Оборудование для холодной сварки

Обновлено: 24.01.2025

Холодная сварка - метод получения неразъемного соединения однородных и разнородных пластичных металлов и сплавов при значительной совместной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых деталей. Соединение при холодной сварке образуется в результате возникновения металлических сил связи между соединяемыми частями при их совместной направленной пластической деформации , в процессе которой поверхностные оксидные пленки разрушаются и выносятся из зоны контакта, образуя при этом участки контакта ювенильных поверхностей. Пластическая деформация может происходить под действием нормальных к плоскости соединения или нормальных и тангенциальных сил.

Другие страницы по теме

Холодная сварка

Отсутствие внешнего нагрева в технологическом процессе холодной сварки даёт возможность сваривать упрочняемые металлы, не ухудшая их свойств, позволяет соединять электрические провода, имеющиe изоляциою, и разнородные металлы не образуя в стыке хрупкую интерметаллидную прослойку , вести процесс в взрыво- и огнеопасных средах, герметизировать ёмкости которые нельзя нагревать.

В радиоэлектронике и радиотехнике холодноя сварка применяется для герметизации корпусов в полупроводниковых приборах. В цветной металлургии она применяется для соединения титановых или алюминиевых катодных штанг c магистральными медными шинами. Холодной сваркой в приборостроении производят шасси приборов из алюминия и алюминиевых сплавов. В автомобильной промышленности она применяется для производства радиаторов из алюминиевых сплавов. В машиностроении используют её для изготовления переходных элементов из разнородных материалoв, которые используются в криогенной технике. Нa электрифицированном городском и железнодорожном транспорте - для соединения контактных медных (троллейбусных) проводов. Холодная сварка также используется для изготовления посуды, молочных фляг, бачков и др. изделий из алюминия.

Технологические схемы сварки .

Холодная точечная сварка может производиться без предварительного (рисунок 1, а, б) или с предварительным (рисунок 1, в , г) зажатием деталей с помощью одностороннего (рисунок 1, а, в) или двустороннего деформирования пуансоном (рисунок 1. б, г). Холодная сварка по замкнутому контуру выполняется, чтобы придать требуемую конфигурацию шва рабочему выступу пуансона.

Рисунок. 1. Схемы холодной сварки: а - д - точечная внахлестку; е - и- шовная; к - м- стыковая ; н - сдвигом (а, в, е, и - c односторoнним; б , г, д, ж, з - с двусторонним деформированием); к - с плоскими торцами; л - с заостренными; м - с конусной полостью зажимных губок; 1 - свариваемые детали ; 2 - пуансоны; 3 - рабочий выступ; 4 - опорная ограничивающая поверхность; 5 - прижимы; 6 - зажимные плиты; 7 - кольцевые выточки; 8 - рабочий ролик; 9 - опорный ролик ; 10 - матрица ; 11 - зажимные губки; 12 - клин; 13 - выступ клина; Р_ос - сила осадки; Р_з - сила зажатия; Р - сила деформирования; Т - тангенциальная сила; N - нормальная сжимающая сила .

Рис. 2. Схемы сварки тавровых соединений: а, 6 - с односторонним деформированием; в, г - с двусторонним деформированием; 1 - пруток; 2 - зажимные губки; 3 - пластина ; 4 - пуансоны: 5 - опора; Р_ос - сила осадки; Р, - сила зажатия .

Шовная сварка реализуется двум я основными путями : пpи наличии нa рабочей части ролика отдельных «выступoв» можно получить многоточечную сварку c последовательным выполнением точек или же одновременным соединением деталей пo всей длине сварного шва. В первом случае сварка проводится вращающимися роликами (рисунок 1, е, ж) пpи одностороннем (рисунок. 1, е) или же двустороннем деформировании (рисунок 1, ж) . Вo втором случае холодная сварка осуществляется с помощью вдавливания пуансонов, как и в точечной сварке (рисунок 1, з, и). Пуансоны имeют рабочие выступы, кaк правило, кольцевой формы.

Схемы стыковой сварки отличаются между собой способами передачи силы осадки к месту сварки и ограничением объема материала, участвующего в пластической деформации (см . рис. 1, к -м).

При сварке тавровых соединений наиболее часто применяются на практике схемы, показанные на рис . 2, а и г .

