Сварить металл без сварки

Обновлено: 17.05.2024

Холодной сваркой называется соединение металлов в твердой фазе, достигаемое совместным пластическим деформированием соединяемых элементов без применения нагрева. Процесс осуществляется на воздухе при комнатной температуре, которая для большинства материалов ниже температуры рекристаллизации (чаще всего – путем приложения давления). Поэтому в ГОСТ 2601 данный способ имеет следующее определение:

Холодная сварка сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых частей

ВНИМАНИЕ! Если вы искали клей "холодная сварка" см. статью "Холодная сварка" – клей, но не сварка

Содержание

Холодная сварка металлов – экскурс в историю

Холодная сварка металлов известна с древних времен. Как показывают археологические исследования и исторические хроники – "Колосс Родосский" был снаружи покрыт тонкими медными листами, которые были соединены между собой с использованием холодной сварки. То есть данная технология была применена и при создании шедевров античного периода.

В Национальном музее в Дублине (Ирландия) хранятся золотые коробочки, которые по заключению экспертов, изготовлены в эпоху поздней бронзы с применением данного способа.

В 1724 году священником Дезагюлье (J. L. Desaguliers) был представлен способ соединения свинца с помощью холодной сварки. Опыт заключался в том, что два свинцовых шарика диаметром около 25 мм сдавливали вместе и вращали, в результате они соединялись. Последующие попытки разорвать данное соединение и измерить величину разрыва с помощь весов показали, что прочность соединения некоторых образцов оказалось ничем не хуже основного металла. Результаты данных опытов были опубликованы в научных журналах.

На данный способ получения соединения впервые всерьез посмотрели в 1940-х годах, именно в это время ученые обнаружили странный эффект взаимодействия нескольких кусков одного и того же металла в абсолютном вакууме – при наличии чистых плоских граней они притягиваются.

Начиная со второй половины 1940-х годов она начала применяться в промышленно развитых странах: в 1947 - 1948 гг. появилась в США, а в 1949 г. началось использование и в СССР.

В настоящее время она успешно применяется для соединения изделий из пластичных металлов, таких как медь, алюминий, свинец, олово, никель и др.

Что такое холодная сварка?

Холодная сварка – процесс, при котором происходит соединение двух твердых тел без нагрева свариваемых деталей на стыке соединения. Отличительной особенностью холодной сварки металлов является отсутствие фазы расплавления.

На первый взгляд, холодная сварка может показаться волшебством. Многие люди не могут понять, как может производится процесс соединения без нагрева, электрического тока или специальных растворов. Если посмотреть видео – у многих возникает мысль: "Это что-то магическое". На самом деле никакой магии нет.

Метод холодной сварки основан на использовании пластической деформации, с помощью которой разрушают на свариваемых поверхностях хрупкую пленку окислов. В настоящее время известно, что сила сцепления от контакта может быть значительно увеличена благодаря сильному сжатию деталей между собой, увеличению времени контакта, повышению температуры деталей, а также от комбинирования вышеперечисленных факторов.

Основная трудность подготовки поверхности деталей заключается в тщательном удалении с нее органических и окисных пленок. Органические пленки – это тонкие пленки масел, жирных кислот и парафинов, покрывающие свариваемые поверхности. Препятствуют сцеплению также пленки адсорбированных на поверхности газов.

При контакте с кислородом или другими реактивными веществами происходит образование поверхностных слоев, которые в значительной мере или полностью исключают вероятность возникновения эффекта холодной сварки. Ведь именно образующаяся из-за содержания кислорода в воздухе на поверхности металла оксидная пленка не дает соединиться свариваемым деталям в нормальных условиях. Кстати, даже при помещении в вакуум оксидная пленка не исчезает, то есть поверхность металла требует дополнительной очистки.

Золотые самородки в природе образуются благодаря методу холодной сварки, а происходит это потому, что у золота попросту нет оксидной пленки, как всем известно – золото не окисляется.
При возникновении механических проблем на первых моделях искусственных спутников Земли все списывалось именно на эффект холодной сварки. Однако позже было доказано, что причиной возникновения проблем стали простые недоработки в конструкции, а возникновение данного эффекта на орбите до сих пор не подтверждено (конечно же, кроме случаев, когда в определенных экспериментах он вызывался человеком преднамеренно).

