Способы соединения деталей PDF Печать
Автомобилистам

Соединения – это способы крепления металлических деталей кузова автомобиля и других элементов, изготовленных большей частью из листового металла. Способы соединения подразделяются на:

– жесткие временные механические соединения (их называют разъемными);

– жесткие постоянные соединения (неразъемные);

– соединения с нагревом (жесткие неразъемные).

Способы жесткого разъемного соединения позволяют соединять и затем разбирать детали, составляющие узел. Способы жесткого неразъемного соединения не позволяют произвести разборку деталей после их соединения.

При ремонте кузова обойтись без сварки удается редко. Однако сварка сегодня выглядит не так, как это было еще совсем недавно. Обычная электрическая сварка с держателем и электродами не относится к числу существенных приобретений. Для выполнения ремонта с применением дуговой сварки требуется высокое мастерство, а кузовщик – не профессиональный сварщик, а кузовщик. Ему надо работать не только хорошо, но и быстро. Поэтому в автосервисе популярностью пользуются более современные и простые в обращении аппараты. Это, например, полуавтоматы «Кемпи» одноименной финской фирмы. Сварка происходит в среде защитного газа, проволока в рабочую зону подается автоматически. В этих полуавтоматах допустимы различные режимы: непрерывный, импульсный, с изменяемой полярностью и др. Есть аппараты, работающие не только с медной, но и со стальной проволокой. Отличаются они в основном параметрами: током, скоростью подачи и диаметром проволоки, временем непрерывной работы устройства. Техника дорогая (от 3000 у.е.), в частный гараж такую мало кто купит.

Пользуются популярностью и устройства для контактной сварки. Наиболее простые – сварочные клещи. Сжал ими два (или более) листа, нажал – и готово. В лучших образцах этих аппаратов усилия человеческих рук заменяет пневматика.

Широко используются уже упоминавшиеся в книге плазменные аппараты. Им не нужен дорогой и дефицитный ацетилен, для работы достаточно электричества и сжатого воздуха. Эти устройства (весьма производительные) служат в основном для резки металла, вытесняя популярные «болгарки» по всем параметрам.

Есть и другие способы соединения металлических деталей, которые используются как в машиностроении, так и в практике автолюбителей. Более того, некоторые из этих способов практически невозможно заменить сваркой, так что о некоторых из них в этой главе будет рассказано. Но начнем мы, конечно, со сварки.

Сварка

При любом способе сварного соединения металлов используют тепловой источник, обеспечивающий местное увеличение температуры и вызывающий плавление металла или сцепление расплавленного металла с твердым металлом. Эти соединения называют сварными. Различают два типа сварки: сварку разнородных металлов и сварку однородных металлов.

Сварка разнородных металлов обеспечивает жесткое неразъемное соединение двух одинаковых или различных металлов. Два металла, соединяемые между собой, не доводятся до плавления, лишь до температуры, при которой они становятся одинаковыми с присадочным металлом. Этот материал, будучи расплавленным, соединяет детали только в определенном диапазоне температур. Такие процессы получили название от вида применяемого присадочного металла: пайка на оловянном припое и твердая пайка.

Сварка однородных металлов – автогенная – обеспечивает жесткое неразъемное соединение двух однородных металлов. Соединяемые кромки нагревают до плавления, что обеспечивает их соединение после охлаждения. Если при этом требуется присадочный металл, он должен быть таким же, как и свариваемые детали, что создает однородную внутреннюю структуру.

Существует множество процессов сварки. При ремонте кузовов автомобилей находят применение следующие:

– кислородно-ацетиленовая сварка;

– дуговая сварка;

– дуговая сварка в среде защитного газа;

– сварка сопротивлением.

Пайка

Пайка оловянным припоем. Этот способ пайки обеспечивает соединение путем осаждения легкоплавкого сплава. Пайку оловянным припоем в ремонтных работах применяют для соединения наконечника с концом электрического провода, для напайки олова на листовые детали, готовящиеся под покраску, для выполнения некоторых соединений, которые невозможно получить штамповкой листов.

В качестве припоя чистое олово не применяют, так как оно является недостаточно жидкотекучим, чтобы проникнуть (просочиться) между опорными поверхностями соединяемых деталей, а при охлаждении оно становится хрупким.

В качестве сварочного металла, или припоя, применяют сплав свинца с оловом. Процентное соотношение каждого из металлов зависит от выполняемых работ. В большинстве случаев припой, применяемый для пайки в жестяном деле, представляет собой сплав, содержащий 67 % свинца и 33 % олова. Припой применяют в виде литых стержней различной толщины, проволоки диаметром 3 мм, навитой на катушку, и лудильного порошка. Температура плавления припоя 230–250 °C.

Первой операцией при выполнении пайки оловянным припоем является подготовка деталей. Необходимо, чтобы детали припаивались. Среди металлов, применяемых для изготовления автомобилей, мягкая сталь или сталь с покрытием, медь, латунь, сталь подвергаются пайке оловом. Алюминий и его сплавы оловянным припоем не паяют, однако для их пайки есть специальные сплавы.

Детали должны быть идеально чистыми. Металл должен быть очищен от инородных частиц и собственных соединений. Следует удалить все жировые вещества, для чего детали промывают в бензине или трихлорэтилене.

Краску с соединяемых поверхностей удаляют шабером. Окислы или сам металл начисто зачищают напильником. Стеклянную шкурку для зачистки необходимо использовать с большой предосторожностью. Порошок стекла наклеен на поверхность ткани, и пока шкурка новая, нет опасности осаждения порошка, но по мере ее износа трение вызывает образование теплоты, приводящее к расплавлению клея. Тогда клей начинает прилипать к деталям, частички клея, невидимые глазом, противодействуют соединению металла припоя с металлом детали. На производстве детали чаще всего подвергают очистке с помощью кислот.

Пайка встык не является прочной, так как припой обладает низкой механической прочностью. При пайке детали устанавливают друг на друга с перекрытием.

Для нагревания деталей и плавки припоя применяют паяльники или пламя сварочной горелки.

Рабочая часть паяльника является аккумулятором для частиц, которые, благодаря высокой теплопроводности меди, передаются в зону пайки с того момента, когда паяльник находится в контакте с деталями. Боек паяльника не должен выполняться в виде острия, он должен иметь сплющенную форму.

Массивная медная головка паяльника устанавливается в державке из стали, на конце которой выполнена ручка из теплоизоляционного материала. Чтобы поддерживать в них нужную температуру, большинство паяльников выполняются самонагревающимися. Для выполнения небольших работ нагрев паяльников может осуществляться электрическими спиралями. Для выполнения крупных работ паяльники нагревают пламенем воздушно-газовой смеси (бытовой газ, ацетилен, бутан, пропан).

Паяльник не надо нагревать докрасна. При нагревании паяльника докрасна капельки оловянного припоя испаряются, медь окисляется, в результате чего ухудшаются условия пайки.

Перед пайкой лезвие паяльника необходимо залудить в припое.

Для нагрева паяльника можно использовать пламя сварочной кислородно-ацетиленовой горелки. Регулирование пламени осуществляют при небольшом избытке ацетилена. Можно также применять воздушно-газовые горелки.

Разогрев паяльника пламенем обычно применяют для залужения больших поверхностей или в том случае, когда не хватает мощности паяльника. Однако применять сильно сконцентрированный источник огня нельзя.

Независимо от выполняемых работ, будь то соединение двух деталей либо нанесение припоя на листовые детали, необходимо сначала залудить поверхности, подвергаемые пайке.

Хотя поверхности, подвергаемые лужению, зачищаются до чистого металла, все равно, если не будут приняты специальные меры, в процессе нагрева поверхность металла, а также поверхность металлического припоя подвергаются окислению, а возникающая при этом окисная пленка противодействует схватыванию припоя с деталью.

При пайке оловянным припоем для предотвращения окисления перед нагревом и в процессе пайки поверхности, подвергаемые пайке, покрывают флюсом. В качестве флюсов может применяться хлористый цинк, который получают растворением цинка в соляной кислоте. Эту операцию выполняют в свинцовой емкости, в процессе ее выполнения происходит выделение водорода. После окончания реакции остается хлористый цинк.

Детали, пайка которых выполняется с применением хлористого цинка, после пайки необходимо сразу промыть, чтобы избежать возможного воздействия кислоты.

В качестве флюса применяют также нейтральные вещества на базе хлористого цинка. В большинстве случаев достаточно протереть или при необходимости обезжирить места, подвергаемые пайке.

В качестве других флюсов применяют канифоль для пайки медных электрических проводов, стеарин и густую смазку-флюс для выполнения водопроводных работ.

Если лужение выполняется с помощью паяльника, то припой приближают к лезвию паяльника и выжидают, пока припой не начнет стекать на деталь, т. е. начнется смачивание. Затем постепенно перемещают паяльник в контакте с припоем, нанося тонкий слой припоя на поверхность детали. При этом необходимо периодически покрывать конец припоя флюсом.

Лужение с применением открытого пламени может выполняться с использованием припоя в виде брусков или, что более удобно, в виде лудильного порошка. В последнем случае деталь нагревают и протирают тканевым тампоном, на который насыпают немного лудильного порошка. При соприкосновении с деталью оловянный припой плавится и сцепляется с металлом. При лужении вертикально или наклонно расположенных деталей необходимо протирать поверхность в направлении снизу вверх.

