Горячая сварка для металла

Обновлено: 02.07.2024

Холодная сварка представляет собой способ соединения деталей без нагрева какими-либо внешними источниками при комнатной температуре. Она применяется в случаях, когда физически или экономически нецелесообразно выполнять сварку с предварительным нагревом ввиду больших габаритов изделия, возникновения значительных внутренних напряжений или опасности коробления, например, газовую сварку своими руками. Выполняется холодная сварка по металлу при помощи специальных устройств, способных вызывать одновременную направленную деформацию заранее очищенных поверхностей в сочетании с нарастающим напряженным состоянием, способствующем образованию монолитного высокопрочного соединения. Таким способом можно соединять кадмий, серебро, цинк, алюминий, железо, медь, никель, свинец. Большим преимуществом холодного метода является соединение разнородных металлов, образующих интерметаллиды или чувствительных к нагреву.

Соединяемые детали сваривают внахлест путем вдавливания в металл пуансонов с одной или двух сторон. Соединения могут выполняться в виде непрерывного шва или отдельных точек. Наличие зоны обжатия около вдавливаемого пуансона способствует уменьшению коробления детали и повышению напряженного состояния в зоне сварки, что влечет за собой образование периферийного провара за площадью отпечатка пуансона. Недостатком являются возникающие технические затруднения, связанные с устранением протекания металла между прижимом и пуансоном и созданием двух больших давлений на малой площади поверхности. Этим способом можно сваривать малопластичные материалы.

Роликовая сварка

Роликовая (шовная) сварка представляет собой еще один способ соединения деталей, характеризующийся непрерывностью монолитного соединения. Заготовки располагаются между роликами и обжимаются ими при полном погружении рабочих выступов в металл. После этого ролики начинают вращать. Изделие перемещается, а рабочие выступы, последовательно внедряясь в металл, вызывают его интенсивную деформацию. В итоге образуется непрерывный монолитный шов.

Недостатки роликовой сварки

Недостатком является свободное затекание металла вдоль оси шва, что затрудняет образование достаточного напряженного состояния материала в зоне соединения. При необходимости его повышения увеличивают диаметр роликов. Роликовую сварку можно выполнять на металлорежущих станках, например фрезерных, а в случае необходимости сварки тонких пластичных металлов — на ручных настольных станках.

Рациональность в применении

Наиболее рационально применять холодную сварку по металлу при массовом производстве одинаковых деталей и в электротехнике, где с ее помощью можно соединять медные детали с алюминиевыми, с обеспечиванием надежного электрического контакта в разъемных соединениях.

Сварка цветных металлов сильно отличается от сваривания стали. Подробнее можно прочитать в этой статье.

Клей-паста — для сваривания металла

В последние годы появился еще один вид холодного метода сваривания. Этим термином называют особый клей-шпаклевку с добавлением стального порошка, обладающий сверхвысокой адгезией к большинству материалов, используемых в ремонте и строительстве (металл, пластик, стекло, дерево, керамика и т. д.).

Такой холодный метод соединения стали характеризуется высокой устойчивостью к воздействию различных агрессивных сред. Холодной технологией сваривания очень просто пользоваться, поэтому она находит применение при ремонте бензобаков, глушителей, радиаторов, головок блока цилиндров, аккумуляторов в автомобиле, а также для ремонта мебели, аквариумов, сантехники, зеркал, инструментов и т. д. Очень удобна при ремонте труб водоснабжения. Обладая свойством увеличиваться в объеме при затвердении, она выступает в качестве пробки при ликвидации вытекания жидкостей из любых агрегатов. После высыхания образуется соединение, по прочности сравнимое с горячей сваркой, что позволяет выполнять последующую токарную обработку, сверление, нарезку резьбы и окрашивание. Отломанную или потерянную деталь можно легко восстановить, вылепив ее руками.

Одной из популярных марок такого клея является холодная сварка для металла mastix, предназначенный для быстрого и надежного склеивания, герметизации соединений и восстановления утраченных фрагментов любых металлических изделий, работающих в температурном диапазоне от -60 ºС до +150 ºС.

Холодная сварка для металла инструкция

Соединяемые поверхности или место ремонта очистить от грязи и ржавчины крупнозернистой наждачной бумагой, по возможности обезжирить (ацетоном и т. п.) и просушить.
Отрезать необходимую по объёму часть состава и тщательно смешать оба компонента пальцами до образования равномерной массы.
Нанести полученную смесь на ремонтируемую поверхность. Для склеивания деталей нанести массу на обе склеиваемые поверхности, прижать и зафиксировать на 40 — 45 мин. При использовании на замасленных или влажных поверхностях смесь следует пригладить возвратно-поступательными движениями до ощущения её прилипания к поверхности(прочность соединения при этом снижается на 20 — 25 % для замасленных поверхностей).

Чтобы разгладить поверхность или придать ей необходимую форму, можно использовать плоские предметы, смоченные водой.
ВНИМАНИЕ!

Клей для металла mastix

Период жизнеспособности пластилина составляет 25 — 30 минут при +20 °С. В условиях, обеспечивающих отвод выделяющегося тепла время жизнеспособности увеличивается, при нагреве – уменьшается.

Состав схватывается в течении 40 — 45 минут при +20°С. На этот период необходимо обеспечить взаимную фиксацию соединяемых деталей.

По истечении 2 — 2,5 часов соединение можно подвергать любым механическим обработкам и нагрузкам.

Меры безопасности

Ни в коем случае не допускать попадания компонентов стержня на кожу и в глаза. При попадании в глаза следует промыть их водой и сразу обратиться к врачу. Для исключения попадания на кожу следует использовать защитные перчатки. Запрещено использовать на поверхностях, непосредственно контактирующих с продуктами питания.

Цена холодной сварки для металла достаточно низкая, но судя по отзывам, данная технология с лихвой позволяет окупить потраченные вложения.

