Холодная сварка металлов – никакого волшебства!

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

1. Экскурс в историю
2. Что такое холодная сварка?
3. Виды материалов пригодных к свариванию
4. Параметры режимов холодной сварки
5. Условия получения надежного сварного соединения
6. Виды холодной сварки
7. Область применения

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.

Интересные факты:

1. 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.
2. 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/мм²
• медных деталей: 650-800 кг/мм²
• для разнородных металлов, например, алюминий – медь: 500-650 кг/мм²

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

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:

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:

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 давлением. Обзор технологии. — «Вебер Комеханикс»

Холодная сварка давлением это сварка в твердой фазе, она является уникальной, поскольку проводится при температуре окружающей среды. Другие виды сварки в твердой фазе проводятся при повышенной температуре. Например, при сварке сопротивлением. Однако, хотя температура и высокая, расплавления материала не происходит, нагрев производится до температуры пластической деформации.

Еще 3000 лет до н.э. египтяне обрабатывали железо при помощи ковки, сваривая при этом раскаленные детали. Кузнецы также столетиями сваривали железо, используя метод ковки. Этот вид сварки всегда проводился при повышенной температуре.

В Великобритании первый известный пример сварки ковкой при температуре окружающей среды (то есть холодной сварки давлением) относится к позднему периоду Бронзового века, примерно 700 лет до н.э. При раскопках были обнаружены золотые шкатулки, изготовленные подобным образом, исходным материалом которых было золото.

Открытие холодной сварки давлением

Машина AW 813 с электроприводом для сварки проволоки больших сечений круглой и прямоугольной формы

Первые научные исследования холодной сварки давлением провел Реверенд Десагулирс в 1724 году. Он продемонстрировал этот процесс Королевскому научному обществу и затем опубликовал результаты в научных журналах. Рев Десагулирс обнаружил, что если взять два свинцовых шарика диаметром 25 мм, затем сжать их и скрутить, то они соединятся. Прочность соединения замерили на безмене и, хотя процесс был довольно нестабильным, были достигнуты хорошие результаты, полученная прочность материал соединения не отличалась от прочности основного материала.

Как оказалось, мало что изменилось в способе сварки ковкой с момента открытия его Ревом Десагулирсом в 18 веке вплоть до начала Второй мировой войны. Новые потребности военного времени способствовали появлению новых открытий, особенно в Германии, где при помощи холодной сварки давлением были сварены детали из легкосплавного материала для авиационной промышленности, хотя сварка проводилась при повышенной температуре.

Волшебный процесс сварки

Примеры соединений алюминиевых и медных прутков, полученных холодной сваркой давлением

На первый взгляд холодная сварка давлением может показаться волшебным процессом. Людям, не знакомым с данным методом сварки, бывает довольно сложно его понять, поскольку он не подразумевает использование нагрева, электричества или присадочного материала. После демонстрации они обычно спрашивают: — «Каким образом соединились две металлические детали?».

Существует несколько теорий, объясняющих, каким образом происходит холодная сварка давлением. Например, было предположение, что сварка происходит посредством рекристаллизации, также существовала энергетическая теория, но большинство предположений было опровергнуто либо экспериментальным путем, либо теоретически.

Общепринятая теория описывает холодную сварку давлением как процесс, при котором атомы металла соединяются между собой на молекулярном уровне, характерном для металлических сплавов. Данное соединение образуется в результате сил притяжения свободных, отрицательно заряженных атомов друг к другу.

Процесс сварки

Когда две металлические детали подходят друг к другу на расстояние в несколько ангстрем (в 1 сантиметре 300 млн. ангстрем), происходит реакция между свободными электронами и ионизированными атомами, которая устраняет потенциальный барьер для образования электронной пары. Это в свою очередь, приведет к образованию сварного соединения.

Более простой способ объяснения этого процесса таков: если рассматривать на уровне атомной структуры две ровные, хорошо зачищенные поверхности состыкованных деталей, получается соединение, близкое по структуре к исходному материалу.

Первоначальное применение

Ручные сварочные клещи CW 10 с возможностью сварки проволоки диаметром от 0.08 мм.