Пайку двух деталей выполняют после лужения, предварительно покрыв сопрягаемые поверхности флюсом и окончательно установив их относительно друг друга. Детали слегка сжимают либо с помощью зажимов, либо другим способом, не мешающим нагреву деталей. Затем прикладывают боек паяльника к сопрягаемым поверхностям и прогревают их до расплавления припоя. При необходимости для добавки припоя расплавляют небольшой кусочек от пластинки припоя.

Итак, наносить припой на листовые детали можно двумя способами:

– с помощью паяльника. Конец бруска или проволоки припоя расплавляют и прижимают к детали. При этом необходимо следить, чтобы нагрев был не очень сильным и жидкий припой не стекал вдоль наклонных частей;

– с помощью открытого пламени. Лист нагревают до такой степени, чтобы при протирке поверхности бруском припоя на ней оставался пастообразный слой. После того как вся поверхность будет покрыта припоем, ее слегка подогревают для превращения припоя в пастообразное состояние, затем заглаживают, протирая поверхность тампоном из ткани, покрытым флюсом.

Для нанесения припоя на вертикальные участки или толстые стыки можно изготовить форму из металла, не соединяющегося с оловянным припоем. Форму прижимают к листам, и припой стекает из формы на деталь. После нанесения припоя следы флюса следует удалить, затем обработать поверхность напильником с целью придания ей нужной формы. Окончательную доводку поверхности при необходимости осуществляют полировальной машинкой или вручную.

Пайка латунным припоем. При этом способе пайки жесткое неразъемное соединение получается осаждением латуни с кремнием, которые в результате плавления растекаются и обеспечивают достаточно прочное соединение. Затвердевший шов латуни закрепляет соединенные детали.

Пайка латунным припоем применяется при ремонте кузовов автомобилей для заглушивания отверстий после высверливания точек сварки; для соединения деталей, которые нельзя нагревать до плавления; при опасности возникновения трудно выправляемых деформаций; для соединения разнородных металлов, а также для пайки деталей, которые не подвергаются автогенной пайке.

В качестве припоя применяют сплав меди с цинком, т. е. латунь с добавками, которые предназначены для уменьшения испарения цинка и снижения текучести расплава. Припой выпускают в виде круглых прутков с обработанными торцами.

В кузовных работах соединение с помощью указанного припоя осуществляется при нагреве деталей примерно до 650 °C. Диаметр прутков припоя находится в пределах 1,6–8,0 мм. Перед моментом сварки нагретый конец прутка должен быть помещен в банку с порошкообразным флюсом на основе бората натрия. Роль флюса заключается в удалении окислов, образующихся при нагревании в зонах пайки.

Этот же металлический припой выпускается с покрытием флюсом, которое наносится протягиванием прутка на прессе. Такое исполнение исключает непроизводительные операции с порошкообразным флюсом.

Участки, подвергаемые пайке, должны быть тщательно очищены, металл должен быть обнажен путем опиливания напильником или шлифованием.

Детали можно соединять встык, внахлестку или под углом. Если предусматривается пайка встык, то припой должен не только просочиться между соединяемыми кромками, но и образовать шов, возвышающийся над основным металлом на величину около 10 % толщины металла. Чтобы обеспечить хорошее скрепление, шов должен быть симметричным, шириной, равной трем толщинам металла. Отверстия, подвергаемые запайке, должны быть зачищены по всей окружности на ширину, равную трем толщинам металла.

Для нагрева наиболее часто применяют пламя кислородно-ацетиленовой горелки. При пайке стальных листов, которые чаще всего сваривают при кузовных работах, расход сварочной горелки составляет 60 л ацетилена в 1 ч при 1 мм толщины пайки. При большом объеме сварочных работ обеспечивают небольшой излишек ацетилена, что дает возможность паяльщику быть уверенным, что пламя не будет вызывать окисление.

Первоначальное соединение деталей осуществляют короткими паяльными швами (точечная пайка). Горелку наклоняют под углом около 30°. Нагретый конец металлического припоя многократно погружают во флюс (если пруток без покрытия флюсом). Сварщик – «правша» держит горелку в правой руке и перемещает ее справа налево. Сварщик – «левша» выполняет пайку при симметричном расположении горелки и припоя.

После выполнения точечной пайки производят пайку непрерывным швом. При этом горелка наклонена в сторону охлаждающей части, конец пламени удерживают на расстоянии около 5 мм от плавящегося металла. Как только металл деталей покраснеет, расплавляют покрытый флюсом конец прутка. Жидкий припой растекается по участку, нагретому докрасна. Если возникает опасность скатывания припоя, надо слегка приподнять горелку на короткое время, которое обеспечит мгновенное затвердевание припоя. Так создается последовательность жидких участков, тщательно и равномерно связанных друг с другом. Если металл деталей недостаточно разогрет, припой не растекается. Если детали перегреты или они были недостаточно очищены, то металл припоя соскальзывает с деталей, не схватываясь с ними. При пайке без флюса возникают те же трудности.

После пайки латунным припоем флюс образует на паяной поверхности небольшие стеклянные капельки. Их можно удалить легким скалыванием или опиливанием напильником.

Пайка припоем легких сплавов. Этот способ применяется при пайке деталей кузова, материал которых известен, однако жестянщик может столкнуться с необходимостью пайки деталей из легких сплавов, состав которых ему незнаком, и тогда возникает вопрос подбора флюсов. Пайка этим припоем позволяет соединить края легких сплавов без их плавления, следовательно, без изменения их строения.

Широко распространенными припоями этого типа являются А-510 и аналогичные ему, температура плавления которых около 580 °C. Для этих припоев необходимо применять специальные флюсы, которые вызывают коррозию алюминиевых сплавов, поэтому после пайки флюсы необходимо удалять промывкой.

Пламя горелки должно быть с избытком ацетилена, обеспечивающего приблизительно в 3 раза большую длину пламени, чем обычно. Соединяемые кромки деталей обрабатывают шабером или напильником. При стыковой пайке следует предусмотреть небольшой зазор (0,2–0,3 мм). Пруток припоя покрывают флюсом путем нагревания его и погружения в порошок, либо составляют пасту вода-флюс, погружают в нее пруток и прокручивают для получения покрытия.

Линию пайки предварительно просушивают. Расплавляют на ней часть флюса, не доводя до плавления металлический припой. Затем расплавляют припой и непрерывно притирают пруток припоя к поверхности пайки. Расплавленный металл стекает на деталь, которая, однако, не должна плавиться. Затем дается выдержка до окончательного затвердевания.

Охлаждение применяют плавное, а затем шов промывают в проточной воде, протирая щеткой.

Пайке такими припоями могут подвергаться все легкие сплавы, за исключением тех, которые содержат более 1,5 % магния.

Кислородно-ацетиленовая сварка

Кислородно-ацетиленовая сварка называется автогенной, так как осуществляет соединение деталей из одинакового металла путем их плавления. Жесткое неразъемное соединение получается путем местного плавления кромок соединяемых деталей при нагреве пламенем кислородно-ацетиленовой горелки. Жидкий металл, получаемый при этом, образует неразрывный расплав, в который при необходимости вводится присадочный металл.

Пламя кислородно-ацетиленовой горелки создается горением ацетилена в другом газе – кислороде.

Ацетилен получают в ацетиленовых генераторах и тут же его используют. Как и кислород, ацетилен может быть в баллоне. Из баллона газ проходит через редуктор, затем смешивается в сварочной горелке, на выходе которой его поджигают, создавая кислородно-ацетиленовое пламя.

Сырьем для получения ацетилена являются карбид кальция и вода. Карбид кальция представляет собой твердое вещество, по внешнему виду и твердости напоминающее камень. Его получают путем соединения углерода с известью в электрической печи при температуре 3000 °C. Затем дробят и укладывают в бочки, на которых указывается размер камней, что является важной характеристикой для использования карбида в генераторах. Бочку необходимо закрывать герметично, так как карбид кальция сильно поглощает пары воды, содержащиеся в воздухе. При этом скорость реакции намного медленнее, чем в генераторе, тем не менее, в результате ее также получается ацетилен, который может смешиваться с воздухом, находящимся в бочке, и образовывать взрывчатую смесь.

Ацетилен получается в результате реакции карбида кальция с водой. Этот газ обладает особым запахом, возникающим в генераторах, в которых не происходит очистка ацетилена от сероводорода. При сварке кузова обычно используют контактные генераторы высокого давления. Генераторы выполнены с жестким газометром и имеют камеру для заполнения водой. По мере увеличения давления ацетилена, он выжимает воду в камеру нагнетания и отделяет воду от контакта с карбидом кальция. При понижении давления в газометре зеркало воды поднимается, и реакция возобновляется. Образующаяся известь выпадает в осадок на дно бачка и должна удаляться при каждой новой зарядке генератора. Сухие клапаны и водяные затворы предназначены для предотвращения возврата кислорода в газометр. В баллонах ацетилен растворен в ацетоне, которым пропитана пористая ткань. Максимальная емкость баллона составляет 1000 л/ч.

На станциях автосервиса, в зависимости от их мощности, применяют ацетиленовые генераторы – стационарные или передвижные. Наибольшее применение из передвижных нашли однопостовые ацетиленовые генераторы марок АСМ-1,25–3; АСВ-1,25; АНВ-1,25 производительностью 1,25 м3/ч. Из стационарных применяют генераторы марок ГРК-10–68 производительностью 10 м3/ч. В этом случае сварочные посты снабжаются ацетиленом по трубопроводам централизованной раздачи.

Широкое применение для обеспечения работы газосварочных постов находят баллоны со сжиженным газом, в том числе и с ацетиленом. Ацетилен поставляют в баллонах типа 100 или БАС-158, кислород – в баллонах типа 150 и 150Л. Углекислый газ хранят и транспортируют в баллонах типа 150.