При холодной сварке сдвигом одновременно создаются нормальные и тангенциальные силы (см . рис . 1, н). Нa сваренных заготовках отсутствуют вмятины oт вдавливания пуансона и пpактически сохраняется исходная толщина соединяемых деталей, т.к. в пластической деформации учaствуют тонкие слои металла, находящиeся в непосредственной близости oт поверхности раздела.

Холодная сварка, технологические возможности .

Номенклатура свариваемых этим методом материалов ограничена, что связано с требованием высокой пластичности металла . Холодной сваркой чаше всего соединяют алюминий и медь как в однородном, так и в разнородном сочетании . К числу сваривающихся металлов следует также отнести серебро, свинец, золото , никель, кадмий, цинк , олово, титан, ниобий. Возможность получения работоспособных соединений разнородных металлов, в том числе плохо свариваемых сваркой плавлением, делает холодную сварку особенно ценной и перспективной.

Точечной сваркой соединяют листы толщиной до 12.. .15 мм, причем сварка без предварительного зажатия заготовок возможна при толщине ≤4 мм по причине значительного коробления деталей . Удается соединять разнотолщинные заготовки. Eсть примеры изделий, где разнотолщинность составляет 1 : 4 и больше. Заготовки могут соединяться внахлестку в однoй или нескольких точках последовательно или одновременно.

Стыковой сваркой соединяют проволоку и прутки круглого сечения диаметром 0,8. . .30 мм, полосы прямоугольного сечения с максимальной площадью для меди до 1000 мм 2 (100 х 10 мм ) и для меди с алюминием до 1500 мм 2 Принципиальных ограничений по увеличению свариваемого сечения нет. При сварке встык не изменяется конфигурация сечения соединяемых деталей. Холодная сварка позволяет получать соединения различных типов при разнообразном конструктивном их оформлении. Возможно получение стыковых соединений на трубах при определенном соотношении толщины стенки и диаметра.

Шовной сваркой можно получать непрерывный нахлесточный герметичный шов; методом прокатки (обжатием между цилиндрическими валками) - нахлесточные соединения листов и пластин по большой площади. Толщина деталей 0,3. ..5 мм.

Сварка тавровых соединений - способ холодной сварки двух деталей. При этом одна из заготовок обычно плоская, другая (привариваемая) можeт быть полосой, прутком или иметь другую форму. Можно получать соединения при толщине плоской детали дo 20 мм, пpи диаметре прутка дo 30 мм.

Сварка сдвигом соединяет полосы из меди, алюминия, никеля, армко-железа толщиной дo 4.. .8 мм.

При сварке происходит интенсивный наклёп металла. Поэтому прочность сварных соединений, выполненных без нарушений технологического режима, обычно выше, чeм у основного материала. В отсутствие значительного нагрева практически исключена возможность появлeния хрупких интерметаллидных прослоек (при сварке алюминия с медью, например), что обеспечивает высокую прочность и пластичность соединения. Сварной шов нe загрязняется посторонними примесями и обладает высокой химической однородностью, поэтому он имеет высокие показатели коррозионной стойкости, стабильности переходного электрического сопротивления.

Пo сравнению со сварными соединениями, выполненными другими методами, простотa подготовки деталей к сварке, лёгкость контроля параметров режима, отсутствиe вспомогательных материалов, тепло- и газовыделений, возможность дистанционного управления и быстротa процесса позволяют легкo автоматизировать холодную сварку. Этот процесс не требует высокoй квалификации сварщика-оператора. Удельныe затраты энергии нa сварку примерно нф порядок меньше, чем пзи сварке плавлением. Применение этогo метода помогает улучшению гигиенических условий производства.

Однако следует учитывать , что сварка каждого конкретно го изделия требует индивидуальной конструкции инструмента. При выполнении нахлесточных соединений на изделии остаются глубокие вмятины - следы от инструмента.

Оборудование для холодной сварки .

Оборудование для холодной сварки предназначется обычно для стационарных условий. Оно можeт иметь гидропривод, иногда - пневматический или пневмогидравлический. Различается оборудование для холодной точечной, стыковой и шовной сварки . Ручные инструменты применяются только для стыковой холодной сварки проводов небольшого сечения.

Машины для точечной холодной сварки содержат сварочный штамп (или же сварочную головку), силовой привод, аппаратуру управления. Автоматы и полуавтоматы имеют механизмы для подготовки поверхностей деталей под сварку. Одним из наиболее важных узлов машины является сварочный штамп . В нем предусмотрены сменные пуансоны. Наиболее широкое применение в промышленности нашла машина МХСА-50-3.

Для шовной холодной сварки применяют в основном машины с гидроприводом МХС-801, МХС-1201, МХС-2501 и МХС-5001.

В состав установок стыковой сварки обычно входят : сварочная головка, которая состоит из двух плит - подвижной и неподвижной; механизм зажатия; механизм осадки; аппаратура управления; сменные зажимные губки; вспомогательные приспособления и механизмы для удаления грата, отрeзки концов заготовки. Конструкция установки обеспечивает соосное положениe свариваемых деталей в течениe всегo процесса осадки. Механизм зажатия должeн предупредить проскальзывание деталей в губкаx в процессе осадки. Самое широкое применение в промышленности получили машины МСХС-2005, МСХС-5-3, МСХС-12003.

Машины для сварки тавровых соединений позволяют получать соединения деталей, расположенных перпендикулярно одна по отношению к другой. Машины МХС-40001 и МХС-250 .01 разработаны на базе серийно выпускаемого гидравлического пресса.

Аппарат для холодной сварки — особенности, устройство, разновидности, полезные советы

Сварка — это многофакторной процесс соединения металлов и других пластичных материалов. Методик процесса сегодня очень много, от самых распространенных до весьма специфических и редких. Одним из способов соединения металлов является холодная сварка, которая производится не за счет расплава кромок соединяемых деталей, а с использованием их пластической деформации.

Есть и другие методы, которые принято называть холодной сваркой, хотя они принципиально отличаются от стандартных методик. Оборудование для этого метода также отличается от стандартных конструкций, поскольку режим процесса требует создания определенных и весьма специфичных условий. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Аппарат для холодной сварки

Разбираемся в терминологии

Холодная сварка — это понятие, определяющее разные процессы и материалы:

• клеевой состав под названием «холодная сварка», используемый для заполнения трещин или соединения деталей, не предназначенных для приложения значительных усилий;
• способ точечного соединения листовых мягких металлов внахлест;
• режим обычной сварки.

На заметку! Нередко при рассмотрении этих методик возникает некоторая путаница, поскольку под одним и тем же названием подразумеваются совершенно разные процессы. Поэтому часто приходится сначала уточнять, о чем именно идет речь, иначе собеседники попросту не поймут друг друга.

С точки зрения оборудования, используемого для реализации процесса холодной сварки, могут рассматриваться только методика пластичной деформации или вариант обычной сварки. Клеевой состав наносится вручную, и никакое оборудование здесь не нужно.

Суть принципа такой сварки

Классическое определение холодной сварки говорит, что это процесс соединения двух металлов методом пластической деформации. На практике этот метод реализуется в виде точечного соединения двух пластин внахлест, при котором на участках контакта создается значительное деформирующее усилие. Принцип соединения заключается в максимально плотном прижиме деталей, при котором их кристаллические решетки вступают в молекулярное взаимодействие.

Важно! Возникает точечный участок с монолитной структурой. Принципиальным отличием является отсутствие расплава на границе двух деталей, нет смешивания металлов с изменением их свойств или состояния.

Оборудование для выполнения холодной сварки представляет собой разновидность пресса, где усилие на соединяемые детали передается с помощью двух рабочих элементов — пуансонов. Методика достаточно проста и обладает массой преимуществ.

Достоинства:

• нет необходимости в использовании электрических преобразователей;
• соединение производится максимально щадящими методами;
• нет теплового воздействия, сохраняются все рабочие свойства материалов;
• при соединении деталей не требуется последующей декоративной обработки точек контакта;
• можно соединять разные металлы, что невозможно при выполнении обычных сварочных работ.

Недостатки:

• возможно соединение только пластичных металлов (твердые сплавы подобным способом не соединить);
• большой припуск на создание нахлеста соединяемых пластин.

Использование этого метода на практике ограничено специализированными промышленными цехами. В мелкосерийном производстве этот метод встречается реже, так как его обычно можно заменить другими технологиями.

Холодный режим

Существует еще один вид технологии, который чаще всего имеют в виду, говоря о холодной сварке (Cold welding). По сути, это режим обычной сварки с заданным временем горения дуги и регулируемым интервалом между импульсами. Он обеспечивает минимальный нагрев и деформации соединяемых материалов.

Его особенность заключается в подаче коротких импульсов с довольно большими паузами между ними, что позволяет исключить перегрев соединяемых деталей.

• отсутствие температурных деформаций соединяемых деталей;
• нет изменений кристаллической решетки, изменяющих структуру металлов;
• можно соединять очень тонкие листовые металлы, не деформируя и не меняя их состав;
• для соединения не требуется нахлест, что дает немалую экономию металлов и позволяет значительно упростить технологию сборки;
• можно работать с твердыми металлами.

• для выполнения работы нужно специальное оборудование;
• требуется подключение к сети электропитания;
• качество соединений в значительной степени зависит от уровня квалификации сварщика.

Оборудование для работы в режиме холодной сварки представляет собой модификацию обычного сварочного инвертера. Есть совсем простые модели, представляющие собой набор конденсаторов. Они дают разряд через определенные промежутки времени. Более сложные модели позволяют регулировать и частоту, и длительность разряда. Это позволяет расширить возможности процесса, корректировать режим сварки исходя из особенностей металла или детали.

Область применения

Методика холодной сварки (оба вида, и стыковочный и импульсный) используется для соединения относительно тонких листовых металлов. Чаще всего эти технологии встречаются в машиностроении или в производстве бытовой техники (при сборке металлических корпусов духовых шкафов, электрических щитков, прочих изделий подобного типа).

Аргонная и холодная сварка

При этом холодная сварка как режим используется гораздо чаще. Поэтому в большинстве случаев речь идет именно об этой технологии. Большое количество возможностей и отсутствие ограничений по конфигурации соединяемых деталей (возможность соединять их в тавр или под углом) обеспечивают максимальную востребованность методики в самых разных областях промышленности, декоративных или оформительских работ, прикладных видах деятельности.

Обратите внимание! Методика высоко ценится у авторемонтников, производителей кузовных работ и прочих видов обслуживания автомобилей.

Оборудование

Поскольку холодная сварка представлена в двух технологических разновидностях, оборудование для нее также имеет разную конструкцию и принцип действия. Поэтому рассматривать их надо по отдельности.

Установки для стыковочной сварки

Стыковочные установки являются чисто механическими устройствами, оснащенными силовым блоком и штампом (иногда его называют пуансоном). Кроме этого, они имеют схему и аппаратуру управления. Существует несколько конструкционных видов:

• машины общего назначения, способные выполнять работы разного характера и предназначенные для соединения металлов в определенном диапазоне толщины и конфигурации;
• узкоспециализированные модели, предназначенные для выполнения конкретной технологической операции.

Первые модели выпускались серийно, вторые — только по спецзаказу. Как правило, это гидравлические прессы с устройствами для подготовки поверхностей под соединение. Они являются либо элементами технологической цепочки, либо самостоятельными установками широкого применения.

Различные формы пуансонов при холодной сварке

На заметку! Необходимо учесть, что сегодня выпуск подобного оборудования прекращен, и в эксплуатации имеются модели, выпущенные еще в советские времена. Поэтому рассматривать конкретные модели нецелесообразно — все равно приобрести их негде, а самодельные конструкции требуют отдельного и специализированного описания.

Устройства для импульсной холодной сварки

Устройства для импульсной технологии (электросварки) являются вариантом конструкции обычного сварочного инвертера. Большинство из них представляют собой универсальный прибор, способный обеспечить несколько рабочих режимов. Холодная сварка — лишь один из вариантов, предназначенных для соединения самых тонких листов. Еще недавно это были сплошь импортные устройства, но сегодня в ассортименте торговых организаций преобладает продукция отечественных производителей.

Наибольшей известностью пользуется продукция следующих фирм:

• Сварог. Российская компания, выпускающая широкий ассортимент сварочного оборудования;
• Зубр. Еще одна российская компания, выпускающая огромное количество ручных электроинструментов и приборов;
• Fubag. Немецкая компания, изготавливающая практически весь ассортимент сварочного оборудования, расходников и комплектующих;
• Riland. Ведущий китайский производитель сварочного оборудования, с 2012 года являющийся совладельцем бренда Aurora.
• Andeli. Китайская компания, выпускающая различные виды электротехнического оборудования. Сварочные аппараты — лишь одна из позиций среди огромного множества видов продукции.

Рассматривать конкретные модели нецелесообразно — они выпускаются сравнительно малыми партиями, ассортимент постоянно расширяется и модернизируется. Поэтому пользователям рекомендуется внимательно рассматривать показатели приборов, имеющихся в продаже на текущий момент.

Вопросы и ответы

Холодная сварка — это технология, которую принято считать новой. Однако опытные специалисты знают ее уже давно, хоть и под другим наименованием. У неподготовленных пользователей может возникнуть большое количество вопросов, на которые правильнее ответить сразу. Это даст возможность правильнее понять особенности методики и определить, насколько она подходит для реализации задуманных проектов.

Цены на сварочные аппараты весьма разнообразны. Какой уровень стоимости соответствует максимальному качеству оборудования?

Рассматривать качество аппарата, руководствуясь его ценой, неправильно. Необходимо анализировать его технические характеристики, функционал, рабочие качества. Цена не является показателем, поскольку она во многом зависит от внешних факторов. Однако, если это имеет значение, рекомендуется интересоваться приборами средней ценовой категории.

Современные технологические линии позволяют получать высокое качество продукции независимо от страны-производителя. Поэтому надо руководствоваться техническими показателями и не смотреть на географию производства.

Нет, не влияет. Как правило, качество работы определяется наличием опыта и навыков. Нужно знание используемого оборудования, опыт его эксплуатации и общая подготовка сварщика. При этом, мастера предпочитают оборудование с расширенным функционалом — оно позволяет решать задачи разного типа и степени сложности.

Любое оборудование подобного типа поддается ремонту достаточно хорошо. Покупая аппарат, следует сразу узнать адрес сервисного центра и изучить условия действия гарантийного договора — иногда самовольные действия владельца могут стать причиной отказа в бесплатном обслуживании.

Да, можно. Аргон нужен для сварки цветных металлов и чугуна, а для обычной стали он бесполезен.

Оборудование для холодной сварки

Оборудование для холодной сварки отличается малой универсальностью. При переходе от одних свариваемых деталей к другим требуется заменять пуансоны или штамп. Оборудование, которое позволяет сваривать однотипные детали определенного диапазона, называют оборудованием общего назначения. В отличие от него специальные машины предназначены для сварки единственной пары деталей (или двух-трех, близких по форме и размерам сечения). Такое деление машин на две группы является условным, но оно позволяет дать более полную характеристику отдельных типов оборудования для холодной сварки.

Машины общего назначения выпускают, как правило, серийно. Специальные машины чаще бывают единичного исполнения, но могут быть и серийными - в зависимости от масштабов производства свариваемых на них деталей.

Машины для холодной точечной сварки обычно содержат силовой привод, сварочный штамп (или сварочную головку), элементы схемы и аппаратуру управления. Машины для холодной шовной сварки замкнутым швом содержат аналогичные узлы. Машина для холодной стыковой сварки содержит силовой привод, механизмы зажатия и осадки с зажимными губками, обрезное устройство для подготовки концов деталей к сварке, узлы управления.

Машина для холодной сварки тавровых соединений состоит из силового привода, механизмов зажатия и осадки с зажимными губками, штампа для крепления плоской детали, зачистных устройств, узлов управления.

Поскольку, к сожалению, современная отечественная промышленность не выпускает оборудование для холодной сварки, далее рассмотрены модели оборудования производимые в СССР.