Как использовать высокотемпературную водостойкую холодную сварку для металла?

Холодная сварка для металла высокотемпературная водостойкая – это наиболее качественный представитель семейства эпоксидных клеящих составов. Отличается сохранением эксплуатационных свойств даже при воздействии высоко температур.

Область применения

Термостойкость клея определяет сферы применения:

. Ремонт радиаторов отопления, газовых котлов, колонок, печей, кастрюль, чайников. . Ремонт всех узлов автомобиля, которые подвергаются воздействию высокой температуры: системы охлаждения, выпуска отработанных газов и двигатель.

[stextbox Современный двигатель – высокотехнологичный агрегат. Не обладая профессиональными навыками, не стоит производить ремонт. Перед применением холодной сварки для ремонта двигателя рекомендуем проконсультироваться со специалистами[/stextbox]

Преимущества

Высокотемпературную холодную сварку ценят за следующие свойства:

Широкий перечень соединяемых материалов. Клей способен соединять поверхности из алюминия, чугуна, латуни, нержавеющей стали, благородных металлов.
Легкость применения. Использование не требует специальной подготовки или особых навыков. Простота состава предполагает проведение срочных работ в полевых условиях.
Качество соединения. Шов не поддается химическому воздействию, коррозии и не подвержен окислению.
Возможность обработки. После полной полимеризации соединение поддаются любой механической обработке, включая использование пескоструйных аппаратов.
Экологичность. Абсолютно безопасно для окружающей среды.

Недостатки

Как и любое вещество, жаростойкий клей имеет свои недостатки:

Температурный режим. Производители рекомендуют склеивать поверхности при комнатной температуре. В противном случае не стоит ожидать высокого качества шва.
Промышленное применение невозможно. Применение дуговой сварки, на крупных предприятиях, обходится дешевле, чем соединение холодной сваркой. Даже с учетом высокой оплаты труда квалифицированных сварщиков.

Разновидности

Помимо формы и содержания упаковки, рассматриваемый материал различают по следующим параметрам:

Показания к применению (универсальная, металлическая, сантехническая).
Характеристики (влагостойкая, жаростойкая, маслостойкая).
Время схватывания и полимеризации.
Наличие дополнительных компонентов.

Состав

Содержит следующие компоненты:

Эпоксидная смола. То, на чем основана так называемая холодная сварка: базовый элемент клея, который отвечает за однородность и пластичность рабочей массы.
Металлический или минеральный наполнитель. Важная составляющая, которая придает крепость при полимеризации. Благодаря металлической составляющей состав получил название — внешний вид соединения напоминает сварочный шов от ручной дуговой сварки.
Наполнители. Наиболее распространенным элементом является сера. В состав входят и другие компоненты, отвечающие за качество продукции. Изготовители держат их в секрете.

Технические характеристики различных производителей

Рассмотрим перечень продуктов, которые пользуются популярностью в крупнейших городах России – Москве и Санкт-Петербурге:

ABRO Термометалл TM-185. Страна-производитель – США. Однокомпонентный материал для заделки трещин и отверстий в стальных и железных деталях. Пригоден к использованию при ремонте автомобильных узлов, бытовых отопительных приборов, промышленного оборудования. Содержит антикоррозийные добавки. Отличается стойкостью к нефтепродуктам. Выдерживает температуру до 1316 Сº.Время полной полимеризации – 24 часа. Рекомендованная толщина слоя – 6 мм.
Клей «холодная сварка» АЛМАЗ «ТЕРМОСТОЙКИЙ». Продукт российского производства. Используется для соединения различных поверхностей: черный металл, нержавейка, пластмасса, стекло, керамика, дерево. Наиболее эффективен при ремонте батарей, радиаторов отопления и различных трубопроводов. Возможно применение на мокрых или замасленных поверхностях. Термостойкость до 300 Сº.Время полной полимеризации – 24 часа. Прочность при отрыве – 120 кг/см².

[stextbox товары, в числе прочих, можно приобрести сети строительных гипермаркетов «Леруа Мерлен».[/stextbox]

Форма компонентов

Холодная сварка отличается степенью густоты: производят пастообразный и жидкий составы.

Пастообразный представляет собой однокомпонентное вещество, готовое к использованию. По внешнему виду напоминает детский пластилин.
Жидкую сварку для металла выпускают в специальных контейнерах. Является двухкомпонентным клеем, который необходимо смешать перед применением.

Двухкомпонентные растворы имеют преимущество – длительный срок хранения, тогда как однокомпонентный клей необходимо использовать после вскрытия упаковки.

Какая лучше? Критерии выбора

Популярность холодной сварки породила огромное количество товаров на любой вкус, поэтому выбор должен зависть от области применения.

Температурный режим

Универсальные продукты отличаются хорошим показателем прочности на растяжение и разнообразием соединяемых материалов. Показатель химической устойчивости – средний. Можно ли таким составом заклеить кастрюлю? Да, но максимальная температура соединения не превышает 200 Сº.

Специализированный клей сохраняет свойства при температуре свыше 1000 Сº.

Герметики

Краеугольным камнем универсальных продуктов является низкая избирательность. Для устранения утечек труб отопления рекомендуем использовать специальные водостойкие продукты. В первую очередь они являются герметиками, поэтому не ждите от них высокой адгезии при заклеивании металла. Производятся в жидком виде.

Составы для автомобилей

Автомобильная холодная сварка отличается устойчивостью к негативным факторам, которые сопровождают эксплуатацию автомобиля – вибрация, удары, перепады температур. Не подходит для применения под водой. Высокий показатель прочности на разрыв.

Значение наполнения

Обращайте внимание на соединяемый материал. Для холодной сварки металла лучше всего подойдет сварка с металлическим наполнителем. Он должен соответствовать параметрам металла. Например, для соединения чугуна необходим чугунный наполнитель, для меди – медный и т. п. Это позволит добиться наилучших результатов.

Инструкция по применению

Перед работой внимательно изучите инструкцию по применению. В ней указаны технические характеристики. Также можно почерпнуть нужную информацию, касательно безопасного использования клея и рекомендуемых областей применения.

Ниже приведены общие правила при использовании холодной сварки.

Правила безопасности при работе с холодной сваркой
Холодная сварка – нетоксичный материал. Ее применения не требует использования защитных очков или средств защиты органов дыхания. Основным требованием безопасности некоторых продуктов является защита кожного покрова и слизистой оболочки от непосредственного контакта с клеем.

[stextbox случае попадания в глаза следует хорошо промыть контактный участок большим количеством воды и обратиться к врачу. Это относится к готовой смеси – контакт с высохшим продуктом не принесет вреда здоровью.[/stextbox]
Посуда для подготовки смеси должна быть чистой, без содержания посторонних элементов. Дальнейшее использование посуды для приема пищи нежелательно.

Производители и популярные марки

Рейтинг наиболее популярных производителей холодной сварки возглавляют:

[stextbox вы хотите узнать больше об использовании холодной сварки, то на нашем сайте есть статьи по темам:

Заключение

Таким образом, холодная сварка является наиболее востребованным средством экстренного ремонта в бытовой и автомобильной сфере. Однако, ее применение не всегда освобождает от необходимости в проведении полноценного ремонта или замены детали.

[stextbox ООО «Алеко-Сервис» Бондаренко Сергей Анатольевич, опыт работы – 20 лет: «Я занимаюсь ремонтом автомобильного подвижного состава с 20 лет. Появление на рынке термостойкой холодной сварки существенно облегчила мне жизнь – особенно при ремонте выхлопной системы. С задачей заделки незначительных трещин она справляется «на отлично». К тому же отсутствует необходимость снятия узлов для полноценной сварки – это экономит силы и время».[/stextbox]

Сварка с подогревом металла

Сварка с подогревом металла имеет свои преимущества. Среди специалистов нагрев шва в околошовной зоне называется просто – предварительный нагрев. Чаще всего такой подход имеет место при изготовлении печей, резистивных нагревательных элементов, горелок и высокочастотных нагревательных элементов. Благодаря такому нагреву можно избежать появления холодных трещин на металле. Кроме того, он препятствует чрезмерному повышению твердости.

Для изготовления действительно качественного изделия необходимо знать особенности такого типа сварки. Подробнее об этом поговорим ниже.

Для чего нужна сварка с подогревом металла

Преимуществами использования сварки с предварительным нагревом металла являются:

Устранение или уменьшение растрескивания материала, имеющего высокую влажность поверхности. Нагрев изделия убирает влагу, что снижает вероятность появления трещин.
Улучшение процессов расплавления металлов шва и их осаждения, происходящее при основной сварке.
Снижение напряжений материалов. Подогрев помогает равномерно расширяться и сжиматься металлам сварного соединения и изделия.
Повышение качества структуры шва. Предварительное нагревание металла замедляет последующее его охлаждение. Следовательно, соединение затвердевает более равномерно, улучшая механические свойства микроструктуры материала.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Существует несколько способов термической обработки изделий, которые определяются их дальнейшим применением:

Предварительный подогрев – еще до начала сварки мастер задает минимальную температуру соединения. Получить эту информацию можно в WPS (спецификация сварки), где содержатся данные о температурном диапазоне.
Подогрев между проходами – при ведении многопроходной сварки мастер должен максимально прогреть материал до начала нового этапа. Температура нагрева при этом не должна опускаться ниже минимального значения обработки, проведенной предварительно.
Поддержание сварочной температуры, ниже которой не должна охлаждаться сварочная зона до окончания работ. Если процесс соединения останавливается, следует поддерживать тепло на указанном уровне.

Как выбрать температуру для сварки с подогревом металла

Сварочные кодексы содержат информацию о минимально возможной температуре предварительного нагрева. Вполне возможно, что тепловая обработка металла при указанной температуре сможет предотвратить появление трещин, но существует вероятность, что ее будет недостаточно. Это выясняется только опытным путем.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Например, получение балочно-стоечного соединения низководородистым электродом, имеющим большое сечение А36 (чья толщина находится в диапазоне от 10,2 до 12,7 мм), сделанным из сплава ASTM A572-Gr50. Для данного сопряжения необходима температура предварительного прогрева +107 °С (AWS D1.1-96). В случае изготовления стыковых соединений из материалов большого сечения предварительный нагрев рекомендуется поднять выше минимального значения. Институт AISC рекомендует нагревать до температуры +175 °С (AISC LRFD J2.8).

Рекомендация в достаточной степени консервативна. Она указывает на возможно недостаточный минимальный показатель нагрева металла у похожих соединений с высоким напряжением, указанный в документе AWS D1.1

А что же делать, если сварочные кодексы отсутствуют? Как определить нужную температуру? Обратимся к следующему документу – AWS D1.1-96, Приложение XI: «Руководство по альтернативным методам определения предварительного подогрева». Он указывает на существование двух возможностей определения температуры нагрева. Это процедуры, которые были составлены в ходе проведения специальных тестов в лабораториях для выявления образования трещин. Следовать им рекомендуется в ситуациях, когда есть высокие риски появления трещин вследствие напряжения, а также в зависимости от особенностей состава материала, количества водорода или излишне малого тепловложения в ходе сварочных работ.

Приложение № 11 к AWS D1.1-96 содержит два таких метода. Один из них заключается в контроле твердости в HAZ (области теплового воздействия). А второй регулирует количество водорода. Первый способ используется исключительно для угловой сварки. В его основе лежит предположение, что можно избежать появления трещин, поддерживая твердость HAZ на уровне ниже какого-то определенного заранее значения.

Такая возможность появляется при контроле скорости охлаждения металла. Прослеживается прямая взаимосвязь между критической скоростью охлаждения (при заданной твердости) и углеродным эквивалентом стали. Расчет происходит в соответствии со следующей формулой:

CE = C + ((Mn + Si)/6) + ((Cr + Mo + V)/5) + ((Ni + Cu)/15)

По окончании определяется минимальная температура нагрева, которая основывается на критической скорости охлаждения. Процедура описана в труде Блодгетта «Расчет скорости охлаждения методом компьютерного моделирования». Она основана на скорости охлаждения, температуре, при которой скорость охлаждения становится критической, толщине заготовки, тепловложении, температуре, с которой происходит предварительный разогрев материала, его теплоемкости и теплопроводности.

Однако в параграфе 3.4 того же Приложения 11 к документу AWS D1.1-96 говорится следующее: «Несмотря на то, что данным методом можно пользоваться для выяснения температуры предварительного нагрева, создан он для вычисления минимального тепловложения, которое должно помочь избежать излишнего затвердевания, вследствие чего образуется минимальный шов».

Второй метод, предлагающий контролировать водород, исходит из предположения, что избежать возникновения трещин поможет водород, если его количество, остающееся в остывшем до +50 °С шве, будет менее критического значения, определенного заранее. Данный показатель зависит от напряжения стали и ее состава. Описанная процедура подойдет в первую очередь сталям высокой прочности низколегированных сортов, имеющим высокую закаливаемость. Для углеродистых сталей расчетный нагрев металла может быть недостаточен.

Существуют три основных этапа метода контроля количества водорода в металле. На первом рассчитывается параметр состава материала, который эквивалентен углеродному. На втором – определяется индекс восприимчивости – это функция параметра состава, а также содержания водорода, который способен к диффузии в заполняющем металле. На третьем этапе происходит расчет температурного минимума для предварительного нагрева материала с использованием параметров напряжения, индекса восприимчивости и толщины металла.

Где применяется сварка с подогревом металла и какое оборудование необходимо

Предварительному нагреву чаще всего подвергается основной материал на расстоянии от сварного соединения. Рассмотрим пример. А является определенным участком углового шва.

Для расчета расстояния от него до места, где следует проводить предварительный нагрев, потребуется решить две проблемы:

При толщине металла равном или меньшем 50 мм расчетное значение не должно быть более 50 мм от сварного соединения.
При толщине материала более 50 мм расстояние от шва для предварительного нагрева берется меньше 75 мм. Это указано в инструкции сертификации работников, осуществляющих проверку качества сварных соединений – CSWIP 23.4.

На сегодняшний день производителями предлагается несколько видов различного оборудования для определения контроля, индикации и измерения температуры предварительного подогрева металла. Его используют в ряде коммерческих отраслей промышленности.

Рассмотрим основные измерительные приборы и датчики температуры, используемые с этой целью:

Контактный термометр – применятся с целью замера температуры не выше +350 °С. В основе прибора лежит «термистор» – измеритель температуры. Сопротивление последнего понижается при нагревании, следовательно, оно обратно пропорционально температуре. Сложностью данного прибора является «периодическая калибровка», которую нужно проводить для получения точных результатов измерений.
Термокарандаш и термопаста, в составе которых находится материал, изменяющий цвет и плавящийся под воздействием разной температуры нагрева. Их достоинствами стали низкая стоимость и простота использования. А недостатком – не очень точный результат измерений.
Термопара. Принцип, применяемый в данном приборе, – расчет термоэлектрической разности потенциалов свариваемого материала и разогретого металла шва с целью расчета температуры. Использовать прибор следует во время и после сварки, а также для термической обработки. Он проводит постоянный мониторинг температуры охлаждения и нагрева в большом диапазоне. Однако требует регулярной калибровки, что считается достаточно большим его недостатком.

Сварка с подогревом металла: пошаговый алгоритм

В процессе транспортировки либо вследствие иной причины металлические заготовки могут подвергнуться деформации. Если это произойдет, то при стыковке деталей в зоне сварки могут возникнуть проблемы. Как правило, они приводят к ухудшению качества сварного соединения.

Существует следующие способы разметки: оптическая, ручная, мерная резка. Ручная разметка производится с использованием простых инструментов, таких как штангенциркуль или линейка. В случае, когда необходимо провести разметку небольшой партии заготовок одного типа, пользуются шаблонами, изготовленными из профилируемых листов либо алюминия. Ручной способ разметки имеет высокую трудоемкость и небольшую скорость работ.

Разметно-маркировочное оборудование используется для разметки заготовок оптическим способом. Оно работает со скоростью до 10 м/мин. Для работы следует ввести в аппарат специальную программу, основанную на установленных параметрах. В таком устройстве разметка наносится с использованием пневматического крена.

При мерной резке разметка на профили не наносится. Оборудование разрезает заготовки в соответствии с заложенной в специальные устройства программой. В ней указаны размеры деталей и их конфигурация.

Резка бывает механической и термической. Первая предполагает использование как ручного, так и механического инструмента. Термическая же представляет собой плавку материала по нанесенным заранее отметкам. Она тоже бывает ручной и автоматизированной. Для работы используют плазмотрон, кислородный резак и дуговую сварку. Кроме того, применяется оборудование, которое осуществляет резку в полуавтоматическом либо в автоматическом режиме.

Термический способ резки считается универсальным, поскольку процесс может идти в разных направлениях: прямо- или криволинейно.

Следует помнить о том, что на поверхности металла при длительном контакте с воздушной средой появляется оксидная пленка. Благодаря свои жаростойким свойствам она не дает провести качественную сварку заготовки. Избавиться от нее можно, очистив шов металлической щеткой или болгаркой.

