Холодная сварка металла¶
Холодная сварка — технология соединения металлов без нагрева до температур плавления, основанная на пластической деформации контактируемых поверхностей под давлением. В отличие от термических способов (дуговой, газовой, электрошлаковой сварки), холодная сварка не создаёт сварочную ванну, не изменяет структуру металла в зоне шва и не требует источника высокой температуры. Метод применяется для получения неразъёмных соединений пластичных металлов и сплавов, а также для ремонтных работ и монтажа конструкций.
¶Физические основы
При сжатии двух металлических поверхностей происходит пластическая деформация микронеровностей, удаление оксидных плёнок и образование чистых металлических контактов. На участках соприкосновения атомы металла начинают взаимодействовать, формируя межатомные связи, аналогичные связям внутри монолитного кристалла. Для протекания процесса необходимы:
- высокое давление, превышающее предел текучести материала;
- пластичность соединяемых металлов;
- чистота и отсутствие оксидных плёнок на поверхностях.
Метод эффективен для мягких пластичных металлов — алюминия, меди, свинца, золота, серебра, олова, цинка, а также их сплавов. Сталь и чугун в холодном состоянии практически не свариваются из-за низкой пластичности и прочных оксидных плёнок.
¶Виды холодной сварки
По характеру приложения давления различают:
| Вид | Принцип | Область применения |
|---|---|---|
| Точечная | Давление в ограниченной зоне через пуансон | Соединение листов, проволоки, электрические контакты |
| Шовная (линейная) | Прокатка или прессование вдоль линии соединения | Герметичные швы на листовых деталях |
| Обжимная (фланцевая) | Осадка фланца или кромки | Трубопроводы, ёмкости, ремонт труб |
| Стыковая | Осевое сжатие торцов | Соединение прутков, труб, профилей |
¶Холодная сварка в быту и ремонте
Под термином «холодная сварка» в бытовой практике также понимают двухкомпонентные полимерные составы (клеи-«холодная сварка»), которые наносятся на подготовленную поверхность и отверждаются без нагрева. Такие составы на основе эпоксидной смолы с металлическим наполнителем (алюминиевой, бронзовой, железной пылью) применяются для ремонта корпусов, труб, деталей, работающих при невысоких температурах и нагрузках. Их не следует путать с промышленной технологией холодной сварки металлов, основанной на пластической деформации.
¶Как пользоваться холодной сваркой
¶Подготовка поверхностей
Успех соединения определяется качеством подготовки. Поверхности зачищают до чистого металла — снимают краску, ржавчину, жир, оксидную плёнку. Используют абразивные круги, шлифовальную бумагу, металлические щётки, растворители. Обезжиривание выполняют ацетоном, уайт-спиритом или изопропиловым спиртом. Чем чище и шероховатее поверхность, тем прочнее соединение.
¶Нанесение состава
Для полимерных составов компоненты смешивают в пропорции, указанной производителем (обычно 1:1), до однородной массы. Смесь наносят на обе поверхности тонким слоем, соединяют детали и фиксируют в неподвижном положении до полного отверждения. Полное набор прочности наступает через 24–72 часа в зависимости от состава и температуры.
¶Режимы для промышленной холодной сварки
При машинной холодной сварке выбирают давление и скорость деформации по справочным таблицам для конкретного материала. Для алюминия АД31, АД0 давление составляет обычно 100–300 МПа, для меди М1 — 150–400 МПа. Температура соединяемых деталей не должна превышать 0,3–0,5 от температуры плавления в кельвинах.
¶Преимущества и ограничения
К достоинствам метода относят:
- отсутствие термического влияния на металл — сохраняется структура и свойства материала;
- возможность сваривания материалов, чувствительных к перегреву;
- получение соединений с высокой электропроводностью;
- экологичность — нет дыма, брызг, излучения;
- ремонтопригодность и возможность работы в полевых условиях.
Ограничения связаны с необходимостью высоких усилий прессового оборудования, требованиями к пластичности и чистоте поверхностей, ограниченным набором свариваемых материалов.
¶Применение
Промышленная холодная сварка применяется в электротехнике (изготовление электрических контактов, соединение шин), авиационной и космической отрасли (алюминиевые и титановые конструкции), приборостроении, производстве криогенного оборудования, а также в ремонтной практике — восстановлении трубопроводов, ёмкостей, теплообменников. В быту и малом ремонте широкое распространение получили полимерные составы «холодная сварка», применяемые для заделки течей, склеивания металлических деталей и герметизации соединений.
Источники:
- Гуревич С. М. «Холодная сварка металлов»
- Патон Б. Е. «Холодная сварка»
- Справочник по сварке, под ред. Патона
- ГОСТ на холодную сварку листовых металлов
- Руководства по применению полимерных составов «холодная сварка»