Холодная сварка металлов: технология соединения без нагрева

Что такое холодная сварка металлов. Как работает технология соединения без нагрева. Какие металлы можно сваривать холодным способом. Преимущества и недостатки холодной сварки. Области применения метода.

Что такое холодная сварка металлов

Холодная сварка металлов — это способ соединения металлических деталей без нагрева и расплавления материала. Сварное соединение образуется за счет пластической деформации металла в зоне контакта под действием высокого давления. При этом металл остается в твердом состоянии на протяжении всего процесса.

Основные особенности холодной сварки:

• Отсутствие нагрева свариваемых деталей
• Соединение происходит в твердой фазе
• Необходимо приложение высокого давления
• Требуется тщательная подготовка свариваемых поверхностей
• Применима для пластичных металлов

Принцип работы холодной сварки

Как происходит соединение металлов при холодной сварке. Основные этапы процесса:

1. Тщательная очистка и подготовка свариваемых поверхностей
2. Сжатие деталей с высоким давлением
3. Пластическая деформация металла в зоне контакта
4. Разрушение оксидных пленок
5. Сближение атомов металла на межатомные расстояния
6. Образование металлических связей между деталями

За счет пластической деформации происходит разрушение и удаление оксидных пленок с поверхности металла. Это позволяет атомам чистого металла вступить в непосредственный контакт и образовать прочные металлические связи.

Какие металлы можно сваривать холодным способом

Холодная сварка применима не для всех металлов. Наилучшие результаты достигаются при сварке пластичных металлов с низким пределом текучести. Наиболее подходящие металлы для холодной сварки:

• Алюминий и его сплавы
• Медь
• Серебро
• Золото
• Свинец
• Олово
• Цинк
• Никель

Также возможна холодная сварка разнородных металлов, например, алюминия с медью. Это является одним из преимуществ данного метода.

Преимущества холодной сварки металлов

Холодная сварка имеет ряд важных преимуществ по сравнению с традиционными способами сварки плавлением:

• Отсутствие нагрева позволяет сохранить исходные свойства металла
• Нет зоны термического влияния и связанных с ней дефектов
• Возможность сварки разнородных металлов
• Высокая прочность соединения, близкая к прочности основного металла
• Отсутствие хрупких интерметаллидных соединений
• Возможность сварки тонких деталей
• Высокая производительность процесса

Недостатки и ограничения метода

Несмотря на преимущества, холодная сварка имеет и ряд недостатков:

• Применима только для пластичных металлов
• Требует тщательной подготовки поверхностей
• Необходимость приложения высоких давлений
• Ограничения по толщине свариваемых деталей
• Сложность получения протяженных швов
• Высокие требования к оборудованию

Оборудование для холодной сварки

Для выполнения холодной сварки используется специальное оборудование, обеспечивающее необходимое сжимающее усилие. Основные виды оборудования:

• Гидравлические прессы
• Пневматические прессы
• Механические прессы
• Ручные клещи для холодной сварки проводов
• Роликовые машины для холодной сварки листов

Выбор оборудования зависит от свариваемых материалов, толщины деталей и требуемой производительности процесса.

Области применения холодной сварки

Благодаря своим преимуществам, холодная сварка нашла применение во многих отраслях промышленности:

• Электротехника и электроника
• Авиационная и космическая промышленность
• Приборостроение
• Производство кабельной продукции
• Ювелирное дело
• Упаковочная промышленность

Холодная сварка особенно эффективна при соединении тонких листов, фольги, проводов и других деталей малого сечения.

Перспективы развития технологии

Холодная сварка продолжает развиваться и находить новые области применения. Перспективные направления развития технологии:

• Разработка новых сплавов, оптимизированных для холодной сварки
• Совершенствование оборудования для повышения производительности
• Расширение номенклатуры свариваемых материалов
• Применение в микроэлектронике и нанотехнологиях
• Комбинирование с другими методами сварки

Холодная сварка остается перспективным методом соединения металлов, особенно в тех случаях, когда нагрев нежелателен или невозможен.

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.