Однако на практике получить подобное соединение фактически невозможно по нескольким причинам, например, из-за неровностей поверхности, органического загрязнения поверхности и присутствия химической пленки, в том числе оксидной. Для получения максимально качественного сварного соединения необходимо удалять любые загрязнения с поверхностей контакта деталей, при этом поверхность соприкосновения деталей перед сваркой должна быть как можно больше.

На первоначальном этапе применения холодной сварки давлением практически всегда было гарантировано радиальное смещение границы между свариваемыми материалами. У данной технологии существовало несколько недостатков: было важно обеспечить плоскостность торцов соединяемых прутков, обе поверхности должны быть очищены от загрязнений, количество материала, который образуется при захвате электродами, было таковым, что могло произойти загибание проволоки, либо отклонение от соосности, тем самым, исключая правильное течение металла.

Принцип многократной осадки

Затем появился метод стыковой сварки, разработанный компанией GEC, который еще называют «принципом многократной осадки». При каждом рабочем движении машины, когда заготовка зафиксирована в электродах, она захватывается данными электродами и подается вперед.

Таким образом, два противостоящих торца материала растягиваются и расширяются по мере движения во встречном направлении. Оксидная пленка и другие посторонние включения выдавливаются из металла, и происходит сварка. Для того чтобы удалить все посторонние включения рекомендуется выполнить минимум 4 цикла осадки.

Преимущества данного вида сварки можно увидеть при практическом применении. При этом методе не нужно предварительно подготавливать к сварке торцы проволоки или прутка, кроме того, подгонка торцов происходит автоматически, когда материал находится в матрице, также нет необходимости нагрева материала, не нужно выдерживать зазор, поскольку он имеется в матрице, и не нужно устанавливать усилие пружины. В случае если вышеуказанные условия не будут соблюдаться, например, при стыковой сварке сопротивлением, то качественное соединение не получится.

Свариваемые материалы

Зона сварки в поперечном разрезе, где медный пруток диаметром 0.315″ (8мм) приварен к алюминиевому прутку диаметром 0. 374″ (9.5мм)

Холодная сварка давлением применяется только для цветных металлов, в крайнем случае, для мягкой стали с очень низким содержанием углерода. Большинство цветных металлов можно сварить холодной сваркой давлением. Самые распространенные из них медь и алюминий, а также различные сплавы, такие как альдрей, сплав марки ЕЕЕ, константан, латунь 70/30, цинк, серебро и его сплавы, никель, золото и другие, которые обладают хорошей свариваемостью. Проволоку с покрытием, в том числе, луженую медь, посеребренные и никелированные прутки тоже можно сваривать друг с другом, либо просто с медью.

Если использовать обычные способы соединения разнородных металлов, таких как медь и алюминий, а именно контактную сварку, сварку трением или пайку с нагревом, то это может привести к разрыву полученного соединения. При соединении двух поверхностей металла, между алюминием и медью сразу же происходит реакция.

Данная проблема возникает скорее из-за присутствия оксидной пленки и воздушной прослойки, которые остаются на стыке двух металлов, чем по причине разнородности структуры металлов. Тем не менее, при холодной сварке давлением все оксиды и воздух выдавливаются из соединения в процессе сварки без тепловложения, и происходят только структурные изменения при температуре окружающей среды.

Холодная сварка давлением является наиболее эффективным способом сварки меди с алюминием, исключающим образование хрупких металлических соединений. Достигается высокое качество сварки, структура материала гораздо лучше литой структуры, которая возникает при сварке плавлением. Также, при этом отсутствует зона термического влияния с нежелательным влиянием на свойства материала.

При проверке прочности соединения большинство людей полагаются на данные машины для испытания на растяжение. Дополнительно можно провести испытание на знакопеременный изгиб. Тем не менее, самый оптимальный способ это протянуть сварное соединение через множество волоков волочильного станка.

Функция матрицы

Сварочная головка и проволока с гратом, образованным при холодной сварке давлением

Матрица играет очень важную роль в процессе холодной стыковой сварки. Прежде всего, зажимные губки должны надежно захватить материал, для чего в канавках наносятся рифления (насечка) электрогравером, либо, если необходимо захватывать алюминиевый пруток большого размера, механическим путем до их термообработки.

