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%

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:

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.

Как использовать «Холодную сварку»? | Эксклюзивный представитель ABRO в России на территории ПФО, УФО, СФО и ДВФО

В повседневном обиходе, «Холодной сваркой» принято считать эпоксидный пластилин для склеивания различных материалов, таких как металл, дерево, керамику, стекло, пластик, многое другое…

Применение «сварки» практически безгранично.
Например, благодаря своим высокотемпературным свойствам, ее широко применяют в экстренном авто-ремонте, таких как протекший радиатор, прогоревший глушителей, пробитый корпус аккумулятора или даже поддон картера.
Так же, можно применять в быту практически для любых работ связанных с мебелью и сантехникой.
Сегодня, мы рассмотрим весь технологический процесс использования «Холодной сварки» разобрав его до мельчайших подробностей.

Что понадобится:

Холодная сварка- представляет собой эпоксидный клей-шпаклевку с упрочняющей добавкой стального порошка. Склеивает металл, дерево, керамику, стекло, пластик. Устойчивая к агрессивным средам холодная сварка сохраняет свои свойства до температуры 260°С. Безотходная и проста в применении.

Электрические свойства:
Объемное удельное сопротивление холодной сварки- 5×1015 oм-см
Электрическая прочность — 400 в/мм 0,1215 м
Физические свойства:
— плотность холодной сварки- 1,9 гр/см3;
— прочность на сжатие — 1176 атм;
— прочность на разрыв — 392 атм;

Сварка увеличивает свой объем при затвердевании, т. е. возникает эффект пробки. Таким образом, возможен ремонт при вытекании жидкости из поврежденного агрегата или даже под водой, поэтому холодная сварка универсальная ABRO незаменима при ремонте любой сантехники, починке катеров и яхт.
После отвердевания холодная сварка допускает обработку на токарном станке, шлифовку, сверление, нарезку резьбы, а также покраску. С помощью холодной сварки ABRO вы легко восстановите отломанную или потерянную деталь

— модуль упругости — 3,9×104 атм;
— прочность на сдвиг — 52 атм;
— максимальная температура — 260°С.
Состав: металло- и керамикополимерные компаунды на основе эпоксидных смол.

Работа:

1. Упаковка холодной сварки представляет собой герметичный контейнер, позволяющий неоднократно использовать средство.

2. Открываем крышку

3. Аккуратно достаем этикету «АBRO STEEL» она является инструкцией к применению

4. Внимательно знакомимся с инструкцией

5. Очистим и обезжирим поверхность перед применением. Для лучшей адгезии придадим ей шерховатость

6. Достанем брусок сварки

7. Отрежем необходимое количество состава, сделав разрез строго перпендикулярно.

8. Разрезав брусок, мы увидим двойную консистенцию сварки.

9. Хорошо очищаем от упаковки

10. Смочив руки водой, смешиваем составы сварки подобно пластелину, до образования однородного состава

11. Наносим холодную сварку на поверхность, придав ей необходимую форму

12. Затвердевает холодная сварка от 1 часа до 1 суток, в зависимости от толщины, температуры и т. д. После применения, аккуратно запакуйте «Холодную сварку» обратно в упаковку. Таким образом, она прослужит вам еще долго и будет так нужна в самый ответственный момент

На этом все, здоровья вам и вашей машине! Пока!

Объяснение холодной сварки | Fractory

Холодная сварка — это процесс сварки в твердом состоянии, при котором для соединения двух или более металлических поверхностей требуется небольшое количество тепла или вообще его не требуется. Первое научное доказательство холодной сварки было зарегистрировано в 1724 году, когда два свинцовых шарика были соединены вместе путем их скручивания после соприкосновения. В 1940-х годах процесс холодной сварки был официально признан общим явлением для материалов, при котором две чистые металлические поверхности, спрессованные вместе, прилипали к контакту в вакууме.

Несмотря на то, что на освоение холодной сварки ушли годы, она стала незаменимой техникой для некоторых отраслей промышленности, являясь простым, но оригинальным процессом.

Что такое холодная сварка?

Нахлесточные соединения холодной сварки имеют уменьшенное поперечное сечение; стыковые соединения создают заусенец, который впоследствии удаляется.

Холодная сварка, также известная как холодная сварка давлением или контактная сварка, представляет собой процесс сварки, при котором две чистые металлические поверхности соединяются вместе с использованием достаточного давления для создания металлургических связей. В отличие от других процессов сварки, в которых используется тепло и расплавленный материал для сплавления металлов, холодная сварка позволяет соединять металлы без тепловой энергии, создавая почти идеальное соединение между материалами.

