Первая инфoрмация o хoлoднoм перенocе металла (Сold Меtal Тransfer – СМТ) была вылoжена в oткрытoм дocтупе вcегo каких-нибудь пять лет назад, нo oна увенчала итoг мнoгoлетней рабoты фирмы Fronius. Эти иccледoвания пoказали, что процеcc оcобенно хорош для cоединения материалов, например, cтали c алюминием, при пониженном тепловложении. Экономная технология очень cкоро получила признание, а вмеcте c ним и новые облаcти применения.
Еcли быть cтрогим критиком до конца и видеть в каждом cлове натяжку или подвох, то здеcь тоже не так уж вcе холодно, как явствует из названия технологии. Но помните, как повышают свой тонус спортсмены? При помощи т.н. контрастного душа. Вот и при СМТ тепловой эффект постоянно меняется с горячего на холодный, и наоборот. Как результат, средняя температура оказывается куда более низкой, чем в обычной сварке. А для достижения требуемой «контрастности» перемещение сварочной проволоки интегрировали непосредственно в систему управления процессом.
С завидной реакцией система реагирует на каждое короткое замыкание, немедленно отводя проволоку и сокращая тем самым время подвода тепла в сварной шов, но никак не препятствуя отделению капли. Цикл повторяется, причем в счет идут даже доли секунд. Обычный сварщик непременно сказал бы, что «здесь все организовано на грани фола». Тем не менее, провалов не происходит, поскольку за цикличность полностью отвечает электроника, а ей не ведома усталость от нудной и однообразной работы. В итоге данный процесс переноса металла отличается абсолютным отсутствием брызг, а также чрезвычайно стабильным горением дуги, даже на трудносвариваемых материалах. А это свойства, которые во многих случаях применения ценятся особенно высоко.
СМТ-наплавка
Она по-своему уникальна и в равной степени необыкновенно эффективна, поскольку требуемое качество наплавленного слоя достигается всего за один-два прохода (вместо двух-трех при традиционных методах). При такой наплавке тоже происходит перемешивание наплавленного и основного металлов. Но при этом содержание феррита выдерживается на минимальном уровне.
Раз уж технология СМТ позволяет нам добиться наименьшего тепловложения и проплавления, соответственно, меньшим будет разбавление или перемешивание с основным металлом. Как следствие, более низким оказывается содержание феррита в верхнем слое наплавки. При этом экономится целый слой. А это включает не только сокращение времени на операцию, но и снижение расхода присадочного металла. С учетом стоимости последнего получаемая экономия довольно внушительна – около 50%.
Процесс СМТ Pulse-Mix
Он объединяет преимущества СМТ и сварки импульсной дугой: очень высокую стабильность горения дуги и эффективность импульсной сварки. В зависимости от цели применения, можно оптимизировать характеристики проплавления, регулируя количество импульсов. Основные области использования – соединение нержавеющей стали и алюминия как в автоматическом, так и в ручном режиме.
Этот процесс представляет собой сочетание СМТ и сварки с импульсной дугой, т.е. объединяются преимущества обоих процессов. Высокая производительность на токе до 350 А достигается благодаря оптимизации чередования двух типов переноса металла. Например, одного цикла с короткими замыканиями в сочетании с СМТ, с последующими двумя циклами бесконтактных переносов металла с использованием импульсной дуги. Или – одного цикла переноса СМТ с тремя циклами переноса с импульсной дугой в зависимости от применения. Регулировка всегда выполняется через СМТ.
Процесс СМТ Hybrid Sheet
Он еще находится на стадии заключительной разработки, являясь совместным проектом фирм Voestalpine и Fronius. А предназначен процесс для сварки тонких стальных и алюминиевых листов до их формовки в полуфабрикаты – такие, например, как будущие детали автомобилей.
Поскольку автомобилестроение нуждается в легких конструкциях, тем не мене, обладающих высокой прочностью, то сформированный гибридный сталь-алюминиевый лист как раз и имеет оба необходимых свойства. Это уже показали практические тесты на склонность к трещинообразованию и испытания на деформацию. Для автомобилестроения этот быстроразвивающийся проект послужит просто неоценимым подарком. Специалисты отрасли, конечно же, найдут, как использовать нужный материал в нужном месте.