Редукторы для понижения давления газа, отбираемого из баллона, выпускают восемнадцати типоразмеров (на различные давления и производительность). При газопламенной сварке кузовных деталей применяют редукторы марок ДКП-1–65 для кислорода, ДАП-1–65 для ацетилена, ДЗД-1–59М для углекислого газа. Для централизованного питания постов кислородом от распределительных рамп применяют рамповые редукторы марки КРР 61.

Шланги изготовляют из вулканизированной резины с тканевой прослойкой или нитяной оплеткой, снаружи отделанной резиновым слоем. Шланги выпускают трех типов: тип I – для ацетилена с рабочим давлением не более 0,608 МПа; тип II – для бензина и керосина с рабочим давлением не более 0,608 МПа; тип III – для кислорода с рабочим давлением не более 1,520 МПа.

Для горелок малой мощности применяют облегченные шланги с внутренним диаметром 6 мм, для горелок большой мощности – внутренним диаметром 16 и 18 мм.

Наружный слой ацетиленовых шлангов имеет красный цвет, шлангов для жидкого топлива – желтый, для кислорода – синий. Длина шланга при работе от баллона должна быть не менее 8 м, а при работе от генератора – не менее 10 м.

Сварочные горелки – основной инструмент при ручной газовой сварке. Они позволяют регулировать тепловую мощность пламени путем изменения расхода горючего газа и кислорода.

Для сварки тонколистовых металлов (0,2–4 мм) применяют горелки малой мощности (Г2; ГС-2; «Звездочка»; «Малютка») с комплектом наконечников № 0; 1; 2; 3. Малые горелки имеют массу 360–400 г и рассчитаны на работу со шлангами внутренним диаметром 6 мм.

К недостаткам газопламенной сварки следует отнести повышенную пожаро– и взрывоопасность, повышенную загазованность рабочих мест. Кроме того, при сварке тонколистовых кузовных деталей наблюдаются их значительные коробления, перегрев и пережог. Трудоемкость доводки такой поверхности до требований товарного вида высока, а срок службы сварочного соединения низок из-за слабой коррозионной стойкости.

Ацетилен в горелке засасывается кислородом, который выходит из инжектора с большой скоростью. В расширяющемся канале газы смешиваются. Набор различных сопел обеспечивает получение пламени различной тепловой интенсивности. Зоной, осуществляющей сварку, является остроконечное пламя.

Подготовка кромок для сварки осуществляется с учетом толщины свариваемого металла и способа применяемой сварки. На практике при кузовных автомобильных работах газовая сварка выполняется на тонких листах. Чтобы после сварки можно было произвести рихтовку, свариваемые листы необходимо выставить в одной плоскости. Способ сварки, применяемый в этом случае, называют левой сваркой.

По возможности, и в особенности для выполнения сварки с высокой надежностью, например, сварки лонжеронов, применяют вертикальную сварку с двойным швом.

Сварка внутренних или наружных углов не позволяет производить рихтовку сварных швов тонких листов, однако она может быть очень полезной при соединении труб.

В настоящее время листы толщиной, равной или более 2 мм, обычно сваривают дуговой сваркой.

Подготовка тонких листов под сварку очень простая. Кромки листов обрезаются ножницами или пилой, обеспечивающими прямой рез. Листы плотно состыковывают друг с другом. Если листы подогнаны не точно, их разъединяют и подгоняют, а затем снова состыковывают для выполнения сварки. Если сварочный шов должен быть расположен в углу, то в зависимости от формы детали предпочтительнее применить такой метод, при котором сварку можно выполнять встык отогнутой кромки одного листа с прямой кромкой другого листа, предвидя выполнение в последующем рихтовки.

Сварщик, работающий правой рукой, держит горелку в правой руке, при этом горелку располагает вдоль оси сварного шва, наклоняя ее так, чтобы пламя было направлено налево. Конец пламени удерживают на расстоянии около 1 мм от зеркала расплавленного металла. Горелку перемещают справа налево. В этом случае сопло наклонено в сторону выполненного сварного шва, а струя пламени прогревает линию сварки.

На практике иногда бывает невозможно производить поперечную сварку. Независимо от направления перемещения сопла горелки, оно всегда наклоняется в сторону выполненного сварного шва.

Если сварка производится с присадочным металлом, то его удерживают симметрично соплу, погружая конец присадочного металла короткими быстрыми движениями в расплавленный металл шва.

Сварку без присадочного металла применяют, в частности, в кузовных жестяных работах. Способ левой продольной сварки часто называют кузовной.

Сварка точками. Это предварительная прихватка, заключающаяся в скреплении двух соединяемых деталей короткими сварными строчками, которые называют сварными точками. Эти точки удерживают кромки в необходимом положении в процессе сварки. Сварные точки должны быть достаточно прочными, чтобы под действием расширения при сварке не происходило их разрыва. Однако сварные точки не должны быть и длинными, чтобы их можно было легко разрушить при необходимости подгонки деталей. Сварные точки не должны сильно превышать толщину свариваемой детали, чтобы не являться помехой в процессе выполнения окончательной сварки. Первую точку желательно выполнить посередине линии сварки.

Если сварной шов формирует угол, то первую точку следует выполнить в вершине угла. Если сварка предназначена для ремонта излома, то первую сварную точку выполняют в месте начала излома на листе. Далее сварные точки располагают с интервалом 30 толщин свариваемого листа, однако в большинстве случаев их следует располагать более часто (сжатая точечная сварка).

Сварные точки выполняют, начиная от первой, направляя горелку в направлении не схваченных точками участков. При нагреве кромок происходит их расхождение, однако при охлаждении, следующем после плавления, происходит усадка, вызывающая сближение кромок.

Не следует вначале соединять точками два конца сварного шва, а затем выполнять промежуточные точки, так как при этом будет возникать расширение в противоположных направлениях, которое приведет к деформации кромок, вызовет либо их перекрещивание, либо изменение уровня расположения.

При сварке точками замкнутого шва прямоугольной формы вначале выполняют точки на двух наиболее плоских сторонах, расположенных друг напротив друга, а затем на двух других, более выпуклых сторонах, так как в результате неизбежного защемления деформация, вызванная удлинением, будет временно концентрироваться в центре.

При сварке точками без присадочного металла острие пламени приближают к кромкам и расплавляют их.

Если расплавы металла кромок с трудом соединяются друг с другом, нужно немного поднять горелку, что обычно приводит к образованию единого расплава металла. Следует дать сварной точке затвердеть до ее почернения.

Если нарушился уровень расположения кромок или кромки, не прихваченные точками, налезают друг на друга, нужно подрихтовать последнюю точку. Если не соединенные точками кромки слишком толстые, необходимо полностью охладить последнюю точку, что приведет к максимальной усадке металла. Если этого окажется недостаточно, следует произвести сварку более близко расположенными точками, расплавляя небольшие капли присадочного металла.

Сварка намного облегчается, если подгонка кромок и соединение точками выполнены очень тщательно. Но можно производить сварку кузовных деталей и без прихвата точками. Один из свариваемых листов при этом устанавливается неподвижно, а другой приваривают сразу, держа горелку в одной руке и направляя второй рукой привариваемый лист так, чтобы кромка листа была установлена для сварки точно.

Выполнение сварки на горизонтально располагаемых деталях кузова. Для выполнения такой сварки, так же как и для прихватки точками, на горелку необходимо установить сопло, соответствующее толщине сварки. Нормальный расход газа – 100 л/ч на 1 мм толщины сварки. На практике стандартный расход составляет 50–70 л. Для меньшей горелки принимают и меньший расход, так как листовая обшивка кузовов легковых автомобилей имеет толщину менее 1 мм.

После точечного прихвата следует произвести подрихтовку всей линии стыка, соединенного сварочными точками. Нельзя начинать сварку с края листа, так как кромки расходятся. Начинают сварку с внутренней части шва и двигаются к краю листа, т. е. выполняют закраину. Затем производят сварку, начиная от закраины, и ведут ее к другому краю.

Если вырез, который подлежит сварке, имеет форму угла, то сварку начинают с вершины угла и ведут ее в направлении одного края, а затем другого. Если производят сварку детали, образующей отверстие посередине панели, то сваривают попарно две противоположные стороны. Перед сваркой производят тщательную регулировку пламени, а затем подводят его на расстояние около 1 мм к поверхности металла. Сопло наклоняют к оси сварного шва под углом, приблизительно равным 45°. Как только металл расплавится, горелку равномерно перемещают без смещения в боковом направлении. Поддерживают нормальное плавление металла путем регулировки пламени и корректировки угла наклона горелки.

При увеличении наклона сопла проникновение зоны расплавленного металла уменьшается. Поэтому при сварке угол наклона сопла изменяется в пределах 15–45°. Во всех случаях надо иметь наготове пруток присадочного металла, чтобы заполнить случайно образовавшееся при сварке отверстие.

С внутренней стороны сварочный шов должен представлять собой тонкую линию непрерывно расплавленного металла. Сварочный шов должен иметь небольшую ширину – ориентировочно в пределах трех-четырех толщин свариваемого листа. После сварки металлу дают остыть, не смачивая его. Сварочные швы и их закраины необходимо затем отрихтовать, следя за тем, чтобы металл сильно не вытягивался.

