元素が添加され、鉄の特性が変化する場合があります。

この自己持続的な発熱反応は、点火時に約850kJ/molのエネルギーを放出します。これは、トーチや発電機なしで鋼鉄のエッジを溶かすのに必要な量をはるかに上回ります。興味深い事実：テルミット熱は第二次世界大戦中に戦車の装甲を溶かすためにも利用されました。現在では、溶接用に精密リコールされています。

テルミット溶接プロセス：ステップバイステップ

準備

金属面（レールの端など）をワイヤーブラシで清掃し、錆や汚れを取り除きます。ジョイントのサイズに応じて、1～2インチの隙間を空けて配置します。

耐火砂またはセラミックを使用して、溶接プロファイル（レールヘッドなど）に一致する形状の隙間の周囲に型を構築します。

プロパントーチで周囲を10～15分、300～500℃に予熱し、水分を燃焼させて溶融させます。水分は鉄にとって危険なので、閉じ込められると水蒸気爆発の危険があります。（レール溶接の場合、500℃に予熱することで溶融鉄が深く結合し、ひび割れが減少します。）

機器のセットアップ

るつぼ（通常はグラファイトライニング鋼製）を鋳型の上に置き、湯出し穴で接続します。レール溶接の場合、一般的なるつぼには5～10kgのテルミットが入ります。

点火薬（過酸化バリウムまたはマグネシウムリボン）を加えたテルミットの混合物を充填します。

セットアップを所定の位置に固定します。傾くと 3000°C の金属がこぼれる危険があります。

反応

フリントガンまたは線香花火で粉末に点火します。反応は20～30秒間続き、テルミットが発火すると鮮やかな閃光とシューという音がします。

完了したら、るつぼを軽く叩いて鋳型に溶けた鉄を注ぎます。数秒で完了します。余分な鉄は鋳型に受け止められ、接合部に鍔が形成されます。

フィニッシング

• 15～30 分間自然に冷却します（強制冷却すると溶接強度が低下します）。
• ハンマーで型を叩き壊し、溶接部とスラグ層（酸化アルミニウム）を露出させます。
• アングルグラインダーで余分な金属を切り取り、滑らかで平らな仕上がりにします。

テルミット溶接の種類

テルミット溶接は万能ではありません。それぞれの溶接法は特定の金属の反応を微調整するため、鉄鋼以外にも幅広い用途に使用できます。

• 標準テルミット溶接: 鉄酸化物とアルミニウムを使用して鋼鉄を溶接します。鉄道の線路に最適です。
• 銅テルミット溶接: 電気接地システムでよく使用される銅部品を接合するために、酸化鉄を酸化銅に置き換えます。
• 特殊なバリアント: 特定の用途向けのマグネシウムベースのミックスまたは独自のブレンド (例: Orgo-Thermit の「SkV Weld」) が含まれます。

テルミット溶接の用途

テルミット溶接は、実用的かつ重要なシナリオで威力を発揮します。

鉄道溶接: レールの端を結合して途切れないレールを作成し、途切れない強度を実現します。

電気ジョイント銅テルミットは、バスバー、送電線、接地システムを接合します。1000回の溶接でXNUMXアンペア以上の電流を流すことができ、腐食の恐れのある継ぎ目はありません。

重機巨大な鋼製部品を修理します。10トンの船舶プロペラシャフトや製鉄所のロールなどが考えられます。2019年のプロジェクトでは、テルミット溶接により、破損したプレス機のフレームが2時間以内に修理され、数週間に及ぶダウンタイムを回避しました。

その他の用途歴史的に、テルミット焼夷弾は第一次世界大戦と第二次世界大戦で砲兵部隊を無力化しました。今日では、人里離れたパイプラインの修理や発展途上国の構造用鋼材の緊急修理に使用されています。

テルミット溶接のメリットとデメリット

テルミット溶接には独特の長所と短所があります。堅牢なシンプルさと現代的な効率性の間でトレードオフが生じます。

優位性	デメリット
電気は必要ありません	非常に高価な材料と熟練した労働力
優れた耐久性と耐腐食性を備えた、強力で滑らかな溶接	精度と再利用性が限られているため、溶接ごとに1ショット
簡単なセットアップ	溶融金属と煙の安全上の危険性

テルミット溶接の安全プロトコル

テルミット溶接は熱と材料に注意が必要です。安全対策は以下のとおりです。

1. リスク: 3000℃の金属による火傷、強烈な光による目の損傷、煙の吸入。

2.プロトコル:

• 耐熱性などのPPEを着用する 溶接手袋, 溶接ヘルメット、エプロン。
• 換気を行ってください。煙を拡散させるために密閉された空間は避けてください。
• 乾いた型とツールを使用してください。水は爆発を引き起こす可能性があります。
• 徹底的に訓練してください。点火と注ぎには正確さが求められます。

要約

テルミット溶接は化学と工学の驚異であり、粉末を溶融金属に変換して壊れない接合を形成する。鉄道に端を発し、現代のニッチな用途に至るまで、テルミット溶接は新しい手法の侵食にも関わらず、シンプルさとパワーを融合させている。

溶接アプリケーションについてもっと知りたいですか？以下のブログをご覧ください。溶接の用途とその利点」を参照してください。また、「溶接の種類：包括的なガイド"。

FAQ

テルミット溶接は発熱溶接と同じですか?

はい、これらは同じ反応ベースのプロセスに対する 2 つの名前です。

アルミニウムにテルミット溶接は使用できますか?

いいえ、反応にはアルミニウムそのものではなく、鋼鉄や銅などの適合する金属が必要です。

テルミット溶接にはどれくらいの時間がかかりますか?

セットアップから完了まで、サイズに応じて約 30 ～ 60 分かかります。

テルミット溶接にはどのくらいの時間がかかりますか?

この方法は、テルミット混合物を混合し、点火することから始まります。点火すると、反応によって非常に高い温度（通常は約2500℃～4500°F）が発生します。

次に、金属を既存の金型またはワークピース間の隙間に流し込み、硬化すると強固で永続的な結合を形成します。

テルミット溶接はあらゆる種類の金属に適していますか?

主にレール溶接などの鉄系金属（鋼など）に使用されます。また、非鉄金属（銅など）にもテルミット処理のバリエーションがあり、用途に応じてテルミット混合物中の金属酸化物を調整します。