Сварка в процессе свободной ковки

Кузнечная сварка основана на способности кусков металла при температуре сварочного жара и под воздействием внешнего давления свариваться в монолитную массу.
Кузнечная сварка находит ограниченное применение благодаря развитию других, более совершенных способов соединения металла. Однако в некоторых случаях при свободной ковке применение ее может оказаться вполне целесообразным. Так, при ремонтных работах, при изготовлении таких деталей, как кольца, звенья цепей и др. способ кузнечной сварки имеет практическое значение и в настоящее время.
Свариваемость стали зависит от содержания в ней углерода и некоторых других элементов. С повышением содержания углерода до 0,5% сталь значительно утрачивает способность свариваться. Это объясняется тем, что в структуре малоуглеродистых сталей преобладает феррит, т. е. железо, которое хорошо сваривается, а с повышением содержания углерода в структуре будет преобладать перлит, в состав которого входит углерод, а последний не способен свариваться. Из других элементов отрицательное влияние на свариваемость оказывают хром, кремний, ванадий и особенно сера и фосфор. Несколько улучшает свариваемость стали марганец.
Температурный интервал нагрева при сварке соответствует в среднем 1300—1380°. Нагрев до такой высокой температуры вызывает интенсивное образование окалины, которая препятствует тесному контакту свариваемых частей и тем самым ухудшает сварку. Чтобы устранить окалину, применяют флюсы. В качестве флюса может служить мелкий сухой песок, бура и др. Флюс взаимодействует с окалиной и дает легкоплавкое соединение — шлак, который покрывает металл и препятствует дальнейшему окалинообразованию. Перед сваркой шлак сбивается энергичным встряхиванием, ударами, либо удалением скребками.
Качество кузнечной сварки во многом зависит от надлежащей проковки металла. Проковка производится с двоякой целью: во-первых, чтобы обеспечить хороший контакт свариваемых поверхностей и выжать остатки шлака между ними. Во-вторых, для размельчения зерен, которые под влиянием высокой температуры значительно увеличиваются в размерах, а это приводит к хрупкости. Чтобы избежать уменьшения сечения при поковке, нужно свариваемые концы предварительно высадить. Форма, которая придается концам после высадки, зависит от способа сварки.
Приемы сварки. Сваркой в стык свариваются стержни небольшого диаметра — до 15—20 мм в поперечнике. Концы стержней предварительно высаживаются и слегка скругляются, что способствует лучшему удалению шлака при сближении торцов. После нагрева до сварочного жара заготовки разогретыми концами прикладываются в стык; один холодный конец упирается в наковальню, а по другому наносятся энергичные удары. Затем место сварки проковывается до размера исходного поперечного сечения (фиг. 94, а). Отсюда ясно, что в стык можно сваривать только короткие заготовки.

Если нужно приварить стержень к какой-либо поверхности, например к плите, то производится так называемая сварка впритык. Конец стержня высаживается и скругляется, а в плите делается углубление. Далее, конец стержня и плита разогреваются до требуемой температуры, стержень разогретым концом вставляется в углубление и по нему в торец наносятся удары (фиг. 94, б).
Внахлестку при молотовой ковке можно сваривать стержни диаметром до 100 мм. Это — наиболее надежная сварка. Концы стержней предварительно высаживаются, а затем скашиваются под углом 30—45°. После разогрева они накладываются один на другой внахлестку и производится энергичная проковка до исходного размера сечения (фиг. 95).
Сварка в замок применяется для соединения стержней крупного сечения диаметром более 60 мм. Проковка должна поэтому производиться под молотом. Такой способ пригоден также для вваривания куска твердой стали в более мягкую сталь. Концы заготовок высаживаются, а затем один из них заостряется клином, а другой разрубается топором и разводится клином либо овальной раскаткой. Разведенные части отделываются и подгоняются по заостренному концу. После разогрева один конец вставляют в развод другого и производят проковку (фиг. 96, а). Удаление шлака при этом затруднено, что может снизить качество сварки.
Разновидностью этого способа является сварка в расщеп, с помощью которой сваривают куски-полос. Концы полос предварительно разрубаются и разводятся, как показано на фиг. 96, б.

Сварка в шашку применяется при изготовлении или ремонте изделий, имеющих замкнутую форму в виде колец, рам и т.п., когда трудно высадить и отделить свариваемые концы.
В месте, где будет сварка, делаются двусторонние скосы под углом 30—40° Из такого же металла изготовляют трехгранные призмы, называемые шашками. Эти шашки подгоняются по размерам выемки, образуемой скосами. Свариваемые концы и шашки разогревают и затем составляют вместе так, как показано на фиг. 97 Энергичными ударами достигается сварка кусков в монолитную массу. Чтобы свариваемые концы при ударах не расходились, их стягивают скобами.

Дефекты кузнечной сварки. Если между свариваемыми поверхностями остается шлак, то он мешает плотному контакту, и в результате в таких местах образуются несварившиеся участки. Такой дефект называется непроваром. Он значительно снижает прочность сварки. Непровар — неисправимый брак.
Температура сварочного жара близка к температуре плавления металла. Это требует особого внимания при нагреве. Излишняя выдержка при такой температуре может привести к оплавлению и окислению зерен металла, связь между ними будет нарушена, и в результате металл утратит прочность и может разрушиться даже при очень слабых ударах. Это — пережог. При ковке пережженного металла во все стороны рассыпаются белые огненные брызги. Пережог — неисправимый брак.
Кузнечная сварка требует местного нагрева до высокой температуры, что вызывает резкое изменение структуры металла, и как следствие — внутренние напряжения. Эти напряжения могут привести к трещинам еще в процессе проковки, либо при эксплуатации детали. Отжиг после сварки способствует снятию напряжений.
Если перед сваркой не произведена достаточная высадка концов, то при последующей проковке поперечное сечение в месте сварки уменьшается. Такой дефект иногда можно исправить высадкой после сварки.