Холодная сварка: соединение металлов без нагрева

Когда вы думаете о процедуре сварки, первое, что приходит в голову, это, вероятно, использование тепла. Такие методы, как дуговая сварка, сварка трением, ультразвуковая сварка и лазерная сварка, так или иначе связаны с нагревом. Фактически, нагрев считается синонимом сварки и в приведенных выше примерах имеет решающее значение для соединения двух металлов вместе.

Однако это не единственный способ. Вы можете, хотите верьте, хотите нет, на самом деле сплавить металлы вместе в процессе, называемом холодной сваркой.

Обычно используется в авиации и электротехнике, он считается одним из лучших способов соединения металлов (и других материалов) вместе.

Это может показаться невозможным, но на самом деле это один из самых популярных методов сварки . Давайте узнаем об этом еще немного.

Как соединить металлы без нагрева?

Сварка под воздействием тепла эффективно  делает детали достаточно пластичными, так что может происходить диффузия атомов либо между двумя деталями, либо с другой средой в середине.  Традиционно это делается путем нагревания, но есть и другие способы заставить атомы рассеяться.

Холодная сварка — один из предпочтительных методов в авиационной промышленности. Источник:  Военно-воздушные силы правительства США / Wikimedia Commons.

Холодная сварка (также известная как сварка холодным давлением и контактная сварка) использует давление в условиях вакуума вместо нагрева для соединения двух материалов посредством процесса, называемого диффузией в твердом состоянии.

Его также можно использовать для склеивания других материалов, например пластмасс.

Однако возникает вопрос: «Сильна ли холодная сварка?» Оказывается, да.

После завершения процесса образующаяся связь обычно оказывается такой же прочной, как и у исходных материалов.

Во время процесса металл не разжижается, и материалы обычно не нагреваются до значительной степени. Однако процесс основан на необходимости удаления любых оксидных слоев с рассматриваемых металлов.

В основном это связано с тем, что металлы обычно содержат поверхностный оксидный слой, который действует как тонкий барьер на поверхности материалов, предотвращая диффузию атомов металла между металлическими частями.

Большинство металлов в нормальных условиях будет иметь некоторый оксидный слой на открытых поверхностях, даже если он не виден невооруженным глазом. Они также могут собирать слои других загрязнений, таких как жир, пыль и т. Д.

Холодная сварка решает эту проблему, подготавливая металлы перед сваркой. Процесс подготовки включает очистку или чистку металлов щеткой до такой степени, что удаляется верхний оксидный или барьерный слой.

При холодной сварке металлы должны быть как можно более чистыми от жировых и оксидных отложений. Источник: Андрезадник / Wikimedia Commons

Обычно это включает сочетание химических и механических методов. Обезжиривание, чистка проволочной щеткой. и другие методы используются, чтобы гарантировать, что любые металлические поверхности максимально свободны от оксидного слоя.

Что нужно для холодной сварки?

Как упоминалось ранее, любые металлы, которые будут подвергаться холодной сварке, сначала должны быть свободны от оксидных слоев.

Как только достигается желаемая чистота поверхности, оба материала механически прижимаются друг к другу, прилагая необходимое усилие. Это количество силы зависит от самого материала, так как некоторые материалы могут свариваться только при высоких давлениях.

Но есть и другие требования.

Одним из условий, необходимых для холодной сварки, является то, что хотя бы один из материалов должен быть пластичным и не должен подвергаться сильному упрочнению. Это, очевидно, сужает список материалов, которые могут быть кандидатами для холодной сварки.

Мягкие металлы, такие как алюминий или медь, являются лучшим выбором для холодной сварки.

Холодная сварка может использоваться для соединения разнородных металлов, таких как медь и алюминий. Источник: mtiwelding

Наиболее распространенные соединения, которые возможны при холодной сварке:

Стыковое соединение
Соединение внахлестку

В стыковом соединении удаление барьерного слоя металла не требуется, поскольку пластическая деформация, возникающая в процессе соединения, автоматически разрушает барьер.  Этот тип соединения чаще всего применяется к металлам, таким как алюминий или медная проволока, диаметром от 0,02 дюйма (0,5 мм) до 0,4 дюйма (10 мм).

С другой стороны, соединения внахлестку требуют специальной обработки, потому что в противном случае материалы не будут прилипать друг к другу. Соединения внахлест чаще используются при сварке листов вместе или листов со стержнями.

Холодная сварка также обычно используется с проволокой, включая алюминий, медь, цинк, латунь 70/30, никель, серебро, серебряные сплавы и золото.

История холодной сварки

Впервые холодная сварка была официально признана еще в 1940-х годах, но есть некоторые свидетельства того, что она может иметь и более раннее происхождение.

В 1724 году, например,  преподобный Дж. И. Дезагюльерс, похоже, успешно сварил два металла методом холодной сварки. Он показал, что когда он сжимал и скручивал вместе два свинцовых шарика одинакового диаметра, они прилипали друг к другу. Суставы были несколько неустойчивыми, но оказались такими же прочными, как и у исходных свинцовых шаров.

Ограничения холодной сварки

Как бы ни была полезна холодная сварка, она далеко не без ограничений — как и любой другой вид сварки .

Холодная сварка имеет ряд преимуществ перед другими видами сварки. Источник:  NZ Defense Force / Flickr.

Идеальной холодной сварки добиться очень сложно. Это происходит по нескольким причинам, включая оксидные слои, которые образуются на поверхности металла в атмосферных условиях, неровности поверхности, поверхностное загрязнение и многое другое. Достижение идеальных условий может оказаться труднодостижимым и дорогостоящим, особенно для крупномасштабных сварочных проектов.

Оптимальная холодная сварка возможна только в том случае, если две прижимаемые друг к другу поверхности чистые и не содержат каких-либо загрязнений. Это требует дополнительных подготовительных шагов и может занять некоторое время.

Кроме того, чем ровнее и ровнее поверхность, тем легче и равномернее будет сварной шов. Идеально ровная и гладкая поверхность не всегда возможна, особенно в микро- и наномасштабе.

Еще одно ограничение — это типы металлов, которые можно сваривать в холодном состоянии. По крайней мере, один из них должен быть пластичным, а цветные мягкие металлы — единственные реальные кандидаты, пригодные для холодной сварки. Медь и алюминий — два наиболее часто свариваемых методом холодной сварки.

Металлы, содержащие углерод, обычно исключаются из возможности холодной сварки.

Преимущества использования холодной сварки

Наиболее заметным преимуществом холодной сварки является то, что полученные сварные швы имеют такую ​​же прочность сцепления или очень близкую к прочности соединения основного материала . Этот подвиг очень сложно воссоздать в других формах обработки металла без полного плавления и переделки.

Холодная обработка также может использоваться для сварки алюминиевых сплавов серий 2ххх и 7ххх , которые нельзя сваривать плавлением из-за их склонности к горячему растрескиванию и  которые могут быть очень трудно соединить с другими видами сварки.

Пример ручного аппарата для холодной сварки. Источник:  Сварочные аппараты холодным давлением с ШИМ / YouTube

В промышленности холодная сварка известна своей способностью сваривать вместе алюминий и медь, которые также часто трудно сваривать с помощью других методов сварки. Однако связь, созданная между двумя материалами при холодной сварке, очень прочная.

Холодная сварка обеспечивает чистые и прочные швы без образования хрупких интерметаллических соединений.

Применение холодной сварки

Холодная сварка в основном применяется в сварочной проволоке. Поскольку при этом не требуется тепла и процесс может быть выполнен быстро, холодная сварка может обеспечить идеально свариваемую проволоку, в основном из алюминия, меди, латуни 70/30, цинка, серебра и серебряных сплавов, никеля и золота.

Существуют даже портативные инструменты , которые можно использовать для холодной сварки проволоки, что делает их очень портативными и простыми в использовании — разумеется, после того, как металлические поверхности были достаточно очищены.

Холодная сварка также используется в случаях, когда необходимо соединить разнородные металлы, например, между медью и алюминием.

Холодная сварка обеспечивает один из самых прочных сварных швов для создания соединений, подобных основному металлу. Не требует тепловой энергии и специальных инструментов. Среди наиболее популярных методов сварки холодная сварка показывает, что нагрев не требуется, если вы соединяете определенные типы материалов.

