Для создания неразъемных металлических соединений обычно используют электродуговую сварку или клепку. Но существует достаточно большое число техпроцессов, где сварные или клепанные соединения являются либо экономически нецелесообразными, либо неподходящими из-за сопутствующего перегрева (деформации).
Наилучшей альтернативой электродуговой сварке или клепке является холодная сварка давлением.
Вплоть до XIX века единственным способом надежного и долговечного соединения металлических поверхностей, кроме плавки металла и литья, являлась кузнечная сварка. Разогретые докрасна поверхности соединялись воедино на наковальне, при помощи кузнечного молота. Данную методику можно отнести к горячей сварке давлением.
Холодная сварка металла – метод неразъемного соединения металлоизделий при помощи давления, которое влечет за собой пластическую деформацию. В данном случае отдельные металлические поверхности вдавливаются друг в друга, что ведет как к механическому сцеплению, так и диффузии, а также развитию прочных молекулярных и даже атомарных связей.
Отличительной особенностью метода холодной сварки металла является возможность проведения стыковки без какого-либо нагрева. Отсутствие нагрева предотвращает появление интерметаллидов, которые делают стык хрупким и ломким, особенно при соединении тонких поверхностей.
Ниже будет рассказано о технологии холодной сварки металла.
Какие металлы можно соединять холодной сваркой давлением
Для холодной сварки крайне важно, чтобы металлы обладали хорошей пластичностью. Холодная сварка давлением идеально подходит для любых мягких металлов и сплавов: алюминий, медь, золото, серебро, латунь, бронза и пр.
Холодной сварке можно смело подвергать и простое железо, а также низкоуглеродистую сталь.
Соединение при помощи холодной сварки давлением более прочных металлов и сплавов является осуществимым лишь при использовании тонколистового металлопроката, толщина листа до 2-3 (мм).
Холодная сварка применима для соединения как однородных, так и разнородных металлов или сплавов:
- Алюминий-медь
- Низкоуглеродистая сталь-алюминий
- Никель-алюминий
- Алюминий-латунь
- Медь-цинк
- Низкоуглеродистая сталь-медь
- и пр.
Весьма широкое распространение получил биметалл, создаваемый методом холодной сварки, который состоит из нержавеющей стали Х18Н10Т и алюминиевого сплава АМгб.
Теперь следует рассмотреть разновидности и технологии холодной сварки.
Виды холодной сварки давлением
При помощи холодной сварки можно создавать различные типы соединений, от шовных и точечных до нахлеста и стыковки. Как понятно, тип соединения определяет разновидность холодной сварки.
Различают 5 основных вариантов холодной сварки давлением:
- Контактная точечная
- Шовная
- Стыковая
- Внахлест
- Тавровая
Дополнительно различают сварку давлением с использованием вакуума и ультразвука. Но данные методы соединения металлоизделий требуют предварительного нагрева контактных поверхностей, что делает сварку не холодной, а горячей.
- Холодная сварка металла контактного типа – метод создания неразъемных соединений, который применим к заготовкам из тонколистового металла.
Стыковка осуществляется пуансоном с небольшим по площади контактным пятном, диаметр около 2-3 (мм). Сила прижима пуансона может достигать 20-30 (тс), а в некоторых случаях и более того.
Принято считать, что контактная сварка давлением обеспечивает такую же прочность соединений, как и при использовании классической контактной сварки электродугового типа.
Ключевым преимуществом контактной точечной сварки давлением является возможность быстрого и эффективного соединения листовых заготовок из алюминия и оцинкованного железа. В этом случае контактные точки не перегреваются, сохраняя при этом декоративную эстетику сборочных соединений.
Контактная сварка хорошо подходит лишь для создания локальных точечных соединений. Такой метод стыковки не принято использовать на длинных соединениях.
- Холодная сварка металла шовного типа – разновидность неразъемной стыковки, которая предназначена для создания удлиненных прямолинейных соединений. Если контактная сварка соединяет поверхности в какой-то одной точке, то шовное соединение обеспечивает длинную линейную стыковку.
