Холодная сварка для алюминия: выбор средства, особенности технологического процесса. Техника безопасности

Благодаря ряду положительных качеств, алюминий (Al) широко распространен при изготовлении различных деталей и изделий. Например, большинство видов транспорта на земле от велосипеда до космических ракет выполнены из алюминия. Это связано с тем, что. алюминий и его сплавы отличаются уникальными характеристиками – малым удельным весом, хорошей теплопроводностью и электропроводностью, прочностью. Однако при соединении деталей из этого металла часто возникают трудности. Например, из-за мягкости алюминиевых деталей редко используется их скрепление с помощью болтов.

Надежным способом обработки алюминия является аргоновая сварка, но для ее выполнения требуется сложное оборудование и квалифицированный сварщик. Поэтому во многих случаях, особенно в домашних условиях, для ремонта алюминиевых изделий используется холодная сварка.

Виды холодной сварки

Холодная сварка алюминия производится для восстановления корпусов приборов, ремонта бытовых изделий и рабочих инструментов.

Производится она несколькими способами:

1. Сварка давления производится посредством прижатия соединяемых участков друг к другу при помощи стержней (пуасонов). Высокое давление влечет разрушение в алюминии оксидного слоя, что помогает созданию высокопрочного монолитного соединения на молекулярном уровне.
2. Второй метод аналогичен предыдущему. Разница заключается в наличии сдвига при давлении. Направленное горизонтальное смещение производится по всей длине стыкуемых областей.
3. Заключительный способ наиболее прост в применении — используется клей, основу которого составляют эпоксидные смолы. После нанесения он способен проникать в кристаллическую решетку алюминия, образуя прочное и долговечное соединение.

Холодная сварка деталей из алюминия при помощи специального клея

Холодная сварка деталей из алюминия, выполняемая при помощи специального клеевого состава, – это технология, позволяющая очень быстро и без особой подготовки поверхностей получить неразъемное соединение. Очень часто данную методику используют в тех случаях, когда необходимо устранить аварийную ситуацию и оперативно соединить алюминиевые детали. Естественно, простота данной технологии позволяет использовать ее чаще всего в домашних условиях.

Клей для скрепления алюминиевых деталей методом холодной сварки

Специальный состав, который применяется для выполнения такой сварки, – это двухкомпонентный клей, выпускаемый в виде мастики или густой жидкости. Состоит такой клей (его можно приобрести практически в любом хозяйственном магазине) из эпоксидной смолы и стального порошка, который служит для упрочнения формируемого соединения.

Чтобы улучшить характеристики клеевого состава для холодной сварки (адгезия с соединяемыми поверхностями, устойчивость к высоким температурам и к воздействию агрессивных сред), в его состав добавляют специальные присадки. Благодаря их использованию свойства застывшего клеевого состава часто превосходят характеристики соединяемых деталей по своей прочности и надежности.

Использование двухкомпонентного клея для фиксации штуцера в трубе из алюминиевого сплава

Любой клей для выполнения холодной сварки – как жидкий, так и в виде мастики – состоит из двух компонентов, которые необходимо смешать непосредственно перед использованием. Следует иметь в виду, что применить смешанный состав необходимо в течение 20–30 минут (спустя полчаса он начинает активно затвердевать). После нанесения на поверхности деталей из алюминия клеевого состава их необходимо прижать друг к другу и выдержать в таком состоянии 40–45 минут. Полное застывание состава происходит в течение 2–2,5 часов.

Чтобы в производственных или домашних условиях получить надежное соединение при использовании клея для холодной сварки, необходимо предварительно очистить и обезжирить соединяемые поверхности. При помощи данного метода можно не только соединить плоские заготовки из алюминия, но и заварить небольшие отверстия и трещины, потратив на это минимум времени и усилий. Соединенные при помощи клея для холодной сварки детали хорошо переносят любые механические воздействия, кроме нагрузок на разрыв.

Ремонт холодной сваркой пробитого поддона картера автомобиля

Применение данного метода холодной сварки алюминия позволяет получить прочные и надежные соединения, но имеет ряд ограничений, о которых необходимо знать.