Очень важно, чтобы зазор в матрице был правильным. Если зазор слишком большой материал может порваться или погнуться. Зазор устанавливается на производстве и не может быть изменен.

И последнее, концы электродов имеют смещение, что приводит к эффекту отклонения линии вокруг длины окружности прутка. Назначением данного смещения является разделение грата на 2 половинки, что облегчает дальнейшее его удаление, иначе грат образуется в виде кольца и его сложнее будет удалить. Кроме того, концы электрода должны быть достаточно заострены, что, по сути, позволяет подрезать грат вокруг соединения, и в дальнейшем также облегчает его удаление.

Прочность и твердость электродов являются наиболее важными свойствами. В стадии зарождения холодной сварки обычным явлением была поломка электродов. Намного позже была произведена машина для сварки прутка диаметром 8 мм, и основные трудности заключались в приложении необходимых усилий на электроде для больших размеров.

Компания BWE осуществляет разработку и поставку аппаратов для холодной сварки начиная с 1969 года. За это время завод накопил огромный опты и является лидером в данной области. Оборудование этой марки хорошо зарекомендовало себя. Среди его преимуществ – долгий срок службы, простота эксплуатации, безопасность и эффективность.

Машины BWE позволяют добиться удаления всех включений и загрязнений благодаря технологии многократной осадки, применяемой при сварке. Подобная технология позволяет не только получать высококачественные сварные соединения, но и позволяет исключить операции по подготовке торцев перед сваркой, что существенно экономит время.

Широкий спектр оборудования для холодной сварки, который предлагает компания BWE, позволяет решать задачи по сварки большого диапазона диаметров прутка.

Электроды, используемые при сварке, изготавливаются с использованием новейших компьютерных технологий и доводятся вручную, обеспечивая самые высокие стандарты сварки.

Матрицы могут изготавливаться для различных форм профилей, причем только такого сечения, которое допускает применение разжимных электродов из 2-ух половинок — это обеспечит возможность вынимать сваренный пруток из матрицы — а площадь поперечного сечения должна соответствовать мощности машины.

Также существует возможность сваривать проволоку различных диаметров. В действительности, диаметр проволоки большего размера не может превышать диаметр проволоки меньшего размера более чем на 30%. Если медная проволока значительно меньше в диаметре, чем алюминиевая, то она будет просто вдавливаться в нее и сварка не получится.

Сварка меди без пайки и холодная сварка

Консультации по холодной пайке, холодной сварке или склеиванию медных труб быстро и безопасно без использования припоя и пламени, что также известно как склеивание меди без пайки. Этот проект покажет вам, как соединить медные трубы без пайки.

Беспаечная медная сварка, также известная как холодная пайка, склеивание меди или холодная сварка, использует жидкий прочный полимер, который наносится на жесткие фитинги труб, чтобы буквально сварить их вместе (абсолютно ничто не может попасть внутрь — непроницаемый).

Холодное соединение медью очень полезно для труб, которые находятся в особенно сложном положении для пайки или ранее имели небольшой подтек. Горячая пайка в этих случаях невозможна. Холодная сварка меди также очень полезна для тех, кто немного боится пайки и до изобретения холодной сварки имел тенденцию использовать компрессионные соединения, которые могут быть немного неприглядными.

Медное соединение без пайки — доступно на Amazon

Не подходит для гибких труб (например, спиральных медных нагревательных труб диаметром 8 мм или 10 мм), поскольку нельзя гарантировать, что гибкая труба не будет немного вмятина, особенно при разрезании. Это означает, что зазор между трубой и фитингом может быть слишком большим для правильной работы сварного шва. Холодная сварка меди требует, чтобы трубы и фитинги имели очень жесткие допуски, а это может быть гарантировано только при использовании жестких труб.

Компрессионное соединение, которое можно легко восстановить с помощью холодной сварки медью

Полимер наносится как на трубу, так и на фитинги, и они скручиваются вместе. За 10 секунд получается полностью водонепроницаемое соединение, которое будет изгибаться, сжиматься и расширяться точно с той же скоростью, что и сама медь.

В отличие от большинства клеев или сварных швов, медный связующий материал затвердевает без присутствия кислорода (анаэробно) и остается в жидкой форме при контакте с воздухом. Это делает его очень устойчивым, поскольку он будет усердно работать только тогда, когда его применяют к работе, которую он должен выполнять. Это также означает, что не будет отходов, если вы оставите крышку на некоторое время открытой.

Иллюстрация, показывающая, как сварочный агент наносится на трубу и фитинг в правильном месте.

Соединение очень прочное и подходит для всех бытовых медных установок, но не может использоваться для холодной сварки других металлов. Его также нельзя использовать на резьбовых соединителях, так как соединение будет слишком широким, чтобы предотвратить присутствие кислорода. Эскиз выше

Очистка трубопровода с помощью проволочной шерсти

Он полностью негорюч, не имеет запаха и вкуса и выдерживает давление 200 фунтов на квадратный дюйм всего через 7 минут. Соединение сохраняется при температуре от -40 градусов. C до ошеломляющих 120 градусов C.

Перед выполнением соединения холодным клеем для меди соединение должно быть полностью чистым. Это достигается путем протирки наждачной бумагой с зернистостью 60 (рекомендуется) или подходящей проволочной ватой. Затем средство наносится на внешнюю часть соединяемой трубы и внутреннюю часть фитинга. Труба вставляется в фитинг, закручивается на 360 градусов и удерживается 10 секунд. Недостаток холодной сварки меди заключается в том, что ее нельзя выполнить, пока труба и фитинг находятся на месте, в отличие от паяных соединений, где вся «схема» может быть собрана до пайки.

Чтобы купить любую медную трубу или фитинги, нажмите на любой из продуктов в ящиках магазина инструментов справа от страницы.

Весь контент проекта написан и подготовлен Майком Эдвардсом, основателем DIY Doctor и отраслевым экспертом в области строительных технологий .

Что такое холодная сварка? | ДаСварщик

перейти к содержанию

Когда большинство из нас думает о сварке, в качестве источника энергии мы представляем либо открытое пламя, либо электрическую дугу. Металл доводится до жидкой или расплавленной фазы в соединении, и с наполнителем или без него металл соединяется.

Но холодная сварка не похожа на другую. Нет ни расплавленной фазы, ни электрической дуги, ни пламени как источника энергии.

Фото wikiwand.com

Холодная сварка — это процесс сварки в твердом состоянии, при котором два твердых куска металла соединяются вместе под огромным давлением. Металл никогда не плавится в процессе холодной сварки, а соединение происходит при комнатной температуре.

В этой статье вы узнаете, как работает холодная сварка, ее применение, преимущества и недостатки.

Как работает холодная сварка

Процесс холодной сварки заключается в сжатии двух металлических поверхностей. Прикладываемое давление максимально сближает поверхности. Поскольку пространство между поверхностями становится чрезвычайно узким, наноразмерное расстояние становится неважным, заставляя атомы прыгать с одной поверхности на другую.

На изображении показан ручной инструмент для холодной сварки и холодные сварные швы между медными, низкоуглеродистыми стальными и алюминиевыми пластинами. Источник изображения: Сварка: книга «Принципы и приложения», 8-е изд. Ларри Джеффус, стр. 736.

Формованное соединение имеет те же характеристики, что и основные металлы. Две части становятся однородной массой, что затрудняет поиск линии стыка и различение двух исходных частей.

Этот процесс контактной сварки не требует подачи тепла или электрического тока. Все работает при температуре окружающей среды.

Фото quora.com

Поверхность металлов имеет неровности, даже если невооруженным глазом поверхность выглядит совершенно плоской. Давление, приложенное во время холодной сварки, устраняет эти неровности и шероховатость поверхности, в конечном итоге сближая два металла достаточно близко для межатомного притяжения между двумя металлами, образуя прочную связь.