При холодной сварке металлы соединяются благодаря совместному пластическому деформированию по поверхности их взаимного контакта. Образование цельнометаллического соединения происходит за счет возникновения металлических связей между соединяемыми металлами. Эти связи возникают между атомами при сближении поверхностей соединяемых материалов в результате образования общего электронного облака, взаимодействующего с ионизированными атомами обеих металлических поверхностей. Сварное соединение образуется только путем деформации, без нагрева извне. Это обстоятельство позволяет сваривать термически разупрочняемые материалы без нарушения их физических свойств. Отсутствие нагрева исключает опасность образования хрупких интерметаллических прослоек в зоне контакта разнородных металлов (например, алюминия и меди). Холодную сварку можно выполнять во взрывоопасной среде, возможна герметизация объектов, нагрев которых недопустим (это широко используют в промышленности).

В реальных условиях нет идеально чистых и гладких металлических поверхностей. На них имеются неровности, выступы, окисные, адсорбированные пленки, органические пленки, которые препятствуют сближению поверхностей на расстояния действия межатомных сил. Поэтому получение сварного соединения возможно только при значительных пластических деформациях, приводящих к сминанию выступов, разрушению и раздроблению поверхностных слоев и их удалению из зоны сварного соединения вследствие пластического течения. В результате в контакт вступают по всей свариваемой поверхности чистые слои металла, между которыми образуется металлическая связь.

Исследования показали, что даже у самых гладких поверхностей металлических деталей есть шероховатости, и именно эти высокие точки прикасаются к противоположной детали. В процессе образования сварного шва фактически участвуют лишь несколько тысячных долей процента площади поверхности детали, но этих микроскопических участков вполне достаточно для создания мощных молекулярных соединений. Так что при соблюдении необходимых показателей гладкости свариваемых поверхностей деталей между точками соприкосновения создается мощнейшая связывающая сила.

Снижение прочности сварного соединения за счет уменьшения толщины металла в месте соединения до известной степени компенсируется повышением прочности деформированного металла, получающего наклеп. Например, предел прочности технически чистого алюминия в зоне максимальной деформации возрастает примерно в два раза.

Виды материалов пригодных к свариванию

Применение холодной сварки ограничивается физическими свойствами материалов и пригодна для различных металлов и их сплавов, достаточно пластичных при комнатной температуре:

алюминий
медь
кадмий
никель
свинец
олово
цинк
титан
серебро
индий
золото
платина и др.

Пластичность соединяемых материалов может быть повышена подогревом до соответствующей температуры. Так, например, высокопрочные алюминиевые сплавы при температуре 300-350°С свариваются за счет соответственно направленной пластической деформации подобно чистому алюминию при комнатной температуре.

Если на металл нанести твердые пленки электролитическим способом, например на медь пленку твердого никеля, или принять меры к предотвращению загрязнения, выполняя холодную сварку сразу же после окончания обработки механической щеткой, то в этих случаях связь происходит при значительно меньших деформациях.

Свариваемость при данном способе может быть оценена максимальной остающейся толщиной металла в месте соединения, выраженной в процентах по отношению к первоначальной толщине детали до сварки.

Параметры режимов холодной сварки

Основной параметр, определяющий процесс – величина деформации в месте соединения, которая зависит от свойств металла, его толщины, типа соединения и способов подготовки поверхностей.

Основными параметрами режима холодной сварки являются:

удельное давление
глубина вдавливания пуансона
величина вылета деталей из цанг (при стыковом способе)
диаметр пуансона
степень деформации

Величина удельного давления выбирается в зависимости от физико-механических свойств свариваемых материалов. Рекомендуемое удельное давление при стыковой холодной сварке:

алюминиевых деталей: 180-250 кг/мм 2
медных деталей: 650-800 кг/мм 2
для разнородных металлов, например, алюминий – медь: 500-650 кг/мм 2

Усилие зажатия образцов в зажимах с насечкой должно превышать усилие осадки для алюминия более чем на 50%, а для меди – более чем на 80%

Зависимость деформации от свойств

Металл	Относительная глубина вдавливания пуансона, %
Алюминий	55 – 60
Алюминиевые сплавы	75 – 80
Медь	85 – 90
Олово	85 – 88
Титан	70 – 75
Серебро	82 – 86
Армко-железо	85 – 92
Свинец	80 – 85
Никель	85 – 90
Индий	10 – 15

Величина вылета стержня составляет:

для алюминия 1-1,2 диаметра стержня
для меди 1,25-1,5 диаметра стержня
для разнородных металлов алюминий – медь: вылет медного стержня должен быть на 30-40% больше, чем алюминиевого

Степень необходимой деформации при холодной сварке разнородных материалов определяется свойствами того из свариваемых металлов, при соединении которого требуется меньшая деформация. Этим пользуются при необходимости сварить малопластичные материалы, применяя прокладки из пластичных металлов.