Так, клей не рекомендуется использовать:

• в местах, характеризующихся высокими температурами;
• в тех местах, к которым предъявляются повышенные требования по экологической безопасности;
• для соединения деталей, условия эксплуатации которых часто изменяются;
• для герметизации сосудов и емкостей, находящихся под высоким давлением;
• для соединения деталей, эксплуатируемых в условиях агрессивной окружающей среды;
• для герметизации труб и сосудов, контактирующих с жидкими пищевыми средами и продуктами питания.

Следует также отметить и преимущества применения клея для холодной сварки, которые делают его очень популярным средством соединения деталей из алюминия:

• исключение окислительных процессов в месте стыка заготовок, что придает долговечности такому соединению;
• простота использования;
• минимум времени, необходимого для формирования неразъемного соединения;
• невысокая цена состава и отсутствие необходимости в использовании специального оборудования и энергоносителей.

Небольшой обзор распространенных на отечественном рынке составов для холодной сварки, основанный на отзывах людей, применявших их на практике.

1. «PERMATEX Cold Weld» Эффективный и весьма универсальный клей, допускающий применение с различными материалами. Отлично выдержал нагрузки на отрыв и на сдвиг в ходе испытаний.
2. «WURTH Liquid» Великолепно подходит для работы с металлическими деталями.
3. «Abro Steel» Хорошо подойдет для ремонта емкостей для хранения жидкостей благодаря высокой способности обеспечивать герметичность.
4. «Титан» Доступная цена, отменное противодействие механическим нагрузкам.
5. «Cold Weld PERMATEX» Довольно популярный состав, заслуживший немало положительных отзывов.

Применение

Холодная сварка для алюминия применяется не только при промышленном производстве каких-либо деталей, но и в домашних условиях. Этот метод соединения поверхностей незаменим, когда требуется срочно заделать трещину в трубе или устранить поломку крепления.

Такой ремонт, зачастую, временная мера. После него заплатку удаляют и заваривают дефект аргоном, либо меняют вышедшую из строя деталь на новую. Холодная сварка по алюминию применяется в ситуациях, когда по нормам пожарной безопасности пользоваться обычной высокотемпературной сваркой нельзя.

Шовный способ

При использовании данного способа холодной сварки место соединения заготовок из алюминия приобретает форму сплошного шва, который формируется при помощи вращающихся роликов или пуансона с рабочей частью в форме кольца.

Схема шовного метода холодной сварки

Предварительно очищенные и обезжиренные детали из алюминия, которые необходимо соединить при помощи холодной шовной сварки, помещают между одним подвижным и одним неподвижным роликами (односторонняя сварка), либо между двумя подвижными роликами (двухсторонняя сварка). После сдавливания роликов и металла под ними на требуемую глубину подвижные ролики начинают вращаться, что приводит к перемещению соединяемых заготовок и формированию сплошного шва.

Процесс контактной шовной сварки на промышленном аппарате

Использование данной технологии позволяет заварить даже очень габаритные листы из алюминия, но наличие сплошного вдавленного в металл шва серьезно ослабляет конструкцию. Именно по этой причине, когда необходимо соединить холодной сваркой плоские листовые конструкции из алюминия, используют шовно-точечную технологию.

Она подразумевает получение соединения при помощи вращающегося ролика, на котором расположены рабочие выступы, оказывающие давление на свариваемый металл. Шов в таком случае выглядит не как сплошная линия, а как прерывистая цепочка сварных точек, которые очень незначительно ослабляют конструкцию.

Источник

Методы сварки деформацией

Есть три основных метода сварки деформацией. Ниже подробно рассмотрен каждый из них.

Точечный

Методика соединения алюминиевых пластин внахлест. Качество получившегося стыка будет напрямую зависеть от выраженности деформации пластины в точке, в которой производилась сварка.

Процесс скрепления детали выглядит так:

1. Одна алюминиевая деталь размещается на другой. С двух сторон они обе плотно фиксируются зажимами.
2. Далее с соблюдением определенных интервалов располагают пуансоны. Именно на них впоследствии будет подаваться точечная нагрузка.
3. Заключительный шаг — один металл фрагментно вдавливается в другой.

Самое очевидное преимущество точечной холодной сварки — незначительная деформация деталей, которая не будет оказывать существенного влияния на общую прочность конструкции, поскольку та происходит только в местах соприкосновения элементов, а не по всех площади поверхности.

Шовный

Эффективная методика образования сплошного шва при помощи специализированного оборудования. Оно состоит из двух роликов, расположенных параллельно друг к другу.

Между ними мастер закрепляет деталь. На рабочей части закрепляется кольца (пуансоны). Данные элементы в дальнейшем будут участвовать в формировании стыкового шовного соединения. Шовная сварка бывает 2-х разновидностей: односторонняя и двухсторонняя.

Стыковой метод

Детали из алюминия при использовании данного метода холодной сварки соединяются своими торцевыми частями, которые предварительно тщательно очищают и обезжиривают. Для того чтобы выполнить соединение по этой методике, заготовки фиксируют в специальных губках с небольшим выпуском торцевых частей, которые и будут подвергаться сдавливанию. После того как детали надежно зафиксированы, на зажимные губки подается осевое давление, которое и сжимает торцевые части соединяемых заготовок, что сопровождается формированием надежного неразъемного соединения.

Схема стыковой холодной сварки деформацией

Данный способ холодной сварки, несмотря на свою простоту, имеет ряд существенных недостатков и ограничений в применении.

• Габариты зажимных устройств, используемых для выполнения такой сварки, ограничивают длину формируемого соединения.
• При сжатии деталей из алюминия пластической деформации подвергаются не только соединяемые торцы, но и та часть, которая зажата в губках.
• После получения неразъемного соединения заготовки достаточно трудно извлекаются из зажимных губок.

Холодная сварка клеем

Холодная сварка по алюминию при помощи клеевых составов доступна всем. Широкий ассортимент подобных составов представлен во всех крупных строительных магазинах (а иногда и в простых хозяйственных).

Мастера рекомендуют отдавать предпочтение водостойким и маслостойким клеям известных производителей, уже длительное время присутствующих на рынке. Также не стоит покупать изделия из низшей ценовой категории. Те редко отличаются качеством и не сумеют обеспечить должного результата.

Холодная сварка — эпоксидный многоцелевой компаунд Permatex GOLD WELD

«Permatex GOLD WELD» — многоцелевой компаунд, смесь на основе “эпоксидки”. Применяется для соединения различных металлов, пластика, керамических изделий, стекла, дерева, резины и различных полимеров. Наносится с помощью тюбика. Процесс применения похож на нанесение клея-момента. Рекомендуется для жесткого соединения и заливки форм.

• Отвердевший состав устойчив к разрушительному воздействию щелочей и кислот.
• Не поддаётся коррозийным процессам.
• Застывает за 4 минуты. Время частичного отверждения – 10 минут.
• В готовом изделии кратковременно выдерживает температуру до +177° С.

Эта холодная сварка устойчива к физическим воздействиям и вибрациям. Благодаря этому её используют для починки промышленного оборудования. Основное применение: алюминий, сталь, латунь, бронза и медь. Продукт устойчив к воздействию большинства автомобильных, промышленных и очищающих жидкостей.

Как выбрать клей?

Ввиду многообразия продуктов отечественного и зарубежного производства сложно определиться с выбором.

Чтобы результат не разочаровывал, необходимо:

• производить сравнение характеристик различных марок;
• внимательно ознакомиться с инструкцией по применению, размещенной производителем на упаковке;
• заблаговременно ознакомиться с отзывами на продукцию;
• обращать внимание на универсальные клеи, которые предназначены для склеивания алюминия с иными материалами.

Также надо в обязательном порядке учитывать диапазон рабочих температур, стойкость к агрессивным условиям внешней среды, степень адгезии.

Безусловно, список того, чему надо уделять внимание, внушителен. Чтобы облегчить жизнь читателя, далее в статье будут указаны самые надежные и доступные клеевые составы.

В том, что касается алюминия, разумно использовать пластилинообразные средства. Это актуально, когда ремонтные работы производятся, что называется, в срочном порядке.