Процесс холодной сварки имеет одно важное требование перед сваркой. У обоих металлов должны быть удалены оксидные слои. Если чистый металл под оксидным слоем недоступен, холодная сварка невозможна. Атомы не будут прыгать с одной поверхности на другую, если между ними есть оксидные слои.

Фото alumeco.com

Известный физик Ричард Фейнман в своей знаменитой книге « Фейнмановские лекции по физике» сказал следующее о холодной сварке.0070 «:

» Причина такого неожиданного поведения заключается в том, что когда соприкасающиеся атомы относятся к одному типу, атомы не могут «знать», что они находятся в разных кусках меди. Когда есть другие атомы, в оксидах и смазках и более сложных тонких поверхностных слоях загрязняющих веществ между ними, атомы «знают», когда они не находятся на одной и той же части. »

Фото с сайта engineeringclicks.com

Итак, для осуществления холодной сварки соединяемые металлические поверхности должны быть идеально зачищены. Чем они чище, тем лучше сустав. Если они полностью свободны от загрязнений и окислов, новообразованный металл станет однородной массой без явных признаков того, что сварка имела место.

Подготовка металла к холодной сварке

Для получения идеальной холодной сварки давлением необходимо очистить поверхности и подготовить геометрию соединения. При холодной сварке проволоки вместе на этапе подготовки не требуется особого внимания, кроме чистого надреза на концах обеих проволок перед приложением давления. Однако при сварке более сложных участков необходимо соответствующим образом подготовить металл.

Соединительная поверхность

Если вы свариваете трубы, провода или другой профиль, рекомендуемая поверхность представляет собой простую плоскую область между двумя металлами. Неровности и шероховатость поверхности затрудняют межатомное притяжение для образования однородной массы. Таким образом, вы должны максимально выровнять площадь поверхности соединения, прежде чем пытаться получить холодный сварной шов.

На изображении показан пример неровностей поверхности золотого металла. Источник изображения: https://www.researchgate.net/figure/Microscopic-images-of-NPOP-and-gold-surface-roughness-samples-a-SEM-image-of-the-NPOP_fig2_301313717

Очистка поверхностей для Холодная сварка давлением

Наиболее важным этапом является очистка поверхности двух металлов от оксидного слоя, масел, жира и любых других загрязнений. Если вы хотите получить идеальное холодное сварное соединение, недопустимо загрязнение.

При холодной сварке проволоки сварщик обрезает проволоку перед соединением. Это обнажает почти полностью чистое поперечное сечение провода. А вот при сварке труб и других металлических профилей приходится все зачищать вручную.

На изображении показан алюминий с оксидным слоем. Источник изображения: https://www.materialwelding.com/how-to-clean-aluminum-oxide-layer-before-welding-easy-steps/

Хотя на поверхности каждого металла есть оксиды, удаление оксидного слоя не является первый шаг. Смазка и масло также присутствуют на поверхности, даже если они не видны невооруженным глазом.

Попытка сначала удалить оксидный слой с помощью абразивных материалов, таких как проволочные щетки и т.п., может привести к проникновению жира и других загрязнений вглубь металлической поверхности. Мягкие металлы, такие как золото, медь, серебро и алюминий, наиболее восприимчивы к проникновению примесей под поверхность.

Источник: quora.com

Это затруднит холодную сварку, так как металлическая часть теперь будет иметь примеси внутри себя. Если вы попытаетесь выполнить холодную сварку, эти примеси могут не выдавиться и привести к тому, что определенная часть зоны соединения не достигнет межатомных связей, потому что загрязнения будут мешать.

Итак, сначала необходимо тщательно очистить поверхность от масел, используя чистящий раствор, подходящий для свариваемого металла. Затем оксидный слой удаляют проволочной щеткой, проволочным кругом, шлифовальным кругом или другим абразивом, подходящим для свариваемого металла.

Источник: Андрезадник/Викисклад.

Насколько прочны соединения холодной сварки

Если вы успешно подготовите металлические поверхности и тщательно их очистите, соединение холодной сварки будет таким же прочным, как основной металл.

