Что такое кузнечная сварка или сварка ковкой?

Кузнечная сварка – один из популярных способов соединения металлов, использующийся с глубокой старины. Несмотря на значительную трудоемкость и относительно невысокую прочность шва, метод популярен и в наши дни из-за простоты процесса, возможности соединения различных металлов, в том числе и нержавейки.

Что такое кузнечная сварка?

Кузнечная сварка металлов представляет собой процесс формирования прочного соединения металлических элементов под воздействием давления и высокой температуры. Нагретые до тестообразного состояния поверхности заготовок под ударами молота проникают одна в другую, шву придается требуемая форма.

Технология сварки подразумевает пошаговое проведение таких операций:

• подготовка поверхностей;
• нагрев до необходимой температуры;
• соединение кромок под ударами молота;
• проковка для придания готовому изделию требуемой формы.

О тетраборате и декагидрате

У буры есть серьезнейшее научное название, потому что это не что иное как соединение слабой кислоты с сильным основанием. Название с первого раза запомнить трудно: декагидрат тетрабората натрия.

Эта смесь, которую гремучей никак не назовешь, входит в состав всех эффективных флюсов и шлаковых смесей при кузнечной ковке или пайки сложных и капризных металлов типа меди, ее сплавов, чугуна, стали.

Флюс для кузнечной сварки – особая технологическая заслуга буры, о которой нужно рассказать отдельно.

Разновидности кузнечной сварки

• Кузнечная сварка с использованием молотов или гидравлических прессов.
• Сварка прокаткой путём совместного деформирования деталей (чаще листов). Используется для изготовления биметаллов, листовых теплообменников и др.
• Сварка волочением при совместном протягивании деталей через специальную фильеру (волоку). Используется при изготовлении биметаллических проволок, трубок, лент и др.

Особенности

Соединение кузнечной сваркой возможно не для всех групп металлов. Хорошо поддаются термической диффузии изделия из низкоуглеродистых марок стали, плохая – у элементов из легированных, цветных металлов и их сплавов. Соединение ковкой чугуна вообще невозможно.

Процесс относится к достаточно сложным способам, требующим определенных знаний и навыков. Опыт играет особенную роль – для формирования прочного соединения важно не допустить перегрева поверхностей, равно как и недостаточного их прогрева.

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»

Ковка

Она возникла еще в 4-3 тысячелетиях до нашей эры в странах Востока и постепенно распространилась по всему миру. Различают ковку холодную и горячую, на молотах (машинную), ручную и штамповку.

Традиционно для придания металлу желаемой формы кузнецы применяют ручную горячую ковку. Суть ее в следующем: в горне или печи металл нагревают до высокой температуры, после чего с помощью кузнечных инструментов ему придают необходимую форму. Отдельные части будущего изделия соединяют между собой с помощью заклепок, сварки или других конструктивных элементов. Эта технология позволяет изготавливать предметы интерьера с живописными узорами, каждый из которых является уникальным по своей сути.

При холодной ковке металлу придают нужную форму без нагревания, поэтому при таком способе декор будет сравнительно проще.

Способы

Соединение ковкой осуществляется несколькими методами:

• внахлест;
• впритык;
• встык;
• вразруб;
• в расщеп;
• кольцевой способ;
• с шашками.

Особенности кованых и сварных изделий

И те и другие отличаются надежностью и высокой механической защитой (это особенно важно для оград, заборов, ворот, оконных решеток). Все работы обычно выполняются вручную, что гарантирует приобретение клиентом уникальных изделий.

Разницу же между ними можно обозначить так:

• ковка – это престижно и изысканно;
• сварка – практично и недорого.

Остановимся на отличиях ковки и сварки подробнее.

Хорошо нагретый металл легче поддается деформации, поэтому кованые изделия часто отличаются более сложным рисунком и многообразием используемых элементов. Это преимущество проявляется в прекрасном внешнем виде всех кованых изделий. Кстати, мастер художественной ковки сможет реализовать почти все ваши задумки при оформлении жилища, что сделает его индивидуальным и неповторимым.

Сварные изделия обычно базируются на использовании несколько деталей, изготовленных вручную, но по шаблону: колец, овалов, дуг, прутьев и т.п. Их сочетание позволяет создавать оригинальные узоры, в том числе, ажурные, которые заиграют после правильной обработки поверхности металла, например, порошковой покраски под патину. В целом, можно отметить, что в основе сварного рисунка лежит симметрия и геометрическая правильность, хотя нередко такие изделия дополняются коваными элементами: листиками, розетками, пиками и пр., что делает их еще более привлекательными.

На изготовление кованых металлоконструкций уходит гораздо больше времени в сравнении со сварными. Да и интенсивность труда будет несколько выше. Отсюда разница в цене: изделия, изготовленные с помощью сварки, стоят на порядок дешевле и при этом нисколько не уступают кованым в прочности и надежности. Следовательно, для многих клиентов это более экономичное приобретение.

Хотя чаще всего при изготовлении металлических изделий для дома и офисных помещений: заборов, ворот, оконных решеток, перил, мебели, предметов декора и т.п. — мастера сочетают ковку и сварку, что позволяет сделать их презентабельными внешне и приемлемыми по цене.

Что выбрать для себя – личное дело каждого человека. Но в любом случае вы получите долговечное и экологичное изделие, которое будет украшать ваш дом на протяжении нескольких лет.

Технология

Внахлестку

Прочный стык образуется за счет большей площади совместного проникновения металлов. Перед работой выполняется высадка концов элементов, контактная поверхность располагается под углом 300°. Детали накладываются одна на другую, совмещаются несильными ударами и проковываются с параллельной осадкой до нужной формы.

Вразруб

Метод подразумевает выполнение предварительной подготовки концов элементов. Один из них высаживается и нарубается зубилом вдоль, получившиеся части разрубаются под углом 300-400°. Второй конец первой детали заостряется так, чтобы можно было его вставить в разруб другого элемента. Между соединяемыми поверхностями для компенсации раздачи металла при нагревании вставляются тонкие пластины. Концы, очищенные после нагревания от флюса, сопрягаются и соединяются под сильными ударами молота. После небольшого охлаждения выполняется отделка.

Встык

Предварительное осаживание концов элементов не выполняется, оно происходит в процессе работы.

Изделия соединяются встык, прочный спай образуется под сильными ударами. Один из концов при этом остается холодным. По окончании работы производится вытяжка изделия.

В расщеп

Соединение по такой схеме применяется для листового металла. На небольшом удалении от кромок, полосы оттягиваются и надрезаются на 5-6 частей, укладываются с перекрыванием одна на другую, прогреваются и сковываются.

С шашками

Метод с шашками используется для крупных изделий.

Производится отковка концов на угол от 30 до 40°, из того же материала изготавливаются накладки под тем же углом и укладываются на концы. Место соединения прогревается и тщательно проковывается.

Кольцевая сварка

Заготовка заранее сгибается на роговой наковальне. Кончики отрубаются под одинаковым углом и разводятся в стороны для сопряжения и совместной сковки.

Впритык

Осадка концов выполняется для создания запаса толщины металла. Он требуется для проковывания элемента не только по линии шва, но и во всех прогретых до температуры сварки местах.

Литература

• Корниенко А.Н. У истоков «Электрогефест». — М .: Машиностроение, 1987. — 168с.
• Рындина Н.В. Древнейшее металлообрабатывающее производство Восточной Европы. М.: Изд-во МГУ, 1971. — 142с.
• Сварка в СССР: В 2 т. / Под ред. В.А. Винокурова. — М., 1981.

Обработка

Когда речь идет о производстве (сварке) художественных изделий, тогда невозможно обойтись без отделочных работ. Это позволяет сделать конструкцию привлекательной.

Если для вас это важно, вы можете провести отделку готового материала. Для этого понадобится кузнечный инструмент.

Этот этап не считается обязательным, но может применяться в редких случаях. Также детали изредка полируют и кварцуют, когда производится ремонт.

В этом помогают щетки, что содержат ворс из металла. Паста для полировки позволяет сделать конструкцию гладкой.

Подведем итоги

Сварка при помощи кузнечного метода (ковки) позволяет соединять металлы быстро. Такие случаи известны, когда идет речь о кузнечном изготовлении ножевых изделий, а также конструкций из нержавеющей стали.

Несмотря на то, что метод теряет свою актуальность, он считается особенным. Об этом позволяет говорить ручная работа, которая повсеместно применяется в кузне.

Современные сварочные методики могут похвастаться практичностью и скоростью выполнения. Кузнечная металлообработка (ковка) придает изделиям особенный статус.

А вам удавалось поработать с этим методом? Какие были впечатления? Пишите свое мнение в комментариях. Желаем успехов!

Нагрев

Важнейшим условием получения надежного шва при кузнечной сварке является поддерживание требуемого для конкретного металла температурного режима.

Температура

Температура выставляется по цвету поверхности каления. По достижении требуемого нагрева необходимо сразу же приступать к ковке, потому как передержка ведет к пережогу металла и чрезмерному образованию окалины.

Избежать пережога помогает применение флюса, наносимого на изделие в процессе нагревания. Его можно приобрести в магазинах либо вымыть и просеять речной песок без содержания глины.

Важно! Для снижения образования шлака можно использовать заранее приготовленный состав: кузнечная бура смешивается с песком.

Проковка

По достижении требуемой температуры заготовки вынимаются из горна и укладываются на наковальню и соединяются легкими ударами молота. Затем сила ударов постепенно увеличивается с сохранением темпа. В результате заготовки прочно соединяются между собой.

Для равномерного выхода шлака из зоны соединения проковка выполняется от середины заготовки к кромкам.

После проковки опытные кузнецы вновь нагревают готовые изделия и повторно выполняют процедуру. При этом главное не перестараться – кузнечное соединение получается не таким прочным, как при сопряжении при помощи сварочного аппарата.

Отделка

В кузнечной сварке отделка применяется не всегда, а только в тех случаях, когда к соединенным изделиям предъявляются требования относительно внешнего вида.

Для отделки применяется специализированный кузнечный инструмент, так же может использоваться кварцевание, полировка либо патинирование.

Техника безопасности

В процессе выполнения кузнечной сварки элементов в условиях производства или строительства на работающих воздействуют следующие вредные факторы:

• открытого пламени;
• искрения;
• повышенный температурный режим;
• химически активные вещества (флюс).

Рабочее место должно соответствовать требованиям техники пожарной безопасности, в процессе работы следует использовать средства защиты. Для оказания медпомощи на месте производства работ должна находиться аптечка.

Иван Аносов, сварщик, стаж работы – 30 лет: «Кузнечная сварка, несмотря на недостаточное внедрение в промышленное производство, востребована для мелкосерийного или единичного изготовления деталей. Экономичность и многообразие способов, возможность применения для соединения изделий из нержавеющий стали обуславливают популярность метода в небольших мастерских».

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...