Кузнечной сваркой называется процесс соединения кусков металла, нагретых
до пластического состояния, с применением внешнего давления. Как
известно, сталь, нагретая до определенной температуры, обладает
пластическими свойствами; если температуру повысить настолько, чтобы
поверхность нагреваемого куска приняла тестообразный вид, то такие два
куска, будучи прижаты друг к другу, сварятся, т. е. образуют одно целое.
При хорошей сварке прочность изделия в месте сварки должна быть равной
прочности цельного куска. В действительности достигнуть тесного
соприкосновения между всеми частицами свариваемых частей металла не
удается; поэтому прочность изделия в месте сварки обычно меньше, чем
прочность целого куска. Сварку считают хорошей, если прочность
сваренного шва не меньше 85% от прочности сплошного металла.
Сварка применяется главным образом тогда, когда трудно отковать
какое-либо изделие целиком. В этом случае отковывают отдельные его
части, а затем соединяют их при помощи сварки. Сварка также широко
используется и при ремонтных работах.
Кузнечная сварка состоит из следующих отдельных операций: 1) подготовки
свариваемых концов; 2) нагрева их для сварки; 3) сварки концов; 4)
проковки и отделки места сварки.
Место сварки должно быть хорошо проковано. Чтобы после сварки и проковки
получить то же сечение изделия, которое было и до сварки, свариваемые
концы сначала высаживаются, а затем отковываются, в зависимости от
принятого способа сварки. После подготовки свариваемые концы
подвергаются сварочному нагреву. Нагрев под сварку чаще всего
производится в горнах или в специальных сварочных печах. Обычные
кузнечные печи для нагрева металла под сварку не приспособлены и не
обеспечивают температуру сварочного нагрева. Наилучшее топливо для
нагрева под сварку — древесный уголь и кокс. Применяется для нагрева
также и каменный уголь, но при условии, если серы в нем не больше 1 %,
так как сера ухудшает качество шва сварки.
Температура сварки —около 1275—1400°, т. е. значительно выше температуры
начала обычной ковки. Такой высокий нагрев способствует тому, что
свариваемые части соединяются лучше. Температура нагрева под сварку
зависит от химического состава сталей: чем больше углерода или примесей
содержит сталь, тем ниже температура нагрева под сварку. Нагрев под
сварку малоуглеродистых сталей прекращают, когда свариваемые концы
нагреваются до ослепительно белого цвета, а сталей с большим содержанием
углерода — при белом калении с желтоватым оттенком. Наступление
сварочного жара (температуры сварки) определяют при помощи оптического
пирометра или на глаз.
Много внимания необходимо уделить нагреву свариваемых кусков стали.
Необходимо, чтобы места, которые будут подвергаться сварке, не имели на
поверхности окалины, не были покрыты шлаком и пр., т. е. поверхность
свариваемых концов должна быть совершенно чистой. Чистота свариваемых
поверхностей является основным условием для получения доброкачественной
сварки, так как посторонние частицы (шлак, окалина) мешают тесному
соприкосновению частиц стали между собой и тем нарушают прочность
сварного шва. Нагрев нужно вести таким образом, чтобы пламя в горне или
печи не было окислительным, т. е. не имело излишка кислорода, и чтобы
нагреваемые места металла были покрыты слоем шлака, который предохранял
бы металл от непосредственного соприкосновения с пламенем. Для
образования шлака поверхность нагреваемого куска металла посыпают при
нагреве флюсом. В качестве флюса может быть использован мелкий речной
просеянный песок, смешанный с бурой.
Флюс быстро плавится, образуя шлак, который покрывает поверхность
свариваемых мест. Этот же шлак растворяет окалину, которая успеет
образоваться до покрытия металла шлаком. Когда свариваемые концы нагреты
до температуры сварки, их быстро вынимают из горна, ударяют о
наковальню, чтобы очистить от прилипшего к поверхности шлака, поспешно
скребком и молотком очищают от него свариваемые места, быстро
накладывают один конец на другой и наносят сперва слабые, а затем
сильные удары молотком (кувалдой), отчего куски металла тесно
соприкасаются и свариваются, т. е. соединяются в один кусок.
Энергичная проковка свариваемых частей является также основным условием
доброкачественной сварки. При сварке нужно делать сильные и быстрые
удары, так как только при этом условии удается достигнуть тесного
соприкосновения между свариваемыми частицами при наивысших температурах.
Кроме того, нагревание стали до сварочного жара вызывает крупнозернистое
ее строение в нагреваемых местах. Сильная проковка измельчает зерно и
этим улучшает качество свариваемого места изделия.
Следует помнить, что хорошая сварка удается только при достаточно
высокой температуре, поэтому ее надо вести до конца при такой
температуре. Это может быть достигнуто в том случае, если сварка ведется
быстро.
Последняя операция сварки — отделка поверхности сваренного места —
производится с помощью обжимок и обкаток, что зависит от конфигурации
свариваемого изделия и от способа сварки.
Свариваемостью обладают не все металлы, например, свинец не сваривается.
Далеко не все стали обладают хорошей свариваемостью. Чем меньше примесей
содержит сталь, тем лучше она сваривается. Чистое железо способно
свариваться хорошо, но всякая примесь в железе ухудшает это свойство. С
увеличением содержания углерода в стали свариваемость ухудшается.
Свариваемость понижается также с увеличением в стали фосфора, серы,
хрома, меди и т. д. Содержание марганца в стали до 0,6—0,8% улучшает
свариваемость, поэтому если в стали имеется марганец, то содержание
углерода может быть повышено.
Рекомендуется следующее предельное содержание примесей в стали, при
котором можно получить хорошую сварку: углерода 0,2—0,3%, но не более
0,5%; кремния не более 0,2%; марганца 0,6—0,8%; фосфора и серы как можно
меньше, но не более 0,05%. Если требуется сварить сталь с содержанием
углерода больше 0,2—0,3%, то к сварочному флюсу прибавляют опилки из
мягкой стали, которые содержат небольшое количество углерода. В этом
случае в месте сварки металл обезуглероживается, что и дает возможность
сварить изделие.