Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 52. Холодная сварка

Метод холодной сварки основан на использовании пластической деформации, с помощью которой разрушают на свариваемых поверхностях хрупкую пленку окислов — основное препятствие Для соединения металлов [1].

Образование цельнометаллического соединения происходит за счет возникновения металлических связей между соединяемыми металлами. Эти связи возникают между атомами при сближении поверхностей соединяемых металлов на расстояние порядка нескольких Ав результате образования общего электронного облака, взаимодействующего с ионизированными атомами обеих металлических поверхностей.

Метод холодной сварки имеет ряд преимуществ перед другими методами: малую стоимость, высокую производительность, небольшое количество затрачиваемой энергии, большие возможности автоматизации, возможность работы во взрыво- и огнеопасной среде, возможность сварки деталей с нанесенной изоляцией и гигиеничность.

С помощью холодной сварки можно сваривать металлы, обладающие высокими пластическими свойствами: алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, кадмий, никель, свинец, олово, цинк, титан, серебро и др. Этот метод применяют при сварке разнородных металлов, например меди с алюминием.

Поверхности, подлежащие сварке, должны быть тщательно очищены от любых органических пленок. Прежде всего свариваемые детали при наличии на них слоя жира и грязи должны быть промыты и досуха вытерты.

Лучшие результаты дает механическая очистка деталей. Очистку деталей при сварке внахлестку и деталей больших сечений при сварке встык рекомендуется выполнять вращающейся стальной щеткой.

Диаметр щетки при ее стационарной установке 200 мм, а диаметр проволочек 0,2—0,3 мм. В переносных установках диаметр щетки должен быть не более 100 мм. Частота вращения щетки 1500—3000 об/мин.

Подготовку стержней малых и средних сечений, а также проводов к сварке встык рекомендуется выполнять обрезкой их концов и в исключительных случаях — многократным осаживанием их вылетов в зажимных губках сварочной машины.

Мелкие алюминиевые детали можно подготавливать к сварке с помощью прокаливания при температуре 350—400° С при свободном доступе воздуха, а медные детали — никелированием по методу С. Б. Айнбиндера и Э. Ф. Клоковой. Химическое обезжиривание деталей не может применяться для подготовки деталей к холодной сварке.

Очищенные детали не должны загрязняться (даже прикосновение пальцами к поверхностям, подлежащим сварке, резко снижает прочность сварного соединения).

Сварка внахлестку. Этот вид холодной сварки похож на контактную точечную сварку. Свариваемые детали собирают внахлестку и помещают под пресс. Рабочие пуансоны пресса производят пластическую деформацию деталей, тем самым образуя сварное соединение.

При использовании пуансонов с хорошо развитой опорной частью и достаточно высоком давлении на эту часть прочность сварного соединения увеличивается по мере углубления рабочих выступов в металл.

Подобная зависимость наблюдается как при двустороннем, так и при одностороннем деформировании свариваемых деталей.

Однако при двустороннем деформировании максимальное значение прочности достигается при углублении, почти равном толщине свариваемых деталей, а при одностороннем деформировании — при углублении, равном около 60% толщины свариваемых деталей.

В практике применяются следующие методы сварки: без предварительного зажатия свариваемых деталей, с предварительным зажатием свариваемых деталей, с односторонним деформированием свариваемых деталей.

Точечная сварка без предварительного зажатия деталей (рис.131). Детали7, подготовленные к сварке, устанавливаются между расположенными соосно пуансонами2.

При воздействии определенного усилия рабочие выступы пуансонов вдавливаются в металл, обеспечивая необходимую для его сварки деформацию.

Для получения заданной прочности сварного соединения необходимо приложить соответствующее давление рабочего выступа пуансона, обеспечивающее деформацию свариваемого материала и продавливание пуансона на заданную глубину. Для сварки алюминия это давление составляет 17—25 кгс/мм2 площади торца рабочего выступа пуансона. При сварке меди оно должно быть увеличено в 2—4 раза.

Наиболее рациональная форма рабочих выступов пуансонов прямоугольная и круглая.

Ширину или диаметр рабочего выступа пуансона берут равными 1—3 толщинам свариваемых деталей в зависимости от толщины последних.

В случае сварки разнородных материалов диаметры круглых или ширины прямоугольных рабочих выступов пуансонов рекомендуется брать обратно пропорциональными твердости этих материалов.

Недостатком описанного способа сварки является коробление деталей, что особенно затрудняет сварку деталей больших толщин (свыше 4 мм), а также деталей, изготовленных из материала со сравнительно малой пластичностью (нагартованная медь, алюминий и т. д.).

Вследствие коробления сварка каждой последующей точки ослабляет или разрушает смежную, ранее сваренную точку.

Точечная сварка с предварительным зажатием деталей (рис. 132). Этот способ сварки позволяет устранить основные недостатки, присущие способу сварки без предварительного зажатия деталей. Рабочий выступ пуансона изготовляют в виде отдельной детали, подвижной относительно опорной части, предназначенной для зажатия деталей с начала процесса сварки и до его окончания. Зажатие деталей между опорными частями (прижимами)2 производят до вдавливания рабочих выступов пуансонов 3 в металл (деталь) 1 или одновременно с ним. За счет этого устраняется коробление свариваемых деталей и увеличивается прочность сварного соединения.

Прочность сварного соединения растет с увеличением глубины вдавливания рабочих пуансонов в металл.

Максимальная прочность получается в том случае, когда рабочие пуансоны углубляются в металл почти на полную его толщину.

При этом способе сварки давление на прижимы рекомендуются в пределах 3—5 кгс/мм2. Площадь прижима должна превышать площадь торца рабочего выступа пуансона в 15—20 раз.

В частности, при сварке алюминия конечное давление на рабочий пуансон составляет 40—150 кгс/мм2 площади торца его рабочего выступа в зависимости от толщины свариваемого металла.

При сварке полосовых материалов рекомендуется применять зажимные плиты (кондукторы, рис. 133). В плитах делают сквозные калиброванные отверстия 3 по размерам и форме рабочих пуансонов 4, служащие для них направляющими.

Использование этих кондукторов дает возможность уменьшить массу сварочных клещей, их конструкцию, исключает разметку и прихватку деталей перед сваркой.

Точечная сварка с односторонним деформированием (рис. 134). Этот способ сварки применяют в том случае, когда требуется ровная поверхность сварного соединения с какой-то одной стороны соединения по техническим или эстетическим требованиям.

В этом случае соединяемые внахлестку детали 1 располагаются на плоском основании 4, а рабочий пуансон 3 заданной формы и размеров вдавливается в эти детали.

Прочность сварного соединения при одностороннем деформировании достигает максимального значения, при глубине вдавливания пуансона около 60% толщины свариваемых деталей. В отличие от сварки при двустороннем деформировании дальнейшее увеличение углубления пуансона не приводит к росту прочности сварного соединения.

При сварке с односторонним деформированием деталей различной толщины вдавливание рекомендуется выполнять со стороны более тонкого металла, а при значительной разнице в толщинах (в частности, 10 + 1 мм) сварка невозможна.

В случае сварки меди с алюминием вдавливание рекомендуется производить со стороны меди (только, если толщина меди меньше толщины алюминия). Глубина вдавливаемого в металл рабочего выступа пуансона рекомендуется равной 1,5—2,0 толщинам детали, в которую вдавливается пуансон при.сварке алюминия с алюминием и 2,0— 3,0 толщинам меди при сварке ее с алюминием (вдавливание пуансона в медь).

Для устранения разрезания материала углы рабочих выступов пуансона рекомендуется закруглять по радиусу около 0,2 мм.

Процесс сварки выполняют на любых механических, пневматических или гидравлических прессах, создающих необходимое давление. Рабочие части пресса —пуансоны, зажимные плиты, направляющие и фиксирующие детали — изготовляют применительно к свариваемым деталям. Пуансоны применяют различной формы: круглые (плоские и сферические), клиновидные, квадратные, прямоугольные, эллиптические, в зависимости от конфигурации изделия.

Кроме того, существуют специальные установки для точечной сварки. Некоторые из них, разработанные во ВНИИЭСО, имеют следующие назначение и характеристики.

Передвижная пневмогидравлическая установка типа УГХС-5 для оконцевания медными флажками выводов громоздких алюминиевых обмоток, доставка которых к стационарной машине с неподвижной сварочной головкой (например, УГХС-10) затруднен, для приварки медных отводов к алюминиевым обмоткам галетного типа в процессе их намотки и для сварки алюминиевых шин толщиной до 5 мм; максимальное сварочное усилие 5 тс, давление сжатого воздуха 4 кгс/см2, расход на одну сварку 0,1 м3, масса установки 110 кг, клещей 7 кг, габаритные размеры 640X550X650 мм.

Машина МХСА-50 для армирования деталей с размерами участков до 60X60 мм2, армируемых медными накладками, максимальное усилие 50 тс, давление сжатого воздуха 5 кгс/см2, расход на одну сварку 0,0014 м3, ход рабочего штока поршня 10 мм, масса машины 280 кг, габаритные размеры 400X680X 1490 мм.

Машина МХСА-120 для армирования медными накладками выводов алюминиевых обмоток, шин, линейных зажимов и других деталей с размерами армируемого участка до 120Х 120 мм2, максимальное давление масла в гидросети 200 кгс/см2, потребляемая электрическая мощность 10 кВт, максимальное расстояние между плитами 262 мм, ход поршня гидроцилиндра 83 мм, масса машины 1380 кг, габаритные размеры 1200X60X1730 мм.

Пневмопресс ПП-1 для прихватки медных накладок к алюминиевым деталям перед холодной сваркой при армировании, усилие пресса при давлении сжатого воздуха 4 кгс/см2 равно 800 кгс, расход сжатого воздуха на одну прихватку (сварку) 0,0005 м3, производительность 20 прихваток (сварок) в минуту, масса 40 кг, габаритные размеры 220X300X600 мм.

Сварка непрерывным швом (шовная сварка рис. 135). При этом способе сварки металл деформируют вдавливанием в него рабочих выступов вращающихся роликов. Для сварки прямых листов непрерывные швы непригодны, так как уменьшают сечение деталей и по этой линии может произойти излом. Поэтому такой способ сварки используют для различных кольцевых и продольных швов в замкнутых контурах.

Для шовной сварки алюминия и его мягких сплавов рекомендуются следующие параметры шовной сварки: диаметр ролика должен быть примерно 505, ширина рабочего выступа (l-f-5)S высота рабочего выступа (0,8-f-0,9) S, где S— толщина свариваемых деталей.

Ширина опорной части ролика должна быть в 2—3 раза больше ширины рабочего выступа [8].

Стандартное оборудование для холодной шовной сварки не выпускают, а только отдельные предприятия создают специализированное оборудование для ее выполнения. В частности, завод «Электрик» создал шовную установку для приварки днища к электрочайнику. Средняя линейная скорость вращения ролика 3 м/мин, усилие, приложенное к роликам, может изменяться от 1,5 до 8 тс. Для сварки, например, алюминия толщиной 2+ 1,5= 3,5 мм рабочее усилие на роликах равно 1,8 тс.

Стыковая сварка. При этом способе соединяемые детали закрепляют в специальных зажимах, расположенных соосно, а торцы свободных, выпущенных из зажимов концов деталей примыкают один к другому.

Величина выпущенных концов зависит от свариваемых сечений и материала. При осевой осадке выпущенные концы пластически деформируются и в месте стыка образуется сварное соединение.

Место сварки всегда имеет утолщение по сварному стыку.

Схемы зажимных устройств показаны на рис. 136. При сварке по первой схеме происходит затрудненное истечение деформируемого металла и необходимо прикладывать большие прессовые усилия, при сварке по второй схеме требуются меньшие усилия прессования, при этом обеспечиваются высокие показатели прочности.

Длина вылета рабочей части детали (по данным Г. П. Сахатского) должна быть для алюминия (14-1,2) d; для меди (1,25-4-1,75)d\для свинца (0,94-1; 1) d\для серебра (1,254-1,50)d, где d— диаметр стержня или размер меньшей стороны прямоугольника.

Рекомендуемые (оптимальные) длины вылетов для холодной сварки деталей приведены в табл. 163—165.

При сварке алюминия с медью вылет алюминиевого стержня должен быть меньше, чем медного, примерно на 30—50%.

При выполнении стыковой сварки усилие, осадки для проводов из одного и того же материала растет линейно с увеличением длины вылета. Величину удельного усилия осадки можно определить с помощью кривых, показанных на рис. 137. При сварке алюминия с медью нужно руководствоваться зависимостью усилия осадки от длины вылета при сварке меди.

Величина усилия зажатия деталей при использовании зажимных устройств замкового типа и при наличии насечки на губках должна быть не менее 45% от усилия осадки.

Основные технические характеристики некоторых машин для стыковой сварки приведены в табл. 166. Кроме того, для стыковой холодной сварки применяют следующие ручные инструменты: ручные клещи для сварки проводов диаметром 0,8—2 мм;

ручные клещи КС-6 для сварки проводов диаметром 1,7— 3,6 мм с четырьмя сменными комплектами наконечников, масса клещей 1,4 кг;

настольный станок СНОЗ для сварки алюминиевых проводов сечением до 25 мм2, медных сечением до 10 мм2, а также алюминиевых проводов сечением до 10 мм2 с медным сечением до 6 мм2, масса станка 12 кг;

приспособление ПС-7 для сварки круглых алюминиевых проводов сечением 1,1—5 мм2 и медных сечением 1,1—2,5 мм2, масса приспособления 4 кг, габаритные размеры 300Х 190Х 65 мм.

Список литературы
  1. Баранов И. В. Холодная сварка пластичных материалов. М. — Л.,-. «Машиностроение», 1969, с. 5—32, 32—48, 59 — 76, 162 — 201.
  2. Вавилов А. Ф. Воинов В. П. Сварка трением. М., Машгиз, 1964, с. 5-10, 51-61, 80-82, 126-127.
  3. Билль В. И., Терентьев Ю. Я. и Штернин Л. А. Сварка трением. M.f ВНИИЭМ, 1965, с. 3 — 12.
  4. Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка в вакууме. М., «Машиностроение», 1968, с. 3-8, 28, 108-152.
  5. Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. М., «Машиностроение», 1970, с. 3 — 11, 35 — 47, 52 — 53.
  6. Назаренко О. К., Истомин Е. И. и Локшин В. Е. Электронно-лучевая сварка. М., «Машиностроение», 1966, с. 5 — 6, 24 — 26, 109—110.
  7. Первицкий Ю. Д. Холодная сварка давлением. — «Приборостроение», 1958, № 5, с. 3 — 12.
  8. Сборник трудов XI Межвузовской научно-технической конференции. Диффузионное соединение в вакууме металлов, сплавов и неметаллических материалов. Под ред. Н. Ф. Казакова. М., «Машиностроение», 1971, с. 269 — 273.
  9. Силин Л. Л,, Баландин Г. Ф. и Коган М. Г. Ультразвуковая сварка. М., Машгиз, 1962, с. 1 — 12, 13—24, 75, 79, 80.
  10. Эсибян Э. М. Плазменно-дуговая аппаратура. Киев, «Техника», 1971, с. 5—16, 140 — 147.

вверх страницы