Файл: Холодная сварка и ее разновидности.docx

РЕФЕРАТ

на тему: «Холодная сварка и ее разновидности»

Содержание

Введение

Холодная сварка - метод получения неразъемного соединения однородных и разнородных пластичных металлов и сплавов при значительной совместной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых деталей¹. 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.

Метод холодной сварки основан на использовании пластической деформации, с помощью которой разрушают на свариваемых поверхностях хрупкую пленку окислов - основное препятствие для соединения металлов.

Целью исследования является рассмотрение особенностей применения холодной сварки и существующих ее разновидностей.

Для достижения цели следует решить определенные задачи:

- охарактеризовать сущность и особенности использования способа холодной сварки;

- рассмотреть сферу применения данного метода;

- обозначить виды холодной сварки.

Объектом исследования является метод холодной сварки. Предметом исследования выступают разновидности холодной сварки и технология ее реализации.

Сущность и характеристики холодной сварки

Под термином «холодная сварка» понимают два процесса:

1. 
   воздействие на холодные металлические детали с помощью давления. В результате этого возникает пластическая деформация металлов в области сжатия и их соединение;
   
2. 
   соединение деталей с использованием специального затвердевающего состава².
   

---

Холодная сварка – сварка давлением при значительной пластической деформации без нагрева свариваемых частей внешними источниками тепла.

Холодная сварка - метод получения неразъемного соединения однородных и разнородных пластичных металлов и сплавов при значительной совместной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых деталей³. 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.

Метод холодной сварки основан на использовании пластической деформации, с помощью которой разрушают на свариваемых поверхностях хрупкую пленку окислов - основное препятствие для соединения металлов. Образование цельнометаллического соединения происходит за счет возникновения металлических связей между соединяемыми металлами. Эти связи возникают между атомами при сближении поверхностей соединяемых металлов на расстоянии порядка (2¸8)× 10^{-7 мм} в результате образования общего электронного облака, взаимодействующего с ионизированными атомами обеих металлических поверхностей.

Холодная сварка - сложный физико-химический процесс, протекающий только в условиях пластической деформации. Без пластической деформации в обычных атмосферных условиях, даже прилагая любые удельные сжимающие давления к соединяемым заготовкам, практически невозможно получить полноценное монолитное соединение. Роль деформации при холодной сварке заключается в предельном утонении или удалении слоя оксидов, в сближении свариваемых поверхностей до расстояния, соизмеримого с параметром кристаллической решетки, а также в повышении энергетического уровня поверхностных атомов, обеспечивающем возможность образования химических связей⁴.

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 соединялись⁵. 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 журналах⁶.

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.

Качество сварного соединения определяется исходным физико-химическим состоянием контактных поверхностей, давлением (усилием сжатия) и степенью деформации при сварке. Оно также зависит от схемы деформации и способа приложения давления (статического, вибрационного).

Преимуществами использования холодной сварки являются:

- малая стоимость;

- высокая производительность;

- возможность автоматизации работ во взрыво- и огнеопасной среде;

- возможность сварки деталей с нанесенной изоляцией;

- высокая гигиеничность процесса⁷.

Область применения холодной сварки и характеристика ее механизма

Холодной сваркой можно сваривать металлы, имеющие высокие пластические свойства: алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, кадмий, никель, свинец, олово, цинк, титан, серебро и др. Этот способ сварки применяют при сварке разнородных металлов, например, меди с алюминием.

---

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

Промышленное применение. Холодная сварка наиболее широко применяется в электротехнической промышленности. С её помощью успешно дефицитная медь в качестве токопроводящего материала заменяется алюминием. Холодная сварка позволяет обеспечить безотходное производство обмоток электрических машин, трансформаторов, замену штамповки коллекторных медных пластин электродвигателей нa холодную сварку (что даёт возможность сократить количество отходов металла в 8-10 раз)⁸.

В радиоэлектронике и радиотехнике холодная 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.

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 аппаратов⁹.

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.

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).
  

---