 

Source: interestingengineering

Теги: МеталлыПроизводственные технологииПромышленные технологии

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

Соединение металла с небольшим нагревом или без него называется холодной сваркой. Это интересный метод сварки , где работают физика и понимание материаловедения.

Здесь мы узнаем, что такое холодная сварка, как она работает и какие металлы мы можем сваривать?

Как определить холодную сварку?

Процесс холодная сварка 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 сближает 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.

Чтобы получить такой результат, нам нужна очень чистая металлическая поверхность, близкая к идеальной. 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

✦ Отличный 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 сварки неровных поверхностей и может дать наилучшие результаты только на плоских поверхностях.

Для чего используется холодная сварка?

Этот 9Процесс сварки 0005  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 подземного провода, 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 больший ущерб или может быть связано с опасностью 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 достаточном давлении 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 процесс сварки холодной проволокой удаляет загрязнения почти идеально и точно.

Принадлежности 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, химикатами 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 шва будет нарушена, если очистка поверхностей будет недостаточной и нерегулярной. В таких ситуациях, как холодная сварка или соединение проволоки, можно легко добиться стабильного соединения.

Возможность сварки

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

✦ Может сваривать почти все металлы

Более широкое применение в промышленности

Особенности холодной сварки

✦ Нет необходимости в нагреве

✦ Нет необходимости в электрической дуге

✦ Требуется высокое давление

✦ Возможна сварка только цветных металлов без углерода

900 Ограниченное применение

900 

Что 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 гранецентрированную кубическую структуру 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 названное холодной сваркой и создающее 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 CMT используется электрическая дуга и присадочный металл, и он может быть полезным инструментом, когда 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 с основой и активатором в виде двух компонентов. 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, можно сваривать в холодном состоянии. 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. Необходимые для этой сварки металлы должны быть пластичными, с ровной поверхностью, без окислов, гладкими.
 
Несмотря на упомянутые 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

Холодная сварка называется уникальной техникой соединения, позволяющей создавать прочные соединения без использования тепла.

История холодной сварки восходит к бронзовому веку около 700 г. до н.э., но тогда она находилась в зачаточном состоянии. Первый задокументированный научный эксперимент был проведен в 1724 году преподобным Дж.И. Он сжал 2 свинцовых шарика вместе, чтобы образовать прочное соединение.

Если проблемы будут преодолены своевременно, холодная сварка может обеспечить прочную связь между разнородными металлами и даже некоторыми несвариваемыми марками алюминия.

Это может быть полезно для соединения проводов, аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Спасибо, что уделили немного времени для прочтения материала.

Помните, однако, что вы всегда можете перейти на следующий уровень с дополнительным материалом для чтения

Похожие сообщения:

Лучший материал для сварки

12 различных типов сварочных процессов [Полное руководство]

Процедура сварки чугуна [Пошаговое руководство]

Ссылки …

Холодная сварка – Wikipedia

Холодная сварка — это явление сплавления двух металлических частей при контакте. Это большая проблема в космосе, но это может произойти даже на Земле при комнатной температуре с правильным металлом, как демонстрирует Коди.

Бонусное видео: холодная сварка золотом:

Бонусное бонусное видео: чтобы узнать больше о проблеме в космосе, в этом объяснителе подробно описаны способы избежать проблемы, если вы планируете космическое путешествие в ближайшее время.

• Холодная сварка в атмосфере (ожидаются вакуумные испытания) (YouTube / Cody’sLab)

• Марсоход НАСА Curiosity обнаружил этот массивный железо-никелевый метеорит на горе Шарп на Красной планете. По прозвищу «Какао», его диаметр оценивается в один фут. Из Science Alert: Железо-никелевые метеориты… ПРОЧИТАЙТЕ ОСТАЛЬНУЮ

• Совершите видеоэкскурсию по фабрике звукозаписи и посмотрите на увлекательный процесс вблизи, шаг за шагом. Создание виниловой пластинки — это точная наука, потому что если… ПРОЧИТАЙТЕ ОСТАЛЬНУЮ

• Яблоки Redlove тоже красные внутри. Если вам удастся заполучить некоторые из этих праздничных яблок, они станут идеальной закуской на День святого Валентина.