Ковальська зварювання - основні особливості і способи

Ковальська зварювання є одним з найдавніших способів нерозривного з'єднання металів. Ковальську або горнову зварювання людство застосовувало протягом майже трьох тисяч років як єдину для виготовлення різних виробів з заліза, доки не навчилося його розплавляти, освоївши ще і ливарну зварювання. А ось з розвитком науково-технічного прогресу з'явилися інші ефективні способи з'єднання металів між собою, тому зварювання куванням практично перестала застосовуватися в промисловому виробництві.

Що таке ковальське зварювання

Ковальським зварюванням прийнято називати технологічний процес створення міцного з'єднання частин металу при термічному нагріванні під впливом зовнішнього тиску. Тобто частини залізних заготовок в місці майбутньої зварювання нагрівають до високих температур, домагаючись тістоподібного стану поверхні. Потім створюють тиск ударами молота по лежить на ковадлі заготівлі, ніж та домагаються створення міцного нероз'ємного з'єднання.

Технологічно ковальське зварювання включає наступні окремі операції:

• обов'язкову підготовку свариваемой поверхні,
• термічне нагрівання до строго певної температури,
• з'єднання кінців заготовок шляхом кування,
• заключна проковка для додання заготівлі необхідної форми.

Одним з найважливіших умов успішної ковальського зварювання є температура. Її необхідно вловлювати по тону забарвлення поверхні жару. Так, для заліза температура в 1300⁰ C має яскраво-жовте забарвлення поверхні, а при досягненні 1400⁰ C метал починає світитися яскраво-білим відтінком. Відразу по досягненню необхідної температури треба проводити зварювання куванням, так як пересмикування приводитиме до пережогу металу і утворення більшої шару окалини.

Особливості ковальського зварювання

Здатність з'єднуватися шляхом термічної дифузії під тиском при нагріванні до пластичного стану у різних груп металів і їх сплавів дуже різниться.

Процес ковальського зварювання

Так, добре зварюються низьковуглецевих сталі з часткою вкраплень вуглецю до 0,6%, при збільшенні вмісту вуглецю здатність зварювання у заліза значно погіршується.

Погана свариваемость при ковальської зварюванні характерна для багатьох легованих сталей, кольорових металів та їх сплавів. А також всі види чавуну не піддаються термічній з'єднанню куванням.

Основною перешкодою для можливості з'єднання заліза при нагріванні є утворення шару окалини на поверхні, що нагрівається, яка складається з досить тугоплавких окислів FeO і Fe3О4, нездатних розплавлятися при температурах початку розм'якшення поверхневого шару. Для того, щоб ці оксиди як можна менше заважали процесам зварювання, майбутню зварює поверхность покривають різними флюсами кислотного характеру. В основному для цього застосовують кухонну сіль, борну кислоту і прокаленную буру. Найчастіше замість флюсу використовують традиційні матеріали у вигляді простого скляного бою і дрібного річкового або кварцового піску.

Ковальська зварювання є досить складним технологічним процесом і вимагає для проведення певних знань і навичок. Наприклад, можливість ковальського зварювання сильно залежить від температури і, якщо не досягти потрібної межі термічного розплавлення поверхневих шарів, це призведе до непровари, а ось при надмірно перегрітому металі відбудеться перевитрата або навіть розплавлення, що не дозволить домогтися в обох випадках міцного і якісного з'єднання деталей.

Способи ковальського зварювання

Є кілька простих, що не вимагають особливих підготовчих заходів, способів виготовлення з'єднань за допомогою ковальського зварювання, а саме:

Єдиним обов'язковою умовою при таких способах зварювання є необхідність виконання торців заготовок у вигляді випуклої форми і зі значними стовщеннями на кінцях. Це обумовлено тим, що під час проведення ковальського зварювання (а саме - при термічному нагріванні) активно утворюється шлаковая плівка на зварюваної поверхні і для того, щоб частинки шлаку видавлювалися назовні в процесі кування заготовок і потрібна опуклість поверхні. А ось потовщені зварюються кінці заготовок, перш за все, потрібні для самої технології процесу і дозволяють після кування місця зварювання привести форму перетину заготовки до заданих розмірах.

Більш технологічно складними є способи:

• зварювання в розщепів, наприклад, для з'єднання сталевих смуг при виготовленні сталевих шин для сільських возів;
• зварювання з шашками, яку в основному застосовували при створенні міцних з'єднань великих за розміром деталей.

У першому випадку кінці смуг готують спеціально, відтягуючи і розрубуючи так, щоб їх перед зварюванням можна було з'єднати з перекриттям, а потім, після нагрівання до потрібної температури, за допомогою кування з обох сторін зварюють.

У другому випадку, в ході підготовки місця майбутньої зварювання виконують у вигляді кутів в 30 або 40 градусів і тієї ж кутової форми виготовляють додаткові деталі для вставок, які і називають шашками. Далі, всю конструкцію доводять до зварювальної температури і за допомогою молота і ковадла надають з'єднанню міцність і потрібну форму.

Сфера застосування

Ковальська зварювання є древнім ремеслом і по сьогоднішній день широко використовується художниками і майстрами ковальських справ. Так, поряд з гарячою або художнім куванням, ними застосовується і художня зварювання для створення різних декоративних і дизайнерських виробів з металів.

А також такий спосіб зварювання використовують в кузнях для виробництва різного роду складеного інструмента, наприклад, сокир, плугів та іншого сільськогосподарського інвентарю.

Промислове застосування ковальського зварювання поступово втрачає свої позиції. Це пов'язано з низкою суттєвих недоліків. Таких як:

• повільне нагрівання,
• відносно слабка міцність,
• мала продуктивність,
• неоднорідність процесів опади,
• вимогливість в кваліфікованих майстрів.

Хоча все-таки залишилися галузі промисловості, де ковальське зварювання залишається затребуваною. Наприклад, для виробництва сталевих водопровідних труб з невеликим до 100 мм в діаметрі. Для цього смугову сталь нагрівають в термічних печах і прокочують через свертишем, а в кінці процесу протягують через спеціальні волочильні оправлення з великою швидкістю, за рахунок чого і відбувається зварювання тиском поздовжнього шва труби.

Використовують промислову технологію ковальського зварювання для отримання багатошарової структури стали, для виготовлення біметалевих пластин шляхом спільного прокату розігрітих заготовок через вальці або пресування в вакуумних термічних камерах.

Обладнання та витратні матеріали

Для того, щоб самостійно зайнятися ковальським зварюванням і гарячої художнім куванням, вам знадобиться не так багато обладнання та інструментів для організації невеликої кузні.

Отже, для роботи повноцінної ковальської майстерні вам доведеться придбати:

• переносний і стаціонарний горн, т. е. спеціальне пристосування для нагріву металу до потрібної температури (на крайній випадок підійде простий бензиновий автоген);
• кілька видів наковален: велика і маленька, однорога і дворога, які необхідно з особливою міцністю розмістити в майстерні;
• різних розмірів ковальські кліщі;
• різного виду молоти, розмірами від хорошого кувалди до слюсарного молотка;
• дві ємності для охолодження: одну під воду, інша - під масло.

Додатково, можливо, будуть потрібні різні скребки, форми, підставки, інструмент для згинання заготовок і багато іншого.

Обов'язково варто подбати про пожежну безпеку і про індивідуальні засоби захисту, таких як окуляри, шкіряний фартух і полотняні рукавиці.