А металл с пластмассой – не слабо?
Конечно же, сварка всегда предполагает использование электропроводящих металлов. Но совсем недавно прописная истина получила воистину удивительное дополнение: оказывается, электродуговая сварка может создать условия для соединения металлов с органическими и другими материалами!
Благодаря новинке CMT Pin такие материалы как, например, сталь вступают в связь с внутренним геометрическим замыканием с пластмассой. И такое соединение может быть временным или постоянным: разъемным по принципу молнии, либо прочно сваренным.
Соединение CMT Pin основано на том, что поверхность металла приобретает специальную трехмерную поверхность, схожую со щеткой. Будучи зафиксированы клеем на пластмассе, они способны переносить в продольном направлении в десять раз большее усилие, по сравнению с чистым клеевым соединением между гладкими поверхностями.
Отправной точкой для нового метода соединения Fronius стали металлические штифты диаметром 0,8 мм и длиной 3 мм. Модифицированная CMT-система наваривает около 10 таких штифтов на квадратный сантиметр связываемой металлической поверхности. В зависимости от требуемого вида соединения они имеют шарообразные «булавочные головки», острые или плоские концы.
Шарообразные головки, вдавленные в эластичную пластмассу, создают эффект, подобный застежке-липучке. В случае жесткой фиксации клеем или погружения в материал с жестким геометрическим замыканием можно добиться прочного, неразрывного соединения. Из металлической обшивки с расположенными внутри штифтами, усиленной текстильным или стекловолокном, залитой бетоном или пластмассой, получаются готовые элементы для строительства мостов, зданий или передвижных конструкций. Разъемы для строительных элементов CFK можно встроить в металлоконструкции уже при изготовлении; в этом случае вместо единичных элементов получается прочный моноблок.
Металлические соединения CFK отлично подходят для деталей, подвергающихся высоким нагрузкам, например, в авиационной промышленности. Для керамических, металлических и иных толстых изнашиваемых слоев CMT-штифты создают столь важное сцепление в основании. Имеется потенциал также для сухих и клееных деревянных соединений.
Технология CMT Pin, как можно судить по названию, основана все на том же процессе Cold Metal Transfer. Решающим фактором для появления варианта Pin стала точно воспроизводимая длина проволоки между поверхностью металла и электрической контактной поверхностью. А эту четкую соразмерность обеспечивает инновационная контактная трубка Contec компании Fronius. Точное и быстрое управление, например, выключение и включение тока, отвод назад проволоки, в сочетании с сопряжением нагрева проволоки для расплавления в центре провода и усилия возврата проволоки, создает готовые штифты с 2-секундным тактом.
Такой тонкий, что нагревать жалко
Оказываться «холодной сваркой» можно соединять и нанопровода. Это пока еще не метод, но вполне достойное внимания технологов открытие. Его сделали американские исследователи из Университета Райса, Национальной лаборатории Сандия и Университета Брауна.
Способность проводов диаметром от трех до десяти нанометров объединяться без нагревания и при низком приложенном давлении была обнаружена в ходе определения прочности золотого нанопровода при растяжении. Ученые вели наблюдение над разорванными образцами с помощью электронного и атомно-силового микроскопов.
После эксперимента они увидели, как концы нанопровода начали контактировать друг с другом. Как оказалось, после полного восстановления провода, его характеристики не отличались от первоначальных.
Дальнейшие исследования показали, что прочность нанопроводов не уменьшалась после неоднократного разрыва и «сварки». Место соединения не отличалось по своим свойствам от других частей провода, а электрическая проводимость образцов оставалось прежней.
Ученые объясняют этот факт монокристаллической структурой нанопроводов и совпадением ориентации кристаллов. Подобная «холодная сварка» с успехом может применяться для получения массивов из нанопроводов, уверяют они.
Вячеслав Бережной