Предварительные исследования свариваемости показывают следующие результаты:

Металл	Свариваемость в %
Алюминий особо чистый	40
Алюминий технически чистый	30
Дюралюминий	20
Кадмий	16
Свинец	16
Медь	14
Никель	11
Цинк	8
Серебро	6

Из этих данных видно, что наилучшие результаты холодной сварки дают алюминий и алюминиевые сплавы, удовлетворительные результаты дает медь. Довольно удовлетворительную свариваемость дает никель, имеющий высокую температуру плавления (1450°С).

Условия получения надежного сварного соединения

Надежное сварное соединение холодной сваркой может быть получено при соблюдении следующих условий:

тщательная подготовка поверхности свариваемых изделий. При точечном и роликовом способах поверхность рекомендуется зачистить механическими щетками, торцы деталей при стыковом способе для соединения проводов сравнительно небольшого диаметра – с помощью специальных ручных кусачек или механического ножа, а торцы деталей большого сечения подвергают механической обработке. При этом необходимо обеспечить параллельность свариваемых поверхностей обеих деталей и отсутствие на них жировых загрязнений;
одновременная пластическая деформация соединяемых деталей;
значительное и симметричное относительно центра зоны соединения растекание металла в плоскости соединения. Данное растекание вызывает разрушение оксидных или иных пленок, вытеснение их обломков из зоны соединения. Одновременно, растекание создает условия для интенсивного движения дислокаций с образованием активных центров на соединяемых поверхностях. Симметричное растекание необходимо для более полного удаления пленок из зоны сварного шва;
сжатие заготовок на заключительной стадии образования сварного соединения, что требует значительных давлений в зоне контакта;
очистка кромок соединяемых заготовок от загрязнений (промывка растворами, бензином, спиртом) и окисных пленок. Применение абразивного инструмента недопустимо, так как шаржированные в поверхность заготовок абразивные зерна затруднят получение сварного соединения;
предварительная подготовка поверхностей заготовок (шероховатость – Rz не более 10 мкм; неплоскостность поверхности не более 0,1 мм).

Виды холодной сварки

В зависимости от способа приложения давления и схемы деформации определяют следующие виды:

1 – пуансон; 2 – свариваемые детали; Р – усилие сжатия

1 – пуансоны; 2 – свариваемые детали; Р – усилие сжатия

Области применения холодной сварки металлов

Как мы уже писали в статье данным способом успешно соединяют металлы, обладающие хорошими пластическими свойствами. Этот способ нашел применение главным образом в приборостроении, для соединения алюминиевой оболочки кабелей, при изготовлении корпусов полупроводниковых приборов, при изготовлении бытовых приборов из алюминия – чайников, подставок, каркасов, в электромонтажном производстве для соединения проводов и шин внахлестку и встык при монтаже сетей связи, троллейбусных проводов, электропроводки в домах. В летательных аппаратах встык варят шпангоуты. В последнее время достигнуты успехи в соединении полупроводниковых материалов.

Одним из направлений применения данного способа является его сочетание с обработкой давлением: прокаткой, высадкой, штамповкой, вытяжкой и т.п. С помощью последней, например, получают биметаллические переходники из алюминия и коррозионно-стойкой стали, которые затем используются в бесфланцевых соединениях трубопроводов летательных аппаратов.

Последние исследования открывают широкие возможности применения в процессе производства на микроуровне и наноуровне. Кроме того, экономически оправдано её применение при соединении небольших деталей из мягких, пластичных металлов, а также тонких металлических пленок, использующих полимеры в качестве подложки.

Холодную точечную сварку можно выполнять на любых прессах: гидравлических, эксцентриковых и т. п. Если сваривается несколько точек за один ход пресса, то требуются прессы усилием 500-1000 кг. Для холодной сварки одной точки достаточно пресс усилием 50-100 кг.

Холодная сварка металла

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 варить металл и современные методы сваривания

Как варить металл и что же такое сварка? Это неразъемное соединение металлических деталей, которое образуется в результате их нагрева в месте стыковки до расплавленного состояния.
Расплавленный, а затем застывший материал называется сварным швом. Не все металлы поддаются свариванию. Отлично свариваются однородные материалы. Например, чугун с чугуном или медь с медью (причем, ручная дуговая сварка меди выполняется в защитном газе) . Хорошо варятся железо и хром, никель и медь. Это происходит потому, что эти металлы в жидком состоянии образуют хорошо смешивающиеся слои.

Сваривание трубы

Но если вы попытаетесь сварить медь со свинцом, то из этой затеи ничего не выйдет – эти металлы не смешиваются между собой. То же самое можно сказать о железе и магнии или алюминии и висмуте. При необходимости сварки таких пар в смесь добавляют металлы, которые способны раствориться с каждым компонентом пары. Иными словами, в наше время нет секретов, как сварить металлы.

Виды сваривания металла

Сварка плавлением (электрическая дуговая сварка, электрошлаковая, электроконтактная, электронно-лучевая). При таком виде сварки расплавленные кромки деталей образуют общую сварочную ванну или, другими словами, общий объем расплава, из которого и образуется сварной шов. Источником нагрева места сварки металлов может быть электрическая дуга, плазма, горелка и т.д.

Сварка давлением (сваривание взрывом, ультразвуком, холодная сварка). Соединение металлов в этом случае происходит за счет уменьшения расстояния между атомами металлов до такой величины, когда между ними начинают работать силы взаимного притяжения.

Наиболее распространена электро дуговая сварка металлов. На ее долю приходится 65% всех сварочных работ. Расплавление материалов при этом способе происходит под воздействием сварочной дуги. Она образуется между основным металлом, предназначенным для сваривания, и присадочным материалом — проволокой.

Способы дуговой сварки:

. При полуавтоматической дуговой сварке механизирована подача сварочной проволоки в зону сваривания. Остальные операции (поддержание нужного размера дуги, придание шву требуемой формы, перемещение электрода по линии сварного шва и прекращение работ) выполняются человеком;

автоматическая. Это слово говорит само за себя. Задача человека – тщательно подготовить детали к сварке, включить и выключить оборудование;

ручная. Сущность ручной дуговой сварки заключается в выполнении всех операций вручную без применения каких-либо механизмов.

Виды дуговой сварки:

сварка плавящимся электродом. Этот метод изобретен Славяновым: кромки изделия и присадка одновременно расплавляются под действием сварочной дуги. Образующийся при этом расплав (сварочная ванна) заполняет зазор между деталями, а после кристаллизации образует сварной шов. Для защиты расплава от окисления на присадку наносится покрытие, которое под действием высокой температуры превращается в шлак. Этот слой покрывает жидкий металл. Кроме защиты от кислорода, шлак выполняет еще одну функцию: в него переходят вредные примеси, содержащиеся в сварочной ванне;

сварка неплавящимся электродом. Автор этого изобретения – Бернадос Н. Н. Чаще всего такой метод применяется при сварке меди, алюминия, наплавке твердых сплавов и сварке тонколистовой стали. Схема сварки неплавящемся электродом

Сварочная дуга

Сварочная дуга образуется следующим образом:

К электроду и основному металлу подводится электрический ток.
Сварщик прикасается присадкой к основному металлу, в результате чего возникает короткое замыкание в сварочной цепи. Поскольку электрод имеет неровную поверхность, контакт происходит в нескольких точках одновременно.
В зонах контакта металла и электрода возникает ток высокой плотности. Он расплавляет присадочный материал, появляется тонкая пленка жидкого металла.
При отведении присадки из жидкого расплава вытягивается шейка. В ней плотность тока, а, следовательно, и температура металла еще больше возрастают
Металл испаряется, шейка рвется, в ионизированном облаке паров и газов загорается сварочная дуга.

Сварочная дуга, которая горит равномерно, без обрывов и не требует повторного зажигания, называется устойчивой.

Устойчивость дуги зависит от:

рода электрического тока (постоянный или переменный);
состава покрытия присадочного материала;
полярности. При постоянном токе полярность может быть прямой и обратной.

прямая полярность – минус источника тока подается на электрод;
обратная полярность – минус подсоединяется к изделию.

4. длины дуги. Это величина, равная расстоянию от торца электрода до поверхности ванны сварочной. Для стального электрода эта величина не превышает 2-4 мм (короткая дуга). Это оптимальная величина, которая обеспечивает устойчивость горения и хорошее качество сварного соединения.

Длина, равная 4-6 мм считается нормальной, а более 6 мм – длинной. Длинная дуга – плохой вариант: она неустойчива, плавление металла проходит неравномерно, капли расплава, стекающие с электрода, окисляются и насыщаются азотом. Шов получается пористым, неровным. Появляются непроваренные участки.

Как правильно варить дуговой сваркой

1. Подготовительные работы

2. Очистка

Этой операции подвергаются основной материал и присадочный. На них не должно быть окалины, ржавчины, масел и других загрязнений: даже незначительное количество загрязнений приведет к дефектам сварного шва, снижению его прочности, а следовательно и надежности готового изделия. Особенно тщательно следует очистить кромки и прилегающих к ним зон шириной 25-30 мм;

3. Подготовка кромок

Форма кромок зависит от толщины листа. Они должны быть притуплены одинаковым радиусом, а зазор между ними должен быть одинаковым по всей длине будущего сварного шва;

5. Сборка

На эту операцию приходится до 30% общей трудоемкости. Для удобства используются различные шаблоны и инструменты, и сварочные приспособления. Сборку надо производить в той последовательности, чтобы предыдущая операция не мешала выполнению последующей.

Уроки дуговой сварки.

Возбуждение сварочной дуги. Зажечь дугу можно двумя способами:

чиркнув электродом по основному металлу, как спичкой;
прикоснувшись к изделию концом электрода.

В обоих случаях электрод надо быстро отвести в сторону на расстояние 2-4 мм.

Дуга загорелась. Чтобы постоянно поддерживать ее постоянную длину, надо по мере расплавления электрода постепенно опускать его. Длину дуги надо держать как можно короче, иначе она потеряет устойчивость со всеми вытекающими последствиями.

Если в процессе сварки дуга все-таки оборвалась, то ее зажигают, продвинув электрод вперед от точки обрыва, а затем возвращаются, заваривают кратер и продолжают шов.

Как правильно держать электрод для того чтобы качественно варить металл? Обычно электрод должен быть расположен вертикально или наклонно по отношению ко шву, углом вперед или назад. При расположении электрода углом назад получается глубоко проваренный неширокий, аккуратный шов. Такое положение предпочтительно при сварном соединении в тавр, угол или внахлест. Опытные сварщики так же выполняют и стыковые соединения.

Если вы хотите помочь экологии, то выбирайте водородную сварку — она наиболее экологически безопасная из всех видов.

Планируете варить алюминиевую конструкцию аргонодуговой сваркой? Как это делается, подробно описано в нашей статье.

Выбор режима ручной дуговой сварки

От правильно выбранных режимов зависит стабильность сварочного процесса и качество сварки. Различают основные и дополнительные параметры.

Основные параметры:

Свойства сварочного тока (величина, полярность и род);
Диаметр электрода;
Напряжение дуги;
Скорость сварочного процесса;
Величина поперечных колебаний торца электрода.

Дополнительные параметры:

величина вылета электрода;
состав и толщина покрытия электрода;
положение электрода в пространстве;
начальная температура основного материала;
положение изделия в процессе сварки.

Рассмотрим подробнее основные параметры

1. Выбор сварочного тока

Параметр зависит от диаметра электрода, его покрытия, пространственного положения шва. От величины тока зависит глубина провара и производительность сварки. Если сила тока будет недостаточной, то количество тепла, поступающего в ванну, будет маленьким, в результате чего появятся непровары, ухудшающие качество соединения деталей.

Дуговая электросварка слишком большим током тоже может приводить к непровару, так как быстро плавящийся электрод может попадать на еще нерасплавленный основной металл. Рекомендуемый ток указывается на электродных упаковках.
Кроме того, следует учитывать следующее:

при использовании тока обратной полярности глубина провара больше почти на 50%, чем при прямой полярности. Поэтому при сварке тонколистовых и легированных материалов следует применять ток обратной полярности во избежание пережогов и перегревов;
при сварке переменным током глубина провара будет меньше на 15-20%, чем при сварке постоянным током обратной полярности.

2. Выбор диаметра электрода

Диаметр электрода зависит от толщины кромок свариваемого материала и разделки кромок. Если кромки не разделаны, то диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла. Так, например, при толщине металла 20 мм испльзуют электроды диаметром 12 мм.

Если же кромка разделана, то независимо от марки металла корневой шов выполняется электродом в 2- 3 мм. Последующие слои накладываются диаметром 4 мм. Правда, если толщина основного металла превышает 12 мм, допускается последующие слои выполнять пятимиллиметровым электродом.

Выбор корневого электрода зависит от типа соединения. Но главный принцип выбора – чем ответственнее шов, тем меньший диаметр электрода применяется.

3.Скорость сварки должна быть оптимальной

Чем выше скорость, тем уже шов. Но при слишком высокой скорости могут быть несплавления основного металла с металлом шва.

4.Величина колебаний

Величина поперечных колебаний электрода должна находиться в пределах 2,5-3 диаметра электрода – это оптимальный вариант для получения качественного сварного шва.

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.

Сварка без сварки – сварочный карандаш

В статье мы расскажем в форме презентации, как родилась и развивалась идея создания сварки без сварки, а также пайки и резки без специального оборудования. Что такое сварочный карандаш и с чем его едят? Также расскажем о разработках отечественных ученых и зарубежных стартапах.

Как все начиналось…

Германия в 30-х годах ХХ века являлась лидером в области термитных технологий сварки.

Свое бурное развитие технология получила в первую очередь в деле тигельной сварки –теперь соединить две части железнодорожной рельсы не составляет труда.

Если вкратце, приспособление для сварки состоит из:

Тигель;
Термитная смесь;
Рельсы;
Разъемная огнеупорная форма

Способ промежуточного литья (до, в процессе и после заливки)

Изобретение карандаша

В конечном итоге, данные технологии привели к рождению идеи компактного сварочного инструмента в форме стержня- карандаша.

Однако при воплощении идеи в жизнь «первопроходцев» ожидала неудача. Дело в том, что при быстром остывании смеси в сварочной ванне после прекращения горения карандаша, шлак и металл перемешиваются и материал становится хрупким.

В результате, основанные на алюминиевом термите смеси так и не дали позитивного результата и в профессиональной среде, и в литературе модель «карандаша» была признана «не реализуемой» и долгое время никто этой проблематикой не занимался, пока не появился профессор, доктор технических наук, академик Лебедев Владимир Георгиевич.

Случайно познакомившись с идеей, вначале он рассчитал математическую модель, а затем реализовал химическую, на основе медного термита, при которой пара металл –шлак разъединяются в процессе образования припоя-сплава.

Открытые публикации В.Г. Лебедева в российских изданиях стали основой создания нескольких сварочных инструментов, присутствующих на рынке России.

Сварочные карандаши Шквал и Оксал производятся в Санкт-Петербурге и применяются для сварки, пайки и резки без применения какого-либо специального газосварочного или электросварочного оборудования.

Автономная мобильная сварка –карандаш СК-1, Москва

TEC Torch Promotion

Tech Torch -лазерный меч из «Звездных войн» — как окрестили его в США

Есть и зарубежный аналог (стартап в США) TEC Torch Promotion – термитное режущее устройство со сменным картриджем (устройство стоит 300$; картридж – 50$).

В Америке TEC Torch используется в качестве компактного инструмента, который могут использовать в своей работе американские правоохранительные органы, военнослужащие, мчсники. TEC Torch может открыть любую дверь за считанные секунды, что может спасти жизни людей, попавших в форс-мажорные обстоятельства.

Термитный резак в действии

Время сгорания картриджа всего несколько секунд – оптимальное время для проведения оперативного вмешательства. Картридж Rod Cutter может прожечь насквозь стержень диаметром до 2 см (при этом не важно, что перед вами, закаленная, низкоуглеродистая или нержавеющая сталь), а картридж Plate Penetrator способен вырезать отверстие до 1 см в металлической пластине толщиной до 1,3 см. Для выполнения сложных задач может потребоваться несколько картриджей или их комбинация.

Смотрите видеоролик, демонстрирующий возможности инструмента

Зарубежный аналог – DISARM CO (Разоружающий)

Факел в гильзе – прожиг до 3 мм (цена 30 евро)

Прожиг с помощью тигеля до 10 мм ( цена 200 евро)

Это если вкратце о наработках «проклятых буржуев», а вот что можно реально приобрести для выполнения разовых бытовых задач.

Сварочный карандаш Лебедева «Элькас»

Автономный сварочный инструмент НЕ ТРЕБУЕТ

Профессиональной квалификации
Внешних источников энергии
Специального оборудования

Все что необходимо для сварки – солнцезащитные очки, зажигалка и сам карандаш.

Читайте также: