Бура для ковки металла и флюс для кузнечной сварки, чем можно заменить и как сделать

Бура (тетраборат натрия) является натриевой солью борной кислоты с формулой Na2B4O7. Такое соединение нашло широкое применение, образуя варианты кристаллогидратов (кристаллический тип строение).

В регионе Азии вещество называется «тинкал». Считается, что ингредиент получил свое название от Персидского слова «бурых», которое использовалось, чтобы назвать нитрат калия и другой флюс с наличием воды.

В Древнем Египте, бура нашла применение для сохранения Мумий. Кроме того, бура используется, чтобы сделать глазурь керамики в Китае, и в качестве агента очистки в нескольких местах на Ближнем Востоке и в Китае.

Вещество набрало масштабы применения в Средние века в Европе в качестве флюса для пайки и очистки поверхностей металлических заготовок. Природа происхождения вещества была долгой загадкой для химиков. Следы истории порошка были в конечном счете прослежены в Тибете — почти единственном источнике, который был известен до открытия (1776) и применения (1820) из итальянских источников борной кислоты. Италия стала основным источником буры до 1860-х годов, когда пустынные районы Чили также начали поставлять буру для широкого применения.

Ключевой фигурой в открытии ингредиента в Северной Америке был Джон А. Витч, который нашел его в Калифорнии в 1856 году, сначала весной на Северном конце долины Сакраменто (округ Техама). В течение следующего десятилетия, были найдены залежи буры в более удобных для применения местах в Неваде и Южной Калифорнии.

Американские производители освоили процесс применения буры к середине 1880-х годов и поставляли продукт на внутренний и международный рынки. Цена падала вниз до уровня, который вызвал у большинства отказ от применения производства такого товара. Стивен Мазер для продвижения вещества в 1896 году, выпустил брошюру: «Рецепты для применения буры». Эта успешная рекламная кампания значительно расширила спрос на буру, которая стала относительно недорогой, особенно в стиральных смесях, стеклянных и керамических глазурях.

Описание вещества

Что такое вещество бура? Изучены многие минералы с вмещением тетраборат натрия. К таким залежам можно отнести:

боракс или тинкал-декагидрат тетрабората натрия;
керит;
осадок бура образуется во время пересыхания соленых озер (Серлс, озера Турции);
минералы, относящиеся к классу боратов, содержащие кальций, натрий и подобные элементы кроме буры.

Разновидности бура

Выделяют два варианта такого материала. В твердой форме бура проявляется как порошок с мелкими гранулами малой фракции с белым цветом. Флюс не будет растекаться во время применения и его можно четко расположить в требуемых зонах стыка металлов.

Применение получила и разведенная бура для легких видов металлов. В некоторых случаях жидкости очень удобны, ведь достаточно лишь окунуть мелкую деталь в раствор. Кроме того, жидкая форма позволяет применять буру даже при низких температурах нагрева.

В некоторых случаях выгодно применение смеси флюсов с включением буры в состав для особых характеристик основного металла и особых требований к соединению.

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.

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.

Источник

Состав и физико-химические свойства

Химическая формула	Na2B4O7.
Состав	Тетраборат натрия
Окраска	Бесцветный, белый, с серым, синим, зеленым и желтым оттенком
Твердость элемента	2-25
Форм кристаллов	Высокие или короткие призматические кристаллы, обычно находятся в неорганизованной, хаотичной структуре
Спайность	1,1
Уровень цепкости	Ломкость
Свойства	Хорошо растворим в водной среде, имеет металлический привкус
Температура плавления	60 °С

Бура является соединением соды и борной кислоты. Такое вещество не растворяется в спиртах, но хорошо образует растворы с горячей водой и глицерином.

Молекулярная структура тетрабората натрия

Бура вступает в реакцию с сильными кислотами с формированием соли и борной кислоты. При нагреве выше 400 °C вещество полностью лишается воды в кристаллах. Бура как соль слабой кислоты, при смешивании и с водой порождает щелочную реакцию с тетраборатом натрия. Бура может вступать в реакцию с некоторыми оксидами металлов с образованием различных соединений – перлов буров.

