Чем заменить буру при ковке

Кузнечная сварка — основные особенности и способы

Кузнечной сваркой принято называть технологический процесс создания прочного соединения частей металла при термическом нагреве под воздействием давления.

Кузнечная сварка является одним из древнейших способов неразрывного соединения металлов. Кузнечную или горновую сварку человечество применяло на протяжении почти трех тысяч лет как единственную для изготовления различных изделий из железа, пока не научилось его расплавлять, освоив еще и литейную сварку. А вот с развитием технологического прогресса появились другие эффективные способы соединения металлов между собой, поэтому сварка ковкой практически перестала применяться в промышленном производстве.

Что такое кузнечная сварка

Кузнечной сваркой принято называть технологический процесс создания прочного соединения частей металла при термическом нагреве под воздействием внешнего давления. То есть части железных заготовок в месте будущей сварки нагревают до высоких температур, добиваясь тестообразного состояния поверхности. Затем создают давление ударами молота по лежащей на наковальне заготовке, чем и добиваются создания прочного неразъемного соединения.

Технологически кузнечная сварка включает следующие отдельные операции:

  • обязательную подготовку свариваемой поверхности,
  • термическое нагревание до строго определенной температуры,
  • соединение концов заготовок путем ковки,
  • заключительная проковка для придания заготовке необходимой формы.

Одним из важнейших условий успешной кузнечной сварки является температура. Ее необходимо улавливать по тону расцветки поверхности каления. Так, для железа температура в 1300⁰ C имеет ярко-желтую расцветку поверхности, а при достижении 1400⁰ C металл начинает светиться ярко-белым оттенком. Сразу по достижению необходимой температуры надо производить сварку ковкой, так как передержка будет приводить к пережогу металла и образованию большего слоя окалины.

Особенности кузнечной сварки

Так, хорошо свариваются низкоуглеродистые стали с долей вкраплений углерода до 0,6%, при увеличении содержания углерода способность сваривания у железа значительно ухудшается.

Плохая свариваемость при кузнечной сварке характерна для многих легированных сталей, цветных металлов и их сплавов. А также все виды чугуна не поддаются термической соединению ковкой.

Основным препятствием для возможности соединения железа при нагревании является образование слоя окалины на нагреваемой поверхности, которая состоит из достаточно тугоплавких окислов FeO и Fe3О4, неспособных расплавляться при температурах начала размягчения поверхностного слоя. Для того, чтобы эти окислы как можно меньше мешали процессам сварки, будущую свариваемую поверхность покрывают различными флюсами кислотного характера. В основном для этого применяют поваренную соль, борную кислоту и прокаленную буру. Чаще вместо флюса используют традиционные материалы в виде простого стеклянного боя и мелкого речного или кварцевого песка.

Кузнечная сварка является достаточно сложным технологическим процессом и требует для проведения определенных знаний и навыков. К примеру, возможность кузнечной сварки сильно зависит от температуры и, если не достигнуть нужного предела термического расплавления поверхностных слоев, это приведет к непровару, а вот при чрезмерно перегретом металле произойдет пережог или даже расплавление, что не позволит добиться в обоих случаях прочного и качественного соединения деталей.

Способы кузнечной сварки

  • встык;
  • внахлест;
  • в обхват.

Единственным обязательным условием при таких способах сварки является необходимость выполнения торцов заготовок в виде выпуклой формы и со значительными утолщениями на концах. Это обусловлено тем, что во время проведения кузнечной сварки (а именно — при термическом нагреве) активно образуется шлаковая пленка на свариваемой поверхности и для того, чтобы частицы шлака выдавливались наружу в процессе ковки заготовок и нужна выпуклость поверхности. А вот утолщенные свариваемые концы заготовок, прежде всего, нужны для самой технологии процесса и позволяют после ковки места сварки привести форму сечения заготовки к заданным размерам.

Более технологически сложными являются способы:

  • сварки в расщеп, к примеру, для соединения стальных полос при изготовлении стальных шин для деревенских телег;
  • сварки с шашками, которую в основном применяли при создании прочных соединений крупных по размеру деталей.

В первом случае концы полос подготавливают специально, оттягивая и разрубая так, чтобы их перед сваркой можно было соединить с перекрытием, а затем, после нагрева до нужной температуры, с помощью ковки с обоих сторон сваривают.

Во втором случае, в ходе подготовки места будущей сварки выполняют в виде углов в 30 или 40 градусов и той же угловой формы изготавливают дополнительные детали для вставок, которые и называют шашками. Далее, всю конструкцию доводят до сварочной температуры и с помощью молота и наковальни придают соединению прочность и нужную форму.

Сферы применения

А также такой способ сварки используют в кузницах для производства разного рода составного инструмента, к примеру, топоров, плугов и другого сельскохозяйственного инвентаря.

Промышленное применение кузнечной сварки постепенно утрачивает свои позиции. Это связано с рядом существенных недостатков. Таких, как:

  • медленный нагрев,
  • относительно слабая прочность,
  • малая производительность,
  • неоднородность процессов осадки,
  • требовательность в квалифицированных мастерах.
Читайте также:  Как сделать простой подъемник для авто своими руками

Хотя все-таки остались области промышленности, где кузнечная сварка остается востребованной. К примеру, для производства стальных водопроводных труб с небольшим до 100 мм в диаметре. Для этого полосовую сталь нагревают в термических печах и прокатывают через свертыши, а в конце процесса протаскивают через специальные волочильные оправки с большой скоростью, за счет чего и происходит сварка давлением продольного шва трубы.

Используют промышленную технологию кузнечной сварки для получения многослойной структуры стали, для изготовления биметаллических пластин путем совместного проката разогретых заготовок через вальцы или прессования в вакуумных термических камерах.

Оборудование и расходные материалы

Итак, для работы полноценной кузнечной мастерской вам придется приобрести:

  • переносной и стационарный горн, т. е. специальное приспособление для нагрева металла до нужной температуры (на крайний случай подойдет простой бензиновый автоген);
  • несколько видов наковален: большая и маленькая, однорогая и двурогая, которые необходимо с особой прочностью разместить в мастерской;
  • разных размеров кузнечные клещи;
  • различного вида молоты, размерами от хорошей кувалды до слесарного молотка;
  • две емкости для охлаждения: одну под воду, другая — под масло.

Дополнительно, возможно, будут нужны различные скребки, формы, подставки, инструмент для сгибания заготовок и многое другое.

Обязательно стоит позаботиться о пожарной безопасности и об индивидуальных средствах защиты, таких как очки, кожаный фартук и холщевые рукавицы.

Кузнечная сварка

Автор: Игорь

Дата: 19.03.2017

  • Статья
  • Фото
  • Видео

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

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.»

Читайте также:  ВАЗ 2110 Премьер характеристики, особенности

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»

Бура бурой, а ковка по расписанию

При нагревании она превращается в стеклообразную застывшую смесь, из которой выходит великолепная защита рабочего участка. В дополнение к этому порошок из буры отлично растворяется в воде. Все технические характеристики описаны в отдельном нормативе ГОСТе 8429-77 под названием «Бура техническая».

  1. О тетраборате и декагидрате
  2. Ковка или кузнечная сварка с бурой
  3. Хорошенько греем
  4. Безопасность и правила хранения буры

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.

[box type=”fact”]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.[/box]

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

Читайте также:  Замена ролика натяжителя ремня генератора Хёндай Солярис - Мой Солярис

Ковка или кузнечная сварка с бурой

Процесс ковки отличается сильным нагревом заготовок – это важные технологические нюансы. В результате такого нагревания на поверхностях свариваемых металлических деталей образуется значительный слой окалины вплоть до их пережигания.

Вот здесь и выступает бура в роли спасителя: металлические поверхности засыпают слоем смеси из песка и буры – получается великолепный флюс.

Чтобы разобраться и оценить по достоинству метод с использованием флюса из буры, нужно понять сам процесс. Кузнечная сварка – это смешанный физический метод воздействия на металлы для их соединения.

Суть его – механическое воздействие в виде ударов кузнечного молота в сочетании нагревания для повышения пластичности металла.

Кузнечная сварка применяется для сварки стальных сплавов с по возможности низкой долей углерода – на уровне 0,3%. Высокоуглеродистые стали не годятся для ковки, для этого у них слишком низкая свариваемость при таком методе.

Обязательное требование перед процессом – тщательное удаление с поверхностей заготовок любых загрязнений и оксидных пленок.

Нужно заметить, что кузнечная сварка в принципе не дает крепкого металлические соединения, это далеко не самый надежный способ ковки. К тому же при его использовании не обойтись без профессионализма кузнеца – без этого ничего не получится.

Поэтому он практически не используется в промышленных целях и на заводах. А вот если дело касается ремонтных работ в полевых и неблагоприятных условиях, этот метод применяется довольно часто.

Хорошенько греем

Нагревание деталей идет в печах или горнах. Количество топлива должно быть точно рассчитано – не больше и не меньше. Лучшее топливо для ковки – древесный уголь и кокс. Но на практике чаще применяется обычный каменный уголь.

Металлические детали загружаются в горн только после полного прогорания угля, чтобы из него удалилась сера, присутствие которой плохо сказывается на качестве соединения.

Температура нагревания деталей должна быть выше, чем уровень, при котором начинается ковка. Уровень температуры нагрева в цифрах зависит от процента углерода в стали: чем ниже его содержание в сплаве, тем выше нужно поднимать температуру нагрева для плавления.

Для низкоуглеродистой стали нагрев должен быть не ниже 1350 – 1370°С, отличительный признак – сияющий белый цвет металла. Если сталь содержит высокую долю углерода, достаточно нагрева около 1150°С, цвет тогда будет иметь желтый оттенок.

Флюс для кузнечной сварки добавляется для защиты. Все дело в обильном образовании окалины вследствие нагревания. Флюсовые смеси предохраняют от этого. Флюс для кузнечной сварки засыпают в точно обозначенный момент – когда уровень нагрева будет находиться между 950°С и 1050°С.

Основа смеси – мелкий чистый речной песок с добавкой 10% буры после хорошей прокалки. Бура в песке работает на хорошее образование шлака и легкую очистку металла от примесей в дальнейшем.

Толщина слоя имеет значение: если он будет слишком толстым, прогрев деталей снизит скорость и качество. Поэтому флюс для кузнечной сварки засыпают равномерным и тонким слоем. Добавка буры в флюсовую смесь особенно важна и необходима, если используется уголь низкого качества.

Таблица норм для буры.

Из флюсовой смеси формируется шлак, который может стечь с металлической заготовки, что весьма нежелательно. Для предупреждения этого на заготовки подсыпают дополнительные порции песка – осторожно и в умеренных количествах.

Отличным партнером буры выступают железные опилки мягкой консистенции или ферромарганец. Опилки способны к поглощению углерода с поверхности металла в условиях высокой температуры, тем самым значительно повышая качество процесса сварки.

Если нужно сварить детали из разных металлов или марок стали, то первым делом разогревают металл с меньшей долей углерода из-за более высокой температуры плавления. И только затем начинают работать со второй деталью, металл которой содержит более высокий процент углерода.

Безопасность и правила хранения буры

Особой опасности с точки зрения взрывов или пожаров бура для ковки не представляет. Умеренная степень токсичности наблюдается из-за содержания борной кислоты. В организм бура может попасть через дыхательные пути в виде пыли или аэрозольного распыления, в результате чего слизистые могут быть раздражены.

[box type=”warning”]В больших количествах бура может вызвать отравление. Поэтому во время работы с использованием буры не рекомендуется пить, курить или принимать пищу. Индивидуальная защита не представляет из себя ничего необычного: это спецодежда, очки защитного типа, рабочие перчатки и т.д.[/box]

Хранить буру нужно в закрытых помещениях и обязательно в упаковках – никакой россыпи. Обычно хранение производится в специальных контейнерах, которые должны стоять на твердом покрытии. Срок хранения буры – всего полгода, что нужно учитывать при планировании закупок и использования.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector