Виды соединения металлических листов

Листовой металл – это удобный материал для создания самых разных изделий, в том числе сварных или разъемных конструкций. Для создания готового изделия требуется соединить листы в единое целое. Рассмотрим виды соединения металлических листов, существующие на данный момент. 

Сварные соединения

Кузнечная сварка – это первый способ, который появился тысячелетия назад. Металл нагревали и с помощью флюсов проковывали. За счет диффузии листы соединялись. 

В наши дни используют электрическую, газовую и другие сварочные технологии. Сварка позволяет делать герметичное соединение, которое по прочности близко к цельному листу. В случае, когда герметичность не нужна, возможно соединение прерывистым швом. 

Главной проблемой сплошного сварного сочленения является температурное коробление материала. Трудно получить ровную поверхность изделия, нужную для производства. Поэтому во многих случаях применяется соединение листов путем точечной или контактной сварки. При этой технологии место соединения зажимается сварочными клещами и подается большой ток. Нагрев происходит локально и, соответственно, форма детали не меняется. 

Специфичный способ соединения применяется для создания ленточных пил. Два полотна сдвигают в одной плоскости с одновременной подачей постоянного тока на место контакта. После этого производят отпуск и зачистку шва. Получают полотно с почти неразличимым соединением. 

Сварку чаще всего применяют для соединения листов из черного металла, нержавеющей стали, алюминия и его сплавов. В каждом конкретном случае используют электроды и проволоку с нужными характеристиками. Операцию проводят в среде инертных газов (в углекислоте или аргоне).

Преимущества данного соединения:

• Высокая прочность. При соблюдении технологий качество шва не уступает монолитному металлу.
• Технологичность. Операция заключается в раскрое и сварке и не требует дополнительных манипуляций.
• Незначительные ограничения по толщине свариваемых листов. Метод плохо подходит для соединения поверхностей толщиной менее 0,35 мм.
• Возможность создания соединения с высокой герметичностью.  

Соединение методом пайки  

Скрепление листов с помощью другого металла, при котором основное изделие не нагревается до критической температуры, это также распространенный метод, имеющий древнюю историю. 

Наиболее подходящим материалом для пайки являются медь и ее сплавы, серебро. В виде соединительного вещества используют припои на основе олова или свинца. 

Технология сводится к следующему:

• Соединяемые детали нагревают горелкой или паяльником.
• Далее их обрабатывают флюсами для удаления поверхностной пленки.
• Места контактов залуживают припоем.
• Детали сжимают и охлаждают. 

Связующий компонент (олово или свинец) «склеивает» две заготовки до монолитного состояния. Побочным эффектом является покрытие металла инертным веществом, не склонным к коррозии. Луженое изделие применяется для приготовления пищи. 

Пайку также можно использовать для соединения листов из черного железа, нержавейки, оцинковки и других металлов. Для каждого материала существует специальный состав припоя.

Преимущества пайки:

• Детали не подвергаются экстремальному нагреву. Благодаря этому они сохраняют свою геометрию.
• Шов получается герметичным и устойчивым к коррозии. 
• Поверхностный слой из олова защищает металл от окисления и делает изделие безвредным для организма. 
• Возможность соединения разных металлов. Например, можно припаять медную и стальную пластины.

Фальцевое соединение 

Тонкие пластичные листы можно сочленить фальцевым методом. По такой технологии ранее делались крыши из оцинкованной стали, покрывались металлом купола церквей. Так сделаны вентиляционные дымоходы, защитные коробы на трубы, хозяйственные ведра из оцинковки и прочее. 

Суть технологического процесса:

1. На кромках листов делают загиб на 180 градусов. 
2. Кромки соединяют с проникновением загнутой части в пазы другого листа.
3. Проводят обжимку молотком или вальцами. 

Этим способом возможно соединение листов как в одной плоскости, так и под углом. Пластичные металлы позволяют делать фальцевое соединение, например, на торце трубы со значительной деформацией кромки. Качественный обжим делает шов герметичным, этому способствует поверхностный слой листов. Например, цинковое покрытие, деформируясь, герметизирует соединение. То есть более мягкий металл выполняет роль герметика. В особо ответственных случаях фальцевое соединение совмещают с пайкой.  

Преимущества фальцевого соединения:

• Технология не подразумевает нагрева. 
• Шов получается прочный на разрыв. 
• Применяют простое и недорогое оборудование.
• Процесс минимально нарушает внешнее покрытие листа.  

В производстве применяют несколько типов фальцевого соединения, которые незначительно отличатся по технологиям. Например, стык на кровле внешне другой, чем у оцинкованного ведра. 

Метизное соединение

Во многих случаях листы крепят между собой точечными крепежами. По такому принципу собираются корпуса судов, фюзеляжи самолетов и другие объемные конструкции. При использовании высоколегированных сталей сварка противопоказана, поэтому широко распространены следующие виды соединений.

Риветирование, или заклепочное соединение

Если изделие сделано из высокопрочных сталей и испытывает сильные вибрационные нагрузки, то целесообразнее применять соединение на заклепках.

Риветирование выглядит следующим образом:

1. Два листа накладывают друг на друга.
2. В зоне пересечения сверлят отверстие нужного диаметра.
3. В отверстие вставляют заклепку, которая имеет шляпку с одной стороны.
4. С обратной стороны выступающую часть заклепки расплющивают специальным штампом.

Диаметр метиза подбирают с таким расчетом, чтобы при сплющивании полностью заполнить пространство отверстия. Заклепки могут быть наружными и с потайной шляпкой. Процесс происходит вручную или с помощью электрических или пневматических аппаратов. 

В последнее время часто используют заклепки, которые уплотняются в отверстии за счет вытягиваемого стержня. По такому принципу работают бытовые клепальники. Заклепка продается в виде стального стержня с утолщением, на котором стоит обойма с бортиком из более мягкого материала. При вытягивании стержня утолщение раздает заклепку, закрепляя соединяемые поверхности. 

Преимущества риветирования:

• Способ позволяет соединить листы из сплавов, которые трудно поддаются сварочным работам. Например, бронированные листы на военной технике, сложные алюминиевые сплавы вида авиаль в самолетостроении, тонкие углеродистые листы с высоким содержанием легирующих добавок. 
• При монтаже полностью отсутствует внутреннее напряжение, что предотвращает разрушение изделия в процессе эксплуатации.
• Технология не требует высоких энергозатрат, так как не надо плавить металл.
• При необходимости монтаж возможно проводить в полевых условиях при наличии минимального набора инструментов. 

Болтовое соединение

Аналогичным образом можно соединить листы, используя вместо заклепки болт и гайку. При достаточной толщине листа иногда применяют тело листа для создания ответной резьбы для крепежных болтов. Такое соединение имеет хорошую прочность, хотя и несколько меньшую, чем при использовании заклепок. При этом сохраняется возможность оперативно демонтировать соединение. 

Склейка

В исключительных случаях применяют метод склейки. Чаще всего для склеивания используют в виде связующего вещества эпоксидную смолу с металлическим наполнителем. Метод применяют в тех случаях, когда невозможно использовать другие приемы, а конструкция не претерпевает экстремальных температурных и разрушающих нагрузок. Наиболее прочные соединения получаются при комбинации фальцевого и клеевого методов монтажа. С помощью клея также возможно соединить металлический лист с пластиком, тканью, стеклом или керамикой. 

Другие методы соединения

Для формирования поверхности из листов часто применяют подстилающие конструкции. По такому принципу настилают крыши из профлиста, изготавливают ограждения. В таких случаях непосредственного соединения между листами нет.  Конструкция держится только за счет прожилин или решетника, к которым лист прикручивают саморезами.

С развитием лазерной и плазменной резки все большее распространение получают изделия, собранные на основе шипов и пазов. Так собирают, например, одноразовый мангал. 

Принцип технологии заключается в следующем:

1. На нужной стороне металлического листа вырезают шипы.
2. На ответном листе делают проушины нужного размера.
3. Шипы вставляют в проушины и фиксируют методом загибания или поворотом на 90 градусов выступающего кончика шипа. 

Соединение подкупает своей простотой, но не отличается герметичностью и прочностью. Однако, когда требуется закрепить, например, металлический короб на плоскости, то технология себя оправдывает. Метод получил широкое распространение в радиоэлектронике при закреплении экранов и в производстве складных конструкций. 

Существует способ соединения листов через замок по типу «молнии». На краях изделия формируют на ЧПУ станке сложные выступы, которые при укладке образуют единую поверхность.   

Любые способы соединения имеют свои плюсы и минусы. Чтобы изделие исправно выполняло свои задачи, необходимо подобрать нужную технологию.