Как пищевой консервант бура запрещена для применения в большинстве стран, включая Россию, ввиду не выводимости вещества из органов человека, как токсического ингридиента. Как пищевая добавка материал получил название Е-285.

Химические реакции при участии бура

Область применения бура

Тетраборат натрия активно нашел применение для следующих целей:

в роли флюса во время операции пайки и плавки металлов;
в исследованиях аналитической химии как стандартный вариант вещества для определения уровня кислоты в растворе. Также бура используется для установки характеристик оксидов металла;
повсеместное применение в создании глазури, эмали, стекол для оптических приборов и декора;
порошок нашел употребление в фармацевтике и бумажном производстве;
является природным консервантом и средством для дезинфекции, борьбы с паразитами;
является компонентов в химической промышленности для создания бытовых товаров для чистки;
актуально применение в создании косметических изделий;
бура используется как основа для создания бора;
вещество является компонентом для создания утеплительных строительных материалов;
в легкой промышленности тетраборат натрия наносят на изделие перед процедурой окраски.

Применение бура в быту

Буру можно найти в большинстве продовольственных магазинов. Это сравнительно недорогой товар, что делает его отличным выбором для применения во многих домашних работах.

Применение натрия тетрабората как медицинское средство

Вещество является очень эффективным при борьбе с вредителями: тараканами, муравьями и прочими бытовыми насекомыми. Смесь готова при смешивании равных частей порошка с сахаром. Сахар помогает привлечь жуков и бура проявляет свое пагубное действие на насекомое. Рекомендуется держать вещество в труднодоступных местах, подальше от домашних животных и детей. Оптимальные места: под плитами, холодильником и раковиной. Бура также хорошо справляется с мышами. Вы просто должны нанести порошок в местах, местонахождения мышей, и бура избавит вас от вредителей. Также можно посыпать раствор на ковер и пропылесосить, чтобы исключить наличие блох или обработать матрас, для избавления от клопов.

Бура позволит избавиться от ржавчины. Смешивая 1 чашку порошка с 2 чашками воды и 1 столовой ложкой лимонного сока получается эффективное средство против коррозии. Раствор, напоминающий пасту, наносят на заржавелые вещи в течение примерно 15 минут. После чего ржавчину легко удалить механическим трением.

Тетраборат натрия является универсальным очистительным средством. Две столовые ложки бура смешивают с 2 чашками воды получая универсальный очиститель. Раствор можно применять в бутылке с распылителем и использовать его для очистки кухонных поверхностей и ванной плитки, и керамики. Бура отлично подходит для выведения очень стойких пятен. Бура поможет вывести въевшиеся пятна с пола.

Что такое бура

Как производится процесс спаивания

Пайка является процессом, в котором два или более металлических элементов соединены путем плавления, за счет присадочного металла в соединительный шов, имеющего сравнительно низкую температуру плавления. Пайка используется для формирования постоянной связи между компонентами. Во время пайки только припой плавится, а не те части материала, которые были припаяны. Припой представляет собой металлический «клей», который скрепляет части материалов.

Пайка медных труб

Если вам необходимо создать флюс из буры вы можете использовать борную кислоту в соотношении 1:1 для работы с медью, сталью, чугуном или подобным веществом. Такую смесь требуется перемешать, а затем испарить излишние остатки жидкости для сухого вида флюса. Такая подготовка позволяет получать активный качественный флюс для обработки деталей.

Пайка с бурой является одним из самых распространенных вариантов обработки с припоем. Метод позволяет успешно установить или наладить детали и различные механизмы.

Преимущества использования технической буры для пайки:

такая пайка может соединять различные металлы в один элемент;
материалы могут использоваться с различными температурными режимами плавки;
пайка позволяет связывать металлы с неметаллическими материалами;
соединения, созданные таким методом можно разрушить повторным нагревом при необходимости;
особенностью пайки является отсутствие плавления основного металла во время работы. Таким образом, мастер может избежать коробления, изменения геометрических форм и прочих изменений;
бура создает хорошие условия для пайки деталей их схватывания;
порошок позволяет добиться высокой прочности.

Преимущества использования

Медные трубы в качестве составных элементов трубопроводов различного назначения сегодня пользуются большой популярностью. В связи с этим пайка меди твердым припоем, для выполнения которой используется такой флюс, как бура, стала достаточно распространенным технологическим процессом. Использование данного метода соединения изделий из меди позволяет не только выполнять монтаж новых трубопроводов, но и осуществлять качественный ремонт тех, которые уже эксплуатируются на протяжении определенного времени.

Бура удаляет с поверхности оксидную пленку и способствует растеканию жидкого припоя

Применение технической буры в качестве флюса при пайке меди имеет следующие преимущества.

Качественной пайке могут подвергаться металлические детали в любом сочетании.
Металлические изделия, которые необходимо соединить при помощи пайки, могут иметь любую начальную температуру.
При применении буры качественные и надежные соединения можно получать даже между металлическими и неметаллическими деталями.
Паяные соединения, полученные с использованием такого флюса, можно в любой момент распаять, если в этом возникает необходимость.
Основной металл при выполнении пайки не плавится, как это происходит при сварке, что позволяет избежать такого нежелательного процесса, как коробление (и, соответственно, изменения геометрической формы соединяемых изделий).
Применение буры позволяет обеспечить отличную схватываемость припоя и поверхностей соединяемых деталей.
Техническая бура, используемая в качестве флюса, обеспечивает высокую производительность такого процесса, как капиллярная пайка.
Полученные при использовании флюса данного типа паяные соединения отличаются высокой прочностью, надежностью и долговечностью.

Спаянные медные трубы с использованием буры в качестве флюса

Чтобы разобраться в том, какие факторы оказывают влияние на качество выполнения пайки, следует знать этапы данного технологического процесса. Алгоритм выполнения пайки выглядит следующим образом.

Поверхности деталей, которые необходимо соединить при помощи пайки, необходимо тщательно подготовить.
Загрязнения удаляются при помощи стандартных средств – щеток, ветоши и др. А для удаления с поверхности деталей тугоплавких окисных пленок как раз и используется такой флюс, как техническая бура.
Поверхности изделий, подлежащих соединению, необходимо нагреть до определенной температуры, для чего применяется паяльная лампа.
В зазор между соединяемыми деталями вводится жидкий припой, который также разогревается при помощи паяльной лампы или обычной газовой горелки.
Взаимодействие разогретого основного металла и жидкого припоя обеспечивает получение надежного паяного соединения.
Процесс пайки можно считать завершенным в тот момент, когда произойдет полная кристаллизация припоя.

Особенности процесса пайки

Существуют различные варианты пайки. У многих из них похожий алгоритм работы.

Пайка под флюсом

Для качественного соединения необходимы следующие действия:

Припой должен наносится на чистую поверхность, которая выступает как основание. Требуется удалить любые масла, краски, воск и прочие включения с использованием растворителя, стальной щеткой, или мелкой наждачной бумагой.
Чтобы припой, соединился с кончиком паяльника на несколько секунд его подогревают, и лишь потом применять припой. Держите паяльник как ручку, возле основания инструмента.
Обе части, заготовок, которые будут припаяны, должны быть горячими, чтобы сформировать хорошую связь.
Кончик паяльника нагревает обе стороны заготовок.
Припой будет на хорошо растекаться на разогретом основном металле. Следует использовать достаточное количество припоя, чтобы сформировать сильное соединение.
Удалите наконечник из зоны соединения, как только припой начинает течь.
Нельзя двигать соединение спайки, пока припой охлаждается. Не перегревайте соединение, так как это может привести к повреждению Транзисторы и некоторые другие компоненты могут быть повреждены из-за тепла при пайке. Зажим крокодил может быть использован в качестве теплоотвода для защиты этих компонентов. Поглощая тепло, зажим крокодил уменьшить тепло, помогая предотвратить повреждение.
Пайка соединения может занимать всего несколько секунд, и произвести операцию сможет даже любитель. Если шов плохо выглядит, разогреть его и попробуйте снова. Плохие скрепления (также называемые сухие соединения) должен быть расплавлен и переделан. Протрите кончик паяльника, чтобы очистить его. Отключите паяльник, когда он не используется.

