Наталья Коршевер - Работы по металлу
При кузнечной сварке различают 4 основных операции: подготовка концов, нагрев, сварка, проковка шва.
Кузнечная сварка отличается от аналогичной слесарной операции. Когда при деформировании на малое расстояние происходит сближение поверхностей, между атомами кристаллической решетки возникают мощные силы притяжения. Если металл имеет высокую пластичность, то на такое расстояние его можно свести нагреванием в кузнечном горне.
Выбор материалаХорошее качество сварки можно получить у низкоуглеродистой конструкционной стали. Кузнечной сваркой лучше всего сваривать сталь с содержанием углерода 0,15–0,25 %.
Некоторые примеси, например сера и фосфор, сильно ухудшают свариваемость, поэтому содержание этих веществ не должно превышать 0,05 %. Легированные стали брать не рекомендуется, сварка их в условиях обычной кузницы почти невозможна. Положительно на качество сварки влияет добавление марганца. Также к сварочному флюсу рекомендуется добавлять опилки низкоуглеродистой стали. При горении они будут поглощать углерод, и сварка получится более прочной.
Нагрев под сваркуПеред началом сварки заготовкам необходимо придать определенную форму, которая зависит от сечения поковки. Поверхности очищают от окалины. Горн следует прочистить тщательнее, чем обычно, удалить всю старую золу. Нагрев должен быть равномерным и сильным.
Температура, при которой можно проводить сварку, зависит от содержания углерода: чем оно выше, тем ниже температура. Низкоуглеродистую сталь можно варить при 1350–1370° С, когда заготовка становится ослепительно белой. Лучшим топливом является древесный уголь, так как содержание серы в нем невелико. При работе с кузнечным углем надо использовать те сорта, в которых содержится минимальное количество серы.
ФлюсыДаже при незначительном повышении температуры ковки (а она гораздо ниже сварочной) происходит интенсивное образование окалины и возможен пережог металла. Чтобы избежать нежелательного нагара при горновой сварке, раскаленные части заготовок посыпают специальным составом – флюсом. Используются и сварочные порошки, состоящие из кварца, поваренной соли и буры (Na2B4O7).
Для сварки низкоуглеродистой стали в качестве флюса берут просеянный речной песок с добавлением буры. Если сталь конструкционная, в состав включают металлические и марганцевые опилки. Его насыпают на заготовку при температуре 950–1050 °C, что соответствует оранжевому или светло-желтому цвету металла. Делать это лучше до того, как металл начнет искриться. Попадая на разогретые концы, флюс плавится, вследствие чего предотвращается окисление и растворяется окалина.
Проверить готовность поковки можно тонким металлическим стержнем: если он вязнет в металле, то нагрев достаточный. Однако сразу после этого вынимать ее не рекомендуется, лучше подсыпать еще флюса и немного погреть заготовку.
После окончательного нагрева и непосредственно перед сваркой флюс удаляют с заготовки ударом о наковальню или счищают металлической щеткой.
Способы сваркиВынув металл из горна и счистив шлак, концы заготовок складывают вместе и сваривают быстрыми ударами молота. Первые удары делают легкими, чтобы лучше пригнать поверхности и выбить шлак, последующими проводят окончательную сварку. В это время зернистость металла уменьшается, он становится более прочным.
Заключительными ударами заготовке придают требуемую форму.
Всю сварку надо проводить быстро, чтобы металл не успел остыть. Повторное нагревание уже закаленного металла нежелательно. Часто для большей скорости сварку делают одновременно несколько человек.
Для окончательной отделки используют гладилки, обжимки и другие кузнечные инструменты.
Подготовка свариваемых концов зависит прежде всего от их толщины (рис. 154).
Рис. 154. Различные способы сварки: а – внахлестку; б – вразруб; в – встык; г – врасщеп; д – с помощью шашек.
Поковки толщиной до 100 мм можно сварить внахлестку. Этот способ позволяет создать высокопрочный стык за счет большой площади совместной деформации.
Перед сваркой концы заготовок высаживают и делают плоскость контакта под углом 30–45° (рис. 154, а). Их накладывают друг на друга, совмещают несильными ударами, а затем проводят окончательную проковку с одновременной осадкой до нужной формы.
Толстые изделия сваривают вразруб, этот метод требует более сложной подготовки концов деталей. Один из них высаживается и надрубается зубилом по продольной оси, полученные части разгибаются под углом 30–40°. Другой конец после высадки заостряют с двух сторон так, чтобы он заполнял разруб первого (рис. 154, б).