При других процессах сварки возможно, что прочность соединения и другие механические свойства превзойдут основной металл, потому что добавленный присадочный металл может быть из другого сплава, или термическая обработка может повлиять на материал в зоне сварки, изменив его характеристики.

Фото @Massimo

Однако холодная сварка не может обеспечить лучших характеристик соединения, чем сам металл.

Легче всего добиться почти идеального соединения при холодной сварке проволоки. Но при сварке других металлических профилей неправильная подготовка может снизить прочность соединения.

Преимущества холодной сварки

• Наиболее значительным преимуществом процесса холодной сварки является отсутствие зоны термического влияния («ЗТВ»), ответственной за многие проблемы сварки. Поскольку нет дуги или концентрированного тепла, нет и ЗТВ
• При правильном выполнении холодная сварка обеспечивает идеальные швы без хрупких интерметаллидов, микротрещин, пористости, загрязнений и других дефектов соединения
• Относительно легко выполнить, поскольку большая часть работы фактически связана с подготовкой металла
• Процесс холодной сварки идеально подходит для сварки алюминия, особенно при соединении его с медью. Добиться такого соединения очень сложно при использовании других сварочных процессов
• Сваривает широкий спектр металлов, особенно подходит для соединения разнородных металлов
• Это быстрее, чем многие другие методы сварки

Недостатки холодной сварки

• Металл должен быть идеально очищен для получения высококачественного соединения холодной сваркой
• Использование метода холодной сварки в промышленных условиях очень затруднено из-за наличия в воздухе загрязняющих веществ, таких как металлическая пыль, искры от шлифовки в фабричных цехах и других источников перекрестного загрязнения
• Наноразмерные молекулярные неровности могут ослабить получаемое соединение металлических деталей
• Холодная сварка лучше всего подходит для плоских поверхностей, в то время как неправильные формы трудно получить
• Процедуры холодной сварки не могут соединять металлы с содержанием углерода, такие как углеродистая сталь. Соединение методом холодной сварки возможно только с пластичными цветными металлами, такими как медь, алюминий, серебряные сплавы, свинец, золото и т. д.

Для чего используется холодная сварка

Процесс холодной сварки в основном используется для сварки проводов, особенно при прокладке подземных проводов, если существует опасность горючих газов.

Дуговая сварка или подобные процессы могут вызвать воспламенение этих газов, в то время как холодная сварка совершенно безопасна.

Этот процесс является подходящим методом соединения при работе с легковоспламеняющимися или взрывоопасными веществами, и необходима сварка. Например, герметизация контейнеров, содержащих такие вещества, может быть достигнута с помощью холодной сварки.

На рисунке показан аппарат для холодной сварки. Источник изображения: https://www.thefabricator.com/tubepipejournal/article/tubepipeproduction/custom-cold-welding-power-supply-streamlines-tube-production

Холодная сварка давлением также используется во многих отраслях, включая стоматологию, электронику , автомобильной, производственной и аэрокосмической, особенно для соединения разнородных металлов.

Какие материалы можно сваривать в холодном состоянии

Материалы, которые можно сваривать в холодном состоянии, ограничиваются неуглеродистыми и цветными металлами. Однако для холодной сварки подходят большинство других более мягких металлов, включая медь, алюминий, золото, серебро и его сплавы, никель, латунь 70/30, цинк и даже такие сплавы, как Aldrey, Tripple E и Constantan.

Photo by mobileweldinglondon.co.uk

Этот процесс также позволяет получить прочные сварные швы с алюминием серий 2xxx и 7xxx, что невозможно при использовании любого процесса дуговой сварки. Это потому, что эти алюминиевые сплавы имеют сильную склонность к растрескиванию под воздействием тепла.

Одним из самых больших преимуществ холодной сварки является возможность соединения разнородных металлов. Например, он значительно превосходит качество соединения меди и алюминия по сравнению с такими процессами, как сварка трением, пайка пламенем или контактная сварка.

Источник: mtiwelding

Оксиды и воздух являются причиной неудач при сварке плавлением при соединении алюминия и меди. Процесс холодной сварки решает эту проблему, выдавливая оксиды и воздушные полости и обеспечивая почти идеальное соединение без нагрева, которое может повлиять на металлургические характеристики этих металлов.