Как выполняется пайка медных труб

Перед началом операции подготавливают все требуемые инструменты и материалы:

различные щетки для зачистки краев труб для спайки;
инструменты контроля нагреваемых заготовок перед спайкой;
оборудования для термического нагрева заготовок. Чаще всего применяют газовую горелку;
также требуется припой, буры как флюса и кисточки для нанесения материала.

Для операции пайки с бурой, не включая этап приготовления флюса, можно разделить на различные этапы:

Мастер очищает заготовки от излишней грязи и включений. С использованием мелкой наждачной бумаги, зачищать зону соединения кусков труб следует до характерного блеска.
После зачистки с помощью щетки можно нанести буру. Вещество необходимо нанести на внешней и внутренних сторонах стыка. Изделия со слоем флюса соединяются в зоне стыка для начала пайки.
Массу трубы нагревают газовым источником тепла не менее 20 секунд.

На зону соприкосновения наносится припой и также обрабатывается горелкой для расплавления. Припой распределяется равномерно по всей зоне стыка. Если шов проходит визуальный осмотр, его можно испытывать в рабочих условиях.

Горны на угле

Горны, которые в качестве топлива используют уголь, отличаются простым устройством и практичностью использования. Конструкция устройства этого вида состоит из таких рабочих частей:

Крыша и стенки. Для их возведения применяют кирпич, обладающий огнеустойчивыми свойствами. Это может быть шамот или динас.
Гнездо. Именно в нем и происходит нагревание рабочих заготовок.
Зонт. Состоит из шторок, откидного типа. Его основное предназначение заключается в улучшении естественной тяги рабочего пространства.
Задняя стенка. В ней проделываются специальные отверстия, через которые обеспечивается подача исходящего потока воздуха.
Воздушный кран. Посредством его использования выполняется подача воздуха в гнездо горна.
Короб. Для его выполнения используется жаропрочная сталь. С его помощью происходит соединение входного отверстия и гнезда.
Закаленная емкость. Она может быть выполнена как из кирпича, так и из стали. Основное ее предназначение заключается в понижении температуры рабочих заготовок после их термической обработки. Благодаря этому можно исключить процесс образования на них термотрещин.
Дымоход. Через него выводятся продукты сгорания топлива.

Если говорить о недостатках твердотопливного горна, следует отметить сложность процесса его розжига. Усложняется розжиг особенно в том случае, когда горн на протяжении длительного времени стоял неиспользованным. Для этого кузнецу необходимо обладать определенными навыками.

Подготовку горна к использованию нужно проводить в такой последовательности:

очистить гнездо от остатков золы и сгоревших углей;
продуть дымоход и каналы, по которым проходит воздух посредством использования сжатого воздуха. Для этого можно использовать обычный пылесос;
насыпать на дно гнезда горна немного угля. При этом следует обратить внимание на то, что отверстие, расположенное на дне короба, должно остаться открытым;
для облегчения процесса розжига рекомендуется на поверхность угля положить немного ветоши, смоченной жидкостью для розжига костров. Вместо ветоши можно использовать древесные опилки;
когда уголь хорошо разгорится, можно понемногу подсыпать уголь небольшими порциями;
теперь необходимо открыть кран подачи воздуха и установить его посредине положения;
как только уголь станет прогорать, можно повысить интенсивность подачи потока воздуха;
при образовании на поверхности угля корки можно приступать к прогреву рабочей заготовки и подготовки ее для работы.

Так как температура под коркой выше, чем на ее поверхности, заготовка помещается непосредственно под корку. Если толщина корки достигает больше 5−10 мм, ее рекомендуется разрушить. В противном случае уровень теплопроводности становится меньшей.

Для того чтобы заготовка прогрелась равномерно по всей площади, ее необходимо периодически переворачивать. Стоит также обратить внимание на цвет огня. Он должен быть равномерный, а также иметь одинаковый цвет.

Ни в коем случае нельзя допустить перегрева металла. При этом он будет намного сложнее поддаваться обработке.

Недостатки флюса

При работе с бурой остается характерный налет на поверхности основного металла, который требуется механически счищать. Бура восприимчива к влажности, и должна хранится в сухом месте. Требуется предварительно тщательно подготовить флюс, чтобы не испортить изделие.

