Холодная сварка металлов – никакого волшебства!

Версия для печатиВерсия для печати

Холодной сваркой называется соединение металлов, достигаемое совместным пластическим деформированием соединяемых элементов. Практически это осуществляется приложением давления. Поэтому в ГОСТ 2601 - 74 холодная сварка 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

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 технология холодной сварки 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 холодной сварки.

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 соединение некоторых образцов оказалось ничем не хуже основного металла. Результаты данных опытов были опубликованы в научных журналах.

Начиная со второй половины 1940 - х годов холодная сварка металлов начала применяться в промышленно развитых странах: в 1947 - 1948 гг. холодная сварка появилась в США, а в 1949 г. началось использование холодной сварки и в СССР.

В настоящее время холодная сварка успешно применяется для сварки изделий из пластичных металлов, таких как медь, алюминий, свинец, олово, никель и др.

Детали сваренные холодной сваркой

Как может быть сварка, да еще и холодная?

На первый взгляд, холодная сварка может показаться волшебством. Многие люди не могут понять как может производиться сварка без нагрева, электрического тока или специальных растворов. Если посмотреть видео Холодная сварка в портативной установке или Холодная сварка на стационарной установке у многих возникает мысль: "Холодная сварка – 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 - основное препятствие для соединения металлов.

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 металлов 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).

Снижение прочности сварного соединения за счет уменьшения толщины металла в месте сварки 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.

Холодная сварка 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.). Свариваемость металла холодной сваркой может быть оценена максимальной остающейся толщиной металла в месте сварки, выраженной в процентах по отношению к первоначальной толщине металла до сварки. Предварительные исследования свариваемости различных металлов при холодной сварке 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).

Надежное сварное соединение холодной сваркой может быть получено при соблюдении следующих условий:

  • одновременная пластическая деформация соединяемых металлов;
  • значительное и симметричное относительно центра зоны соединения растекание металла в плоскости соединения. Растекание металла вызывает разрушение оксидных или иных пленок, вытеснение их обломков из зоны соединения. Одновременно, растекание металла создает условия для интенсивного движения дислокаций с образованием активных центров на соединяемых поверхностях. Симметричное растекание металла необходимо для более полного удаления пленок из зоны сварки;
  • 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; не плоскостность поверхности не более 0,1 мм).

Холодная сварка металлов подразделяется на:

  • холодная точечная сварка - соединение медных и алюминиевых шин; оконцевание алюминиевых проводов медными накладками и выводами ("флажками") для обеспечения надежного электрического контакта; соединение алюминиевых ручек с корпусами алюминиевых кастрюль; изготовление ребристых охладителей для силовых полупроводниковых приборов взамен литых и прессованных охладителей;
  • холодная шовная сварка, осуществляемая в основном контурными пуансонами, - герметизация корпусов полупроводниковых приборов, конденсаторов, банок с гигроскопичным продуктом и некоторых иных изделий; изготовление тонкостенных герметичных сосудов больших размеров;
  • холодная стыковая сварка - соединение концов проводов, в том числе на монтаже; оконцевание алюминиевых проводов медными выводами; соединение концов бухт провода при безотходной намотке катушек; соединение контактных троллейных проводов на электрифицированном транспорте; изготовление колец при минимальном отходе металла;
  • холодная тавровая сварка - изготовление медно - алюминиевых ножей распредустройств; соединение латунных шпилек с выводами алюминиевых обмоток трансформаторов; тавровые и угловые соединения шинопроводов электровозов;
  • холодная сварка сдвигом - соединение трубчатых переходников и труб в линиях электропередач на железных дорогах.