Возможные сварные соединения

Стыковые и нахлестные соединения лучше всего работают при холодной сварке, поскольку этот процесс зависит от контактной поверхности.

Для сварки проволоки и труб применяют стыковые соединения. Концы легко подготовить, обрезав провода или обрезав трубы. Это создает блестящую, чистую металлическую поверхность в области контакта между двумя деталями, что позволяет добиться прочного соединения.

Источник: stirweld.com

При холодной сварке внахлестку необходимо учитывать уменьшение толщины металла, которое происходит из-за приложенного давления. Ваша сварная деталь может потерять до 50% своей первоначальной толщины, в зависимости от материала. Это должно быть рассчитано заранее, потому что ваш готовый продукт может не соответствовать вашим ожиданиям.

Источник: Stirweld.com

Заключение

Холодная сварка имеет долгую историю. Этот процесс впервые появился в бронзовом веке, но он не применялся в промышленности до 1950-х годов, когда он стал признанным процессом, который мы используем сегодня.

Сегодня доступны машины для холодной сварки проволоки, которые могут выполнять стыковые сварные соединения за считанные секунды. А вот сварка более сложных элементов требует более детального подхода. Сварка без тепловой энергии звучит очень странно для начинающих сварщиков, но это определенно возможно, и ее часто используют, когда дуговая сварка сложна или непрактична.

Это был обзор того, что такое холодная сварка и что с ней можно делать. В отличие от процесса сварки MIG или чего-то вроде лазерной сварки, холодная сварка не требует ничего, кроме чистой поверхности и сильного давления.

6 комментариев

Назад к YesWelder

Как получить самый прочный сварной шов с флюсовой проволокой

Сравнение сварочных электродов

: какой из них труднее всего использовать?

