Кузнечная сварка стали

Кузнечная сварка – это процесс неразъемного соединения нагретых кусков металла с применением внешнего давления. Ее еще называют горновой сваркой. Сталь при нагреве до определенных температур становится тестообразной. Куски такой стали, крепко прижатые друг к другу, вполне нормально свариваются.

Эта технология известна с древнейших времен.  Для изготовления копий и мечей, а также серпов и кос, древние мастера брали небольшое количество ценной и редкой высокоуглеродистой стали для изготовления острия или лезвия, а затем вставляли его в более мягкое и дешевое железо. Затем все это нагревали до высокой температуры и тщательно проковывали до получения единого цельного изделия.

Древнее железо, еще до бессемеровского процесса, называли сварочным железом, потому что его получали путем ковки, то есть по существу той же кузнечной сварки, из нескольких небольших кусков так называемого пудлингового железа.

До недавних пор кузнечная сварка широко применялась в сельских и колхозных кузницах для ремонта сельскохозяйственной техники.

Кузнечная сварка встык, внахлестку и в обхват

Свариваемые концы утолщают для того, чтобы при проковке после сварки довести сечение до заданного размера сечения кольца. Чаще всего кузнечную сварку производят встык, внахлестку или в обхват (рисунок 1). Во всех случаях торцы имеют выпуклую форму. Это нужно для того, чтобы шлак, который образуется при сварке, выжимался наружу.

kuznechnaya-svarka-koncyРисунок 1 – Подготовка концов для кузнечной сварки:
а — встык, б — внахлестку, в – в обхват

Кузнечную сварку применяют, например, при изготовлении, колец (рисунки 2 и 3).

kolcoРисунок 2 – Кольцо, изготовленное с помощью кузнечной сварки

kuznechnaya-svarka-kolcaРисунок 3 – Изготовление кольца кузнечной сваркой

Другим способами кузнечной сварки являются сварка врасщеп и сварка с помощью так называемых шашек.

Кузнечная сварка врасщеп

Сварку врасщеп применяют, когда надо из полосовой стали изготовить, например, стальные шины для телеги. Перед сваркой концы полосы оттягивают и разрубают (рисунок 3). Затем концы соединяют с перекрытием, нагревают до сварочной температуры и проковывают. За счет большой поверхности соединения такая сварка получается довольно прочной.

kuznechnaya-svarka-vrasshchep Рисунок 4 – Сварка в расщеп:
а – разрубание полосы, б – соединение концов

 Кузнечная сварка с шашками

Сварку с шашкой применяют для соединения крупных деталей, обычно колец. Концы детали отковывают с наклоном 30-40º (рисунок 5). Из той же стали и с тем же наклоном выковывают вставные детали – шашки. Место сварки нагревают до сварочной температуры и проковывают под молотом.

kuznechnaya-svarka-shashkiРисунок 5 — Кузнечная сварка стали с шашками

Температура кузнечной сварки стали

Для кузнечной сварки деталь нагревают до температуры, близкой к температуре плавления: сталь с содержанием 0,1 % углерода – до  1400-1450 ºС, сталь с 0,4 % углерода – до 1320-1370 ºС. Важно максимально точно определять эти температуры, так недостаточный нагрев приведет к непровару, а излишний нагрев – к пережогу или даже расплавлению.

Нужную температуру опытные кузнецы улавливают по цвету каления: около 1300 ºС – ярко-желтый цвет, а около 1400 ºС – уже ярко белый. При достижении нужной температуры нужно немедленно начинать ковку, так продолжительная выдержка может привести к пережогу стали.

Применение флюса при кузнечной сварке

Нагрев стали вызывает ее окисление и она покрывается окалиной, которая препятствует сварке. Поэтому свариваемые концы обычно посыпают флюсом. В качестве флюса в сельских кузницах применяют кварцевый песок с примесью буры и поваренной соли. При высокой температуре флюс соединяется с окалиной и образует слой шлака, который и защищает поверхность сварки от оксисления. При низком содержании углерода в стали флюсы часто не используют, так как температура плавления такой стали выше, чем у ее окисида.

Перед началом сварки шлак удаляют стальной щеткой, а остатки выдавливаются при последующей ковке. Для хорошей сварки сваренное место хорошо проковывают ударами молотка.

Стали для кузнечной ковки

Обычно кузнечной сварке подвергают только мягкие стали. Очень хорошо сваривается сталь с содержанием углерода до 0,2 %, удовлетворительно – сталь с содержанием углерода до 0,5 %. Другие стали сваривают обычными методами сварки – электрической или газовой.

kovka

Источники:
1) А. А. Шапиро Пособие для сельского кузнеца, 1967.
2) J. DeLaRonde Blacksmithing: Basics for Homestead, 2008