Сварка давлением. Холодная сварка, контактная сварка

В ГОСТ 2601-84 сварка определяется как метод создания неразъемных соединений за счет образования между ними межатомных связей при нагревании или пластическом деформировании. В отличие от традиционных видов, которые основаны на нагревании до расплавления, сварка давлением выполняется под действием внешней силы, приложенной к месту соединения.

Методы сварки давлением разделяются на две подгруппы:

1) механические – без предварительного нагрева места соединения (ультразвуковая, трением, холодная, взрывом), когда применяется только механическая энергия;

2) термомеханические – с предварительным нагревом (контактная, диффузионная, газопрессовая), когда наряду с механической, применяется и тепловая энергия от внешних или внутренних источников теплоты.

При контакте двух тел начинается взаимная диффузия атомов. В обычных условиях обмен протекает очень медленно. При сварке давлением этот процесс ускоряется за счет трения кромок деталей под действием приложенной нагрузки. Для создания более прочных межатомных связей процесс проводят с предварительным местным подогревом. Участок, где протекает диффузия, называют зоной объединения или соединения.

Нагрев производят в печах, электротоком, индукционными установками, теплом от химических реакций, электрической дугой. Технология сварки давлением с подогревом не идентична традиционным видам. Например, при сочленении встык, кромки сначала оплавляют, затем подвергают деформации. Смесь металла со шлаком, которая выдавливается наружу после сжатия, называется гартом.

В отличие от классической технологии у сварки под давлением отмечают следующие преимущества:

1) снижение затрат, так как нет необходимости в расходных материалах (электроды, флюсы и т. д.);

2) сочленение заготовок из любых металлов, даже разнородных;

3) заготовки из материала с высокой пластичностью (медь, алюминий, свинец) можно сваривать давлением без предварительного нагрева.

Для образования качественного соединения необходимо выполнение определенных условий:

1) очистка от грязи, ржавчины, обезжиривание зоны контакта;

2) постепенное наращивание нагрузки, чтобы сначала деформировались контактирующие слои, а потом запускался процесс диффузии. Вибрационное воздействие повышает прочность шва, так как атомы получают больше энергии;

3) соблюдение равномерности температуры при работе с заготовками из легкоплавких материалов.

При соединении стальных элементов образуются химические элементы под названием интерметаллиды, которые делают шов прочнее. Они возникают, если в составе деталей содержится хром, кобальт, молибден или вольфрам. Никель не образует интерметаллидов, поэтому соединение заготовок из этого металла получается непрочным.

В качестве способов сварки алюминиевого каркаса вибростенда целесообразно рассмотреть такие виды сварки давлением, как холодная сварка и точечная сварка.

Холодная сварка для алюминия может быть применена в тех ситуациях, когда нет возможности использовать электродуговую сварку в среде защитного газа. Данная методика актуальна применительно к алюминию еще и по той причине, что заготовки из данного металла очень плохо соединяются при помощи болтов и гаек. Под понятием «холодная сварка алюминия» может подразумеваться и способ соединения деталей из данного металла при помощи деформации, и технология, предполагающая использование специального клея.

Рисунок 3 – Холодная сварка изделий из алюминиевых сплавов

Холодная сварка деталей из алюминия, выполняемая при помощи специального клеевого состава – это технология, позволяющая очень быстро и без особой подготовки поверхностей получить неразъемное соединение. Очень часто данную методику используют в тех случаях, когда необходимо устранить аварийную ситуацию и оперативно соединить алюминиевые детали. Естественно, простота данной технологии позволяет использовать ее чаще всего в домашних условиях.

Специальный состав, который применяется для выполнения такой сварки, – это двухкомпонентный клей, выпускаемый в виде мастики или густой жидкости. Состоит такой клей (его можно приобрести практически в любом хозяйственном магазине) из эпоксидной смолы и стального порошка, который служит для упрочнения формируемого соединения.

Чтобы улучшить характеристики клеевого состава для холодной сварки (адгезия с соединяемыми поверхностями, устойчивость к высоким температурам и к воздействию агрессивных сред), в его состав добавляют специальные присадки. Благодаря их использованию свойства застывшего клеевого состава часто превосходят характеристики соединяемых деталей по своей прочности и надежности.

Любой клей для выполнения холодной сварки – как жидкий, так и в виде мастики – состоит из двух компонентов, которые необходимо смешать непосредственно перед использованием. Следует иметь в виду, что применить смешанный состав необходимо в течение 20–30 минут (спустя полчаса он начинает активно затвердевать). После нанесения на поверхности деталей из алюминия клеевого состава их необходимо прижать друг к другу и выдержать в таком состоянии 40–45 минут. Полное застывание состава происходит в течение 2–2,5 часов.

Чтобы в производственных или домашних условиях получить надежное соединение при использовании клея для холодной сварки, необходимо предварительно очистить и обезжирить соединяемые поверхности. При помощи данного метода можно не только соединить плоские заготовки из алюминия, но и заварить небольшие отверстия и трещины, потратив на это минимум времени и усилий. Соединенные при помощи клея для холодной сварки детали хорошо переносят любые механические воздействия, кроме нагрузок на разрыв.

Помимо того, что клей «холодная сварка» — это простой способ соединения, он и стоит недорого. Большую популярность метод приобрёл благодаря следующим качествам:

1) быстрое, 20 — 30 мин, создание соединений;

2) отсутствие затрат на электроэнергию;

3) возможность выбора способов соединения (встык, внахлёст, заделка дефектов);

4) возможность сварки разнородных материалов;

5) соединяемые участки не деформируются.

Однако специфика метода накладывает ограничения на его использование. Применение холодной сварки клеем нежелательно:

1) в местах с высокой температурой;

2) если изделие должно быть экологически чистым;

3) для скрепления деталей, подвергающихся ударным и вибрационным нагрузкам;

4) при ремонте сосудов и труб высокого давления;

5) для восстановления изделий, эксплуатируемых в агрессивных средах;

6) если ёмкость контактирует с продуктами питания и питьевой водой.