Разновидности паяльного флюса

Инструменты и материалы

Для технологии спаивания используется ряд компонентов.

Паяльник применяется для нагрева соединений, которые должны быть спаяны.Припой имеет более низкую температуру плавления, чем металлы, которые соединяются. Припой плавится при нагреве паяльником.
Бура действует как флюс в целях предотвращает окисление металлов, которые соединяются.
Припой, который используется для соединения медных труб, имеет необходимую кислотную основу подходящая для труб, но вызывающая коррозию электронных соединений.
Подставка, на которую можно провести горячим паяльником. Существуют различные стойки. Важно всегда держать горячий паяльник на своем месте, пока он не используется.
Губка или тряпка, которая используется для очистки кончиком утюга.
Мелкая наждачная бумага, которая используется для очистки соединений, перед пайкой.
Зажимы крокодилы могут быть использованы в качестве радиаторов, если это необходимо.
Горелка, если производится пайка труб.

Инструменты для пайки

Таким образом, использование буры эффективно в бытовых условиях для очистки поверхностей и деталей, а также в качестве антисептика. Ингредиент часто применяется для пайки различных деталей в качестве защиты от окисления и предохранения коррозии. Низкая стоимость и широкое распространение позволили использование вещества во многих областях промышленности и услугах монтажа.

Что такое бура

Это минерал, состоящий из бесцветных кристаллов с матовым блеском, который добывают в отложениях водоемов с высокой концентрацией солей. Широко используется для бытовых и промышленных нужд, в том числе как высокотемпературный флюс. Твердая бура плавится при температуре 750 — 900⁰C. Для получения более мягкого флюса ее растворяют в воде. Тогда температура плавления зависит от концентрации раствора.

Бура нужна для очистки деталей от окисных и жировых пленок, загрязнений. С ее помощью паяют детали из стали, чугуна, меди и ее сплавов. В быту и на производстве заготовки соединяют медными или латунными припоями, в ювелирном деле ― серебряными или золотыми.

Основы кузнечной и художественной сварки

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.

Основные сведения

Кузнечная сварка представляет собой процесс создания неразрывного прочного соединения путем давления на металлические заготовки, предварительно нагретые в печи. Такую сварку еще называют горновой или сварка ковкой. Этот метод применяют для скрепления деталей из низкоуглеродистых сталей, то есть металлов с низким сопротивлением к деформации.

Процесс кузнечной сварки довольно трудоемкий, отличается низкой производительностью, поэтому не используется в промышленных масштабах. Несмотря на эти трудности, именно горновая сварка применяется уже на протяжении долгого времени при подковке лошадей и изготовлении сельскохозяйственного инвентаря. С помощью ковки можно быстро починить (соединить) детали в полевых условиях — ударный метод хоть и не создает супер прочного стыка, но позволяет временно устранить поломку.

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.

Изготовление ножа из дамасской стали

Материалы и инструменты

Также потребуется ряд инструментов для работы. Прежде всего, нужна наковальня. Лучше оборудовать настоящую наковальню, но подойдет и кусок рельса, большая металлическая кувалда. Еще нужны тяжелый молот (1-1,5 кг весом), кузнечный горн, способный поддерживать высокую температуру. Прочие требующиеся приспособления:

Сборка заготовки ножа

Первая ковка стопки для ножа

Помимо настоящего горна, можно применять самодельный, выполненный из пустого газового баллона. Изнутри баллон следует выложить слоем каолиновой ваты, огнеупорным цементом. Разогреть любой горн можно при помощи газовой горелки. Если он небольшой, то нагрев происходит быстро. После действия будут следующими:

Далее заготовку нагревают уже до более высокой температуры – ковочной (около 1300 градусов), при этом металл становится ярко-желтым. Начинают сковку пластин между собой ударами средней мощи. После заготовку ножа вытягивают для загиба.

Загибание заготовки

Стопку пластин нужно проковать до длины, равной двум длинам будущего ножа. Растягивать ее надо равномерно, чтобы толщина оставалась примерно одинаковой по всей площади изделия. Зубилом в центре делается поперечное углубление, немного не доходящее до нижнего края (не на всю толщину). Затем заготовку ножа надо согнуть пополам по сделанной отметине, перевернуть, проковать по длине. Половинки при этом должны хорошо совпадать по краям.

первоначальное количество стальных листов * 2* количество загибаний (обычно 3-4).

По окончании работы заготовку ножа положить в паз наковальни, скрутить, потом еще раз проковывать до прямоугольной формы. До скручивания ее следует проколотить по углам, чтобы придать некую округлость и исключить появление примесей, включений от складок. Температура в горне должна быть стабильно высокой, иначе качество стали снизится, слои непрочно скрепятся друг с другом.

Модель и грубое формирование профиля

Внешний вид ножа нужно представлять заранее. Какой лучше профиль выбрать, можно найти в интернете. Согласно рисунку надо начинать выковывание из заготовки, вначале оно будет грубым. Важно постараться и сделать работу более тонкой, чтобы шлифование было менее сложным. Во время нагрева из металла можно «лепить», как из пластилина, поэтому надо придать изделию красивый облик.

Шлифовка профиля

Готовый профиль

Дорабатывают заготовку напильником с зерном 400. Применение мелкого зерна поможет придать заготовке окончательно гладкий вид. Также на данном этапе нужно подготовить деревянные планки для рукоятки (2 штуки) и клепки для их крепления.

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.

Недостатки сварки кузнечного типа

При проведении кузнечной сварки металлов возможно возникновение некоторых серьёзных дефектов. К числу наиболее распространённых из них относятся:

непровар (становится результатом ненадлежащего закругления приготовленных для сваривания концов, низкокачественной обработки флюсом соединяемых изделий, или возникновения вторичной окалины вследствие запоздалой очистки заготовки от шлака);
пережог (наиболее вероятен именно при кузнечной сварке, так как температура ковки и пережога примерно одинаковы. По этой причине необходимо не терять внимание при ковочных работах и помнить, что этот дефект исправить нельзя);
низкая прочность сварного шва (возникает по причине того, что увеличившиеся зёрна при подогреве заготовок могут не измельчиться при ковке. Зачастую такой дефект возникает при недостаточном наборе металла в процессе подготовке его концов к свариванию);
низкая прочность пришовных участков (образуется из-за того, что прогрев металла до температуры ковки проходит на большую длину, чем это требуется для сваривания. Чтобы избежать этого дефекта, необходимо прогревать до нужной температуры только концы большой толщины);
неточность итоговых размеров (возникает по сечению или по длине изделия. Дефект образуется ещё на стадии подготовки чертежей – правильная планировка будущей сварки и подготовка металла в нужных объёмах помогут его избежать).

В итоге необходимо отметить главное – кузнечный способ сварки подходит в том случае, если обрабатываемые металлы можно соединить швом кустарного производства. В промышленности этот тип сварочных работ почти не применяется, но он всё ещё востребован среди производителей мелких сельскохозяйственных материалов и скульпторов, создающих произведения из металлических материалов. Главное преимущество кузнечной сварки – простота технологии и доступность оборудования, но этот способ ковки может привести к возникновению дефектов у обрабатываемых изделий.

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.

Разновидности

Сварка ковкой предусматривает использование разных способов обработки в зависимости от формы, размера, типа изделия. Вот наиболее популярные.

В обхват/внахлёст/встык. Каждый из 3 методов предусматривает соприкосновение краёв изделия — для этого их изначально делают выпуклыми. Основные отличия между ними связаны с углом и наклоном, выбираемым для ударов молотом.
В расщеп. Этот способ хорош для работы с плоскими заготовками из листового металла. Заготовки оттягиваются по краям, расщепляются на некотором расстоянии от них, соединяются по надрезам, а затем подвергаются нагреву.
С шашками. Метод предусматривает использование накладок, повторяющих форму концов деталей. Этот способ распространён при работе с крупноформатными изделиями.

Это основные методики. Также встречается кузнечная сварка с клёпкой, в паз, впритык — когда деталь крепится перпендикулярно основе.

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.

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

Преимущества и недостатки

Для начала приведем положительные факторы:

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);
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;
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;
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.»

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:

низкий углерод (до 0,3 %) t-нагрева 1350-1450º C, характеризуется ярко–белым цветом металла;
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.

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.