Hladno zavarivanje je postupak koji zahtijeva malo ili nimalo topline za spajanje dvije ili više metalnih površina. Prva znanstvena potvrda procesa hladnog zavarivanja zabilježena je 1724. godine pri kontaktu dviju olovnih kuglica.  U 1940-ima postupak zavarivanja formalno je priznat kao opći fenomen materijala kod kojega dvije čiste metalne površine stisnute jedna uz drugu prianjaju uz kontakt u vakuumu.

Premda su bile potrebne godine da se struka detaljno upozna s postupkom hladnog zavarivanja u procesu obrade metala, ono je ipak postala nezamjenjiva tehnika za neke industrije jer je riječ o jednostavnom, ali i jedinstvenom procesu.

 

Što je hladno zavarivanje?

Zavareni preklopni spojevi imaju smanjeni presjek. Zahvaćeni spojevi stvaraju bljesak koji netom poslije nestaje. Hladno zavarivanje, također poznato kao zavarivanje hladnim pritiskom ili kontaktno zavarivanje, postupak je zavarivanja kojim se spajaju dvije čiste metalne površine korištenjem dovoljnog pritiska za stvaranje metalurških veza. Za razliku od drugih postupaka zavarivanja koji koriste toplinu i rastaljeni materijal za spajanje metala, ova vrsta zavarivanja, ima mogućnost spajanja metala bez toplinske energije kako bi se stvorila gotovo savršena veza između materijala. U normalnim atmosferskim uvjetima, metalna površina reagira s kisikom stvarajući oksidni sloj. Ovaj oksidni sloj djeluje kao barijera koja sečava atome da stvore vezu. Kako bi se očistili metali za hladno zavarivanje, oksidni sloj se uklanja rezanjem, četkanjem ili drugim mehaničkim i kemijskim metodama. Metali bi trebali biti barem donekle duktilni i ne moraju biti podvrgnuti ozbiljnom otvrdnjavanju. Drugo ograničenje ovog procesa je to što metali ne mogu sadržavati ugljik. Hladno zavarivanje najbolje funkcionira kada se provodi u vakuumu, gdje nema kisika. Neki ljudi nisu upoznati s hladnim zavarivanjem jer je to nekonvencionalan postupak zavarivanja i razlikuje se od općeg postupka zavarivanja kod kojega je uključena toplina. Najbolje je razumjeti neke takozvane tehnike hladnog zavarivanja koje su zapravo postupci vrućeg zavarivanja koji koriste ili vodljivu elektrodu ili površinu.

 

Prijenos hladnog metala

Prijenos hladnog metala je postupak zavarivanja fuzijskim lukom koji koristi električni luk za stvaranje zavarenih spojeva. Ovaj MIG postupak zavarivanja pogrešno je označen kao hladno zavarivanje jer je toplina koja se primjenjuje u zavarivačkom bazenu 90% manja nego kod konvencionalnog MIG postupka.

 

TIG hladno zavarivanje

Takozvani TIG hladni varovi postižu se znatnim smanjenjem unosa topline i preciznim dovođenjem električnog luka na sićušnu točku samo u djeliću sekunde. Toplina se brzo raspršuje, stoga ovoj metodi nedostaje fuzija i učinkovita je samo u spajanju tankih ploča metala.

 

Postupak hladnog zavarivanja

Kao preduvjet za postupak hladnog zavarivanja, metali se čiste uklanjanjem slojeva oksida na površini žičanom četkom ili rezanjem površina. Nakon što se površinska kontaminacija ukloni, metali se mogu prešati zajedno pod visokim pritiskom pomoću industrijskih strojeva. Ovaj postupak zavarivanja djeluje na mikrostrukturnoj razini između metalnih atoma jer će se elektroni prenijeti između dviju čistih površina koje dolaze u kontakt. Veza hladnog zavara je jaka uz malo nečistoća i grubih mrlja, ali također može biti osjetno slabija ako su prisutni kontaminanti ili površinske nepravilnosti. Osim toga, vrijeme između pripremnog procesa čišćenja metala i stvarnog procesa hladnog zavarivanja je ključno. Ovaj vremenski prozor je kratak jer atomi na površini čistog metala počinju reagirati s atmosferom. Dugotrajno izlaganje može ostaviti iznimnu količinu nečistoća koje će kasnije utjecati na čvrstoću spoja. Potreban je samo mali broj alata za ovu relativno jednostavnu metodu zavarivanja, žičana četka za uklanjanje površinskog sloja oksida i stroj za zavarivanje pod hladnim pritiskom kako bi se omogućio kontakt svježe izložene atmosfere metala.

 

Stroj za zavarivanje pod hladnim pritiskom

Tipični stroj za zavarivanje hladnim pritiskom sadrži mehanizam za primjenu pritiska (preša za bušenje), alat za bušenje ili kalupe koji djeluju kao vodilice za metale, valjke za žice ili limove i statičko opterećenje za primjenu pritiska mehanički ili pneumatski. Kod hladnog zavarivanja žica odabire se kalup odgovarajuće veličine za žicu i zatim se stavlja u stroj za hladno zavarivanje. U većini slučajeva strojevi za hladno zavarivanje žice opremljeni su instrumentarijem za odrezivanje/rezanje krajeva metala kako bi se uklonili slojevi oksida i postigle ravne površine. Dvije žice ili trake se zatim spajaju pomoću visokog pritiska. Bljesak se stvara u kontaktnom području između dviju metalnih površina i višak metala se uklanja. Žice za hladno zavarivanje i vrlo tanki limovi u potpunosti su iskorišteni u industriji poluvodiča gdje su dijelovi kompaktni i osjetljivi.

Veličina aparata za zavarivanje hladnim pritiskom može se dosta razlikovati ovisno o vrsti i veličini materijala. Oni mogu varirati od ručnih uređaja koji se uglavnom koriste za hladno zavarivanje bakrenih žica do strojeva kojima se upravlja pneumatski.

 

Metali pogodni za hladno zavarivanje

Metali sa sličnim metalnim strukturama i meki metali od obojenih metala najbolje funkcioniraju za hladno zavarivanje, ali je moguće i spajanje različitih metala. Ovdje su neki od najčešćih metala koji se često hladno zavaruju:

• Aluminij (uključujući razrede 2xxx i 7xxx koji se općenito smatraju nezavarljivima)
• Bakar
• Cink
• 70/30 mesing
• Nikal
• Srebrne legure
• Zlato
• Nehrđajući čelik

 

Zrakoplovna i automobilska industrija

Ove industrije neprestano traže kombinacije laganih i funkcionalnih materijala za poboljšanje performansi, potrošnje goriva itd. Ovdje hladno zavarivanje dolazi do izražaja, osobito kod zavarivanja aluminija i nehrđajućeg čelika. Ova tehnika omogućuje da materijali ne budu izloženi pretjeranim količinama topline, čime se smanjuje rizik da budu previše lomljivi.

 

Podzemni žičani vodovi

Hladno zavarivanje je izuzetno rješenje u situacijama kada unošenje topline u okolinu može biti opasno. Dobro poznati primjer je sigurno spajanje podzemnih žičanih vodova putem hladnog zavarivanja, gdje toplina može predstavljati opasnost jer može doći u kontakt s eksplozivnim plinovima.

 

Prerađivačka industrija

Izmjenjivači topline koji se koriste za hlađenje koriste hladno zavarivanje pri izradi cjevastih prolaza u listovima velikih dimenzija. Neki uređaji za skladištenje ili pakiranje također koriste hladno zavarivanje. Kao dodatna prednost, spajanje metala bez topline pomaže u očuvanju cjelovitosti materijala.

 

Prednosti hladnog zavarivanja

1. Hladno zavarivanje proizvodi čiste i jake varove. Čvrstoća stvorene veze je blizu osnovnog metala, ako ne i ista.
2. Hladno zavarivanje ne stvara zonu utjecaja topline koja slabi strukturu metala.
3. Hladno zavarivanje omogućuje spajanje različitih metala poput bakra i aluminijskih legura.
4. Proces je brz, gotovo bez deformacije i savijanja metala.
5. Hladno zavarivanje može se izvoditi u okruženjima osjetljivim na toplinu gdje se korištenje drugih postupaka zavarivanja ne bi smatralo sigurnim.

 

Nedostaci hladnog zavarivanja

1. Hladno zavarivanje zahtijeva veliko vrijeme pripreme za čišćenje metala.
2. Samo određeni materijali mogu se hladno zavarivati. Metali moraju biti duktilni i ne smiju sadržavati ugljik.
3. Hladno zavarivanje nepravilnih površina je teško, postupak daje najbolje rezultate kada se izvodi na ravnim površinama.
4. Čvrstoća spoja može se lako ugroziti kontaminacijom. To može biti uzrokovano slojevima oksida, površinskim nepravilnostima i drugim nepredvidivim razlozima.
5. Dio materijala se troši tijekom pripreme (šišanje, rezanje, četkanje)

 

Zaključak

Za razliku od drugih metoda zavarivanja gdje se metali podvrgavaju tekućoj ili rastaljenoj fazi (lučno zavarivanje, zavarivanje trenjem, točkasto zavarivanje, itd.), hladno zavarivanje omogućuje spajanje metala bez uključene topline. Ovaj proces karakteriziraju ujednačeni i jaki rezultati jer ne ostavlja zonu pod utjecajem topline u zavaru. Iako je za postizanje odličnih rezultata vrlo važno ukloniti oksidne slojeve i ukloniti sve površinske nepravilnosti, imajte na umu da je proces najbolje izvoditi u vakuumu.

---