В нормальных атмосферных условиях поверхность металла вступает в реакцию с кислородом, образуя оксидный слой. Этот оксидный слой действует как барьер, который не позволяет атомам образовывать связь. Для очистки металлов для холодной сварки оксидный слой удаляют скалыванием, очисткой щеткой или другими механическими и химическими методами.

Металлы должны быть хотя бы в некоторой степени пластичными и не подвергаться сильной закалке. Еще одним ограничением этого процесса является то, что металлы не могут содержать углерод. Холодная сварка работает лучше всего, когда она проводится в вакууме, где нет кислорода.

Некоторые люди не знакомы с холодной сваркой, так как это нетрадиционный сварочный процесс, отличающийся от общего представления о сварке, где задействовано тепло. Лучше всего понять некоторые так называемые методы холодной сварки, которые на самом деле представляют собой процессы горячей сварки, в которых используется либо проводящий электрод, либо поверхность.

Холодный перенос металла

Холодный перенос металла — это процесс дуговой сварки плавлением, в котором для создания сварных соединений используется электрическая дуга. Этот процесс сварки MIG ошибочно называют холодной сваркой, поскольку тепло, подаваемое в сварочную ванну, составляет 9На 0% меньше, чем при обычном процессе MIG.

Холодная сварка ВИГ

Так называемая холодная сварка ВИГ достигается за счет значительного снижения тепловложения и точного приложения электрической дуги к крошечному участку всего за долю секунды. Тепло быстро рассеивается, поэтому этот метод не имеет плавления и эффективен только при соединении тонких металлических листов.

Процесс холодной сварки

Предварительным условием процесса холодной сварки является очистка металлов путем удаления оксидных слоев с поверхности с помощью проволочной щетки или резки поверхностей. После удаления загрязнения с поверхности металлы можно спрессовать вместе под высоким давлением с помощью промышленных машин.

Эта процедура сварки работает на микроструктурном уровне между атомами металла, так как электроны будут передаваться между двумя чистыми поверхностями, которые соприкасаются. Соединение холодной сварки прочное, с небольшим количеством примесей и шероховатостей, но также может быть заметно слабее, если присутствуют загрязнения или неровности поверхности.

Кроме того, время между подготовительным процессом очистки металлов и фактическим процессом холодной сварки имеет решающее значение. Это временное окно короткое, так как атомы на чистой поверхности металла начинают реагировать с атмосферой. Длительное воздействие может оставить исключительное количество примесей, которые позже повлияют на прочность соединения. Эти примеси можно выявить с помощью различных методов неразрушающего контроля.

Для этого относительно простого метода сварки требуется лишь небольшое количество инструментов: проволочная щетка для удаления поверхностного оксидного слоя и аппарат для холодной сварки давлением, чтобы обеспечить контакт только что открытой металлической атмосферы.

Аппарат для холодной сварки давлением

Аппарат для холодной сварки давлением в действии

Типичная машина для холодной сварки давлением содержит механизм приложения давления (пробивной пресс), штамп или штампы, которые действуют как направляющие для металлов, ролики для проволоки или листов, а также статическую нагрузку для приложения давления либо механически, либо пневматически.

При холодной сварке проволоки для проволоки выбирается матрица нужного размера, которая затем помещается в машину для холодной сварки. В большинстве случаев машины для холодной сварки проволоки оснащены гильотиной для обрезки/отрезания концов металла для удаления оксидных слоев и получения плоских поверхностей.

Затем две проволоки или полосы соединяются под высоким давлением. Вспышка создается в области контакта между двумя металлическими поверхностями, и лишние металлы удаляются. Проволока для холодной сварки и очень тонкие листы полностью используются в полупроводниковой промышленности, где детали компактны и чувствительны.

Размеры аппаратов для холодной сварки давлением могут сильно различаться в зависимости от типа и размера материала. Они могут варьироваться от ручных устройств, которые в основном используются для холодной сварки медных проводов, до машин с пневматическим управлением.

