Холодна і пресова зварювання
Холодне зварювання виконується без застосування нагріву, одним додатком тиску, що створює значну пластичну деформацію; метал на всьому протязі процесу зварювання залишається холодним. Принципова можливість холодної зварювання металів відома давно, але розробка методів, що відповідають вимогам сучасної промисловості, є справою новим.
Сутність холодної зварювання полягає в тому, що атоми металу у поверхні зіткнення з'єднуються частин наводяться в зіткнення або зближуються приблизно на ті ж відстані, на яких вони знаходяться всередині металу.
Завдання зближення великої кількості атомів, що необхідно для отримання міцного з'єднання, є технічно досить важкою. Перш за все дійсному повного зіткненню поверхонь, що з'єднуються заважає твердість холодного металу, його опір впливу зовнішніх сил, що деформують метал. Найбільш ретельно відшліфовані поверхні металу мають все-таки численні нерівності, виступи і западини, величина яких у багато разів перевищує розміри атома. Додаток навіть дуже великих питомих тиску не може викликати дійсне зіткнення по всій площі поверхонь, що з'єднуються; після зняття тиску виникли з'єднання металу в небагатьох точках дійсного дотику розриваються дією пружних сил. Дуже важливим перешкодою для міцного з'єднання твердих металів є також забруднення поверхні і наявність плівки адсор-нтрованних газів. Плівка адсорбованих газів після зачистки миттєво відновлюється, якщо метал стикається з атмосферою. Дійсно чисту поверхню металу можна отримати і зберігати тільки в високому вакуумі.
При нормальній кімнатній температурі багато метали можна змусити текти подібно рідин, приклавши достатню питомий тиск.
Пластична деформація металу є необхідною умовою для виконання холодної зварювання. Деформація повинна бути не нижче певного значення, характерного для даного металу. Зусилля для створення цієї деформації залежить від багатьох обставин і може змінюватися в широких межах. Тому не завжди легко заздалегідь визначити зусилля, необхідне для холодної зварювання, і зазвичай задається не зусилля опади, а величина деформації.
Перебіг металу повинно відбуватися уздовж поверхні розділу, приблизно паралельно їй. При цьому руйнуються і розбиває поверхневі шари металу з забрудненнями, на поверхню висуваються свіжі шари з чистими, ювенільний поверхнями; відбувається перемішування і тісне зіткнення атомів металу з'єднуються частин і виникає міцне зварне з'єднання.
Суттєве значення для холодної зварювання має зачистка поверхонь, що з'єднуються, здійснювана обертовими дротяними не надто жорсткими щітками або шляхом шабренія зі зняттям плівки окислів і тонкого поверхневого шару металу. Зачистка напилком і абразивними матеріалами дає гірші результати і, як правило, не рекомендується. Недостатньо стійкі результати хімічної очистки різними розчинами
Зачищені поверхні алюмінію зберігають придатність до зварювання кілька днів за умови, що на спустошену поверхню не потраплять ніякі забруднення. Особливо небезпечні жирові плівки, тому неприпустимо дотик руками до зачищені поверхонь. Холодне зварювання є методом універсальним, придатним для багатьох металів. Цим способом можуть бути з'єднані і неметалеві тверді тіла, що володіють достатньою пластичністю: смоли, пластмаси, скла і т. Д..
є кілька різновидів цього способу. Першим за часом розроблений спосіб точкової холодної зварювання, за формою з'єднання нагадує контактне точкове зварювання, особливо зручний для з'єднання листового металу (рис. 211). Листи металу з ретельно зачищеною поверхнею місця зварювання поміщають між пуансоном з робочою частиною - виступом або зубком.
Мал. 1. Холодна точкове зварювання
Мал. 2. Деформація металу при точковому зварюванні
Мал. 3. Розріз зварної точки
Зазначені значення залишкової товщини є максимальними, при яких ще можлива міцна якісна зварювання; на практиці нерідко застосовують і більш глибоке вдавлення пуансонів, зменшуючи залишкову товщину і іноді зводячи її нанівець.