Теперь рассмотрим левую сварку. Очень часто сварку производят на несъемной детали автомобиля. В этом случае деталь невозможно расположить так, чтобы произвести горизонтальную сварку. Иными словами, сварочный шов может располагаться в наклонной или вертикальной плоскости. Для выполнения такой сварки, называемой сваркой по месту, устанавливают сопло, производительность которого приблизительно на 30 % меньше той, которая необходима для горизонтальной сварки листов такой же толщины.

Вертикальная сварка двойным швом. Этот тип сварки с высокой надежностью подходит лишь для сварки внутренних деталей, например, лонжеронов. Применяют сопло с расходом 60 л/ч. Для прихватывания сварными точками зазор между листами принимают равным двум толщинам. Горелку удерживают под углом около 30° к горизонтали, а присадочный металл – под углом 20° к горизонтали.

В противоположность тому, что было определено для других способов, сварку начинают с создания отверстия. Затем начинают подачу горелки и присадочного металла. Отверстие необходимо сохранять в течение всего процесса сварки. Таким образом, расплавленный металл удерживается отверстием в процессе затвердевания, проникновение расплавленного металла в шов уверенное.

Сварка по внутреннему углу. Горелку перемещают в том же направлении, что и при левой сварке. Устанавливают сопло с расходом 125 л/ч. Сопло наклоняют под углом 45° и удерживают его в плоскости, проходящей через биссектрису внутреннего угла. Присадочный металл располагают симметрично под тем же углом и перемещают по небольшому участку круговой дуги, чтобы заполнить сварочный шов вдоль вертикального листа, а затем остальную часть шва. Это делается для компенсации стекания жидкого металла на горизонтальный лист, в результате чего на вертикальном листе могут образовываться желобки, а иногда и отверстия.

При необходимости для обеспечения равномерной плавки двух соединяемых кромок производят корректировку расположения сопла горелки. Каждый раз, если это только возможно, свариваемые детали располагают таким образом, чтобы поверхность жидкого металла сварного шва располагалась горизонтально. В этом случае легче выполнять сварку.

Сварка по наружному углу. Перемещение горелки при данном способе производится так же, как и при левой сварке. Используют сопло с расходом 75 л/ч. Свариваемые листы располагают так, чтобы их края образовывали фаску. Если есть возможность, следует размещать свариваемые детали так, чтобы фаска располагалась плашмя. В противном случае необходимо удерживать сопло горелки почти горизонтально, что задерживает расплавленный металл.

Этот способ сварки можно практиковать с присадочным металлом или без него. Сварной шов трудно подвергается рихтовке, следовательно, кромка шва остается деформированной.

Влияние температуры сварки на свариваемые детали. Нагрев, позволяющий довести металл до местного плавления, вызывает значительное местное удлинение, пока происходит изменение состояния металла, который из твердого состояния переходит в пластичное, затем в пастообразное и, наконец, в жидкое. За зоной жидкого металла начинается охлаждение металла, которое приводит к уменьшению объема – усадке, пока металл из жидкого состояния переходит в пастообразное, затем в пластичное и твердое.

Экспериментально влияние удлинения и усадки можно наблюдать с использованием оснастки, имеющейся в любой мастерской. Берут С-образный корпус небольшой струбцины с расстоянием между плечами корпуса, например, 70 мм. Вырезают два образца из листа толщиной 1,5 или 2 мм. Один образец А имеет ширину 15 мм, другой В шириной 60 мм. Длина образцов выбирается равной расстоянию между плечами струбцины. Образец подгоняют так, чтобы он вошел в струбцину без усилия и без зазора.

Теперь можно экспериментировать. Более узкий образец А располагают между плечами корпуса струбцины. Подводят пламя горелки так, чтобы нагревалась центральная часть образца. Под действием теплоты образец расширяется и удлиняется, однако перемещение концов образца блокировано, поскольку они упираются в корпус струбцины. В результате этого образец выгибается. Однако как только температура небольшого участка достигнет значения 550 °C и он станет красным, пластичность этого участка приводит к тому, что деформация, вызванная продольным изгибом, концентрируется на этом участке и становится постоянной. После охлаждения образец сохраняет свою форму. По сравнению с исходной формой, стрела прогиба образца составляет 3 мм, а длина становится короче приблизительно на 0,5 мм.

Затем устанавливают образец В так, чтобы один из его концов встал в одной плоскости с торцами струбцины. Нагревают, как и в предыдущем случае, центральную часть ленточного участка, соединяющего два плеча струбцины. Возникает небольшой продольный прогиб образца, однако гораздо меньший, чем в предыдущем случае, так как остальная часть образца нагревается медленнее и блокирует нагретую зону.

Как только металл нагреется докрасна, образец получает незначительный продольный прогиб. Длина металла между плечами струбцины остается постоянной, а удлинение сопровождается увеличением толщины.

При охлаждении утолщение остается, хотя величина его не настолько большая, чтобы его можно было увидеть, однако методом ощупывания листа большим и указательным пальцами можно ощутить небольшое утолщение. Расположенный рядом с нагреваемым участком металл стягивается к его центру. Чтобы восстановить первоначальную форму образца, достаточно отбить молотком утолщенный участок и привести его к первоначальной толщине.

Попробуем применить этот опыт на практике. При выполнении соединения сварными точками мы наблюдаем, что как только металл нагревается, происходит удлинение двух состыкованных кромок, которые давят друг на друга, их длина возрастает, а свободные края временно расходятся. Таким образом, происходит частичное смещение металла соединенных кромок в зоне сварных точек. При охлаждении сварные точки стягивают два листа и могут привести к перехлестыванию несваренных кромок. Это явление можно устранить легким выстукиванием последней сварной точки навесными ударами. Если схваченные сварными точками детали сваривают, то установленные встык кромки при нагреве расширяются. Пока металл не достиг температуры 500 °C, удлинение небольшой нагретой поверхности вызывает деформацию всего листа при условии, что он тонкий (листовая обшивка кузовов автомобилей) и легко деформируется в направлении предварительно выполненной формы. Если форма листовой детали выпуклая, то лист поднимается. Если форма вогнутая, то лист прогибается. После того как температура нагрева достигнет 500 °C, металл становится пластичным и деформируется на всем протяжении. Повышение температуры сопровождается выдавливанием, т. е. утолщением металла, которое затем поглощается сварочным швом. За жидким расплавом металла ранее расплавленный металл начинает охлаждаться и проходит непрерывно пастообразное состояние, затем пластичное и твердое с уменьшением в объеме (усадкой).

В пастообразном состоянии металл не обладает никакой прочностью. Поэтому необходимо создать очень прочную зону за пастообразным металлом, чтобы удлинение зоны жидкого расплава, расположенного в непосредственной близости с ним, не вызывало расхождения металла. Вот причина, по которой закраину выполняют сплошным швом в направлении края листов. Затем производят сварку от начала закраины в направлении второго конца свариваемых листов. Если требуется заварить трещину, то конец трещины играет роль закраины.

В процессе охлаждения сварочного шва его металл уменьшается в объеме и стягивает окружающий металл. Пока металл сварного шва обладает пластичностью, он может вытягиваться, однако при температуре ниже 500 °C он сжимается (усаживается) и вызывает растяжение и деформацию соседнего со швом металла. Именно поэтому необходимо производить рихтовку сварного шва, что позволяет восстановить внутреннее равновесие металла.

После медленного охлаждения (для мягкой стали) жестянщик берет наковаленку, прижимает ее с усилием к одной из сторон шва и простукивает шов молотком короткими навесными ударами для уменьшения толщины зоны сварки, что приводит к увеличению поверхности при постоянном объеме. Поверхность сварного шва выравнивается, а металл нагартовывается, что в значительной степени повышает его механическую прочность.

Обращаем внимание: если обработка молотком будет слишком грубая, можно с уверенностью сказать, что удлинение металла будет слишком большим, это приведет к образованию пузыря – дефекта, хорошо известного жестянщикам. Этот дефект придется устранять путем выполнения усадочных точек.

Деформации будут значительно меньше, если листы могут свободно удлиняться. Поэтому во всех возможных случаях практикуют сварку без предварительного прихватывания сварными точками. По той же причине нельзя закреплять некоторые детали в процессе сварки, например, при замене поврежденной части кузова, закрепленной на стенде. После прихвата детали сварными точками ее необходимо освободить для выполнения сварки, а затем снова закрепить для окончательной рихтовки, что позволяет металлу восстановить свою форму и внутреннее равновесие.

Обработка сварного шва молотком выполняется только на листах, сваренных встык. Она может выполняться на плоских или изогнутых участках, но нельзя обрабатывать молотком кромочные швы, соединения в угол или внахлестку.

Конечно, влияние процесса расширения и усадки является более сложным, чем показано в данном разделе. Тем не менее, рассказанного для специалистов по кузовным работам достаточно.

Дефекты кислородно-ацетиленовой сварки. Основным дефектом при проведении сварочных работ является непровар, возникающий вследствие большой скорости перемещения, из-за этого металл расплавляется не на всю толщину. При осмотре изнаночной стороны сварного шва будет отсутствовать след провара металла.

При сварке плашмя или под наклоном хороший провар определяется по внешнему виду зоны расплавленного металла. Поверхность расплава должна быть слегка вогнутой. Если поверхность расплава плоская и очень узкая, то провара не произошло. Если расплав металла шва оседает и становится широким, необходимо на короткое время поднять горелку, чтобы избежать прожигания металла.

Другим основным дефектом при сварке с присадочным металлом является налипание расплавленного металла на металл свариваемых деталей, нагретых до красного цвета, но не доведенных до плавления. Этот дефект виден при небольшом разъединении краев сварного шва. В этом случае разошедшиеся стыки следует снова проварить. Этот дефект можно заметить и во время сварки, если пруток присадочного металла слишком наклонен к поверхности свариваемых деталей. Желобки или бороздки вдоль сварного шва возникают при очень сильном пламени и недостаточной наплавке. Искажение свойств металла заключается в том, что в результате разрегулировки пламени может происходить насыщение его углеродом или окисление, тогда сварка является некачественной и не подлежит восстановлению.

Сварка алюминия и легких сплавов

Алюминий в чистом виде редко применяется в кузовах автомобилей, в некоторых случаях используются легкие сплавы. Легкие сплавы плавятся при температуре не более 700 °C (алюминий при 658 °C), однако в нормальном состоянии они покрыты пленкой окиси алюминия, которая плавится при температуре 2000 °C. Окись алюминия в виде пленки покрывает присадочный металл и поверхность свариваемых листов, препятствуя тем самым созданию однородного расплава металла. Использование для сварки восстановительных газов не дает эффекта, необходимо применять специальный флюс.

При плавлении этих металлов их цвет не меняется, и только появление ряби на поверхности говорит о начале плавления. Сплавы обладают гораздо большим расширением по сравнению со сталями (чистый алюминий – 17 мм/1 м).

Подготовка деталей из сплавов к сварке подразумевает выполнение следующих операций. Кромки обезжиривают и зачищают напильником и устанавливают встык. Можно производить сварку по наружному углу.

Горелку выбирают с расходом 75 л/ч, пламя регулируют таким образом, чтобы оно не было особенно окисляющим. Желательно использовать ацетилен с хорошей очисткой.

В качестве присадочного материала используют прутки того же состава, что и состав свариваемого сплава. Из этого следует, что необходимо точно знать состав металла, подлежащего сварке, и применять прутки того же состава. Пруток присадочного металла обезжиривают и зачищают. Флюс на него наносят погружением нагретого конца прутка в банку с порошкообразным флюсом или готовят пасту и проворачивают в ней пруток.

Для сварки легких сплавов необходимо применять специальные флюсы. Не следует употреблять слишком много флюса, так как это мешает наблюдать за плавлением металла.

Сначала производится прихватывание свариваемых листов сварными точками и проваривается закраина (точно так же, как при сварке мягкой стали). При сварке горелку наклоняют под углом приблизительно 45° и перемещают без боковых смещений. Присадочный металл располагают симметрично горелке и быстрыми короткими движениями опускают в расплавленный металл.

Надо иметь в виду, что сварка легких сплавов производится с большей скоростью, чем сварка мягких сталей.

Работать необходимо в защитных очках. Стекла очков должны иметь светло-голубой цвет, так как расплавленный металл через стекла другого цвета различить трудно.

После сварки перед рихтовкой шов тщательно промывают теплой водой со щеткой – необходимо удалить флюс, так как он соединяется с влагой воздуха и впоследствии воздействует на металл.

Несколько слов о технике безопасности при производстве сварочных работ. Используемые газы представляют опасность лишь в закрытых местах. Глаза защищают очками с зелеными или голубыми стеклами. Для работы не требуется специальной одежды, однако в одежде из синтетических материалов работать нельзя.

Дуговая сварка

Обычно дуговая сварка не применяется для сварки деталей из тонких листов металла. Минимальная толщина листов при горизонтальной стыковой сварке составляет 1,0 мм при условии тщательной обработки свариваемых кромок, при меньшей толщине сварку выполнить трудно. Сварочные агрегаты подразделяются на:

– агрегаты вращательного типа, вырабатывающие постоянный сварочный электрический ток или переменный ток высокой частоты;

– статические агрегаты, дающие сварочный ток переменный или выпрямленный.

Свариваемые кромки могут располагаться в одной плоскости, т. е. устанавливаются встык. При толщине листов до 2 мм они состыковываются без зазора. При толщине листов в пределах 2–4 мм кромки выполняются прямыми, их состыковывают с зазором, равным 2/3 диаметра применяемого электрода, что позволяет обеспечить хороший провар шва.

Для обеспечения качественного выполнения сварки соединяемые кромки должны иметь фаски под углом 45° и затем должны быть состыкованы без зазора. При толщине листов свыше 4 мм кромки должны иметь V-образную форму с углом, равным 90°. Свариваемые кромки могут располагаться в различных плоскостях: угловая сварка с внутренним швом, с наружным швом и внахлестку.

Свариваемые кромки выполняются прямыми. Может производиться стыковая горизонтальная сварка, вертикальная сварка, а также сварка в иных положениях. Если сваривают металлы, окрашенные или покрытые защитным веществом, свариваемые кромки необходимо зачищать.

Очень важным вопросом, влияющим на удобство выполнения сварки и на себестоимость сварочного производства, является выбор диаметра электрода. Диаметр электрода является функцией толщины свариваемого металла. При выполнении кузовных работ толщина листов небольшая. Если сила сварочного тока нормальная, а диаметр электрода очень маленький и время сварки большое (большое число проходов), то деформации металла незначительны. Если диаметр электрода слишком большой, то возникает опасность образования отверстия, поэтому надо увеличить скорость перемещения электрода, но сварочный шов в этом случае получается неравномерный.

Для выполнения стыковой горизонтальной сварки прямых кромок электродами общего применения средней толщины выбор диаметра электрода может производиться по таблицам.

Для одного и того же диаметра электрода, в зависимости от расположения свариваемых деталей, сила тока может отличаться от указанных значений.

Диаметр электрода также зависит от расположения свариваемых деталей: при вертикальной сварке сверху вниз следует брать электрод того же диаметра, что и для горизонтальной сварки; при вертикальной сварке снизу вверх нужно уменьшить диаметр электрода на два диаметра стержня электрода; при потолочной сварке следует уменьшить диаметр электрода на несколько меньшую величину.

Приведем несколько примеров:

– стыковая горизонтальная сварка листов толщиной 3 мм – диаметр электрода 3,15 мм, сила тока 105 А;

– вертикальная сварка сверху вниз листов толщиной 3 мм – диаметр электрода 3,15 мм, сила тока 125 А;

– вертикальная сварка сверху вниз листов толщиной 3 мм – диаметр электрода 2,0 мм, сила тока 40–45 А;

– потолочная сварка листов толщиной 3 мм – диаметр электрода 2,5 мм, сила тока 60–65 А.

Точечная сварка выполняет ту же роль, что и применяемая для этой цели кислородно-ацетиленовая сварка или точечный прихват. В большинстве случаев следует применять большие значения силы тока, чем для шовной дуговой сварки, чтобы обеспечить хороший провар сварных точек с их меньшим превышением над уровнем свариваемой поверхности. Так как при точечной дуговой сварке нагрев более локальный, то металл в этом случае расширяется намного меньше, чем при кислородно-ацетиленовой сварке. Поэтому расстояние между сварными точками может быть больше.

Для зажигания дуги электрод подводится до касания к детали, а затем отводится. Контакт электрода с деталью может осуществляться либо легким ударом, либо трением о поверхность детали. При очень сильном ударе может произойти скалывание обмазки конца электрода, в результате электрод частично оголяется и при сварке переменным током прилипает к детали.

В процессе сварки электрод располагают следующим образом.

При горизонтальной стыковой сварке электрод удерживают в плоскости, перпендикулярной к поверхности листов, и наклоняют под углом 50–60° к оси сварного шва в направлении свариваемого участка шва. Чем ближе располагается электрод к вертикальному положению, тем более глубоким получается провар шва.

При угловой сварке внутренним швом электрод удерживают в плоскости, проходящей через биссектрису угла с наклоном под углом 50–80° в направлении свариваемого стыка. Если вертикальный свариваемый лист приводит к образованию желобчатого шва, то нужно располагать электрод под углом около 10° ниже плоскости, проходящей через биссектрису угла. Не следует выполнять шов широкими проходами. Более предпочтительно вести сварку автоматизированным ручным способом, который заключается в поддержании постоянного контакта конца обмазки электрода с вершиной угла между свариваемыми деталями. Стержень электрода расплавляется несколько быстрее, чем обмазка, что обеспечивает постоянство дуги. Направление движения электрода обеспечивается перемещением электрода с упором в угол, образованный соединяемыми деталями.

При вертикальной сварке сверху вниз электрод удерживается в плоскости, проходящей через ось сварного шва с наклоном под углом 0–50° по отношению к горизонтали. Если шлак располагается перед расплавом металла, то его сбрасывают короткими толчками электрода вниз. Для этого способа сварки необходимо применять соответствующие электроды.

При вертикальной сварке снизу вверх электрод удерживают в плоскости, проходящей через ось сварного шва под углом 10–30° к горизонтали.

Различают следующие виды проходов:

– узкие проходы, выполняемые без поперечных перемещений, практикуются для сварки тонких листов и листов средней толщины. Получается узкий сварной шов и минимальные деформации, называемые расширением и усадкой свариваемого металла;

– широкие проходы, выполняемые с поперечным смещением, применяют для сварки толстых листов и профилей. Происходит более интенсивный нагрев, что приводит к большим деформациям.

Если необходимо выполнить усиленный сварной шов, то его сваривают последовательными проходами. После каждого прохода следует полностью удалить шлак.

В процессе сварки сварщик должен отчетливо видеть расплав металла. Если шлак закрывает расплав, попадает под электрод или опережает его, то необходимо остановить сварку, обколоть шлак с конечного участка, увеличить силу тока, а затем возобновить сварку. После каждого прохода следует удалять шлак с конечного участка шва, чтобы начать следующий проход, отступив несколько миллиметров назад. Сварной шов нельзя заканчивать вогнутостью. Чтобы его заполнить, необходимо быстро и многократно возобновлять дугу движениями, параллельными плоскости детали.

Как и при кислородно-ацетиленовой сварке, при дуговой сварке могут быть непровар шва, налипание и т. д.

Типичным дефектом дуговой сварки является включение шлака. Этот дефект возникает при сварке окисленных листов, при очень слабом сварочном токе, из-за неправильного распределения проходов либо недостаточного удаления шлака после каждого прохода.

Отсутствие провара может произойти в результате плохой подготовки свариваемых кромок, которые недостаточно разделаны, либо малого зазора в их стыке. Непровар может произойти также при сварке электродом слишком большого диаметра, из-за чего приходится значительно уменьшать силу тока, чтобы не прожечь металл насквозь. В этом случае следует взять электрод меньшего диаметра.

Бороздки вдоль сварного шва образуются при повышенной величине сварочного тока или вследствие неправильного расположения электрода.

Для защиты сварщика от воздействия вредных излучений служит щиток, снабженный специальным стеклом, задерживающим инфракрасные, ультрафиолетовые лучи и предохраняющим от видимого излучения. Рукавицы из брезента или ткани, пропитанной специальным составом, предохраняют от вылета расплавленного металла.

При сварке необходимо обеспечить вентиляцию воздуха или улавливание образующегося дыма.

Защита от поражения электрическим током обеспечивается заземлением сварочного агрегата, включением между агрегатом и питающей электрической сетью аппаратуры защиты, поддержанием в хорошем состоянии питающих кабелей.

Сварка в защитном газе

Если металл нагреть до температуры, обеспечивающей его сварку, то поверхность металла начинает взаимодействовать с кислородом воздуха, образуя окисную пленку. Окисная пленка может противостоять соединению свариваемых деталей, что происходит, например, при сварке алюминия, окись которого имеет температуру плавления, намного превышающую температуру плавления алюминия (2000 °C против 650 °C), изолирует расплавленный металл и противодействует соединению.

Опять же, если производится сварка других металлов, то из-за окисной пленки качество сварки получается плохое, так как металл частично выгорает.

Пагубное влияние на сварку оказывает и азот воздуха. Поэтому для предотвращения окисления в процессе сварки предусматривают разные меры. Например, при пайке оловянным припоем применяют флюс, при кислородно-ацетиленовой сварке стали расплав защищают от окисления средой восстановительных газов. Однако при твердой пайке этот способ является недостаточным, следует применять порошкообразный или газообразный флюсы. То же следует применять при кислородно-ацетиленовой сварке алюминия, легких сплавов, меди, чугуна, коррозионно-стойких сталей.

При дуговой сварке электродами с обмазкой обмазка расплавляется, превращается в защитные пары и защитный шлак. При дуговой сварке под слоем токопроводящего флюса, применяемой в котельном деле, электродную проволоку погружают в порошкообразный флюс, предварительно нанесенный на линию сварки, пары которого изолируют электрическую дугу и расплав металла.

Сварка в среде защитного газа известна давно. Электрическая дуга возникает между вольфрамовым электродом и свариваемой деталью. Через сопло, установленное концентрично относительно электрода, на металл в расплавленном состоянии или в процессе затвердевания подается нейтральный газ – аргон (или гелий), который защищает зону, где производится сварка.

Электрод при сварке не расправляется. Инструмент, несущий электрод и сопло, называют сварочной горелкой. Процесс работы газовой горелки сокращенно обозначают ТИГ (вольфрам – инертный газ), так как работает она на газе и электрическом токе. Это в некотором роде электрическая горелка. Технология дуговой сварки немного схожа с кислородно-ацетиленовой сваркой с присадочным металлом или без него. Процесс ручной дуговой сварки в среде защитного газа применяется для сварки коррозионно-стойких сталей, меди, алюминия и легких сплавов.

Этот способ сварки обеспечивает большую производительность по сравнению с кислородно-ацетиленовой сваркой без применения флюса, вследствие более локального нагрева зоны сварки возникают меньшие деформации и существует меньшая опасность искажения строения металла.

Способ дуговой сварки применяют в автоматическом цикле для серийного изготовления деталей в варианте ТИГ либо в варианте МИГ (металл – инертный газ). В последнем случае применяют плавящий электрод – проволоку из того же материала, что и свариваемые детали. Проволока намотана на катушку, с которой она подается в горелку посредством разматывающего агрегата. Электрод одновременно служит для подачи электрического тока и является присадочным металлом, как при сварке дугой с обмазанным электродом. Однако расплав металла хорошо виден, так как не образуется шлак, который далее нет необходимости скалывать.

Чтобы использовать этот вид сварки для сваривания часто свариваемых металлов, таких как стали, нужен более дешевый нейтральный газ. Одно из решений – применение смесей газов. Такой процесс сварки применяют в автоматическом исполнении, когда перемещение горелки (при необходимости и детали), размотка электродной проволоки, подача газа и другие разнообразные параметры заранее запрограммированы и выполняются без участия сварщика.

Существует исполнение такого процесса и в полуавтоматическом режиме, при котором различные параметры регулируются сварщиком перед сваркой, затем он обеспечивает перемещение горелки и в любой момент может остановить размотку электродной проволоки и подачу защитного газа.

Основными неисправностями кузовов легковых автомобилей, поступающих в ремонт, являются трещины эксплуатационного характера, разрывы металла, перекосы различной сложности и, как правило, деформации, полученные в дорожно-транспортных происшествиях.

Любопытные цифры: объем кузовных работ при восстановлении аварийных автомобилей составляет 80–87 % от общей трудоемкости ремонта, причем 25–30 % этого объема приходится на сварочные работы.

Снизить трудоемкость сварочных работ позволяет внедрение в ремонтную технологию механизированного способа сварки.

При ремонте кузовов в качестве защитного газа используют углекислый газ (СО2). А поскольку он не является нейтральным, то в целях уменьшения окислительного действия свободного кислорода применяют электродную проволоку с повышенным содержанием раскисляющих примесей (марганца, кремния). При этом получается беспористый шов с хорошими механическими свойствами.

Сварку производят при питании электрической дуги постоянным током обратной полярности. Источниками питания служат преобразователи постоянного тока с жесткой характеристикой типа ПСГ-350, ПСГ-500 или сварочные выпрямители с жесткими характеристиками типа ВС-300, ВДГ-301, ВДГ-302, ВСЖ-303 и др.

Процесс сварки листового материала можно выполнять во всех пространственных положениях, что является важным преимуществом при восстановлении кузова легкового автомобиля, имеющего сложные пространственные конструкцию и формы.

Рассмотрим конструкцию сварочного полуавтомата. В нее входят пульт управления, вмонтированный в источник питания, баллон с углекислым газом, подогреватель газа, понижающий редуктор-расходомер, трубка подачи углекислого газа, сварочная горелка, кабель заземления, механизм подачи сварочной проволоки (он может быть выносным или встроенным в единый корпус с источником питания).

К полуавтоматической установке относятся также соединительные электрокабели с муфтами и шланги подачи газа и электродной проволоки.

Длины соединительных проводов и шлангов: от источника питания до подающего механизма – 10 м, от подающего механизма до сварочной горелки (шланг сварочной горелки) – 3 м.

Процесс подачи электродной проволоки и защитного газа в зону сварки автоматизирован. Электродная проволока с помощью механизма подачи поступает из кассеты по гибкому направляющему каналу, размещенному в шланге, в зону сварки. Одновременно по шлангу газотокоподвода в зону сварки подается из баллона газ для защиты металла шва, а от источника питания дуги – сварочный ток. Сварочную горелку перемещают вручную.

Схема полуавтомата обеспечивает: включение-выключение полуавтомата выключателем, расположенным на сварочной горелке, плавное регулирование скорости с помощью потенциометра, расположенного на пульте управления, а также стабилизацию установленной скорости подачи электродной проволоки, автоматическую продувку газового тракта защитным газом до зажигания дуги в течение 1 с.

Управление полуавтоматом осуществляется с пульта, встроенного в лицевую панель.

При нажатии выключателя, находящегося на горелке, происходит включение газового клапана, через 1 с включается источник питания и привод подачи электродной проволоки. При замыкании электрода на изделие зажигается дуга и происходит сварка.

При размыкании выключателя сварки останавливается двигатель подачи электродной проволоки, происходят растяжка дуги и ее обрыв. Через 2–3 с выключаются источник питания и газовый клапан (снимается напряжение со сварочной горелки и прекращается подача защитного газа), и схема приходит в исходное состояние, обеспечивающее возможность повторного включения.

Сварочная горелка с направляющим каналом, имеющим проходной диаметр 1,5 мм, предназначена для сварки электродной проволокой диаметром 0,8 мм. Сварочная горелка состоит из корпуса с изогнутой трубкой, сменного сопла, сопла выхода защитного газа, наконечника с выходящей из него электродной проволокой, держателя наконечника, спирали, направляющей электродную проволоку, выключателя, муфты, соединяющей газоподводящий канал с соплом, канала подачи электродной проволоки и электрического кабеля, соединяющего сварочную горелку с источником питания.

Механизм автоматической подачи сварочной проволоки предназначен для непрерывного перемещения роликами в зону сварки электродной проволоки (по мере ее плавления) с помощью электропривода, а также для размещения кассеты с электродной проволокой. На механизме подачи установлен блок разъемов, служащих для подключения соединительного кабеля. Усилие поджатия прижимного ролика регулируется винтом. Кассета с электродной проволокой установлена на тормозном устройстве, которое не допускает самораскручивания проволоки во время работы.

Источник питания сварочной дуги представляет собой статический преобразователь (выпрямитель) трехфазного переменного тока в постоянный.

В нишу выпрямителя встроен блок управления полуавтоматом, соединяемый с ним через штепсельный разъем. Блок управления предназначен для включения и выключения электромагнитного газового клапана, источника питания, двигателя подающего механизма, а также для регулирования стабилизации и скорости подачи электродной проволоки.

Редуктор с расходомером служит для снижения давления защитного газа и регулирования его расхода, он закрепляется на баллоне.

Подогреватель предназначен для подогрева защитного газа, поступающего в редуктор, в целях предупреждения замерзания каналов регулятора в месте перепада давления газа.

Контрольные приборы. Для определения напряжения на выходных зажимах источника питания установлен вольтметр, для контроля силы сварочного тока от источника питания – амперметр.

Этот способ сварки позволяет выполнять соединения самого разного типа и положения в пространстве. При ремонте кузовов применяются следующие виды сварных соединений: тавровое, нахлесточное, угловое и стыковое. По расположению в пространстве следующие сварные швы: горизонтальные (слева направо), вертикальные (сверху вниз), в нижнем положении, потолочные.

В зависимости от конструктивного расположения узла, доступа к соединяемым деталям, их назначения в конструкции кузова (детали и узлы, несущие нагрузку или не несущие) и толщины свариваемых деталей, сварка может быть выполнена сплошным, точечным или прерывистым швом.

Сварка сплошным швом может выполняться при стыковых, угловых и нахлесточных соединениях деталей во всех пространственных положениях. В зависимости от положения, толщины металла и точности подгонки ремонтируемых деталей, сварка производится исключительно короткой дугой при силе тока 40, 60 или 80 А. При этом скорость сварки составляет 0,2–0,3 м/мин.

Точечная сварка возможна во всех пространственных положениях деталей, в том числе и в труднодоступных местах. Для этого вида сварки применяют газовые сопла с боковыми отверстиями на конце. Газовое сопло по отношению к контактной трубке (мундштуку) устанавливают выдвинутым вперед на 10–15 мм, чтобы создать необходимое расстояние до поверхности свариваемых деталей. Время сварки от 0,3 до 3 с.

Сила сварочного тока и время сварки зависят от толщины свариваемого металла и положения деталей. Для листов толщиной 0,3 мм при односторонней сварке без предварительного высверливания сила тока составляет до 150–200 А. Более толстые листы высверливают или прошивают специальным дыроколом, и тогда сила тока может быть выбрана в пределах 80–100 А.

Благодаря незначительному выступанию сварной точки над поверхностью основного металла, этот метод особенно выгоден для сварки облицовочных деталей, так как значительно сокращаются затраты на зашлифовку лицевых поверхностей.

Сварка прерывистым швом на тонколистовом металле выполняется при наличии повышенного зазора в соединяемых деталях, так как при этом возникает опасность прожога. Уменьшения передачи тепла можно достичь периодическим включением и выключением тока и подачи сварочной проволоки при ручном управлении или при помощи автоматических приборов, вмонтированных в пульт управления. Время сварки – 0,3–3,0 с. Соотношение между временем сварки и перерывом выбирают в зависимости от зазора и толщины соединяемых деталей. Во время перерыва сварочная ванна охлаждается, благодаря чему предотвращается возможность прожога. Сварка прерывистым швом в ремонтной технологии кузовов является самым распространенным видом, особенно при сварке несущих элементов кузова: усилителей, лонжеронов, поперечин, пола, порогов и ряда других деталей.

О режиме сварки и углекислом газе. Режим сварки, выбираемый в зависимости от толщины свариваемых деталей, определяется диаметром электродной проволоки, силой сварочного тока и напряжением дуги, скоростью подачи проволоки и скоростью сварки, вылетом электродной проволоки и расходом углекислого газа.

Диаметр электродной проволоки для сварки кузовных деталей, изготовленных из тонколистовой стали, выбирают в пределах 0,6–1,2 мм. Листы толщиной 0,6 мм следует сваривать проволокой диаметром 0,6 мм. Если толщина листов более 1,2 мм, предпочтительнее производить сварку проволокой диаметром 1,0–1,2 мм. Если свариваемые детали имеют толщину 0,8–1,0 мм, рекомендуется применять сварочную проволоку диаметром 0,8 мм.

Напряжение электрического тока устанавливают таким, чтобы создать устойчивый процесс сварки при максимально короткой дуге (1,5–4,0 мм). При большей длине дуги процесс сварки неустойчив. Рекомендуемое для сварки напряжение составляет 17–23 В. Увеличение напряжения более 23 В приводит к возрастанию разбрызгивания и сильному окислению металла сварного шва. При снижении напряжения ниже 17 В затрудняется возбуждение электрической дуги и, как следствие, ухудшается формирование сварного шва.

Силу сварочного тока и скорость подачи электродной проволоки выбирают по графику в зависимости от толщины свариваемых деталей. Практически скорость подачи устанавливают так, чтобы весь процесс сварки проходил при вполне удовлетворительном формировании шва и незначительном разбрызгивании металла.

Расстояние от торца мундштука горелки до сварного соединения должно быть в пределах 7–12 мм.

Сварку в горизонтальном, вертикальном и потолочном положениях производят при пониженном напряжении и силе сварочного тока, уменьшенной на 10–20 % по сравнению с соответствующим значением в нижнем положении.

Стыковые соединения кузовных деталей толщиной до 2 мм и угловые с катетом шва до 5 мм выполняют преимущественно в вертикальном положении.

С начала сварки электродную проволоку устанавливают перпендикулярно к кромкам изделия, а после образования сварочной ванны наклоняют ниже горизонтали (на угол 10–15°). Жидкий металл удерживается давлением дуги. При сварке в потолочном положении расход защитного газа увеличивают.

Согласно технике выполнения сварных швов, полуавтоматическую сварку ведут углом вперед, перемещая горелку справа налево, и углом назад, перемещая горелку слева направо. При сварке углом вперед глубина проплавления небольшая, сварной шов получается широким. При сварке углом назад глубина проплавления больше, а ширина шва несколько уменьшена.

В качестве материалов для сварки в защитном газе используют сварочную проволоку и углекислый газ.

Сварочная проволока поставляется в металлических катушках. Масса одной катушки с проволокой 16 кг. Краткая характеристика проволоки: легированная, омедненная, диаметр 0,8 мм, марка Св-08ГС или Св-08Г2С (ТУ 14–4–133–73).

В марке проволоки буквы Св обозначают «сварочная»; две последующие цифры (08) указывают содержание в стали углерода в сотых долях процента; далее следуют обозначения легирующих примесей по ГОСТ 5632–72 (Г – марганец, С – кремний). Так, например, сварочная проволока марки Св-08Г2С содержит 0,08 % углерода, до 2 % марганца и до 1 % кремния.

Повышенное содержание кремния и марганца в сварочной проволоке позволяет нейтрализовать свободный кислород, выделяющийся при сварке из углекислого газа, и тем самым защитить металл сварного шва от окисления.

Стальная проволока должна иметь тот же химический состав, что и листы, применяемые в кузовах. Очень важно, чтобы поверхность проволоки была безукоризненной, поэтому ее покрывают медью. В этом случае окисная пленка не мешает размотке и не противодействует электрическому контакту с контактной трубкой в горелке.

Применяемые проволоки сплошные. Существуют также трубчатые проволоки, внутренняя полость которых заполняется флюсом. В большинстве случаев они используются в среде защитного газа. Однако были проведены испытания сварки с пустотелой проволокой без атмосферы защитного газа. Защита расплавленного металла обеспечивалась лишь за счет испарения флюса. Возможно, этот процесс заменит сварку в атмосфере защитного газа, когда будет усовершенствована технология, которая позволит сохранить его преимущества и устранить имевшиеся недостатки.

Сварку разрешается производить только очищенной проволокой, без следов масла, грязи и ржавчины. При этом подлежащие соединению кузовные детали непосредственно в местах сварки также должны быть очищены от краски и других загрязнений.

Углекислый газ (СО2) является наиболее распространенным защитным газом, применяющимся при сварке плавящимся электродом. Его основные свойства: газ бесцветен и не ядовит; плотность при атмосферном давлении и температуре 20 °C составляет 1,98 кг/м3; температура сжижения при атмосферном давлении – 78,5 °C; выход газа из 1 кг жидкой углекислоты (при 0 °C и 0,1 МПа) – 505 л.

По ГОСТ 8050–85 выпускается углекислый газ трех марок: сварочный, пищевой и технический. Содержание водяных паров в сварочном углекислом газе при температуре 20 °C и давлении 0,1 МПа должно быть не более 0,184 г/м3. Для сварки можно использовать также и пищевой углекислый газ (с предварительной осушкой).

Углекислый газ поставляется в сжиженном состоянии в баллоне типа А вместимостью 40 л, в котором при максимальном давлении 7,5 МПа вмещается 25 кг углекислоты. При испарении такого количества жидкой углекислоты образуется более 12,5 тыс. л углекислого газа. Нормальный расход углекислого газа при полуавтоматической сварке тонколистовых кузовных деталей легкового автомобиля составляет 6–9 л/мин. Наименьший расход материалов (сварочной проволоки и углекислого газа) достигается при соединении деталей методом точечной сварки.