Пустоты, образующиеся при вставке, ликвидируют холодной ковкой. Для учета раздачи металла при нагревании в промежуток между ними вставляют тонкие пластины. Нагретые и очищенные от флюса концы совмещают и сваривают сильными ударами. Затем, когда металл немного остынет, проводят окончательную отделку. Этот способ применяется при сварке сталей разных марок, причем металл меньшей пластичности вставляется в металл большей.
Тонкие полосовые заготовки сваривают врасщеп. Концы заготовок дважды разрубают вдоль продольной оси, после чего загибают в разные стороны, как показано на рис. 154, г. После доведения металла до нужной температуры детали соединяют, кладут на наковальню и сильными ударами сверху накрепко сваривают концы. Преимущество этого способа сварки в том, что соединение получается очень прочным.
Встык варят заготовки в том случае, если нет возможности подготовить концы указанными выше способами, а также тогда, когда стержень приваривается к продольной поверхности другой детали.
При подготовке осаживать концы деталей не надо, это происходит уже в процессе сварки. Заготовки соединяют встык и сильными ударами вдоль продольной оси доводят до образования прочного спая (рис. 154, в). Для этого другой конец обязательно должен быть холодным. После окончания работы проводят вытяжку.
По прочности сварки этот способ уступает всем остальным, его рекомендуется применять в тех случаях, когда не требуется создания прочных конструкций. Но для изготовления декоративных деталей он подойдет.
Для ремонта поврежденных деталей или частей металлических колец, которые теряют нужную форму из-за наложения, применяют способ сварки, выполняемый с помощью шашек. Так называются металлические вспомогательные части сварного узла, которые вставляют между концами заготовок. Вместе с последними они образуют участок полосы, по форме не отличающийся от целого (рис. 154, д).
Обычно шашки делаются из низкоуглеродистой стали, что повышает качество сварки. Удары делают сильными, по плоской поверхности спая. Можно разбить процесс на несколько этапов: сначала приварить шашки к концам заготовок, а потом проводить сварку так, как это делается способом внахлестку.
Сварка колецЧтобы сварить кольцо из прутка круглого или прямоугольного сечения, необходимо предварительно согнуть его на роге наковальни (рис. 155).
Рис. 155. Сварка колец: а – на роге; б – на наличнике.
Концы протягивают или отрубают под одинаковым углом и немного разводят в стороны. Сварку проводят при обычной температуре, на наковальне. Если срез делался в плоскости кольца, то оно отковывается на роге (рис. 155, а), а если в плоскости ребра – на плоской поверхности (рис. 155, б).
Пайка латуньюОна не относится к кузнечным операциям, но часто применяется для соединения небольших деталей художественных композиций из металла. Паять можно только изделия из поделочной стали, имеющие плоскую или квадратную форму. Круглые прутки соединяются плохо, так как имеют маленькую плоскость соприкосновения.
Перед началом пайки изделие собирают, скрепляя его отдельные части металлической проволокой (биндрой). Затем его помещают в горн и нагревают до красного каления. Закладка должна производиться очень осторожно, место для изделия в углях расчищают кочергой. На решетке оставляют достаточно большой и ровный слой топлива. Подгребать уголь следует так, чтобы его кусочки не попадали на поковку. Дутье горна для равномерного прокаливания должно быть слабым.
В качестве флюса обычно используется бура, которую перед нанесением немного смачивают водой. Когда она растекается по всей поверхности, можно начинать пайку. Для этого прутком латуни, не снимая флюса, касаются тех мест, которые требуется соединить. При этом цвет пламени в горне меняется на зеленый. Передвигать изделие во время пайки нельзя, чтобы не сместить со своих мест отдельные детали.
Композиции, состоящие из многих элементов, сваривают иным образом. В местах пайки заранее раскладывают кусочки латуни с таким расчетом, чтобы при нагревании они растеклись и скрепили детали.
Наряду с кусочками латуни, можно использовать стружку или опилки, которые насыпают на места сварки. Они должны быть чистыми, от примесей железа их очищают с помощью магнита. Более мелкие изделия паяют, применяя в качестве скрепляющего материала глину с добавлением соли. Их собирают, соединяя отдельные части латунной, а не железной проволокой. Затем посыпают бурой, обмазывают глиной и осторожно кладут на металлический лист, который помещают в горн.