Мал. 4. Зварні точки
Міцність зварної точки пропорційна швидше її периметру, ніж площі; зварювання захоплює смугу, навколишнє точку по периметру; висвердлювання крапки не дуже сильно зменшує її міцність. На рис. 3 схематично показано напрямок течії металу при вдавливании точкових пуансонів і зона зварювання, значно виходить за межі вм'ятини. Форма і розміри зварних точок можуть бути вельми разнообразниі визначаються конфігурацією робочої частини пуансона. Часто застосовуються вузькі прямокутні 10Чкі Довжиною, в кілька разів перевищує ширину.
Точковим зварюванням можна з'єднувати і різнорідні метали, наприклад алюміній з міддю. При наявності з'єднання з декількома точками доцільно застосовувати штампи з декількома пуансонами, зварюють відразу всі крапки за один хід преса. При зварюванні кількох близько розташованих точок по одній черзі часто спостерігається значне викривлення деталей і деяке ослаблення точки зварюванням наступної точки. Для усунення цих явищ застосовують з'єднувальні пристрої; деталі щільно стискаються значним зусиллям і потім зварюються точками в стислому стані.
Точковим зварюванням успішно з'єднуються листи товщиною від 01-02 до 12-15 мм. Зусилля на одну точку при зварюванні алюмінію в середньому 15-12 т. Тиск на робочу поверхню пуансона 60-80 кг /мм2 в залежності від різних умов.
Мал. 5. Схема стикового холодної зварювання
Мал. 6. Облицювання алюмінію-ніевих шин міддю
Недоліком точкового зварювання є глибока вм'ятина в металі, часто на 80-90% його товщини. В даний час вишукуються способи зменшення глибини вм'ятини. Замінивши точкові пуансони сталевими роликами відповідної конфігурації, що котяться по металу, можна здійснити шовную холодне зварювання.
Можлива і стикова холодне зварювання (рис. 5). що підлягають зварюванню стрижні 1 затискають в затискачах. При осаді правий і лівий затискачі зближують до зіткнення і гострий край затиску, як ніж, відрубує зайвий видавлений метал - грат. В процес опади сближающиеся затискачі ускладнюють протягом металу і дозволяють збільшити тиск опади. Деформується і поточний подібно рідини метал стрижнів заповнює насічку 3 що грає роль ущільнювача і заважає витіканню металу і зміщення його в затискачах. Величина питомого тиску для технічно чистого алюмінію 50-70 кг /мм2.
Таким чином зварюються стрижні і дроту круглого, квадратного і прямокутного перетину, смуги і т. П. Місце зварювання виходить чистим і не вимагає подальшої обробки-Метал в зоні зварювання зміцнюється внаслідок наклепу, і розрив при випробуваннях відбувається завжди поза зоною зварювання. Стикове з'єднання, виконане холодним способом, бездоганно по
(Ьорме, що ж стосується сполук нахлесточного, точкового або шовного, то вони мають глибокі вм'ятини.
З найбільш важливих для промисловості металів найкраще зварюються холодним способом технічно чисті алюміній і мідь. Обидва металу внаслідок високої електропровідності широко застосовуються в електропромисловості, де холодне зварювання вже використовується в значних розмірах. На черзі стоїть питання освоєння холодної зварювання міцних конструкційних сплавів алюмінію: дюралюмінію, АМц, АМг і ін., що дозволить використовувати холодну зварювання в літакобудуванні та інших галузях промисловості. Точкова холодне зварювання вже знайшла деякий застосування у виробництві алюмінієвого посуду, електричних чайників і т. П. Освоєно точкове зварювання алюмінієвих шин в електричних розподільчих пристроях.
Починає застосовуватися облицювання алюмінієвих шин листовою міддю (рис. 216). Алюмінієву шину з зачищеними під зварювання поверхнями обгортають м'якою листовою міддю товщиною 08-1 мм з зачищеною поверхнею; мідну облицювання з обох сторін приварюють до алюмінію декількома точками за один хід преса. Розмір точки приблизно 12X2 мм. Після зварювання свердлять або пробивають отвори для складальних болтів; поверхню мідної облицювання може бути облужени. Алюмінієві шини, облицювання міддю в місцях приєднань, дають хороший електричний контакт і цілком працездатні. Застосування алюмінієвих шин повністю себе виправдало і дає значну економію дефіцитної міді.
Точкове зварювання можна виконувати на будь-яких пресах: гідравлічних, ексцентрикових і т. П. Якщо відразу зварюється кілька точок за один хід преса, що є найбільш досконалим прийомом, то потрібні преси зусиллям 50-100 т. Для зварювання однієї точки достатні преси зусиллям 510 т. Такі гідравлічні преси можуть бути виконані легкими переносними з ручним або педальним приводом; вони досить широко застосовуються на електромонтажних роботах і легко можуть бути пристосовані для точкового зварювання.
Знаходить виробниче застосування та Стикова холодне зварювання. Наприклад розроблені ручні кліщі типу КС-6 (рис. 217) Для стикового зварювання алюмінієвих проводів перетином 25-10 мм2; вага кліщів близько 14 кг. Клещамп можна зварювати мідні Г | ровода перетином 25 і 4 мм 2 а також алюмінієві з мідними.
Мал. 7. Кліщі КС-6 для холодної зварювання проводів
Кліщі КС-6 застосовуються на електромонтажних роботах. Свежеобрезанние кінці проводів закладають в кліщі, затискають і зварюють при натисканні на ручки кліщів. Місце стику має чисту поверхню і не вимагає подальшої обробки, зайвий видавлений метал - грат - відрубується в кліщах одночасно з процесом зварювання. Метал в зоні зварювання нагарто-ван і має високу міцність, руйнування при всіх видах навантажень відбувається поза зоною зварювання. Металографічне дослідження зварного з'єднання показує високу щільність металу, його електропровідність вище, ніж металу решти дроти. Мабуть, обробка тиском близько 60 кг /мм2 помітно покращує якість металу в зоні зварювання, робить його більш щільним і однорідним.
Починає знаходити промислове застосування Стикова зварювання і більших перетинів, для чого конструюються стикові машини з гідравлічним або електричним приводом. Стикова зварювання алюмінію з міддю широко застосовується в електротехнічній промисловості при виготовленні струмопровідних деталей.
Стикове з'єднання вважається більш надійними, ніж його Нахлесточного. Застосовується стикова зварка тролеїв на електротранспорті, дротів на дротяних і кабельних заводах. Тут холодне зварювання цінна високою міцністю стику, «гарячі» способи зварювання викликають зменшення міцності внаслідок відпалу металу. Холодне зварювання успішно застосовується для виготовлення теплообмінників для побутових холодильників. При виготовленні теплообмінника два алюмінієвих листа зварюються по всій поверхні зіткнення за допомогою спільної прокатки. Загальний витрата електроенергії при холодному зварюванні в 20-SO разів менше, ніж при контактної електрозварювання.
Шовна зварювання використовується для виготовлення тонкостінних алюмінієвих труб і оболонок.
Застосування холодної зварювання обмежується фізичними властивостями металів. Недостатньо пластичні метали, наприклад високоміцні алюмінієві сплави, часто дають тріщини при таких великих деформаціях, які необхідні для холодної зварювання. Високоміцні метали навіть і при достатній пластичності практично не зварюються холодним способом; вимагаються питомі тиску настільки великі, що практично неможливо виготовити досить міцні пристосування і робочий інструмент.
Твердість металів може бути знижена, а пластичність підвищена підігрівом до відповідної температури. Досвід показав, наприклад, що високоміцні алюмінієві сплави при температурі 300-350 ° С, а низьковуглецевий сталь при температурі 900--1000 ° С зварюються за рахунок відповідно спрямованої пластичної деформації, подібно технічно чистому аіюмінію при кімнатній температурі. Від давно відомої ковальської або горновий зварювання такий спосіб відрізняється характером птастіческой деформації, аналогічним характером деформації при холодному зварюванні: деформація значна, поширюється в строго визначеному напрямку; розвиток її обмежений; питомі тиску високі і в багато разів перевершують межа плинності нагрітого металу. Нагрівання може створювати значну Діффі-зію і рекристалізацію, що сприяють отриманню міцного зварного з'єднання.
Застосування нагріву робить невідповідним назву «холодна» зварювання. Може бути запропоновано назву «пресова сварка», яке ширше, ніж «холодне зварювання», і охоплює всі різновиди способу, як із застосуванням нагрівання, так і без нього. Безсумнівно, що пресова зварювання в зазначеному розширеному розумінні - із застосуванням нагріву в необхідних випадках, знайде широке промислове застосування.
Мал. 8. Зварювання біметалічною заготовки