{{ tier_title }}

«,»reward_you_get_popup»:»Вы получаете»,»reward_they_get_popup»:»Они получают»,»reward_free_shipping_popup»:»Вы получаете скидку на бесплатную доставку\r\n Они получают скидку на бесплатную доставку»,»reward_you_get_free_popup «:»Бесплатная доставка»,»popup_item_tier_benefits_title»:»Преимущества»,»popup_item_tier_benefits_next_tier»:»Следующий уровень»,»popup_item_tier_benefits_list_of_tiers»:»Список уровней»,»reward_tier_achieved_on»:»Достигнуто {{ month }} {{ day } }, {{ year }}»,»reward_tier_multiply»:»Множитель»,»reward_tier_multiply_points»:»{{multiply_points }}x»,»earn_tier_more_points»:»Заработано {{ more_points }}/{{ next_tier_points }} {{ points_name }}»,»reward_as_discount»:»{{ сумма }} скидка»,»reward_as_points»:»{{ сумма }} {{ points_name }}»,»reward_as_gift_card»:»{{ сумма }} подарочная карта»,»flexible_discount «:»Скидка»,»flexible_discount_price»:»Цена со скидкой»,» available_discount_title»:»В данный момент у вас нет доступных наград»,»reward_your_tier»:»Ваш уровень:»,»reward_next_tier»:»Нет уровень xt:»,»reward_page_confirm»:»Подтвердить обмен»,»reward_redeem_cancel»:»Отменить»,»reward_redeem_confirm»:»Подтвердить»,»reward_page_earn_points»:»Заработать баллы»,»reward_not_enough_points»:»Недостаточно баллов»,» select_rewards»:»Выберите награду»,»reward_birthday»:»День рождения»,»reward_enter_birthday»:»Введите день рождения»,»reward_please_enter_birthday»:»Пожалуйста, укажите день рождения»,»reward_enter_valid_birthday»:»Введите правильную дату дня рождения»,» warning_title_for_reward»:»К сожалению, похоже, что программа лояльности и вознаграждений недоступна для этой учетной записи. «,»warning_title_for_reward_requirelogin»:»Чтобы принять участие в нашей программе лояльности и вознаграждений, вы должны сначала подтвердить свою учетную запись. Пожалуйста, войдите в систему, чтобы проверить свое право на участие.»,»reward_notifications_earned_points»:»Вы заработали {{ points_name }}!»,»reward_notifications_spend_your_points»:»Потратьте свои баллы! У вас есть {{ point_balance }} {{ points_name }}»,»reward_activity_reset_points»:»Сбросить баллы»,»reward_activity_reset_tiers»:»Сбросить уровни»,»reward_activity_reset_tiers_description»:»»,»reward_notifications_you_have»:»У вас есть
{{ points_name }}»,»reward_notifications_discount_check»:»Используйте скидку на странице оформления заказа»,»reward_notifications_add_discount_to_your_cart»:»У вас есть доступная скидка. Добавьте скидку в корзину!»,»reward_discount_unavailable»:»Скидка недоступна»,»reward_program_emails»:»Письма по бонусной программе»,»reward_title_earn_for_place_order»:»Купите этот товар и заработайте {{ points_count }} {{ points_name }}»,» награда_title_earn_for_place_order_on_cart_or_checkout»:»Вы зарабатываете {{points_count}} {{points_name}} за эту покупку»,»reward_save_btn»:»Сохранить»,»reward_delay_points_pending_status_rule»:»В ожидании»,»referral_page_inviting_text»:»Пригласив друга»,» referral_page_your_benefit»:»Ваша выгода»,»referral_page_your_friends_benefit»:»Привилегия вашего друга»,»referral_page_get»:»Получите»,»referral_page_no_reward_text»:»похвалите, пригласив своих друзей!»,»referral_link»:»Реферальная ссылка»,»copy_link «:»Копировать ссылку»,»referral_page_share_title»:»Поделиться в социальных сетях»,»referral_page_active_discounts»:»Активные скидки»,»claim_referral»:»Claim»,»referral_notification_label»:»Пожалуйста, введите адрес электронной почты, чтобы получить подарок», «email_sent_successfully»:»Ваше письмо успешно отправлено полностью!»,»referral_page_share_link_not_log_in»:»Войдите, чтобы начать делиться ссылкой»,»reward_activities_order_refund»:»Возврат заказа»,»reward_activities_order_updated»:»{{rule_title}} (Заказ обновлен)»,»activity_refund_earn_point»:»-{ { points_count }} {{ points_name }}»,»activity_refund_earn_points»:»-{{ points_count }} {{ points_name }}»,»activity_order_tier_lowered»:»Уровень понижен ({{ tier_title }})»,»order_refunded_activity_spend»:» +{{ points_count }} {{ points_name }}»,»reward_activity_discount_refund»:»Возврат скидки»,»reward_activity_gift_card_refund»:»Возврат подарочной карты»,»refund_tier_activity_discount_refund»:»Возврат скидки ({{ Discount_code }})»,»referrer_guest_notify_message «:»Зарегистрируйтесь, чтобы получить скидку»,»reward_sender_block_list_in_referral_program»:»К сожалению, эта реферальная ссылка больше не активна»,»referral_title_history»:»История»,»referral_not_allowed_to_use_referral_program»:»Вам не разрешено использовать реферальную программу», «referral_no_activity»:»Нет активности»,»referral_history_c ustomer_name»:»Имя»,»referral_history_customer_email»:»Электронная почта»,»referral_history_status»:»Статус»,»referral_history_date»:»Дата»,»order_redeem_discount_name»:»Скидка на заказ ({{ name_order }})», «discount_expire_in_day»:»Скидка действует через {{ days_count }} день»,»discount_expire_in_days»:»Скидка действует через {{ days_count }} дней»,»activity_discount_expired_code»:»Скидка истекает {{ code }}»,»activity_discount_expired»: «Срок действия скидки истек»,»current_balance»:»Текущий баланс»,»birthday_gift_multiply_message»:»Баллы за каждый заказ, сделанный в день вашего рождения, будут умножены на {{multiply_points }}!»,»your_discount_code»:»Ваш код скидки:», «verify_account_message»:»Чтобы получить вознаграждение за создание учетной записи, подтвердите свой адрес электронной почты.