Холодная сварка для металла — это технологический процесс, предназначенный для сварки металлов без нагрева, за счёт возникающей при сжатии металлических заготовок друг с другом деформации. Это простой и экономичный способ, применяемый в производстве изделий из алюминия, меди, цинка, серебра и других металлов, в электротехнике, автомобилестроении, ювелирной и других отраслях промышленности.
Метод основан на сжатии заготовок между пуансонами – стержнями для точечной и роликами для шовной холодной сварки. Пуансон вжимается в металл, разрушая оксидные пленки на поверхности, чем вызывает деформацию заготовок. Сварка происходит либо за счёт простого сдавливания заготовок, либо после сжатия одновременно со сдвигом.
Деформация приводит к сближению атомов обеих заготовок на расстояние, сопоставимое с размером ячейки кристаллической решётки. Из-за этого появляются новые межатомные связи, в результате чего образуется неразъёмное соединение. Его прочность зависит от качества очистки поверхностей, величины давления и способа приложения усилия (статическое или вибрационное).
Основные параметры, контролируемые при холодной сварке:
Удельное давление высчитывается в зависимости от размеров и механических характеристик металла свариваемых заготовок. При стыковой сварке алюминия значение подбирают выше 700 МН/м2, меди – более 2000 МН/м2.
Изделия со стенкой превышающей 4 мм или заготовки из металлов малой пластичности сваривают давлением с дополнительным обжатием. Заготовки вокруг места сварки прижимают друг к другу стальными прижимами, которые снабжены насечкой для предотвращения скольжения и смещения соединяемых заготовок друг относительно друга. Технология предварительного прижатия повышает качество сварного шва.
Пластическая деформация делает металл твёрже и менее пластичным, из-за этого стыковые швы прочнее основной детали. Для нахлёсточных соединений прочность шва не превышает механические свойства сварной точки.
Механизм сжатия заготовок определяет форму сварного соединения, она бывает: точечной, шовной или стыковой. По взаимному расположению соединяемых элементов классифицируют два способа:
1. Стыковая сварка
При этом способе две предварительно подготовленные детали плотно сжимают стальными прижимами. После чего они начинают двигаться навстречу друг другу.
Отличительным параметром холодной стыковой сварки является длина выступающей из зажимных губок части заготовки. От этого размера зависит величина деформации соединяемых заготовок.
2. Сварка внахлёст.
Перед соединением внахлёст листовые изделия зажимают неподвижными прижимами. Это исключает возможность выпучивания и смещения листов, в момент, когда на пуансон действует максимальное давление.
При сварке внахлёст размеры рабочей поверхности пуансона определяют исходя из толщин стенок и физических характеристик материала соединяемых деталей. Толщина изделия, марка материала и форма поперечного сечения пуансонов играют решающую роль в определении минимального усилия, которое должна выработать сварочная машина при вдавливании пуансона, чтобы получить сварное шов достаточной прочности.
Поверхностей соединяемых деталей нужно очистить их от органических соединений. К ним относятся масло, нефтепродукты, парафин, которые используют в производстве проката. Легко попадая в углубления и небольшие дефекты на поверхности, эти загрязнения остаются там, затвердевая со временем. Под действием пластической деформации эти органические соединения не разрушаются, препятствуя образованию связей между кристаллическими решётками свариваемых деталей.
Для удаления органических загрязнений металл обрабатываю бензином и растворителями. После обработки бензином слой органических молекул составляет от 1 до 5 мкм. После очистки поверхности растворителями сохраняется плёнка из масла, её толщина может достигать 100 молекул. Обеспечить полное удаление органических загрязнений поверхности не представляется возможным, потому что связь молекул углеводородов и атомов металла имеет электрическую природу.
Поэтому холодная сварка требует предварительную механическую зачистку и удаление масляных следов. В промышленном производстве применяют следующее виды подготовки поверхности:
Препятствуют качественному соединению мгновенно образующиеся тонкие плёнки из молекул воды и газов, толщина которых не превышает 100 молекул. Они ухудшают сварочный процесс, а удалить их с поверхности практически невозможно. Поэтому одним из способов улучшающих качество сварного шва – это холодная сварка в вакууме.
Холодная технология сварки не вызывает образование вредных примесей в сварном шве, поэтому он имеет тот же состав, что и основной металл. Механические характеристики и коррозийная стойкость сварного соединения такие же, как у металла, из которого выполнены детали. В сварном шве нет пор, трещин, в около шовной зоне не возникают дополнительные напряжения. Не требуется термообработка после сварки.
Удобство контроля процесса, отсутствие сварочных материалов, защитных сред, простота процесса делает этот способ самым удобным и экономичным, с затратами электроэнергии в несколько раз меньше, чем при сварке плавлением. Холодная сварка легко поддаётся автоматизации и требует минимального контроля со стороны человека. Для слежения за технологией не требуется высокая квалификация оператора.
К основным недостаткам этого метода относится: высокая стоимость разработки сварочного оборудования и оснастки для изготовления каждого изделия, высокие требования к чистоте поверхностей. Образование следов на деталях от прижимов при стыковой сварке, глубоких вмятин при способе внахлёст, препятствуют более широкому распространению этой технологии.
Это способ сварки преимущественно используют для соединения заготовок из меди и алюминия. Кроме того этим способом можно сваривать следующие металлы:
Холодная сварка применяется для соединения друг с другом разных металлов, способных при соприкосновении образовывать интерметаллиды. Чистый металл имеет лучшие показатели свариваемости, чем сплавы на его основе. Приведём пример: чистый алюминий сваривается хорошо, а сплавы на его основе свариваются неудовлетворительно. Чтобы оценить возможность холодной сварки определённого сплава нужно ориентироваться на твёрдость заготовки, чем выше твёрдость – тем хуже свариваемость.
В этой статье мы подробно разобрали способ создания сварных соединений без нагрева деталей. Холодная сварка это быстрый и экономичный способ сваривания пластичных металлов, который нашёл широкое применение в электротехнической промышленности. Единственный этого метода недостаток – большая деформация соединяемых деталей.
Оцените статью:
Аргоновая сварка
Особенности технологии, преимущества и недостатки..
Типы сварных соединений
Классификация и описание..
Точечная сварка
Описание метода, виды, применение.