Холодная сварка как технология¶

Холодная сварка — технология получения неразъёмного соединения металлических и неметаллических материалов за счёт пластической деформации в зоне контакта без нагрева до температур плавления и без применения присадочного расплава. Соединение образуется при совместном сжатии двух очищенных поверхностей, когда под давлением разрушаются оксидные плёнки, а атомы сближаются на расстояние действия межатомных сил. В быту под этим же названием распространены клеевые составы — двухкомпонентные пасты и «жидкие гвозди» для ремонта, которые к собственно сварке давлением не относятся.

¶Физическая сущность

Сварка давлением основана на трёх условиях: чистота контактирующих поверхностей, достаточное сближение атомов и пластическое течение металла в зоне стыка. При обычных температурах на поверхности металла всегда присутствуют оксиды, адсорбированные газы и влага, поэтому простое сжатие не даёт прочного соединения. В процессе деформации эти плёнки дробятся и вытесняются из зоны контакта, обнажая ювенильные (чистые) слои металла, которые схватываются между собой. Образование соединения происходит практически мгновенно при достижении критической степени деформации.

Различают схватывание (образование металлических связей по отдельным участкам) и собственно сварку, когда сплошность соединения распространяется на всю площадь стыка. Прочность шва зависит от давления, степени обжатия, чистоты поверхностей и пластичности материала.

¶История

Явление схватывания металлов при сжатии известно с давних времён: кузнечная сварка в горячем состоянии применялась ещё в древности, а холодное соединение золотых изделий без нагрева встречается в археологических находках. Как самостоятельное научное направление холодная сварка оформилась в XX веке. В 1930-х — 1940-х годах в СССР и за рубежом были выполнены систематические исследования сварки давлением; значительный вклад внесли работы советских учёных по пластической деформации и схватыванию металлов. В послевоенные годы метод получил промышленное применение, а в 1960–1970-е годы распространились бытовые клеевые составы под тем же названием.

¶Виды и способы

• Стыковая холодная сварка — соединение двух заготовок по торцам под давлением, часто с предварительной осадкой.
• Точечная холодная сварка — локальное соединение в отдельных точках с помощью пуансонов.
• Шовная (роликовая) — получение непрерывного шва вращающимися роликами.
• Сварка сдвигом — деформация сдвигом вдоль поверхности контакта, применяется для разнородных металлов.
• Сварка труб и проводов — соединение алюминиевых и медных жил, оболочек кабелей.

Отдельно выделяют сварку трением и ультразвуковую сварку — родственные процессы, где деформация и очистка поверхностей достигаются за счёт движения инструмента.

¶Технология и оборудование

Процесс включает подготовку поверхностей (обезжиривание, зачистка от оксидов, иногда нанесение активирующих покрытий), сборку под давлением и обжатие. Давление создаётся гидравлическими прессами, клещами, струбцинами или специальными машинами. Степень деформации для алюминия составляет обычно 60–80 %, для меди — 50–70 %, для мягких сталей требуется более высокая степень обжатия. Для повышения качества применяют нагрев до 100–300 °C (тепло-холодная сварка), вакуум или защитную среду.

Оборудование бывает стационарным (прессы, сварочные машины) и ручным (клещи, струбцины, портативные инструменты для кабельных работ).

¶Применение

Холодная сварка давлением применяется там, где нагрев недопустим или нежелателен:

• соединение алюминиевых проводов и кабельных жил в электротехнике;
• сварка алюминиевых оболочек кабелей;
• изготовление биметаллических деталей и переходников;
• соединение труб из алюминия и цветных сплавов;
• в приборостроении и производстве электроники;
• в авиа- и автомобилестроении для разнородных материалов.

Основные преимущества — отсутствие нагрева и связанных с ним деформаций, возможность соединять разнородные металлы, простота контроля. Ограничения — высокая пластичность материалов, значительные усилия, сложность получения равнопрочного шва для твёрдых сталей.

¶Бытовая «холодная сварка»

В розничной продаже под названием «холодная сварка» чаще всего понимают двухкомпонентные клеевые составы на основе эпоксидных смол или полимерных композиций. Они поставляются в виде двух тюбиков (основа и отвердитель), которые смешивают перед применением, либо в виде готовой пасты. Такие составы применяют для ремонта труб, радиаторов, бытовой техники, склеивания металла, пластика, керамики. К сварке давлением они отношения не имеют и представляют собой клеи, хотя в рекламе и обиходе термин закрепился именно за ними.

¶Сравнение с другими методами

¶Критика и ограничения

Метод не универсален: для высокопрочных сталей и хрупких материалов он малопригоден. Прочность соединения зависит от точного соблюдения режима, а контроль качества сложнее, чем при сварке плавлением. Бытовые клеевые составы часто рекламируются как «сварка», что вводит потребителей в заблуждение относительно их прочности и долговечности.

Источники: технические справочники по сварке давлением, материалы по технологии металлов, научные публикации по схватыванию металлов, отраслевые руководства по электротехническим работам.