В условиях промышленного производства заготовки очищаются с помощью дробеструйных или пескоструйных агрегатов. Возможно проведение химической чистки в ванне посредством опускания детали в химический реагент. Применение данного способа, как правило, ограничивается подготовкой цветных металлов. А черные и стальные изделия очищают ручным способом.

Сварка с подогревом металла предваряется зачисткой краев изделия, в особенности если заготовка имеет большую толщину. Кроме того, кромки необходимо подрезать до придания им определенной геометрической формы. Края бывают Х-образные, плоские или V-образные. У тонких деталей делают плоские кромки, а остальные используют для сварки толстых изделий.

Края заготовок для соединения готовят следующим образом: обрабатывается ширина зазора, угол разделки, регулируется длина откоса. При сварке труб самой разной толщины подготовке кромок нужно уделять повышенное внимание, иначе металл может не провариться. Необходимо выбрать правильный скос, который поможет сделать переход между заготовками плавным. В результате при дальнейшем использовании готового изделия не будет напряжения нагрузки.

В ходе подготовительных мероприятий холодной сварки труб проводят подрезку последних с помощью ручного инструмента и станков. А для термической сварки требуются автоматические либо ручные горелки.

Проводить сборку следует только после окончания подготовки (очистки и пр.) поверхности материала. Места сварки должны быть полностью доступны. А для предотвращения деформации части конструкции следует надежно закрепить.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Сварка черных металлов

Как и любой другой вид, сварка черных металлов имеет свои особенности. Несмотря на то, что эти материалы (железо, сталь, чугун и прочие сплавы) имеют достаточно малую температуру плавления, их характеристики не позволяют назвать данный метод сварки простым.

К примеру, при сварочных работах с углеродистыми видами сталей нужно учитывать, что из-за повышенного содержания углерода при нагревании они становятся хрупкими, поэтому требуют предварительного накаливания до определенной температуры.

Для сварки черных металлов применяется несколько техник (tig-сварка, аргоновая и пр.). Об особенностях выбора и применения каждого метода вам расскажет наша статья.

Правила сварки черных металлов и сплавов

Прежде чем приступать к сварке черных металлов, выбирать расходники и рассчитывать параметры для проведения дальнейшей работы, важно понять, с каким металлом предстоит иметь дело.

В большинстве случаев приходится сваривать такие металлы:

Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,25 % считаются хорошо свариваемыми. Чтобы избежать хрупкости шва, стоит предварительно прогревать металлические детали в печи до +150…+200 °C.
Среднеуглеродистые стали с долей углерода 0,25–0,45 % являются трудносвариваемыми. Обязательным условием работы с ними является прогрев до +150…+400 °C, причем температура подбирается под марку стали. После завершения сварки осуществляется такая термообработка, как отжиг (или отпуск).
Легированные и высокоуглеродистые стали с содержанием углерода выше 0,45 % считаются ограниченно свариваемыми. Это конструкционные металлы, поэтому их лучше не варить либо скреплять только элементы, которые в процессе эксплуатации не будут испытывать на себе значительные нагрузки. Также все сварные швы должны быть защищены от перепадов температуры.
Чугуны имеют долю углерода выше 2,41 % и предполагают использование особого режима сварки: необходим предварительный прогрев, использование плавящегося, а не вольфрамового электрода. При TIG -сварке подобных черных металлов стоит учитывать, что получившиеся швы не справятся с серьезными механическими нагрузками.

Черные металлы легко вступают в реакцию с кислородом, из-за чего на поверхности изделия формируется оксидная пленка, негативно отражающаяся на свариваемости деталей.

Под действием повышенной температуры ускоряется взаимодействие с кислородом и образование пленки, что отрицательно сказывается на качестве шва. Также всегда существует вероятность оплавления краев.

Чтобы добиться хорошего результата при сварке черных металлов, нужно ограничить контакт с кислородом. В противном случае высока вероятность появления трещин на шве и поломки всей конструкции.

Кроме того, причина трещин может скрываться в повышенных значениях линейного расширения и усадки, поскольку в зоне сварки появляется внутреннее напряжение, деформация. Недостаточный уровень прочности всегда становится причиной для хрупкости конструкции.

Упростить работу с черными металлами и сократить долю негативных факторов позволяют специальные технологии, которые создавались с учетом особенностей подобных материалов.

Необходимые условия обработки материалов перед сваркой

Прежде чем приступать к сварке черных металлов, поверхность зачищают металлической щеткой. Такая подготовка позволяет снять оксидную пленку, упростив дальнейший ход работы.
Детали полностью обезжиривают бензином, не допуская пропуска отдельных участков.
Заготовки располагают горизонтально, так как обрабатываемые материалы имеют высокую текучесть. Элементы конструкции фиксируют таким образом, чтобы они находились на расстоянии друг от друга, но ширина шва не превышала двух миллиметров. Во время вертикальной сварки есть вероятность получения шва низкого качества и появления наплывов.
Для создания сварочных ванн применяют инертные газы, не допускающие контакта металла с воздухом. Не стоит забывать, что металлические элементы легко вступают в реакцию с кислородом.
Сварку черных металлов ведут в помещении с хорошей вентиляцией, так как образующиеся пары являются токсичными и опасными для человека.

Указанные правила позволяют создавать швы высокого качества.

Чтобы сократить температурное воздействие на прилежащие к соединению области, стоит использовать охладительные радиаторы из меди и других металлов, которые обладают высокой теплопроводностью.

Особенности выбора метода сварки черных металлов

Подбирая определенный метод, учитывают химический состав и толщину металла:

Стальные заготовки поддаются сварке практически любыми способами. Например, возможна ручная дуговая, электрошлаковая, аргоновая сварка черных металлов, с использованием покрытых электродов.

