În comparație cu multe alte tehnici disponibile, sudarea aluminotermă se remarcă ca o soluție extrem de eficientă pentru a asigura conexiuni electrice solide și durabile în sectorul feroviar .

În această scurtă postare, vom încerca să convingem de importanța sudării aluminotermice în sectorul feroviar și modul în care aceasta contribuie la menținerea operabilității și siguranței căiilor ferate fie că vorbim de trenuri, metrou sau tramvai.

Conexiunile electrice la calea ferată sunt cruciale pentru menținerea eficienței circuitelor electrice din sectorul feroviar. Sudarea exotermică este o soluție extrem de eficientă pentru crearea de conexiuni electrice puternice și durabile.

Conductoarele din cupru sau aluminiu joacă un rol cheie în conexiunile căilor ferate, conectându-se la șine pentru funcțiile tehnice din sistemele specifice structurii feroviare.

Sunt multe domenii din sectorul feroviar (căi ferate tren, metrou, tramvai) unde se poate introduce sudura exotermică a conexiunilor electrice. Pot da doar câteva exemple: în zonele de comutare ale liniilor de cale ferată, instalații de siguranță și comutare, conexiuni ale circuitelor inductive

În marea lor majoritate conexiunile electrice realizate la șinele de cale ferată sunt realizate prin conexiuni mecanice. Prin sudare aluminotermică a conductoarelor care sunt conectate la șină toate neajunsurile provovate de slăbirea contactelor, creșterea rezistenței de contact, etc. pot fi înlăturate.

Sudarea aluminotermică a conductoarelor la șina de cale ferată se poate realiza la partea de sus numită și ciupercă, la partea de mijloc numită și inima șinei sau la talpă.

Cea mai convenabil loc pentru sudare aluminotermică a unui conductor este la talpa șinei. În acest caz pot fi folosite atât matrițe din grafit cât și matrițe de unică folosință din nisip. Acestă alegere este cea mai convenabilă pentru că implică un proces de sudare indirectă care nu afectează oțelul oțelul șinei.

Procedura de sudare utilizează temperatura ridicată atinsă în timpul reacției de reducere între oxid de cupru și aluminiu, reacție ce are loc în interiorul unui creuzet- matriță de grafit, în care este introdus conductorul ce urmează a fi conectat la șină. Metalul topit din reacția aluminotermică curge peste piese, topindu-le si formand o masa compacta, omogena.

Reacția este atât de rapidă încât conductoarele care trebuie sudate dar și întreaga zonă din jurul punctului de sudare, dobândesc o temperatură mult mai mică decât cea obţinută prin alte procedee. Acesta este un factor important pentru protejarea izolației cablurilor sau a caracteristicilor fizice și mecanice ale pieselor care urmează a fi sudate.

Conexiunea prin sudare exotermică este o sudură moleculară perfectă și nu doar un contact mecanic. Aliajul folosit are practic același punct de topire ca cel al cuprului și are de obicei o secțiune transversală aproximativă dublu decât cel al conductorilor de sudat, deci:

• Conexiunile nu sunt afectate de valori tranzitorii foarte mari ale curentului electric. Testele realizate cu un curent de scurtcircuit foarte mare, arată rezistența conexiunilor realizate prin acest procedeu de sudură exotermică, primele care cedează prin topire fiind de fapt conductoarele.
• Conductivitatea conexiunii este cel puțin egală sau mai mare decât cea a conductoarelor sudate
• Nu există nicio posibilitate de coroziune galvanică la punctul de sudare, deoarece conductoarele devin parte integrantă a conexiunii.

Acest procedeu de sudare, cunoscută și sub denumirea de sudare aluminotermică, este un tip de sudare prin fuziune care utilizează o reacție chimică exotermă pentru sudarea a două părți metalice. Este utilizată pe scară largă în construcția și întreținerea căilor ferate, precum și în alte industrii, cum ar fi construcțiile navale, industria aerospațială și producția de automobile.

Sudarea cu termit se realizează prin utilizarea unui amestec de aluminiu sub formă de pulbere fin și oxid de fier, care este plasat într-un creuzet care înconjoară capetele șinei care urmează să fie îmbinate. Amestecul este aprins, producând o reacție exotermă care generează căldură și topește metalul. Metalul topit curge în golul dintre cele două secțiuni de șină, creând o îmbinare puternică și durabilă.

Unul dintre principalele beneficii ale sudării exotermice cu termit față de alte procese de sudare este capacitatea sa de a crea o îmbinare continuă foarte rezistentă chiar mai rezistenă decât materialul original al șinei. Procesul de sudare termică produce o îmbinare care este lipsită de goluri, porozitate și alte defecte care pot slăbi îmbinarea și pot compromite siguranța și fiabilitatea căii.

Un alt beneficiu al sudării termice este capacitatea sa de a crea o îmbinare rezistentă la forfecare, o problemă comună în alte procese de sudare. Forfecarea apare atunci când stresul repetat al sarcinilor grele care trec peste îmbinare provoacă fisuri și alte forme de deteriorare. Sudarea termică poate produce o îmbinare care este rezistentă la acest tip de daune, ceea ce o face o alegere ideală pentru medii cu stres ridicat, cum ar fi șinele de cale ferată.

În plus, necesită mai puține echipamente și infrastructură decât alte procese de sudare, ceea ce o face o soluție rentabilă pentru sectoul feroviar. Simplitatea procesului de sudare termică înseamnă, de asemenea, că poate fi efectuat de către personal calificat fără pregătire sau certificare extinsă.

Materiale de sudare Thermit

Sudarea termică necesită materiale specifice pentru a crea o sudură de succes. Cele două materiale primare utilizate în sudarea termică sunt aluminiul și oxidul de fier. Pulberea de aluminiu și oxidul de fier sunt amestecate împreună în proporții precise pentru a crea amestecul numit termit. Amestecul este apoi aprins pentru a crea căldura intensă necesară pentru a topi metalul și pentru a crea sudura.

Reacția chimică care are loc în timpul sudării termice este un tip de reacție exotermă de oxidare-reducere. În această reacție, aluminiul reduce oxidul de fier pentru a forma fier metalic și oxid de aluminiu. Reacția eliberează o cantitate mare de căldură, care topește fierul și aluminiul și le permite să curgă împreună pentru a forma sudura.

Materialele adecvate sunt cruciale pentru a crea o sudură termică de succes. Proporțiile de aluminiu și oxid de fier trebuie să fie precise pentru a se asigura că reacția produce suficientă căldură pentru a topi metalul și a crea o sudură puternică. Pe lângă oxidul de aluminiu și fier, la amestecul de termit pot fi adăugate și alte materiale pentru a modifica proprietățile sudurii. De exemplu, la amestec se pot adăuga siliciu, magneziu sau titan pentru a crește rezistența sudurii.

Etapele procesului de sudare Thermit

Primul pas în procesul de sudare termică este pregătirea capetelor șinei. Capetele șinei trebuie tăiate curat, aliniate corespunzător și aduse la o formă care să asigure o potrivire exactă. 

Odată ce capetele șinei sunt pregătite, materialele termice pot fi amestecate. Pulberea de aluminiu și oxidul de fier sunt amestecate într-un creuzet sau matriță pentru a crea amestecul de termită. Proporțiile materialelor trebuie să fie precise pentru a se asigura că amestecul produce suficientă căldură pentru a topi metalul și a crea o sudură puternică.

După ce amestecul de termit este preparat și instalat pe matrița, acesta este aprins este inițiată o reacție exotermă puternică care topește metalul, iar acesta curge în golul dintre capetele șinei, umplând spațiul și creând o îmbinare fără sudură.

Odată ce metalul topit s-a răcit și s-a solidificat, se îndepărtarea excesului de metal sau zgură care s-ar fi putut acumula în timpul procesului de sudare, iar îmbinarea astfel realizată poate fi finisată.

Avantajele sudării termice

Sudarea termică oferă mai multe avantaje față de alte metode de sudare, ceea ce o face o alegere populară pentru șinele de cale ferată. Unele dintre cele mai semnificative avantaje ale sudării termice pentru șinele de cale ferată includ durata de viață mai lungă a îmbinărilor sudate, costuri mai mici de întreținere și siguranță sporită în exploatare.

Legătura puternică creată de sudarea termică asigură că îmbinările șinei rămân sigure, reducând riscul de deraieri și alte accidente. 

Provocările sudării termice

În timp ce sudarea termică oferă mai multe avantaje față de alte metode de sudare, prezintă și unele provocări unice. Unele dintre cele mai importante provocări ale sudării termice includ lucrul cu metal topit, preocupările de mediu și cerințele de instruire și certificare.

Una dintre cele mai semnificative provocări ale sudării termice este dificultatea de a lucra cu metalul topit. Temperaturile ridicate implicate în procesul de sudare termică pot fi periculoase, impunând sudorilor să ia măsuri de precauție speciale pentru a se proteja de arsuri și alte răni. Procesul necesită, de asemenea, un control atent al metalului topit, care poate fi dificil de realizat, în special în condiții meteorologice în aer liber sau imprevizibile.

O altă provocare a sudării termice este preocupările de mediu. Materialele utilizate în procesul de sudare termică pot produce gaze nocive și alți poluanți, impunând sudorilor să ia măsuri de precauție speciale pentru a proteja mediul. Aceasta poate include utilizarea echipamentelor specializate pentru captarea și filtrarea emisiilor din procesul de sudare, precum și asigurarea faptului că munca se desfășoară într-un mod sigur și responsabil.

În cele din urmă, sudarea termică prezintă și provocări în ceea ce privește cerințele de formare și certificare. Procesul necesită cunoștințe și abilități specializate, iar sudorii trebuie să urmeze o pregătire și certificare extinsă pentru a se asigura că pot efectua munca în siguranță și eficient. Aceasta poate include atât instruire la clasă, cât și instruire practică și poate necesita, de asemenea, educație și certificare continuă pentru a se asigura că sudorii sunt la curent cu cele mai recente tehnici și protocoale de siguranță.

În ciuda acestor provocări, sudarea termică rămâne o alegere populară pentru companiile feroviare care doresc să creeze îmbinări puternice și durabile în șinele lor. Acordând o atenție deosebită preocupărilor legate de siguranță și mediu, precum și instruire și certificare continuă, 

 Resurse https://rail-track.com/

Realizarea unei prize de pamant este foarte importanta pentru asigurarea masurilor minime de electrosecuritate a utilizatorilor unei instalatii electrice. Pentru cele mai multe dintre cladirile rezidentiale de tip familial, realizarea unei instalatii de legare la pamant cade pe un loc secund. Proprietari nu acorda atentie acestui aspect foarte important si care trebuie luat in considerare inca din faza de proiect.

Motivul pentru care realizarea prizei de pământ scapa din atentia proprietarilor poate fi divers: informatii insuficiente, lipsa proiectului de instalatii electrice, proiecte incomplete, angajarea pentru astfel de lucrari a persoanelor neautorizate.

Stim foarte bine din practica, ca cele mai multe dintre instalatiile electrice din domeniul rezidential sunt executate de persoane neautorizate, plecand de la zugravi, instalatori, electronisti si chiar electricieni de alte specializari si neautorizati pentru realizarea de astfel de lucrari.

Din punct de vedere constructiv, instalatiile de priza de pamant pot fi de doua feluri:

 prize de pamant naturale - prize de pamant realizate in fundatia constructiei si legata la armaturile metalice ale acesteia
 prize de pamant artificiale - prize de pamant realizate cu tarusi ingropati in sol

Cele mai bune si sigure, dar si cu o eficacitate pastrata pentru aproape toata durata de existenta a constructiei este priza de pamant naturala adica acea priza realizata in fundatia cladirii.

Pentru realizarea unei prize de pamant naturale ne putem folosi de armaturile metalice ale constructiilor de beton armat (fundatie, stalpi, planseu, cadre), dar folosirea acestor armaturi metalice drept prize de pamant, se face cu respectarea urmatoarelor conditii:

 este necesara realizarea unei legaturi electrice (prin sudura) intre barele verticale ale stalpilor prin intermediul etrierelor
 se va realiza legatura electrica prin sudare intre barele verticale ale stalpilor si armaturile metalice ale fundatiei si planseului
 sectiunea minima a armaturii fiecarui element de beton armat, folosit drept priza de pamant, trebuie sa aibe o sectiune de cel putin 100 mm2
 se va prevedea o piesa metalica din platbanda zincata, sudata de barele verticale ale stalpilor, unde se va lega bara principala de echipotentializare, locul de racord al conductoarelor principale de legare la pamant
 piesa de racord a conductoarelor principale de legare la pamant, va avea o sectiune de cel putin 120 mm2 , adica o platbanda cu o grosime de cel puțin 3 mm si o latime de 40 mm

Prin aceasta continuitate electrica a armaturilor metalice ale constructiei vom realiza o priza de pamant naturala si cu perioda de functionare net superioara prizelor clasice cu electrozi ingropati in pamant.

Daca aceste conditii legate de sectiunea armaturilor metalice nu pot fi indeplinite, putem folosi platbanda de 40x3 mm si care va fi fixata cu ajutorul unor cleme de racord la armatura metalica a fundatiei.

Platbanda se poate si suda de armatura metalica a fundatiei (varianta economica), dar eu folosesc cu succes cleme speciale de racord la armatura si cleme cruce pentru realizarea continuitatii electrice a elementelor de platbanda fixata perimetral pe fundatie. Daca suprafata fundatiei este mica si consideram ca este necesar, putem conecta si unu, doi tarusi suplimentari cu o lungime de 2 m.

Dupa fixarea platbandei pe conturul fundatiei, va trebui sa scoatem piese racord catre:

 bara principala de echipotentializare
 tablou electric
 coborari paratrasnet - cel putin doua

Cel mai bun loc de montare a barei principale de edhipotentializare este camera tehnica. Din acest loc de racord, putem mai apoi sa plecam cu conductorul principal de legare la pamant in bara PE a tabloului electric, conductoarele de legatura suplimentara la pamant a echipamentelor din camera tehnica, echipotentializarea serviciilor (tevile metalice de apa, gaze, etc.).

Dupa realizarea prizei de pamant si turnarea betonului, vom astepta cateva saptamani ca umiditatea betonului sa scada si vom realiza masuratorile de verificare a rezistentei de dispersie a prizei de pamant.

Valorile cerute de normativul I7/2011 sunt urmatoarele:

 maxim 4 Ω pentru instalatia electrica de utilizare
 maxim 1 Ω daca priza de pamant este comuna cu instalatia de protectie la trasnet
 maxim 10 Ω dacă priza de pământ este realizată doar pentru instalația de protecție la trăsnet

Referințe
Acest articol este preluat de pe site-ul http://www.electricalc.ro

Articole asemănătoare
http://www.electricalc.ro/masurarea-prizelor-de-pamant
http://www.electricalc.ro/blog/193-metode-de-scadere-a-rezistentei-de-dispersie-a-prizelor-de-pamant
http://www.electricalc.ro/protectia-prin-legare-la-pamant