Клеевые составы для холодной сварки двухкомпонентные. Это значит, что перед применением необходимо смешать части в строгом соответствии с установленными производителем пропорциями.

Большинство составов являются высокотемпературными и способными сохранять свои свойства до +140 градусов Цельсия, а отдельные модели и до плюс 250 градусов. Такие экземпляры имеют большую стоимость.

Почему у него такой трудный характер

Если перевести поговорку «большому кораблю — большое плавание» на алюминиевый лад, то она будет звучать так: «уникальным свойствам – уникальные трудности». Уникальностей у алюминия — хоть отбавляй. Трудностей, соответственно, тоже.

• Главный физико-химический нюанс состоит в комбинации двух весьма неприятных для работы факторов: постоянного присутствия поверхностной окисной пленки и очень высокой температуры плавления этой самой пленки – от 20500°С. При этом нужно заметить, что сам алюминий готов расплавиться при со всем смешной температуре – всего 660°С.
• Этот пункт – уже следствие первого: капли расплавленного жидкого алюминия мгновенно покрываются окисной пленкой, что напрямую мешает формированию сплошного сварочного шва. Решение этой проблемы давно найдено: для изоляции рабочей зоны от воздуха процесс проводят под защитой инертных газов.
• Образование сварочной ванны также затруднено. Здесь играет роль высокая текучесть расплавленного алюминия. И эта проблемы решена технически: это применение специальных подкладок, которые отводят тепло.
• В дополнение ко всем этим бедам алюминий содержит водород, который стремится выйти наружу при остывании металла в конце процесса. Это сказывается на сварочном шве – в нем образуются поры и трещины. Трещины имеют еще одно объяснение: в сплавах алюминия всегда много кремния, а он способствует их образованию.
• Высокий коэффициент линейного расширения алюминия способствует его расширению при высоких температурах и, соответственно, усадке при остывании. Это приводит к значительной деформации многострадального сварочного шва.
• Высокая теплопроводность алюминия заставляет применять при работе с ним довольно высокие значения сварочного тока.
• Существует множество марок чистого металла и его сплавов. Часто случается, что определить конкретную марку бывает затруднительно, что приводит к дополнительным трудностям с выбором режима и расходных материалов.

Обязательные меры предосторожности

Холодная сварка по алюминию предполагает соблюдение определенных мер предосторожности. Игнорирование их вполне способно привести к нанесению вреда здоровью работника. Потому, всегда необходимо производить все манипуляции в специальной одежде и защитных очках.

Не стоит забывать и про перчатки, голыми руками работать категорически запрещается. Даже совсем небольшие кусочки клея при попадании на открытые участки кожи способны вызвать раздражение. Если все же это произошло, то руки следует немедленно промыть горячей водой.

Рабочее помещение должно быть оборудовано вытяжкой. Также на протяжении всего рабочего процесса должен быть обеспечен приток свежего воздуха. В противном случае присутствует риск получить отравление вследствие вдыхания паров эпоксидной смолы и растворителей.

Weicon Repair Stick ST Aluminium. Ремонтный стержень

Weicon Repair Stick ST Aluminium – представляет собой ремонтный стержень, который используется для починки сантехнических труб, исправления визуальных повреждений на обшивке судов, лодок, автомобилей и оконных рам. Стержень состоит из эпоксидной смолы с медным наполнителем. Относится к ремонтным стикам.

Этапы работы с холодной сваркой Weicon Repair Stick ST Aluminium:

1. Поверхность соединяемых деталей очищается от грязи, обрабатывается наждачной бумагой, обезжиривается.
2. С помощью канцелярского ножа нужно отрезать от стержня требуемую часть, смочить руки и разомнуть в пальцах клей.
3. Нанести на сломанную часть и прижать на 20 минут.

Желательно продолжать работы со склеенным изделием спустя сутки.

Характеристики:

• При 20 градусах, жизнеспособность состава – 4 мин.
• Устойчивость к температурам от -50 до +120° С.
• Полное время отвердевания – 24 часа.

Работать с клеящим составом можно от +10 до +35° С.