Чугун отличается высоким содержанием углерода, что делает его достаточно хрупким. Поэтому, чтобы на сварочном шве не появлялись трещины, а само соединение не утратило прочность, подбирают методы горячей и холодной сварки. В первом случае применяют механизированную и ручную дуговую, газовую сварку и порошковой проволокой.

При холодном методе задействуют электрическую дугу и особые электроды, благодаря которым достигается необходимая степень пластичности шва. Если говорить точнее, в составе таких расходников должны быть элементы цветных металлов и значительная доля графита.

Наилучшим образом себя зарекомендовали медно-никелевые электроды, которые не связываются с углеродом во время проведения работы.

Выбирая, например, метод сварки черных металлов нержавеющей проволокой, помните, что в шве может быть до 15 % металла электрода, иначе не удастся обеспечить должную прочность и большой срок службы изделия.

TIG-сварка черных металлов

За аббревиатурой TIG скрывается аргонодуговая сварка черных и цветных металлов неплавящимся электродом в среде защитного газа. Наиболее активно данный метод используется при обработке цветных металлов, которые на открытом воздухе подвержены активному окислению.

Однако он успел зарекомендовать себя и как способ сварки черных металлов.

На фоне обычной электродуговой сварки этот подход выделяется такими особенностями:

позволяет формировать качественное соединение между разными материалами, такими как углеродистая и нержавеющая сталь;
предполагает малую зону прогрева, благодаря чему снижается возможность прожига тонкого металла и термических деформаций;
позволяет формировать непрерывные швы большой длины с постоянной подачей присадочной проволоки за счет сварки черных металлов полуавтоматом в среде аргона;
обеспечивает защиту сварочной ванны от воздуха и загрязнений;
имеет низкие требования к качеству присадочного материала;
дает возможность отказаться от дополнительной обработки готового шва;
обеспечивает высокую скорость работы;
позволяет сформировать аккуратное соединение.

Однако этот подход к сварке черных металлов имеет и минусы:

Опасен, так как предполагает использование газовых баллонов.
Есть вероятность кипения сварочной ванны, что приводит к разбрызгиванию горячего металла. А это влечет за собой травмирование участков тела сварщика, лишенных необходимой защиты. Кроме того, кипение приводит к повышенному расходу материалов и негативно отражается на качестве швов.
Расходники для сварки аргоном черных металлов достаточно сложно приобрести в обычных магазинах.

Однако с перечисленными недостатками можно столкнуться только при нарушении инструкции или сварке черных металлов не в соответствии с ГОСТ. Если все выполняется правильно, эти минусы сводятся к минимуму и остаются незаметны на фоне отличного результата работы.

Во время сварки используется вольфрамовый либо вольфрамсодержащий электрод. Его фиксируют в контактной трубке сварочной головки. Последняя обеспечивает электрический контакт со сварочным трансформатором и соединяется гибким шлангом с газонагнетательной системой, в которой содержится инертный газ.

Первым этапом сварки является подача газа, после чего загорается дуга, а присадка начинает поступать в сварочную ванну.

Электрошлаковая сварка черных металлов

Электрошлаковая сварка, также известная как ЭШС, предполагает соединение металлических элементов при помощи тепла, образуемого в расплавленном шлаке. Для этого электрод погружают в шлак и пропускают электрический ток, обеспечивающий нагревание. Подобная сварка черных металлов осуществляется без дуги и нередко задействуется для формирования швов снизу вверх на вертикально расположенных заготовках.

С точки зрения разновидностей присадок и способов их подачи выделяю такие виды ЭШС:

С проволокой

Электродная проволока медленно и ровно поступает в сварочную шлаковую ванну по ходу расплавления. Таким образом достигается равномерное нагревание кромок свариваемых деталей на всю толщину. Правда, нужно учитывать, что данный метод очень сложен для неопытных сварщиков.

С пластинами

Здесь применяются электроды значительного диаметра или в форме пластин, что позволяет перекрыть все расстояние между свариваемыми элементами. Пластины фиксируются и поступают в ванну через короткие отрезки времени – данный показатель зависит от того, достаточно ли в ванне жидкого металла, чтобы заполнить имеющийся зазор.

По своей конструкции оборудование, используемое для электрошлаковой сварки черных металлов пластинами или электродами большого диаметра, проще, чем для первого описанного способа.

Применяемые в рамках данного подхода электроды могут иметь различную форму: у них бывает прямоугольное либо круглое сечение. Последнее используется, когда необходима обработка цилиндрических деталей. Также расходники могут быть полыми и заполненными металлической крупкой.

С плавящимся мундштуком

Данный метод сочетает в себе особенности указанных выше подходов и предполагает фиксацию пластины в зазоре, куда посредством направляющих трубок подается проволока. Во время проведения сварочных работ пластины остаются неподвижными, так как необходимый объем металла в ванне обеспечивается проволокой.

Этот способ сварки черных металлов подходит для соединения кромок любой толщины, причем шов может иметь длину более трех метров и криволинейную форму.

В конструкции оборудования для ЭШС с мундштуком предусмотрен специальный переносной механизм, отвечающий за подачу проволоки. Описание всех элементов аппарата содержится в ГОСТ 15164.

При проведении работы с металлическими деталями, края которых имеют значительную толщину, необходимо, чтобы электроды совершали специальные колебательные движения – так обеспечивается их постепенный прогрев. Либо используется электроды с пластинами или большого диаметра. В идеале стоит комбинировать данные подходы.

Влияние повышенной влажности на качество сварки черных металлов

Сварка черных металлов нержавейкой и иными способами не может проводиться в условиях повышенной влажности.

Дело в том, что при высокой температуре влага испаряется, попадает в поры горячего металла и негативно сказывается на структуре соединения. Это наиболее заметно во время обработки холодного металла, поскольку процесс сопровождается формированием конденсата.

А значит, во время сварки черных металлов нужно соблюдать такие правила:

Обрабатываемые заготовки рекомендуется прогреть, чтобы дальнейший нагрев не приводил к конденсации влаги.
Работа в закрытом помещении позволяет добиться более высокого качества швов, так как окружающий воздух является более сухим.
Нержавеющую сталь и цветные металлы варят без предварительного нагрева.

Зная особенности сварки черных металлов, верно подобрав метод, расходные материалы и основное оборудование, можно без труда качественно выполнить обработку любых изделий из металлов этой группы.

Высокопрочные стали и особенности их сварки

Стали с пределом прочности свыше 1500 МПа называются высокопрочными. Такой предел достигается подбором химического состава и наиболее подходящей термической обработкой. Данный уровень прочности может образовываться в среднеуглеродистых легированных сталях (40ХН2МА, 30ХГСН2А) путем использования закалки с низким отпуском (при 200…250оС). Легирование таких сталей W, Mo, V затрудняет разупрочняющие процессы, что снижает порог хладоломкости и повышает сопротивление хрупкому разрушению. Как варить металл, если перед вами высокопрочная сталь? Сварка высокопрочных сталей отличается использованием некоторых дополнительных технологических приемов (сварка каскадом, горкой, секциями, предварительный подогрев, применение мягкой прослойки и других).

Закаленные стали (структура)

Изотермическая закалка среднеуглеродистых легированных сталей придает им немного меньшую прочность, но большую вязкость и пластичность. Поэтому они более надежны в эксплуатации, чем низкоотпущенные и закаленные. Низкоотпущенные и закаленные среднеуглеродистые стали с высоким уровнем прочности обладают повышенной восприимчивостью к концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению. Из-за этого их рекомендуют использовать для работы, связанной с плавным нагружением.

К высокопрочным сталям можно отнести так называемые рессорные (пружинные) стали. Они содержат 0,5…0,75% С и дополнительно легируются другими элементами. Термообработка легированных рессорных сталей (закалка 850…880оС, отпуск 380…550оС) обеспечивает получение высокой прочности и текучести. Может применяться изотермическая закалка. Сварка рессорной стали выполняется с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварочных работ и дальнейшей термической обработкой.

Мартенситно-стареющие стали (04Х11Н9М2Д2ТЮ, 03Н18К9М5Т) также относятся к высокопрочным сталям. Они превосходят среднеуглеродистые легированные стали по конструкционной прочности и технологичности. Для таких сталей характерны высокое сопротивление хрупкому разрушению, низкий порог хладоломкости и малая чувствительность к надрезам при прочности около 2000 МПа. Мартенситно-стареющие стали являются безуглеродистыми сплавами железа с никелем и дополнительно легированы молибденом, кобальтом, алюминием, хромом, титаном и другими элементами. Эти стали имеют высокую конструкционную прочность в диапазоне температур от криогенных до 500оС и применяются в изготовлении стволов артиллерийского и стрелкового оружия, корпусов ракетных двигателей, зубчатых колес, шпинделей и так далее.

Свариваемость высокопрочных сплавов

Для изготовления тяжело нагруженных машиностроительных изделий,сосудов высокого давления и других ответственных конструкций используют среднеуглеродистые высокопрочные стали, которые после соответствующей термообработки обладают прочностью 1000…2000 МПа при достаточно высоком уровне пластичности. Необходимый уровень прочности при сохранении высокой пластичности достигается комплексным легированием стали различными элементами, главные из которых никель, хром, молибден и другие. Эти элементы упрочняют феррит и повышают прокаливаемость стали. Подогрев изделия при сварочных работах не снижает скорости охлаждения металла до значений, меньших критических, и способствует росту зерна, что приводит к возникновению холодных трещин и вызывает уменьшение деформационной способности.

Поэтому такие металлы сваривают без предварительного подогрева, но с применением специальных приемов сварочных работ (блоками, каскадом, короткими или средней длины участками). Также применяют специальные устройства, которые подогревают выполненный шов и тем самым увеличивающие время пребывания его в определенном температурном интервале. Для увеличения времени нахождения металла околошовной зоны при температуре выше точки образования мартенситной структуры накладывают так называемый отжигающий валик, границы которого находятся в пределах металла шва.

Во избежание трещин при охлаждении сварного соединения, необходимо использовать такие сварочные материалы, которые обеспечили бы получение металла шва, обладающего большой деформационной способностью. Это достигается, когда наплавленный металл и металл шва будут менее легированы, чем свариваемая сталь. При этом шов будет представлять как бы мягкую прослойку с временным сопротивлением, но с повышенной деформационной способностью. Чтобы обеспечивалась технологическая прочность сварных швов, выполненных низколегированными сварочными материалами, углерод в шве должен содержаться в количестве не более 0,15%.

Когда производится сварка закаленной стали, то после прохождения сварочной дуги на зону сварного соединения рекомендуется подавать охладитель. Это делается для уменьшения степени разупрочнения околошовной зоны. В качестве охладителя может служить душевая вода, сжатый воздух или паровоздушная смесь — в зависимости от состава свариваемого материала. Такое охлаждение снижает время нахождения металла в зоне высоких температур.

Художественная ковка — это настоящее искусство. Более подробную информацию об этом занимательном занятии читайте в нашей статье.

Технология сварочных работ по соединению высокопрочных сталей

При сварке среднелегированных глубокопрокаливающихся высокопрочных сталей нужно подбирать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение швов с высокой деформационной способностью при минимальном количестве водорода в сварочной ванне. Это достигается применением низколегированных сварочных электродов, которые не содержат в покрытии органические вещества и подвергнутых высокотемпературной прокалке (низководородистые электроды). При этом нужно исключить другие источники насыщения сварочной ванны водородом в ходе сварки (ржавчина, влага и другие). Высокая технологическая прочность получается при следующем содержании легирующих элементов в металле шва: С — не более 0,15%; Si — не более 0,5%; Ni — не более 2,5%; Mn — не более 1,5%; Cr — не более 1,5%; V — не более 0,5%; Mo — не более 1,0%.

