Сварка это единственный способ соединения металлов

Сварка без нагрева

Содержание:

Говоря о сварке, первое, что приходит на ум – это соединение металлов путем их плавления. Но, как известно, такой способ может использоваться не всегда и не для всех видов металлов. Поэтому часто используется сварка без нагрева. Один из наиболее популярных способов, довольно распространенный в промышленности – это холодная сварка.

Посмотрим, когда следует применять холодную сварку, что она собой представляет, а также какие ограничения существуют для ее использования. Кроме того, узнаем, какие еще бывают виды сварки, не предполагающие нагрева.

Принцип соединения металла сваркой без нагрева.

Обычно под сваркой, не требующей нагрева, понимают соединение металлов (в том числе разных видов) посредством пластической деформации. То есть, куски металла соединяются под давлением, без нагревания внешними источниками тепла. Такая сварка без нагрева производится при комнатной температуре, а металлы в результате давления не нагреваются до температуры плавления. Этот способ носит второе название – сварка в твердом состоянии.

Для того, чтобы соединить металлические части таким образом, необходимо соблюсти ряд важных условий. В обычных условиях даже при очень сильном давлении на металл соединить части не получится. Прочное монолитное соединение возможно только при пластической деформации металла. Отметим, что в таком случае происходит разрушение слоя оксидов, а соединяемые поверхности сближаются настолько, что образуют некоторые химические связи, сравнимые с кристаллической решеткой.

Какие металлы свариваются без нагрева?

Область применения такого способа соединения металлов довольно широка. Его используют с медью, свинцом, никелем, золотом, серебром, кадмием и прочими чувствительными к нагреванию металлами.

Холодная сварка: способы, особенности и недостатки.

Заметим, что холодное соединение металлов может осуществляться несколькими способами. Бывают:

• стыковая сварка;
• точечная;
• шовная (роликовая).

При любом из этих способов пластическая деформация металлов достигает порядка 90 процентов, предел текучести материалов увеличивается порой в пять раз. При этом на такое соединение требуется до двух секунд времени.

Достоинства этого вида сварки – гигиеничность (так как не выделяется газ, излучение, нет брызг и шума) и энергоемкость. Соединения при таком способе довольно надежны и прочны.

Но существует и ряд недостатков, а также ограничений по использованию холодной сварки. К первым относят:

• соединение исключительно пластичных металлов;
• при нахлесточном соединении получаются довольно глубокие вмятины;
• небольшая универсальность.

Что касается ограничений, то соединять этим способом можно металл определенной формы и размеров. Также такая сварка не может применяться в труднодоступных местах.

Еще одна особенность: нельзя, чтобы на поверхности попадали влага и жир. Даже небольшое их присутствие препятствует соединению металлов. Для удаления пленок (жира, воды) обычно применяют стальную щетку, которая имеет диаметр до 200 мм. Эта щетка должна вращаться со скоростью до 3 тысяч оборотов в минуту и прижиматься к поверхности металла с усилием до 2 МПа. Соединяя детали встык холодной сваркой, эту проблему можно решить проще – нужно механически обрезать торцы деталей. А для мелких деталей обычно используют никелирование или обжиг.

Прочие виды сварки без нагрева.

Холодная сварка – это не единственный способ соединить металлические детали без плавления. Существует еще два вида:

• сварка взрывом;
• магнитно-импульсная сварка.

Первый вариант предполагает применение взрывчатых веществ, таких как аммонит (№9, 10), гранулит (АС) и пр. Такой вид сварки используется на производстве только на специальных полигонах. Среди ее достоинств отмечают небольшие затраты на сварку, хотя она имеет довольно низкий КПД. Обычно сварку взрывом применяют в тех случаях, когда на поверхность одного метала нужно нанести тонкий слой другого, обладающего определенными свойствами: электропроводность, коррозионная стойкость, износостойкость и пр.

Второй упомянутый способ предполагает использование магнитного импульса, с помощью которого одна из деталей разгоняется и ударяется о другую. В результате столкновения происходит деформация металла и детали соединяются. Существует и ограничение: так, энергия импульса не должна превышать критический порог, а именно показатель около 10 КДж. Также существует риск образования местных непроваров.

Несмотря на существующие ограничения и недостатки, все эти виды сварки, не требующей нагрева, широко применяются на разных производствах для соединения многих металлов чувствительных к нагреванию внешними источниками.

Источник

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:

• полуавтоматическая. 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:

1. К электроду и основному металлу подводится электрический ток.
2. 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.
3. В зонах контакта металла и электрода возникает ток высокой плотности. Он расплавляет присадочный материал, появляется тонкая пленка жидкого металла.
4. При отведении присадки из жидкого расплава вытягивается шейка. В ней плотность тока, а, следовательно, и температура металла еще больше возрастают
5. Металл испаряется, шейка рвется, в ионизированном облаке паров и газов загорается сварочная дуга.

Напряжение сварочной дуги зависит от ее длины: чем короче дуга, тем ниже напряжение. Если используется металлический электрод, то для устойчивого горения дуги требуется напряжение 18-28 В. Для угольного электрода напряжение должно быть от 30 до 35 В.

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

Устойчивость дуги зависит от:

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

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

Влияние полярности тока на температуру

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

• правка деталей, предназначенных для сварки. Править металл можно как вручную, на правильных плитах, так и на различных листоправильных вальцах. Сильно деформированный металл иногда требует правки в горячем состоянии.
• разметка. Лист размечают согласно чертежу (или эскизу) с помощью измерительных инструментов и шаблонов. Размечая деталь, следует иметь в виду, что в процессе сваривния детали укорачиваются. Поэтому надо на каждый поперечный стык оставлять припуск в 1 мм, а на каждый погонный метр продольного шва – 0,1-0,2 мм;
• резка;

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:

1. чиркнув электродом по основному металлу, как спичкой;
2. 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.

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.

Выбор сварочного тока и диаметра электрода

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.

Источник