Металлы, подходящие для холодной сварки

Металлы с аналогичной металлической структурой и цветные мягкие металлы лучше всего подходят для холодной сварки, но также возможно соединение разнородных металлов. Вот некоторые из наиболее распространенных металлов, которые часто подвергаются холодной сварке:

Применения для холодной сварки

Наноразмерная холодная сварка

Ультратонкие золотые нанопроволоки могут быть соединены в течение нескольких секунд посредством механического контакта. Испытания показали отличные результаты, поскольку сварные швы имеют ту же ориентацию кристаллов и механические свойства, что и остальная часть нанопроволоки. Наноразмерная холодная сварка также выполнялась между золотом и серебром и серебряными сплавами, что указывает на то, что при дальнейших исследованиях этот процесс может быть общеприменимым.

Аэрокосмическая и автомобильная промышленность

Эти отрасли промышленности постоянно ищут сочетания легких и функциональных материалов для повышения производительности, снижения расхода топлива и т. д. Здесь на помощь приходит холодная сварка, особенно при сварке алюминия и нержавеющей стали. Этот метод позволяет не подвергать материалы чрезмерному нагреву, тем самым снижая риск слишком хрупкого строения.

Подземные кабельные линии

Холодная сварка является исключительным решением в ситуациях, когда попадание тепла в окружающую среду может быть опасным. Хорошо известным примером является безопасное соединение подземных проводов с помощью холодной сварки, когда тепло может быть опасным, так как оно может вступить в контакт с взрывоопасными газами.

Обрабатывающая промышленность

Теплообменники, используемые для охлаждения, используют холодную сварку при выполнении трубчатых проходов в крупногабаритных листах. Некоторые устройства для хранения или упаковки также используют холодную сварку при создании соединений встык или внахлестку. Дополнительным преимуществом является то, что соединение металлов без нагревания помогает сохранить целостность материалов.

Преимущества холодной сварки

1. Холодная сварка позволяет получить чистые и прочные швы. Прочность созданной связи близка к основному металлу, если не такая же.

2. Холодная сварка не создает зоны термического влияния (ЗТВ), что ослабляет структуру металла.

3. Холодная сварка позволяет соединять разнородные металлы, такие как сплавы меди и алюминия.

4. Процесс идет быстро, практически без деформации и коробления металлов.

5. Работы по холодной сварке могут выполняться в термочувствительных средах, где использование других сварочных процессов не считается безопасным.

Недостатки холодной сварки

1. Холодная сварка требует много времени на подготовку к очистке металлов.

2. Холодной сварке можно подвергать только определенные материалы. Металлы должны быть пластичными и не содержать углерода.

3. Холодная сварка неровных поверхностей сложна, процесс дает наилучшие результаты при выполнении на плоских поверхностях.

4. Прочность соединения может быть легко снижена из-за загрязнения. Это может быть вызвано оксидными слоями, неровностями поверхности и другими непредвиденными причинами.

5. Часть материала теряется при подготовке (стрижка, резка, чистка щеткой)

Непреднамеренная холодная сварка

Холодная сварка дает наилучшие результаты, когда процесс выполняется в вакууме, то есть без кислорода. Вот почему бывают случаи, когда в деталях космических кораблей случайно применялась холодная сварка.

Космический корабль «Галилео» — прекрасный пример инженерного решения, в котором не учитывалась возможность случайной холодной сварки. Это чуть не помешало всей операции и обошлось НАСА в миллиарды долларов. 9 октябряВ 1989 году был запущен Galileo для сбора информации о Юпитере. Когда они, наконец, достигли планеты после 18 месяцев космического путешествия, три из восемнадцати специализированных антенн, которые должны были развернуться, были спонтанно сварены вместе.

Части подвижной конструкции антенны со временем очищались из-за нехватки кислорода и сплавлялись вместе, когда части соприкасались под высоким давлением. Относительное движение между поверхностями не исключает возможность возникновения холодных сварных швов. Это означает, что холодная сварка может происходить одновременно с истиранием и истиранием, поскольку металлы подвергаются повторяющимся ударам и вибрациям.

В настоящее время приняты контрмеры для предотвращения случайной холодной сварки. Некоторыми ключевыми областями, на которых дизайнеры и инженеры сосредотачиваются для предотвращения нежелательного сплавления, являются выбор материалов, смазка, покрытие и уменьшение контактной поверхности.

С другой стороны, явление холодной сварки позволяет астронавтам эффективно выполнять любые необходимые ремонтные работы вне космического корабля.