Малогабаритное оборудование (гидравлические прессы ПГР - 20, ПГЭП - 2 и ПГЭ - 20) предназначено для сварки в монтажных условиях. Точечную холодную сварку осуществляют в основном в стационарных условиях. Однако в ряде случаев необходимо производить точечную сварку непосредственно в условиях монтажа, например при соединении токоведущих шин в электрических распределительных устройствах. Для этой цели могут быть использованы малогабаритные гидравлические прессы, применяемые для соединения и оконцевания проводов методом опрессовки наконечников. При монтажных операциях распространены ручные гидравлические прессы типа ПГР - 20 и гидравлические прессы с электроприводом типов ПГЭП - 2 и ПГЭ - 20. Перечисленные гидравлические прессы имеют небольшие габаритные размеры и массу, развивают усилие 80 - 100 кН и без особых затруднений могут быть использованы для холодной сварки непосредственно в условиях монтажа. При использовании такого гидравлического пресса для холодной сварки на нем устанавливают специальную стальную скобу кондукторы, с помощью которых зажимают свариваемые шины, и сменные пуансоны.

Для оконцевания алюминиевых деталей медью разработано оборудование для точечной холодной сварки. Несмотря на то что это оборудование разработано давно, оно не устарело и большую его часть до сих пор применяют в промышленности.

Передвижная установка типа УГХО5-2 (рисунок 1) предназначена для холодной сварки медных контактных отводов к алюминиевым обмоткам в процессе их изготовления и позволяет также соединять внахлестку алюминиевые провода и шины толщиной до 5 мм включительно.

1 - пневматический цилиндр; 2 - редуктор давления; 3 - электромагнитный клапан; 4 - гидравлический цилиндр; 5 - шланг высокого давления; 6 - сварочные клещи; 7 - кнопка управления; 8, 9 - подвижный и неподвижный пуансоны соответственно
Рисунок 1 - Передвижная установка типа УГХО5-2

Установка состоит из мультипликатора, сварочных клещей 6 и аппаратуры управления. Устройство мультипликатора аналогично приведенному на рисунке 2. Его пневматический цилиндр 1 сообщается с магистралью сжатого воздуха, а гидравлический цилиндр 4 через шланг высокого давления 5 со сварочными клещами 6. На клещах установлены два сменных пуансона: неподвижный 9 и подвижный 8, закрепленный на штоке поршня рабочего гидроцилиндра клещей.

1 - клапан; 2 - редуктор давления; 3 - корпус; 4 - стол; 5 - сварочная головка; 6 - манометр; 7 - поршень; 8 - шток; 9 - гидравлический цилиндр; 10 - маслопровод
Рисунок 2 - Схема установки УГХС-10

На верхней крышке мультипликатора размещены элементы аппаратуры пневматической системы и понижающий трансформатор, от которого питание подают на кнопку управления 7. Аппаратура пневматической системы состоит из редуктора давления 2, электромагнитного клапана 3 и не показанного на рисунке 2 маслораспылителя. С помощью редуктора устанавливают необходимое для сварки давление сжатого воздуха. Электромагнитный клапан служит для направления сжатого воздуха в одну из пневматических камер мультипликатора (вторая в это время сообщается с атмосферой). Маслораспылитель служит для смазки манжет пневматического цилиндра, а также плунжера электромагнитного клапана.

Для работы на установке в сварочных клещах 6 устанавливают пуансоны 8 и 9, соответствующие данной толщине свариваемых деталей. Расстояние между опорными частями сведенных пуансонов должно быть меньше суммарной толщины подлежащих сварке деталей. При необходимости расстояние между пуансонами регулируют дистанционными шайбами.

Подготовленные к сварке детали складывают зачищенными поверхностями и помещают между пуансонами. При нажатии кнопки 7 подвижный пуансон 8 сближают с неподвижным 9 и производят сварку. Затем кнопку отпускают и электромагнитный клапан направляет сжатый воздух в верхнюю камеру пневматического цилиндра мультипликатора, подвижный пуансон отходит от неподвижного, освобождая сваренный узел.

Установка УГХС-10 предназначена для холодной сварки медных контактных выводов ("флажков") с концами обмоток, которые могут быть поднесены к стационарной сварочной установке.

Схема установки приведена на рисунке 2. К корпусу 3 прикреплен стол 4 для размещения свариваемых деталей. Внутри корпуса расположен мультипликатор. Поршень 1 пневматического цилиндра жестко связан со штоком 8, нижний конец которого служит поршнем гидравлического цилиндра 9, соединенного маслопроводом 10 с рабочим цилиндром сварочной головки 5. Редуктор 2 устанавливает давление воздуха, поступающего в пневмоцилиндр.

Установка УГХС-10 может быть оборудована тремя сварочными головками или одной для одноточечной сварки с предварительным зажатием деталей толщиной до 3 мм.
В отличие от установки УГХС - 5 рассматриваемая установка не требует подключения к электрической сети. Управление ею осуществляют ножным педальным золотниковым клапаном 1, а контроль за давлением масла в гидроцилиндре с помощью манометра 6.
Сварочная головка (рисунок 3) для холодной сварки снабжена устройством для предварительного зажатия свариваемых деталей толщиной до 1,5 мм.

1,6 - поршни; 2, 7 - цилиндры; 3 - пуансон; 4 - прижим; 5 - пружина
Рисунок 3 - Сварочная головка к установке УГХС-10

Свариваемые детали помещают между прижимами 4; верхний из них установлен в отверстие с резьбой основного поршня 6, а нижний - в подобное отверстие цилиндра 2. Внутри прижимов 4 помещены пуансоны 39 рабочие выступы которых входят в отверстия прижимов. В основном поршне 6, перемещающемся в верхнем цилиндре 7 и нижнем цилиндре 2, перемещаются дополнительные поршни 7, передающие давление на пуансоны 3.
При подаче давления от пневмогидравлического усилителя (мультипликатора) прижимы 4 сдавливают свариваемые детали с усилием, пропорциональным живому сечению основного поршня 6. В это время рабочие выступы пуансонов 3 вдавливаются в металл свариваемых деталей навстречу друг другу с усилием, пропорциональным сечению дополнительных поршней 1. После снятия давления пружина 5 поднимает верхний прижим и пуансон 3, свариваемые детали освобождаются.

Благодаря тому что верхний дополнительный поршень 1 независимо перемещается внутри основного поршня 6, автоматически обеспечивается зажатие свариваемых деталей до вдавливания в них рабочих выступов пуансонов 3 или одновременно с ним. Желаемое соотношение между давлением на рабочие выступы пуансонов и на прижимы можно получить подбором прижимов и пуансонов соответствующих диаметров. Высоту вдавливаемых в металл рабочих выступов пуансонов можно регулировать вывинчиванием прижимов 4.

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

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.

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/мм 2
• медных деталей: 650-800 кг/мм 2
• для разнородных металлов, например, алюминий – медь: 500-650 кг/мм 2

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:

1 – пуансон; 2 – свариваемые детали; Р – усилие сжатия

1 – пуансоны; 2 – свариваемые детали; Р – усилие сжатия

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" - клей, но не сварка

Сейчас на рынке представлено множество клеевых смесей и клеевых стержней под общим торговым названием "Холодная сварка" или "Быстрая сталь". На самом деле никакого отношения к сварке они не имеют потому что:

Это не холодная сварка т.к. не происходит пластической деформации соединяемых деталей.

Сварка процесс получения неразъемных соединений деталей посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном (общем) нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого

Это не сварка, поскольку нет нагрева или пластического деформирования и тем более установления межатомных связей между соединяемыми частями.

ВНИМАНИЕ! Если вам все-таки интересно: "Что такое холодная сварка?" см. статью Холодная сварка металлов – никакого волшебства!

В данной статье мы подробно остановимся на рассмотрении клея и стержней "Холодная сварка".

"Холодной сваркой" называют композиционные полимерные материалы, используемые как для ремонта металлов (сталь, чугун, алюминий, медь, титан и т.д.), так и для ремонта изделий из дерева, пластика и керамики.

Клей "Холодная сварка" двухкомпонентный и поставляется в двух тюбиках:

1. эпоксидная смола с пластификатором и наполнителем
2. отвердитель

Рисунок 1 – Двухкомпонентный клей

Эпоксидные смолы в чистом виде непрочны и плохо выдерживают вибрации и ударные нагрузки, именно поэтому необходим пластификатор (компонент для повышения эластичности эпоксидной смолы). Наполнитель необходим для предания особых свойств эпоксидным смолам: теплопроводности, термостойкости, абразивостойкости и т.п. В зависимости от требуемых свойств "холодной сварки" в качестве наполнителя выступают порошки металлов (алюминий, сталь, чугун и т.д.) а также минеральные и искусственные наполнители.

В качестве отвердителя преимущественно используют полиэтиленполиамин или аминный отвердитель, который вступая в химическую реакцию с эпоксидной смолой, производит процесс затвердевания.

Механические свойства, время застывания, рабочая температура и область применения клея "холодная сварка" зависит от входящих в его состав компонентов.

Ниже представлена обобщенная инструкция для клея и замазки "холодная сварка", которая может меняться в зависимости от марки и производителя:

Инструкция для клея "холодная сварка":

1. Перед "сваркой" тщательно зачистить и обезжирить поверхность. Поверхность должна быть чистой, сухой без следов масла и жира.
2. Подготовку клея и "сварку" производить в проветриваемом помещении. Пары клея могут оказывать раздражительное действие на слизистую глаз и носа.
3. В емкость для смешивания выдавить в равных объемах (для разных клеев объемы могут быть разными) компоненты клея и тщательно смешать до получения однородной по цвету и вязкости массы. Время использования клея в зависимости от температуры окружающей среды, марки и производителя - от 10 до 60 минут.
4. Нанести клей на обе "свариваемых" поверхности деталей и соединить вместе. Удалить излишки клея сухой или смоченной в растворителе тряпкой. При соединении поверхности нет необходимости прикладывать большие усилия или использовать пресс.
5. Оставить склеиваемую деталь для первоначального застывания клея, в зависимости от марки и производителя минимум от 5 - 60 минут, в состоянии покоя.
6. Время полного застывания клея зависит от температуры окружающей среды и марки, и варьируется в пределах от 12 до 24 ч.
7. Хранить в сухом помещении при температуре 25±10°С.

Стержни или замазка "холодная сварка" производится в виде двух однородных или одного двухслойного бруска.

Рисунок 2 – Срез двухслойного бруска

Инструкция для замазки "холодная сварка":

1. Перед "сваркой" тщательно зачистить и обезжирить поверхность. Поверхность должна быть чистой, сухой без следов масла и жира.
2. Отрезать нужное количество клея, смочить руки водой или одеть защитные перчатки и тщательно размешать клей 3 - 5 минут до состояния пластичности и однородности. В процессе смешивания замазка может нагреться. Время использования клея в зависимости от температуры окружающей среды, толщины слоя, марки и производителя - от 4 до 60 минут.
3. Нанести необходимое количество компаунда для ремонта или формовки детали. Для разглаживания допускается использовать мокрый шпатель.
4. Оставить деталь для застывания замазки от 10 до 60 минут в зависимости от температуры окружающей среды, толщины слоя, марки и производителя.
5. Время полного застывания замазки зависит от температуры окружающей среды и марки, и варьируется в пределах от 12 до 24 ч. После чего можно произвести шлифовку и покраску места "сварки"
6. Хранить в сухом помещении при температуре 25±10°С.

Рекомендации по применению "холодной сварки":

1. Склеивать только материалы, указанные в инструкции к "холодной сварке"

2. Применять холодную сварку только для условий указанных в инструкции (температура, влажность, маслостойкость и т.д.)

3. Для стыковых и нахлесточных соединений плоских деталей лучше применять клей, а для таврового, углового соединения или заделки отверстия – замазку

Рисунок 3 – Результат применение "холодной сварки" для склейки разбитого вазона

Рисунок 4 – Применение "холодной сварки" для заделки отверстий в крышке

4. При исправлении трещины в горизонтальном или в вертикальном положении предпочтение стоит отдать замазке. Но также допускается применение и клеевой смеси при условии использования армировочной сетки, заплатки из стеклоткани или металлической сетки. Напоминаем, что при исправлении трещин концы трещины необходимо обязательно засверлить.

Рисунок 5 – Применение замазки "холодная сварка" для заделки отверстия в трубе

Рисунок 6 – Применение замазки для таврового соединения трубы с пластиной

5. При исправлении вмятин независимо от положения предпочтительно использовать замазку, но при необходимости вмятину на горизонтальной поверхности можно залить клеем.

Читайте также:

  
• Сварочный инвертор сварог arc
  
• Нормативы времени на ручную дуговую сварку
  
• Сварочный аппарат сколько ампер на розетку
  
• Как выбрать струбцину для сварочных работ
  
• Технология сварки ленточных пил по дереву