Плюсы и минусы клеевой методики

Холодная сварка по алюминию, если она выполнена в соответствии со всеми правилами и нормам, дает герметичный шов, устойчивый к разрушению даже при воздействии сильных вибраций. Достигается этот эффект за счет достаточной эластичности соединения.

Теперь, непосредственно к достоинствам клеевой сварки:

• дешевизна работы;
• малое количество времени, которые требуется ожидать между окончанием ремонта и началом эксплуатации предмета;
• никаких отходов и затрат электроэнергии;
• необязательность наличия опыта;
• помогает сварить алюминий с материалами, имеющими другой молекулярный состав.

Однако, вместе с этим, специфика метода сварки накладывает ряд ограничений на ее применение.

Aluminium Putty F (Devcon F), металлополимер наполненный алюминием

Aluminium Putty F (Devcon F) – двухкомпонентный состав, который насыщен алюминиевым порошком. Используется для соединения цветных металлов, а также пластика и бетона. С помощью этой холодной сварки можно создавать алюминиевые поверхности, которые устойчивы к воздействию коррозийных процессов.

1. Изначально поверхности склеиваемых деталей очищаются от краски, грязи и ржавчины. Остатки масла и жира нужно удалить с помощью растворителя. При работе с изделиями из алюминия, нужно зачищать его перед нанесением холодной сварки.
2. Если работы проводятся при температуре менее +10° С, поверхности разогреваются до +40° С.
3. На плоской дощечке смешивается основа и отвердитель с помощью шпателя. Им же готовый клей наносится на детали.
4. Готовое изделие обрабатывать мокрой шкуркой.

При нанесении клея, нужно вдавливать его в пустоты и трещины материала. Холодную сварку этого типа можно использовать для починки емкостей, в которых будет содержаться бензин или масло.

• Начинать механические работы со склеенным изделием после отверждения не ранее чем через 4 часа. Через 16 часов при комнатной температуре достигает 75% полной готовности к использованию.
• Устойчив к коррозийным процессам. Защищает металл.
• При полной готовности сохраняет свои свойства при температуре до +120° С.
• Наносить клей можно в течении 60 минут.

Компаунды Devcon F имеют химстойкость к воде, растворам солей, бензину, нефтепродуктам, маслу и пропиленгликолю. Не подходит для длительного контакта с концентрированными кислотами и органическими растворителями.

Обзор популярных средств, применяемых для алюминиевой сварки

Клеевых составов много. У неопытных ремонтников может возникнуть резонный вопрос: “А какой лучше выбрать, чтобы не ошибиться?”. Стоит в этом разобраться! Ниже представлены наиболее распространенные и надежные марки, заслуживающие доверия.

Permatex

Многоцелевой компаунд, выполненный на основе эпоксидной смолы. Устойчив к вибрациям и внешним физическим воздействиям. Применим для соединения пластика, дерева, резины, стекла и металлов (в том числе алюминия). Обладает жидким составом, наносится путем выдавливания из тюбика.

Характеристика клея:

• не подвержен коррозийным процессам;
• первичное застывание происходит за 4 минуты;
• способен сохранять свои свойства до +170 градусов Цельсия;
• не подвержен воздействию кислот и щелочей.

ASTROhim

Помогает без труда произвести сварку алюминия в домашних условиях. Также применим для деревянных и керамических изделий. Часто применяется для восстановления резьбы.

С этой целью готовая смесь намазывается на старую часть резьбы, после чего вкручивается болт. После этого спустя 20 минут болт необходимо выкрутить, новая резьба будет готова всего спустя 90 минут.

Основные характеристики клея:

• время схватывания составляет 20-25 минут;
• производить с ремонтируемым изделием иные работы допустимо спустя полтора часа;
• состав сохраняет свойства в температурном диапазоне от -60 до +140 градусов Цельсия;
• срок нанесения смеси после смешивания компонентов составляет 7 минут (желательно, чтобы при этом температура окружающей среды находилась на уровне +20 градусов Цельсия).

Анлес Унипласт-универсал

Двухкомпонентный состав (эпоксидная смола и отвердитель). Достойный вариант, позволяющий за считанные минуты выполнить холодную сварку алюминия. Продолжать работу с изделием можно спустя сутки после нанесения состава.

Основные характеристики Анлес Унипласт-универсал:

• широкий диапазон рабочих температур (от -45 до +120 градусов Цельсия);
• сварка демонстрирует устойчивость к воздействию масел, бензина и воды;
• применять и корректировать положение состава на рабочей поверхности допустимо в течении 25 минут после смешивания компонентов.

Меtaflex

Холодная сварка по алюминию с этим клеем будет сделана в течение нескольких минут. Двухкомпонентная смесь полностью застынет через 20 после нанесения. Корректировать ее положение на деталях можно первые 15 минут.

Состав славится своей устойчивостью к воздействию масел и влаги. Способен выдерживать температуры от -60 до +150 градусов Цельсия. Стоимость изделия вполне демократична, за 60 грамм в строительных магазинах просят от 250 до 320 рублей.

Выбор средства

При выборе типа холодной сварки для алюминия желательно использовать специальные смеси. В такие смеси вводятся добавки в виде металлического или алюминиевого порошков, которые делают крепление более прочным.

Особенностью алюминиевых деталей является формирование на их поверхностях пленки из окислов. Из-за этого такие детали не обладают достаточной адгезией (сцепляемостью). Поэтому для соединения алюминиевых деталей необходимо подбирать средства, имеющие специальные добавки, которые препятствуют образованию оксидов. Например, в качестве сварок можно использовать препараты с добавкой в виде стального порошка.

В случае же соединения алюминиевых деталей и деталей из других материалов лучше использовать универсальные сварки.

В продаже имеется ряд холодных сварок, позволяющих надежно соединять детали из алюминия с другими деталями из такого же материала или материала другого вида. Некоторые марки приведены в таблице.

Шовный способ

Эффективная методика холодной сварки, которая подразумевает создание сплошного шва с помощью специального оборудования.

Она представляет собой два ролика, между которыми закрепляются детали. Ролики располагаются параллельно друг друга. На их рабочей части закрепляются пуансоны или специальное кольцо. Эти элементы и формируют стыковочный шов. Разделить шовную сварку можно на два вида:

• Односторонняя – вращается один ролик, другой прочно зафиксирован в одном положении.
• Двухсторонняя – два ролика приводятся в движение с помощью электродвигателей.

Процесс скрепления металлических листов:

1. Зона которая будет скрепляться, изначально обезжиривается и очищается от грязи с ржавчиной.
2. Детали прижимаются между роликами.
3. После запуска двигателя, они начинают вращаться и прогоняют детали через рабочую часть. Так получается ровный однородный шов.

Металлурги часто соединяют таким образом большие листы алюминия и других цветных металлов. Однако, нужно помнить о том, что сплошные швы снижают прочность общей детали. Из-за этого шовная методика была со временем модернизирована. В процессе развития технологий появился метод шовно-точечного соединения. Он подразумевает под собой установку на ролики пуансонов, которые делают шов разбитым на множество точек. Таким образом он получается гораздо прочнее.

Пошаговый процесс

Чтобы выполнить холодную сварку на алюминии или его сплавах, необходимо придерживаться рекомендаций указанных на упаковке средства. Зачастую они сводятся к следующему:

1. Распечатать упаковку с холодной сваркой.
2. Полимер имеет двухцветную структуру, составляющие которой находятся либо в разных емкостях, либо замотанные одна в другую. Необходимо отлить или отрезать нужную порцию вещества, визуально достаточную для покрытия трещины или отверстия.
3. Средство перемешивается между собой до однородной массы. Это лучше делать в перчатках, чтобы предотвратить раздражение на коже. Смешанный состав годен для применения в течение 30 минут, при постоянном сминании, чем поддерживается его температура и пластичность.
4. Свариваемые стороны необходимо обезжирить ацетоном.
5. Холодную сварку наносят на место будущего соединения и поверхности крепко сжимают между собой. Необходима выдержка 40 минут до затвердевания материала.
6. После этого удаляются лишние частицы вещества с боков. Это можно сделать наждачной бумагой.
7. Изделие оставляется в покое еще на два часа до полной сцепки материалов.