Билет 8. Кузнечно-горновая сварка

Горновая сварка - древнейший вид сварки давлением. На протяжении почти трех тысячелетий человечество широко пользовалось железом, не умея его расплавить, поэтому к железу нельзя было применять давно известную литейную сварку и была изобретена горновая сварка, способ, как бы предназначенный для железа. Расцвету и развитию горновой сварки чрезвычайно способствовал и сам способ производства железа, существовавший на протяжении тысячелетий до второй половины XIX столетия.

При горновой сварке сталь нагревают до перехода в пластическое состояние, нагретый металл подвергают сдавливанию в процессах ковки (кузнечная сварка), прокатки, прессования, волочения и т. д. Сталь нужно нагревать до температуры 1100-1300° С, Всяком случае выше точки превращения alpha-gamma.

Рассмотрим кратко основные процессы, происходящие в металле с повышением его температуры, остановившись для примера на углеродистых сталях. С повышением температуры по достижении критической точки Ас3 обычное alpha -железо переходит в gamma -железо, хорошо растворяющее углерод в больших количествах. При этом цементит и перлит стали исчезают, углерод распределяется равномерно по объему металла, который переходит в однородный аустенит. При дальнейшем повышении температуры наблюдается рост зерен металла, т. е. границы между зернами исчезают, несколько мелких зерен срастаются в одно крупное зерно, стремясь уменьшить общую свободную поверхность. При этой температуре и начинается сварка, т. е. образование в пограничной зоне новых кристаллических зерен, заимствующих материал для своего роста от обеих соединяемых частей, что ведет к уничтожению физической границы раздела между частями.

Прочность сварки растет с увеличением температуры и давления в известных пределах. При чрезмерном повышении температуры могут наступить явления перегрева металла и расплавление отдельных структурных составляющих, что ведет к снижению прочности сварного соединения.

Свариваемость давлением в пластическом состоянии весьма различна у различных металлов. Отличной свариваемостью обладает низкоуглеродистая сталь. С повышением содержания углерода свариваемость быстро падает, и стали с содержанием углерода свыше 0,7% плохо свариваются давлением. Плохо свариваются также многие легированные стали, цветные металлы. Чугун практически не сваривается давлением в пластическом состоянии.

Место сварки можно нагревать различными источниками тепла. Особенно высоких температур не требуется, и необходимый нагрев может быть получен в различных печах и горнах, отапливаемых твердым, жидким или газообразным горючим. Большинство обычных горючих материалов при сжигании их с воздухом в печах надлежащего устройства обеспечивает достаточный нагрев.

Поверхности свариваемых деталей, даже тщательно зачищенные предварительно, в процессе нагрева обычно значительно окисляются, слой окислов делает сварку невозможной. Для очистки поверхности сварки от окислов необходимо прибегать к химической очистке, применяя флюсы, образующие с окислами металла легкоплавкие соединения, легко выдавливаемые из стыка в процессе осадки и, таким образом, позволяющие приводить в соприкосновение совершенно чистые поверхности металла.

При нагревании стали образуется железная окалина, состав которой колеблется между окислами FeO и Fe₃O₄, достаточно тугоплавкими и не расплавляющимися при температуре белого каления. Эти окислы имеют основной характер, поэтому для их офлюсования или ошлакования, т. е. перевода в легкоплавкие соединения, жидкие при температуре сварки, следует применять окислы кислотного характера, нелетучие и достаточно стойкие при температуре сварки. Флюсами при горновой сварке могут ; служить: бура Na₂B₄O₇, борная кислота В(ОН)₃, поваренная соль NaCl, мелкий речной или кварцевый песок, бой оконного стекла, а также их смеси.

После нагрева и офлюсования места сварки выполняют операцию осадки. Осадка вызывает значительную деформацию металла, течение его вдоль поверхностей соединения, способствующее перемешиванию и взаимной диффузии частиц металла соединяемых частей. Величина необходимого удельного давления при осадке.