Повышение свойств шва до нужного уровня возможно путем легирования металла шва за счет основного металла. Необходимые прочностные характеристики металла шва достигаются легированием его элементами, которые повышают прочность, но не снижают его ударную вязкость и деформационную способность. Для сварки среднеуглеродистых высокопрочных сталей нужно выбирать сварочные материалы, содержащие легирующих элементов меньше, чем основной металл.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Для сварки среднелегированных высокопрочных сталей используют электроды типов Э-13Х25Н18, Э-08Х21Н10Г6 и других по ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 9467-75. Если сталь перед сваркой подвергалась термической обработке на высокую прочность (закалка с отпуском или нормализация), а после сварки — отпуску для снятия напряжений и выравнивания механических свойств сварного соединения, то критерием определения температуры предварительного подогрева будет такая скорость охлаждения, при которой происходила бы частичная закалка околошовной зоны. При этом гарантируется отсутствие трещин в процессе сварки и до проведения дальнейшей термообработки.

Для улучшения свариваемости закаленных металлов необходимы специальные электроды

В том случае когда термообработка сварного изделия не может быть сделана, например, из-за крупных габаритов, на кромки детали, подлежащие сварке, наплавляют незакаливающийся слой металла аустенитными или низкоуглеродистыми электродами. Толщина этого слоя должна быть такой, чтобы температура стали под слоем в процессе сварки не превышала бы температуру отпуска при термообработке деталей с наплавленными кромками. Такие детали сваривают аустенитными или низкоуглеродистыми и низководородистыми электродами без подогрева и дальнейшей термообработки. Режим сварки принимают согласно рекомендациям для аустенитных электродов.

Сварочные работы в защитных газах

Высокое качество сварных соединений из среднеуглеродистых высокопрочных сталей толщиной 3…5 мм достигается при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом. Присадочный материал для дуговой сварки в защитных газах следует выбирать в зависимости от газа, в среде которого происходит сварка. Первый слой выполняют без присадки с полным проваром кромок стыка, второй — с поперечными низкочастотными колебаниями электрода и механической подачи присадочной проволоки. Возможно и выполнение третьего слоя с поперечными колебаниями электрода без присадочной проволоки на небольшом режиме для обеспечения постепенного перехода от шва к основному металлу.

Для повышения проплавляющей способности дуги при аргонодуговой сварке применяют активирующие флюсы, которые позволяют исключить разделку кромок при толщинах 8…10 мм. Также используется флюс, представляющий собой смесь компонентов (TiO2, SiO2, NaF, Cr2O3). Такой метод с активирующим флюсом эффективен при механизированных способах для получения равномерной глубины проплавления. Неплавящийся электрод при таком способе сварки выбирают из наиболее стойких в эксплуатации марок вольфрама.

Современная аргоновая горелка

При выполнении сварки среднелегированных высокопрочных сталей в защитных газах (в основном инертных или их смесях с активными) применяют низкоуглеродистые легированные и аустенитные высоколегированные проволоки, например, Св-08Х20Н9Г7ТТ, Св-03ХГН3МД, Св-10ХГСН2МТ, Св-10Х16Н25-АМ6, Св-08Х21Н10Г6. Однако равнопрочности металла шва и свариваемой стали получить не удается. В данном случае можно обеспечить равнопрочность за счет эффекта контактного упрочнения мягкого металла шва. Этот эффект может быть реализован при использовании так называемой щелевой разделки, которая представляет собой стыковые соединения с узким зазором.

Сварка под флюсом

Конструктивные элементы подготовки кромок для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом выполняют в соответствии с ГОСТ 8713-79. Однако в диапазоне толщин, для которого возможна сварка без разделки и со скосом кромок, последней следует отдать предпочтение. При механизированной сварке под флюсом необходимы подготовка кромок, техника и режимы сварки, при которых доля основного металла в шве была бы минимальной. Но такая методика повышает вероятность образования в сварочных швах горячих трещин.

Выбор флюса осуществляется в зависимости от марки электродной проволоки. При использовании низкоуглеродистой проволоки сварку выполняют под кислыми высоко- и среднемарганцовистыми флюсами. При использовании низколегированных проволок лучшие результаты обеспечивает применение низкокремнистых и низкомарганцовистых флюсов. Сварку среднелегированных высокопрочных сталей аустенитной проволокой марок Св-08Х21Н10Г6 или Св-08Х20Н9Г7Т производят только под безокислительными или слабо окислительными основными флюсами.

Электрошлаковая сварка

Схема процесса сварочных работ

Данный вид сварочных работ рационально применять для соединения толстолистовых конструкций из среднелегированных высокопрочных сталей. Основные типы и конструктивные элементы сварных соединений и швов при этом должны соответствовать требованиям ГОСТ 15164-78. Электродные проволоки при сварке плавящимся мундштуком и проволочными электродами выбирают из числа групп легированных или высоколегированных проволок по ГОСТ 2246-70. Для предупреждения трещин в околошовной зоне при сварке жестко закрепленных элементов необходимо применять предварительный подогрев до 150…200оС.

Низкая скорость охлаждения околошовной зоны при электрошлаковой сварке приводит к длительному пребыванию ее в зоне высоких температур, вызывающих рост зерна и охрупчивание металла. В связи с этим после электрошлаковой сварки среднелегированных высокопрочных сталей необходимо выполнить высокотемпературную термообработку сварных изделий для восстановления механических свойств до нужного уровня. Время с момента окончания сварки до проведения термообработки должно регламентироваться.

Читайте также: