Холодная сварка металлов

Холодная сварка металлов выполняется без нагрева при комнатных, отрицательных и
даже глубоко отрицательных температурах (до —250° С). Она производится с помощью
специальных устройств, вызывающих одновременную направленную деформацию
предварительно очищенных поверхностей и нарастающее (до определенной границы)
напряженное состояние, при котором образуется монолитное высокопрочное
соединение.
По имеющимся сведениям, холодная сварка применялась еще в древние времена при
изготовлении художественных изделий из благородных металлов (золота и серебра).
С развитием эффективных источников нагрева (в начале XIX в.) — ацетилено-кислородного
пламени, электрической дуги В. В. Петрова, контактного нагрева — возникли более
легкие способы сварки плавлением, пайки и контактной электросварки. Эти способы
вначале отодвинули «пластическую» сварку на задний план.
В связи с интенсивным развитием цветной металлургии, прежде всего массового
выпуска алюминия и его сплавов, меди, никеля, часто возникали трудности в
соединении отдельных изделий. Однако уже в то время применялось специальное
оборудование для пластической металлообработки: различные виды прессов,
прокатные, волочильные и экструзионные станы. На их базе интенсивно проводились
работы по освоению прессовой «пластической» сварки с различными видами нагрева.
При этом специалисты искали пути исключения перегревов и получения равнопрочных
соединений. Естественно, что разупрочнение уменьшается с понижением температуры.
Оказалось, что во многих случаях возможно выполнять прессовую сварку при
комнатной температуре без применения нагрева. Этот способ соединения металлов
назвали холодной сваркой, и он из способа, который был известен только отдельным
мастерам, стал массовым общеизвестным технологическим методом.
В обозрении Ф. Колли [219] отмечается, что в Англии способ холодной роликовой
сварки свинцовых оболочек кабелей запатентован в 1881 г. Желобчатые свинцовые
полосы охватывали изолированные провода с помощью гибочных и деформирующих
роликов, под высоким давлением полосы сваривались. Для сварки свинцовые полосы
поступали чистыми после изготовления прессованием.
При разработке порошковых сплавов в 1937 г. и металлообработке серебра в 1940 г.
было установлено, что соединения в твердой фазе пластичных металлов может
производиться без нагрева.
Р. Тиликэт в 1945 г., рассматривая сварку давлением легких сплавов, отмечал, что
можно получить соединения при температурах, ниже комнатных, в случаях применения
высокого давления [239].
Г. Драст в 1947 г. описал способ сварки в твердой фазе алюминия, меди и никеля в
вакууме. Он отметил, что сдвигающее (касательное) усилие наиболее эффективно
разрушает пленки окислов алюминия независимо от температуры нагрева. Сжимающее
давление без бокового движения недостаточно уничтожает окисные плены. Прокатка и
ковка полученных соединений улучшают их качество.
Первые сообщения о холодной сварке были опубликованы в английских журналах (1945—1948
гг.). Из них наиболее известны работы Р. Ф. Тиликэта. Эти работы распространила
фирма «Дженерал электрик», в них сообщалось преимущественно о холодной сварке
алюминия и меди.
В отечественной литературе первое сообщение о возможности холодной сварки
металлов сделал в 1949 г. К. К. Хренов [158]. Он организовал в Академии наук
УССР специальную группу по холодной сварке, в которой автор настоящей монографии
начал ее исследование с азов. В этой группе впервые были разработаны холодная
стыковая сварка с формированием, холодная точечная сварка с повышенной
остаточной толщиной, тавровая сварка и др. Б. И. Костецкий, который также
работал в этой группе, обосновал общепризнанную теорию металлических связей. Он
же впервые выдвинул идею холодной сварки металлов сдвигом, которая
разрабатывалась и исследовалась с участием автора книги [165].
Одновременно разработки и исследования холодной сварки велись во многих
организациях страны. Особо важное значение имели теоретические исследования и
анализ литературных данных А. П. Семенова [126], проведенные в Академии наук
СССР.
В начале развития холодной сварки в нашей стране получили известность работы К.
К. Хренова [158—170], И.Б.Баранова [17—21], А. П. Семенова [126—131], Б. И.
Костецкого [69—71], С. Б. Айнбиндера [5—9], Л. И. Адрианова и Г. М. Орловского [4],
Н. А. Догадкина [45], Г. П. Сахацкого [113— 115] и др. Данный период отличается
исследовательской самобытностью и слабыми связями, однако это имело не только
отрицательный характер. Именно тогда была разработана теория и основные способы
холодной сварки, которые в дальнейшем технически совершенствовались.
Несмотря на то что первые практические шаги по холодной сварке были сделаны за
рубежом [193, 194, 199, 201—205, 2Ю—213, 215, 219, 231, 232, 239—246], развитие
отечественной науки о физической природе явления холодной сварки, основ ее
технологии и способов сварки достигло высокого уровня. Выдвинутая за рубежом
рекристаллизационная теория И. М. Паркса [225], теория, определяющая
свариваемость по соотношению твердости пленок окислов к твердости основного
металла, теория Р. Ф. Тиликэта [239—246], деформационный ряд свариваемости А. В.
Соутера [231—232] не. подтвердились практикой.
В настоящее время большинство исследователей принимают теорию металлических
связей, впервые выдвинутую в нашей стране [15, 69, 126—127, 165]. На основании
этой теории разработаны принципиальные основы технологии холодной сварки
металлов, позволяющие непрерывно развивать технические ее возможности.
Однако «пленочная» теория, получившая у нас широкое распространение, оказывает
на развитие холодной сварки прямо противоположное воздействие — она ограничивает
ее технические возможности. Уайтхед [6], изучая трение скольжения, высказал
предположение, что легкость разрушения окисной пленки, вероятно, связана с
отношением ее твердости к твердости основного металла. Р. Ф. Тиликэт предположил,
что легкость разрушения окисла является основным критерием свариваемости,
поэтому величина отношения твердости окисла к твердости металла должна давать
некоторое представление о свариваемости металлов при комнатной температуре.
С. Б. Айнбиндер принял в основу «пленочной» теории первую теорию Р. Ф. Тиликэта
и деформационный ряд А. В. Соутера. Анализ этой теории приведен в главе II.
Следует отметить, что Р. Ф. Тиликэт после дополнительных исследований [245—247]
изменил мнение о влиянии соотношения твердости плен и твердости металла на
свариваемость. Он отмечал, что, когда пленки окислов тоньше 50 А или металл
наклепан, эта теория не выполняется, и в ней имеется много исключений. Когда
пленка окислов на металле очень тонкая, например на кадмии и свинце, она не
влияет на свариваемость. Тонкие пленки окислов, какими бы они ни были хрупкими,
могут в определенной степени растягиваться без разрушения, а очень тонкие
естественные пленки на индии, свинце, кадмии не снижают свариваемость этих
металлов по сравнению со свариваемостью золота и серебра, не имеющих окислов.
По мере развития принципиальных основ технологии холодной сварки металлов и
разработки оборудования число метал- лов, соединяемых данным способом,
непрерывно возрастает. Сначала холодная сварка применялась преимущественно для
соединения алюминия, меди и алюминия с медью. Уже эта область применения подняла
роль холодной сварки от второстепенного, «экзотического» способа до
прогрессивного, во многих случаях незаменимого, открывшего много новых
технических возможностей.
В настоящее время число металлов и сплавов, соединяемых холодной сваркой,
намного возросло. Особенно велико преимущество холодной сварки перед другими при
соединении разнородных металлов, чувствительных к нагреву или образующих
интерметаллиды.
Благодаря отсутствию нагрева, способ холодной сварки обладает автономностью, его
удобно использовать в полевых условиях, например, для соединения контактных
проводов железнодорожной тяги, линий связи и др.
Указанный способ также представляет научную ценность, он дает возможность
познать природу пластической деформации, явление возникновения металлических
связей в твердом состоянии, а также явления, связанные с трением и износом. Под
влиянием холодной сварки изменились взгляды на физическую природу сварки в
пластичном состоянии с нагревом, что позволило расширить ее технические
возможности.
Так, способ стыковой сварки с формированием соединений [116—123], сочетающий
рациональные возможности контактной и холодной сварки, позволил решить следующие
проблемные задачи: получить соединения алюминия и меди с твердостью и прочностью,
равными твердости и прочности основного металла, что требуется для холодного
волочения; осуществить соединения дюралюминия, сплава АМг6 и других металлов с
прочностью, равной прочности основного металла; повысить качество сварных
соединений высокопрочных углеродистых и легированных сталей.
Холодная сварка настолько же проста, как и сложна. Очень важно правильно
рассчитать и изготовить оснастку, а также строго выполнять технологию. Если
детали поступили на сварку очень холодными, они покрываются влагой, запотевают,
их можно сваривать только после выравнивания температуры. Подготовленные к
сварке поверхности следует тщательно предохранять от паров, брызг влаги, пыли,
их нельзя трогать руками. При выполнении технологических норм данный способ
обеспечивает высокое и стабильное качество сварных соединений.

Powered by Drupal - Design by artinet