Важные моменты, которые следует помнить

В отличие от других методов сварки, при которых металлы подвергаются жидкой или расплавленной фазе (дуговая сварка, сварка трением, точечная сварка и т. д.), холодная сварка позволяет соединять металлы без нагрева. Этот процесс характеризуется равномерный и прочный результат, так как не оставляет зоны термического влияния в сварном шве. Хотя для получения отличных результатов очень важно удалить оксидные слои и устранить любые неровности поверхности. Имейте в виду, что процесс лучше всего выполнять в вакууме.

Холодная сварка помогает решить некоторые сложные проблемы, с которыми сталкиваются некоторые отрасли промышленности, но она далека от совершенства, поскольку имеет некоторые ограничения в отношении материалов. Его нельзя проводить на металлах, содержащих углерод в любой форме. Это основной ограничивающий фактор, поскольку мягкая сталь является наиболее свариваемым металлом.

Что такое холодная сварка и как работает аппарат для холодной сварки?

Соединение металла с небольшим нагревом или без него называется холодной сваркой. Интересный метод сварка  где работают физика и материаловедение.

Здесь мы узнаем, что такое холодная сварка? и Как это работает и какие металлы мы можем сваривать?

Как определить холодную сварку?

Процесс холодной сварки не требует подвода тепла для соединения металлических заготовок. Металл не расплавляется ни на одной стадии и остается в твердом состоянии. Таким образом, холодная сварка обозначается как процесс сварки в твердом состоянии. Энергия, необходимая для соединения металла, прикладывается в виде давления. Холодная сварка никогда не имеет металла в расплавленном состоянии по сравнению со сваркой плавлением или дуговой сваркой и сваркой трением.

Приложение давления максимально приближает металлические поверхности. Степень давления делает нанорасстояние неважным, атомы металла перескакивают с одного образца на другой. Это приводит к почти идеальному соединению без каких-либо последствий, и две металлические детали становятся однородной связкой.

Для получения такого результата нам нужна очень чистая металлическая поверхность, близкая к совершенству. Поскольку каждый металл имеет оксидный слой, который необходимо удалить перед началом холодной сварки. Мы обсудим это более подробно, но давайте сначала разберемся в плюсах и минусах процесса.

Преимущества холодной сварки

• Это идеальный способ сварки алюминия.
• Соединение алюминия и меди является отличным преимуществом при холодной сварке.
• Здесь отсутствуют околошовная зона и зона сосредоточенного тепла дуговой сварки.
• Почти идеальное сварное соединение без интерметаллического хрупкого соединения, микротрещин и других дефектов.
• Соединение разнородных металлов, которые трудно сварить другим способом.
• Может сваривать экзотические металлы, такие как медь, золото и т. д.
• Сила умения снижена.

Недостатки холодной сварки

• Требуется тщательная очистка поверхностей.
• Требуется несколько громоздких операций по очистке и подготовке.
• Загрязнения, неровные поверхности и наноразмерные структуры могут ухудшить результаты.
• Не запускается для промышленной установки из-за воздушной пыли и мусора.
• Не подходит для сварки углеродистой стали и твердых металлов, подходит только для цветных металлов, таких как медь, алюминий, свинец, золото и т. д.
• Не подходит для неровных поверхностей и может дать наилучший результат только на плоских поверхностях.

Для чего используется холодная сварка?

Этот процесс сварки используется во многих отраслях, включая аэрокосмическую, электронную и автомобильную. Случаи, когда требуется соединение разнородных металлических проволок, лучше всего подходят для всех сварочных процессов.

Холодная сварка лучше всего подходит для прокладки подземной проволоки, когда существует опасность пожара, выброса горючих газов во время процесса сварки плавлением.

Это идеальное решение для герметизации контейнеров со взрывчатыми веществами, которые в противном случае чувствительны к теплу. Считается, что холодная сварка используется там, где тепло может причинить больше вреда или может привести к опасности перегрева.

Как работает холодная сварка?

Этот процесс сварки соединяет металл при температуре окружающей среды без выделения тепла и прохождения электрического тока в месте соединения. Приложение силы к металлическим образцам устраняет шероховатость поверхности и устраняет неровности на поверхности. Но основная причина применения давления — усилить межатомное притяжение между металлическими поверхностями.

Для начала холодной сварки необходимо удалить оксидные слои с обоих металлов. Каждый металл неизбежно образует на поверхности оксидный слой, который делает внутренний металл чистым и недоступным. Прессование двух окисленных, грязных медных деталей не приведет к получению сварного шва.

После тщательной очистки поверхностей при приложении достаточного давления металл превращается в однородную металлургическую связку. Новообразованный металл действует как однородный кусок рядом с основным металлом. Для этого нужна исключительная чистота и отсутствие неровностей поверхности.

Этот уровень однородности может быть достигнут главным образом с помощью сварочной проволоки только потому, что в процессе сварки холодной проволокой загрязнения удаляются почти идеально и точно.

Основы для холодной сварки

Первоначальная очистка металлических поверхностей и точная геометрия шва являются основными предпосылками. Чистые и ровные поверхности стыков обязательны, поэтому желательны плоские и неправильные свободные формы. Оксидный слой и загрязнения, как правило, удаляются обезжириванием, проволочной щеткой, химическими веществами и т. д. 

Масло и жир с металлических поверхностей необходимо удалить перед очисткой металлической щеткой. Этот процесс необходим, иначе щетка может протолкнуть эти примеси глубже в металлы.

После того, как мы очистим масла, мы можем приступить к очистке оксидного слоя. В зависимости от характеристик металла могут быть рекомендованы различные материалы щетины и типы щеток.

Достаточно ли прочна холодная сварка?

Определенно, холодный сварной шов не уступает по прочности основному металлу, если он выполнен должным образом после необходимой подготовки. Прочность холодного сварного соединения зависит от свойств металла. Холодная сварка не может превзойти первоначальную прочность металла, как при других методах сварки плавлением.

Прочность соединения будет поставлена ​​под угрозу, если очистка поверхностей будет недостаточной и нерегулярной. В таких ситуациях, как холодная сварка или соединение проволоки, стабильное соединение может быть достигнуто легко.

Возможность сварного соединения

В силу того, что давление холодной сварки лучше работает с большой контактной поверхностью, его лучше всего использовать для стыковых и нахлесточных соединений. Соединение сварочной проволоки и трубы выполняется встык, потому что легко обрезать концы, закрепить чистый металл и прижать проволоки друг к другу.

В случае стыковой сварки зазор между точками зажима и контактной поверхностью не должен быть большим, так как мягкие металлы могут изгибаться вбок вместо соединения.

Соединение внахлест сложно выполнить при холодной сварке. Металлические листы, сжатые вместе, уменьшат толщину из-за давления. Возможны потери до 50% толщины при расчете по проекту. В противном случае конечный материал не будет соответствовать требованиям проекта.

Даже если наш сварной шов безупречен, утончение детали не может быть неприемлемым. Рассчитайте результирующую толщину, учитывая пластичность и мягкость металла.

Аппарат для холодной сварки проволоки

Аппарат для холодной сварки проволоки малого диаметра, как правило, является оборудованием с ручным управлением. Для металлов большего диаметра может потребоваться пневматический или электропневматический метод. Большинство этих машин, которые работают с проволокой, полосами и прутками, являются переносными.

Использование пневматического усилителя в переносных машинах для холодной сварки создает сильное давление. Со стороны оператора находится сварочная головка. Рабочая головка расположена в верхней части машины и действует как сварочная головка, контролируя приложенное давление и поддерживая стабильность.

После того, как матрица помещена и закреплена в гнезде матрицы, провода или стержни подаются по бокам. Приложение давления заставляет матрицу обжимать провод вблизи концов и плотно прижиматься друг к другу. Давление здесь выдавило примеси из их ядер наружу. Таким образом, проволока для холодной сварки создает лучшее соединение, чем сварка листового металла. Это связано с малыми поверхностями соединения проводов, в отличие от листов.

Приложение давления не менее 4 раз для выдавливания всех примесей. Процесс определяется как принцип множественных нарушений. После того, как провода склеены, мы можем удалить их из машины и удалить остатки вокруг области соединения.

Горячая сварка и холодная сварка

Процесс горячей сварки включает в себя такие этапы, как электрическая дуга, сопротивление, активное пламя, плавление и плавление металла. Холодная сварка — это плавление под давлением и лучше всего подходит для цветных металлов.

Особенности горячей сварки

• Требуется тепло
• Требуется электрическая дуга
• Давление не требуется
• Можно сваривать почти все металлы
• Более широкое применение в промышленности

Особенности холодной сварки

• Нет необходимости для тепла
• Нет необходимости для электрической дуги
• Высокое давление не требуется
• . можно и что нельзя сваривать холодной сваркой?

  Список металлов, которые можно сваривать в холодном состоянии, включает алюминий, медь, свинец, цинк, латунный сплав, серебро, никель, платину, серебряный сплав и золото. Он может сваривать алюминиевые сплавы серий 2xxx и 7xxx, что в противном случае невозможно.

