Кузнечная сварка

Кузнечная сварка появилась за несколько тысяч лет до нашей эры, но благодаря своим преимуществам используются и сегодня. Древние способы сварки: кузнечная и литейная не очень отличаются от современных, разве, что с развитием науки–химии появились эффективные присадки и добавки, а большое количество сплавов на основе железа и цветных металлов расширяют области применения.

Процесс кузнечной сварки

Область применения

Кузнечная сварка имеет свои ограничения, но используется активно современными кузнецами. Для сварки колец, полос листового железа, обручей, подковки лошадей очень актуальна кузнечная сварка. Изготовление ножей по типу дамасской стали очень популярно среди коллекционеров, клинки известных мастеров достигают стоимости нескольких тысяч долларов. И это не зря, кузнечная сварка ламината позволяет добиться необычайно красивого узора, высоких показателей стойкости и прочности изделия.

Преимущества и недостатки

Для начала приведем положительные факторы:

1. Кузнечная сварка, одна из немногих способов, позволяет соединять абсолютно несовместимые другим способом сплавы. Частично он напоминает метод пайки, но с той разницей, что части соединяются на молекулярном уровне непосредственно между собой, без участия пайкового материала (флюсы, бура используются исключительно для очистки поверхностей от оксидов);
2. Нагрев металла ниже точки ликвидуса (пластичный металл, но без перехода в жидкую фазу) и отсутствие доступа воздуха, способствует сохранению химического состава, и, соответственно, первоначальных свойств стали;
3. Технология торцевой кузнечной сварки позволяет вернуть и, даже улучшить, первоначальную структуру, за счет измельчения зерен, уковки пустот. При медленном охлаждении, сварной шов получается без нежелательной структуры мартенсита и бейнита и, соответственно, без внутренних напряжений, которые впоследствии становятся причиной разрушения;
4. Существует большое количество современных сплавов, которые могут участвовать в композитных изделиях.

Несмотря на такие доводы, кузнечная сварка не используется в больших масштабах, почему:

• Небольшая производительность за счет медленного нагрева и штучного исполнения повышает стоимость;
• Неточность размеров готового изделия;
• Кузнечная сварка ограничивает количество обрабатываемых изделий по толщине металла, из-за неравномерного прогрева внутренней части;
• Высокая возможность испортить металл: пережечь или недогреть, что делает невозможным соединение частей и создает полную зависимость от профессионализма мастера;
• Большой риск при использовании ответственных деталей, изготовленных способом кузнечной сварки.

Способы кузнечной сварки

В зависимости от формы изделия и назначения, кузнечная сварка проводится несколькими способами:

• Встык, внахлест, в обхват — для этого метода концы сварного изделия делают выпуклыми, чтобы по мере сближения беспрепятственно удалялся  шлак. Принцип этого метода состоит в том, что части соприкасаются друг с другом, разница лишь под каким углом и наклоном;
• В расщеп — метод используется для листового железа. На некотором расстоянии от концов, полосы оттягивают и надрезают на 3-5 частей, в зависимости от ширины листа, затем перекрываются друг другом, после чего проводят нагрев и ковку;
• С шашками — используется для больших деталей. Концы отковываются в угол, обычно 30-40º, затем из этого же материала отковываются накладки с таким же углом и накладываются на концы. Место нагревается и проковывается.

Сварка кузнечным способом до сих пор остается актуальной и доступной в сельской местности, где распространен гужевой транспорт.

Способы кузнечной сварки

Технология сварки

«Обратите внимание!

При спаивании разнородных сплавов, необходимо первоначально нагреть сплав, который подвергается нагреву до более высоких температур. Но порошок для кузнечной сварки подсыпается на поверхность при нагреве не более чем 950-1050º С.»

Нагрев заготовки происходит в горне, в защитной атмосфере (не окислительной), для этого используют такие виды топлива: кокс, каменный уголь с низким содержанием серы (элемент снижает прочность и повышает ломкость сварного шва). Уголь должен прогореть, так вместе с ним выгорает большая часть серы, только после этого нагревают концы, подлежащие обработке.

Процесс нагрева заготовки

Температура кузнечной сварки определяется визуально, по оттенку раскаленного металла, а степень нагрева зависит от содержания углерода в стали:

1. низкий углерод (до 0,3 %) t-нагрева 1350-1450º C, характеризуется ярко­–белым цветом металла;
2. чем выше содержание углерода, тем t-нагрева ниже, всего 1150º C – цвет металла приобретает ярко–желтый оттенок.

Кузнечная сварка – очень тонкое дело, нельзя передерживать в горне заготовку: как только рабочие части изменят цвет, заготовку сразу достают и, счистив железной щеткой окалину, начинают отковывать. Для начинающих мастеров, окажется хорошей подсказкой, что такое кузнечная сварка металла.

Оборудование для кузнечной сварки

Кузнечная сварка предполагает использование специфического оборудования:

• Горн. Отличается от обычно печи возможностью повышать температуру до 1500º C;
• Наковальня;
• Кувалда и молот различного веса, наиболее востребованные 3-5 кг;
• Емкость с очищенным от примесей речным песком, которую устанавливают на горне для очищения поверхности небольших деталей от оксидной пленки (вместо использования флюсов их сразу окунают в песок).

Сварочные материалы

Наиболее благоприятна кузнечная сварка для сталей с содержанием углерода до 0,4 % и минимальным содержанием таких элементов как Si, Cr, Cu, W, V, Р, S. Зато Mn, при его содержании до 0,8 % улучшает пластические свойства металла и благоприятно сказывается на протекании работ.

При нагреве до высоких температур, поверхность начинает окислятся, образуя FeO, SiO, Al2O3. Пленка из этих оксидов превращается в промежуточный слой, который препятствует свариванию. Повышенным содержанием оксидов отличается кузнечная сварка нержавейки, а также шарикоподшипниковых, алюминиевых, высокоуглеродистых сплавов.

Чтобы исключить негативное влияние оксидов, используется кузнечная сварка бурой, вещество, которая при соединении с ними, образует шлаковый слой, сохраняющий поверхность от дальнейшего окисления во время нагрева. Перед началом операции, шлак удаляется. Для формирования шлака используется флюс для кузнечной сварки, его химический состав может изменяться, в зависимости от компонентов. Флюс расплавляет оксидную пленку и препятствует созданию новых оксидов. Одним из компонентов флюса является бура для кузнечной сварки, она имеет постоянный химический состав, и для легкоплавких сталей может использоваться самостоятельно.

Техника безопасности

Кузнечная сварка это, прежде всего, опасный вид занятий, связанный с использованием:

• открытого огня;
• искр;
• повышенного теплоизлучения;
• химически активных веществ – флюсов.

Поэтому рабочее место должно отвечать всем требованиям пожарной технике безопасности, использоваться СИЗ из огнестойких материалов. Для защиты зрения должны использоваться очки. На рабочем месте должна находиться аптечка с препаратами для оказания первой медицинской помощи:

• пантенол;
• глазные капли.

Еще немного о структуре укованного металла

Укованный металл — самый качественный. В любом сплаве всегда присутствует большое количество деформаций, появляющихся при литье, термомеханической обработке, неметаллических включениях, химической и дендритной ликвации. Ковка устраняет многие из них:

• Дробит дендритные (неравномерные, удлиненные) зерна;
• Устраняет пустотелость, вызванную появлением вакансий в кристаллической решетке из-за химической неоднородности металла;
• Измельчает экзогенные неметаллические включения, уменьшая их влияние на структуру.

Кузнечная сварка металла

Такие же свойства имеет и кузнечная сварка.

Заключение

Кузнечная сварка дает принципиально новое направление в производстве, где вместо нагревательных печей используются выносные горелки, а вместо молота и наковальни – прокатка прижимными валками. Таким образом, кузнечная сварка металла внедряется и в промышленные масштабы, позволяя изготавливать изделия, где другой способ был бы нерациональным. Другими словами: «Мы извлечем отсюда столько рационального и полезного, сколь только сможем»