Холодная сварка

Холодная сварка — один из видов сварки в твердой фазе со значитель­ной объемной пластической деформацией и малой степенью ее локализации в зоне контакта соединяемых материалов. Она производится при комнатной температуре и для большинства материалов — ниже температуры рекри­сталлизации. Ряд легкоплавких металлов, например свинец, индий, галлий, имеют температуру рекристаллизации ниже комнатной температуры, поэто­му термин «холодная сварка» для этих металлов применим лишь условно.

При сварке металлов в результате значительных пластических деформа­ций происходит разрушение оксидных пленок, препятствующих сближению атомов чистых поверхностей металла в месте контакта на расстояния, соиз­меримые с параметрами кристаллической решетки, и их активация приводит к возникновению металлических связей и образованию сварного соединения.

В соответствии с современной классификацией холодная сварка по форме получаемого соединения может быть точечной, шовной, стыковой (рис. 25.1, а, б, в, г), а по характеру деформаций — сваркой сдавливанием (рис. 25.1, а, б, в, г) и сваркой сдвигом (рис. 25.1, д, е).

При точечной холодной сварке используют в качестве инструмента один или два пуансона цилиндрической формы, а при шовной — в виде ро­ликов. Более высокой и стабильной прочность соединения получается при сварке двумя пуансонами или роликами. Пуансоны и ролики рекомендуется изготавливать с уступом. При холодной сварке деталей, особенно больших толщин, когда пуансон внедряется в толщу деталей, последние могут сильно деформироваться, уступы на цилиндрических пуансонах и роликах в завер­шающий момент прижимают детали и ограничивают их деформацию.

Если изделия выполнены из материалов сравнительно малой пластично­сти (нагартованные алюминиевые сплавы, медь и др.) толщиной более 4 мм,

\^р 2 [^Р 5

д \р 2 е

Рис. 25.1. Схема холодной сварки:

а — точечная с одним пуансоном, б — точечная с двумя пуансонами, в — шов­ная, г — стыковая; д, е — сдвигом; 1 — пуансон; 2 — свариваемые детали, 3 — ролик; 4 — зажимные цанги; 5 — клин

то из-за деформации деталей в процессе сварки каждой последующей точ­ки может быть даже разрушена предыдущая точка. Для устранения этого явления производят холодную сварку с предварительным зажатием. При­жимами детали фиксируются еще до начала сварки или одновременно с ней. Таким образом предупреждаются не только остаточные деформации, но и деформации в процессе самой сварки. Сварка с предварительным за­жатием позволяет получать соединения более прочные, чем при сварке по обычной схеме.

При стыковой сварке детали прочно закрепляются в зажимных цан­гах, внутренняя рабочая поверхность которых имеет насечку, препятствую­щую проскальзыванию деталей при их сдавливании.

При холодной сварке сдвигом наряду с нормальными усилиями, сдавливающими соединяемые детали, прикладываются дополнительные уси­лия, обеспечивающие относительное смещение свариваемых поверхностей.

Это достигается приложением силы Г (рис. 25.1, д) или использованием клиновидной прокладки (рис. 25.1, е), впрессовываемой с усилием между деталями в зазор аналогичной конфигурации.

Сдавливание и одновременно сдвиг по свариваемым поверхностям спо­собствуют лучшему разрушению оксидных пленок, облегчают смятие неров­ностей, что приводит к более полному физическому контакту между деталя­ми, расширяют площадь соприкосновения чистых свариваемых поверхно­стей при меньшей величине нормальных усилий. Последнее особенно важно при изготовлении с помощью холодной сварки деталей большого сечения.

Параметрами режимов холодной сварки являются удельное давление, величина вылета деталей из цанг (при стыковой сварке), диаметр пуансона, степень деформации.

Степень пластической деформации, необходимая для получения качест­венного соединения, зависит от свойств металла, толщины соединяемых де­талей, способа подготовки поверхностей под сварку, толщины и свойств ок­сидной пленки, схемы деформирования.

Большое влияние на степень деформации оказывает соотношение твер­дости оксидной пленки к твердости основного металла: степень деформации должна быть тем больше, чем меньше это соотношение. При сварке разно­родных материалов степень деформации определяют исходя из свойств наи­более пластичного металла.

Основная трудность подготовки поверхности деталей под холодную сварку заключается в тщательном удалении с нее органических и адсорбиро­ванных пленок.

Холодной сваркой успешно соединяют металлы, обладающие хорошими пластическими свойствами, такие, как алюминий, свинец, олово, медь, цинк, кадмий, никель и другие, а также их сочетания. Этот способ сварки нашел применение главным образом в приборостроении. Стыковая и точеч­ная сварка применяется также для соединения проводов и шин при монтаже электросхем.

Одним из направлений применения холодной сварки является сочетание ее с обработкой давлением: прокаткой, высадкой, штамповкой, вытяжкой и т. п. С помощью последней, например, получают биметаллические переход­ники из алюминия и коррозионностойкой стали, которые затем используют­ся в бесфланцевых соединениях трубопроводов.