  Холодная сварка лучше всего подходит для сварки металлов, которые имеют гранецентрированное кубическое расположение атомов и медленно затвердевают. Пластичные металлы подходят для холодной сварки, как указано в приведенном выше списке.

  Невозможно сваривать углеродистую сталь, сплав, содержащий углерод. Поскольку углеродистая сталь является наиболее свариваемым металлом, применение холодной сварки ограничено.

  Виды холодной сварки

  Холодная сварка не имеет разных видов . Есть методы с аналогичным названием, ошибочно принимаемые за холодную сварку. Пришло время взглянуть на эти методы, чтобы понять их.

  1. Холодная сварка ВИГ

  Этот метод не имеет отношения к холодной сварке. Некоторые аппараты для сварки TIG имеют холодную настройку, ограничивающую подачу тепла. Этого можно добиться, применяя крошечное пятно дуги в течение доли секунды.

  Температура здесь остается минимальной, так как генерируемое тепло быстро рассеивается с металлом с высокой проводимостью в металле, таком как алюминий. Это полезная техника для соединения очень тонких листов металла и проволоки. Аналогичные результаты могут быть достигнуты с помощью сварочных аппаратов TIG с настройками импульса.

  Мы можем получить низкотемпературную сварку TIG, установив очень низкий импульсный ток и большое время между импульсами, но холодная сварка является лучшим выбором.

  Холодная сварка по сравнению со сваркой ВИГ
  2. Холодный перенос металла

  При холодном переносе металла дуга используется для создания соединения, как сварка плавлением. Это неправильное название, ошибочно обозначенное как холодная сварка, что создает путаницу. Это процесс сварки MIG, который требует на 90% меньше тепловложения по сравнению с обычным процессом сварки MIG.

  Метод холодного переноса металла очень холодный и решает многие проблемы реальных методов холодной сварки. Мы должны быть осторожны в определении двух методов.

  В настоящем процессе СМТ используется электрическая дуга, присадочный металл, и он может быть полезным инструментом там, где сварка холодным давлением невозможна. CMT требует точности в выборе присадочной проволоки для контроля подвода тепла.

  3. J B Weld

  Торговая марка JB Weld из группы эпоксидных связующих систем для стеклопластика, металла, бетона, кирпича и т. д. Ее можно назвать оригинальной формулой холодной сварки, но на самом деле она не делает сварной шов между металлами.

  Здесь два металла не сливаются в однородную массу за счет межатомного притяжения, как в процессе холодной сварки.

  Металлические детали просто слипаются, но не свариваются вместе. Этот JB Weld представляет собой эпоксидную смолу, состоящую из двух компонентов: основы и активатора. Смешиваем и наносим поверх металлических концов, закрепляем зажимами и начинаем отверждение.

  Обеспечивает слабое соединение с прочностью 5020 PSI по сравнению с электродом E6010.

  Это не холодная сварка, а процесс, при котором возможен мелкий ремонт в доме.

  Часто задаваемые вопросы
  Какие металлы можно сваривать холодной сваркой?
  

  Металлы, обладающие высокой пластичностью, могут подвергаться холодной сварке. Этот метод очень удобен для соединения алюминия, особенно таких марок, как серия 7XX, которые иначе не свариваются. Латунный сплав 70/30, цинк, медь, никель, серебро, серебряные сплавы и золото в качестве проволоки.
   
  Холодная сварка может соединять такие металлы, как нержавеющая сталь, после приложения большого давления. Углеродосодержащие металлы не подлежат холодной сварке.

  Достаточно ли прочна холодная сварка?

  При неточной подготовке и условиях холодная сварка может дать такой же прочный шов, как и основной металл. Для этой сварки необходимо, чтобы металлы были пластичными, с ровной поверхностью, без окислов, гладкими.
   
  Несмотря на указанные факторы, холодная сварка позволяет создавать максимально прочные сварные швы.

  Создает ли холодная сварка постоянный шов?

  При правильных и благоприятных обстоятельствах холодная сварка может обеспечить неразъемный шов. Если все сделано правильно, холодный сварной шов остается постоянным, и переворачивание может повредить заготовку.
   
  Прочность соединения зависит от подготовки, если ее не выполнить должным образом, соединение может выйти из строя.

  Заключение

  Уникальная технология соединения, позволяющая создавать прочные соединения без использования тепла, называется холодной сваркой.