Для повышения прочностных характеристик шовного соединения холодная сварка давлением использует не сплошную, а прерывистую линию. В этом случае линия вдавливания, пластической деформации, не будет ослаблять металлическую конструкцию.
Шовная сварка давлением применима лишь к тонколистовому металлу. При этом линия шва должна располагаться по прямой линии.
Разумеется, шовную сварку можно заменить контактной. Для этого нужно лишь выстроить контактные точки в линию. Но в этой случае шовное соединение утратит повышенную прочность, вместе с тем упадет производительность холодной сварки.
- Холодная сварка металла стыкового типа – заготовки соединяются стык-встык. Контактные места металлоизделий просто вдавливаются друг в друга. Данный метод стыковки подходит для соединения пластин, прутьев, цилиндров, а также проволоки и кабелей.
Стыковая сварка часто используется при изготовлении электросетевых соединительных шин на основе разнородных металлов: алюминий-медь, сталь-алюминий, сталь-медь.
Нередко холодная сварка давлением применяется при соединении проводных скруток большого сечения.
- Холодная сварка металла внахлест – соединение металлических поверхностей осуществляется вдавливанием и протяжкой. Эта разновидность холодной сварки обычно применима к пластинам, при создании всевозможных соединительных шин из разнородных металлов.
Если стыковая сварка предполагает встречное вдавливание, то при соединении внахлест ко встречному давлению добавляются тангенциальные силы.
- Холодная сварка металла таврового типа – соединение предусматривает стыковку перпендикулярно расположенных заготовок.
Эта разновидность холодной сварки нашла применение при создании ножей многих распределительных устройств на электрооборудовании. Тавровым соединением стыкуют латунные шпильки к выводам алюминиевых обмоток в токоведущих преобразователях. Такая сварка применима при стыковке проводов к соединительным шинам.
Что еще нужно знать про холодную сварку металла.
Сфера применения холодной сварки давлением
Холодная сварка обеспечивает надежное соединение, которое отличается высокой прочностью и стойкостью к коррозии. Состыкованные холодной сваркой даже разнородные металлы становятся невосприимчивыми к температурному короблению.
Наибольшей актуальностью стыковая сварка обладает при серийном и массовом производстве. Холодное соединение пластической деформацией дает возможность свести к минимуму потребление электроэнергии. Ведь для стыковки не нужен нагрев, который обычно вырабатывается электрической дугой или магнитной индукцией.
Соединенные холодным способом металлоизделия не требуют проведения термообработки и покраски.
Внедрение технологии холодной сварки давлением позволяет заметно снизить себестоимость продукции, повышая ее конкурентоспособность на рынке.
В погоне за прибылью и экономической рентабельностью некоторые автостроительные гиганты уже перевели многие сборочные процессы с электросварки на холодную сварку давлением.
Сегодня холодная сварка давлением все чаще и чаще применяется при изготовлении различной электроники на основе полупроводниковых компонентов. Существуют аппараты для микро- и даже наносварки, использующие эффект холодного соединения пластической деформацией.
Существуют ли другие технологии холодной сварки.
Клей для металла холодная сварка
Нередко холодную сварку давлением путают с другой методикой соединения металлоизделий, речь идет про клей для металла, именуемых холодной сваркой.
Средство для ремонта металлоизделий холодная сварка представлено двухкомпонентным клеем. Это пластичная масса цилиндрической формы, которая состоит из наружной оболочки и сердцевины.
При смешивании компонентов из оболочки и сердцевины получается густая вязкая клейковина, которая обладает хорошей адгезией к металлическим поверхностям.
Холодная сварка применима:
- Для заделки пробоев на водопроводных и прочих трубах
- При герметизации шовных соединений
При соблюдении технологии склеивания холодная сварка обеспечит надежное и долговечное соединение.
Разумеется, холодная сварка в виде клея не подходит для применения на тех металлоизделиях, которые подвергаются какой-либо механической нагрузке.
Опытные специалисты если и применяют холодную сварку, то лишь в качестве временной меры, чтобы отсрочить ремонт до ближайшего наиболее подходящего времени.