Преимущества полуавтоматической сварки в защитном газе очевидны. По сравнению с ручной газовой сваркой полуавтоматическая сварка в защитном газе обладает следующими преимуществами:

– процесс подачи плавящегося электрода механизирован, скорость сварки тонколистовой стали сплошным швом возрастает до 20 м/ч, тогда как скорость ручной газовой сварки составляет 5 м/ч;

– в четыре раза снижена зона термического влияния свариваемых деталей, что ведет к повышению прочности и долговечности отремонтированных кузовов;

– улучшилось качество сварного шва на тонкостенных деталях благодаря изоляции столба дуги сварочной ванны от кислорода и азота воздуха вследствие избыточного давления подаваемого защитного газа;

– сварку стало возможно выполнять во всех пространственных положениях (на наклонных, вертикальных, потолочных плоскостях) и в труднодоступных местах за счет высокого коэффициента постоянства дуги и непрерывной подачи электродной проволоки;

– не требуются флюс и электродная обмазка, а также очистка наплавленного металла от шлаковой корки;

– уменьшилась склонность металла к образованию пор при сварке умеренно ржавых деталей за счет создания защитной среды;

– дефицитные карбид кальция и кислород заменены более дешевыми и недефицитными электроэнергией и углекислым газом;

– отсутствие вредных выделений в процессе сварки создает наиболее благоприятные условия для рабочих;

– снижен расход электродного материала за счет уменьшения отходов и применения более тонкой электродной проволоки;

– деформация свариваемых деталей почти полностью исключена, так как процесс сварки ведется короткой дугой в защитном газе, что ограничивает распространение тепла по поверхности металла; вследствие этого уменьшаются трудозатраты на правку и рихтовку лицевых поверхностей.

Некоторые рекомендации по сварке в защитном газе

При сварке сплошным швом. При установке катушки с проволокой следует убедиться, что тормоз установлен правильно, чтобы катушка поворачивалась лишь под действием разматывателя (при остановке катушка не должна проворачиваться по инерции). Обрезают конец электродной проволоки и пропускают ее между приводными роликами, которые отрегулированы так, что осуществляют прижатие проволоки без проскальзывания. Приводят электрическую схему агрегата в состояние пуска и нажимают на управление горелкой до момента появления проволоки из ее конца. С помощью кусачек отрезают излишек проволоки, чтобы ее конец, выходящий из горелки, имел длину 6–8 мм. Контактная трубка, навинченная на горелку, должна соответствовать диаметру проволоки. Сопло должно быть всегда чистым.

Регулирование напряжения и скорости размотки обычно производится на основании рекомендаций изготовителей сварочных агрегатов в зависимости от толщины свариваемых кромок, типа соединения, толщины электродной проволоки. Эти регулирования могут быть выполнены с помощью переключателей с цифровой градуировкой (изготовители приводят значения напряжения и скорости перемещения проволоки для каждого режима). В процессе работы эти параметры дадут постоянные результаты при условии, что длина проволоки, выходящей из сопла, сохраняется постоянной.

Следует тщательно подсоединить провод массы. При отсутствии массы электрическая дуга не возникает, а проволока, разматываясь, отталкивает горелку.

Если параметры сварки соответствующим образом согласованы, то дуга сопровождается легким потрескиванием.

При горизонтальной сварке выполняют действия, немного схожие с кислородно-ацетиленовой сваркой, однако сопло удерживают наклоненным под углом 75° по отношению к поверхности уже сваренного металла. Сварщик располагается против горелки кабеля питания таким образом, чтобы ему был хорошо виден расплав. Горелку держат в двух руках.

Так как руки расположены очень близко к очагу нагрева и происходит интенсивный вылет металлических частиц, необходимо надевать перчатки с длинными манжетами.

При сварке внутреннего угла для лучшего распределения металла горелку следует слегка покачивать в боковом направлении. Если прожигается отверстие или имеется зазор между свариваемыми кромками, то следует удерживать горелку на одном месте и совершать последовательные остановки сварки на короткое время. Остановки на более длительное время делаются для того, чтобы расплавленный металл не стекал на изнаночную поверхность сварки.

Если напряжение сварки и скорость размотки слишком большие, то происходит слишком быстрое плавление, в итоге образуются отверстия.

Если напряжение нормальное, но скорость размотки очень маленькая, то сварочный шов получается выпуклым и либо плохо проваренным, либо совсем непроваренным. В этом случае горение дуги сопровождается не потрескиванием, а шипением. Проволока расплавляется в виде крупных, медленно падающих капель.

Если скорость размотки нормальная, но напряжение слишком большое, то потрескивание дуги становится медленнее, происходит более быстрое плавление в глубину, что приводит к прожиганию отверстия.

Если скорость размотки нормальная, но напряжение слишком низкое, дуга сопровождается нормальным потрескиванием, сварочный шов получается выпуклым, с небольшим непроваром и несколько более узкий.

Если напряжение и скорость размотки недостаточны, то плавление металла происходит в виде крупных, относительно медленно плавящихся капель. Потрескивание становится более медленным с легким шипением. Сварочный шов получается узким и плохо проваренным.

Сварка точками используется для соединения тонких листов. При ремонте кузовов автомобилей точечная сварка применяется в следующих случаях:

– нельзя применить сварочные клещи для осуществления точечной сварки из-за невозможности доступа к двум поверхностям линии сварки;

– можно произвести кислородно-ацетиленовую стыковую сварку, однако она не устраивает либо из-за необходимости точной подгонки свариваемых кромок, либо потому, что вся зона сварки будет отожжена, а следовательно, будет иметь меньшую прочность, либо по причине возникающих в результате сварки деформаций, которые впоследствии надо исправлять. Этот способ сварки предполагает наличие доступа к противоположной поверхности сварочного шва для размещения наковаленки.

При стыковой сварке сварщик подгоняет свариваемые кромки и производит сварку последовательными маленькими точками для закрепления точного расположения свариваемых деталей. После этого производят сварку маленькими точками между предварительно выполненными точками. Такое расположение сварочных точек называют цепочным. При этом способе возникает минимальное расширение металла.

Подготовка кромок для точечной дуговой сварки аналогична подготовке при точечной сварке сопротивлением. Необходимо помнить, что кромки должны находить друг на друга, быть зачищены очень тщательно, чтобы обеспечить хороший электрический контакт. Контакт должен обеспечиваться, с одной стороны, между проволочным электродом и первым листом, с другой стороны, между двумя наложенными друг на друга листами и, наконец, между нижним листом и массой. Величина нахлестки зависит от толщины свариваемых листов. Расплав металла верхнего листа растекается дальше, чем при точечной сварке сопротивлением. Несмотря на это, при точном центрировании величина перекрытия кромок, равная пятнадцати толщинам верхнего листа, является достаточной. В то же время сварочные точки несколько выступают над основным металлом, что является нежелательным для внешнего вида кузова. Поэтому, чтобы соединение не было заметно (после шпаклевки и краски), после вырезки поврежденной зоны необходимо выполнить параллельную отбортовку кромки кузова. Это небольшое смещение металла может быть выполнено механически с использованием инструмента, устанавливаемого на конце пневматического пистолета. Нужно следить также за тем, чтобы обеспечивалась хорошая пригонка этих деталей между собой.

Вырезают новую деталь, подвергаемую сварке, и подгоняют ее в углубление, выполненное отбортовкой.

Если используется бывшая в употреблении деталь, нужно очистить сопрягаемые поверхности от краски, мастики, инородных частиц по всей ширине отбортовки.

Надо иметь в виду, что для точечной сварки не подходит наконечник горелки, применяемый для непрерывной сварки. Детали соединяются с горелкой резьбой и легко снимаются. Подготовка агрегата производится в следующей последовательности:

– снимают сопло и контактную трубку, используемые для непрерывной сварки;

– устанавливают контактную трубку (более короткую) и сопло, предназначенные для точечной сварки;

– отрезают конец электродной проволоки заподлицо с торцом сопла;

– открывают кран баллона с защитным газом и регулируют его расход так же, как для непрерывной сварки;

– производят регулировку напряжения и скорости размотки. Значения этих параметров намного выше, чем при непрерывной сварке листов такой же толщины;

– настраивают регулятор времени, который определяет время, в течение которого происходит размотка проволоки. Установка времени осуществляется в долях секунды;

– соединяют с массой нижний лист, зачищенный до чистого металла.

Сначала желательно произвести предварительное испытание работы сварочного автомата выполнением нескольких точек на отходах листов из металла той же толщины, что и металл свариваемых деталей.

Если напряжение и скорость размотки проволоки нормальные, время отрегулировано правильно, то сварная точка имеет небольшую выпуклость, а на обратной стороне листа заметен центр провара. Если точка не проварена, надо увеличить время сварки.

Так как сварочные точки имеют выпуклость, их необходимо срезать обычными механическими способами. При постоянном времени размотки проволоки происходит следующее:

– если напряжение и скорость размотки очень высокие, то интенсивное плавление может привести к прожиганию отверстий в листах. В противном случае точка слишком размазана с очень глубоким проваром. В горелке проволока расплавляется до уровня контактной трубки;

– если напряжение нормальное, однако очень маленькая скорость размотки, то точка получается узкой, нижний лист либо слабо, либо совсем не расплавляется;

– если скорость размотки нормальная, а напряжение очень высокое, то точка размазана и немного выпуклая, провар нормальный;

– если скорость размотки очень маленькая, напряжение очень низкое, то точка немного размазана и либо слабо проварена, либо совсем не проварена.

Сварочный агрегат для точечной полуавтоматической сварки можно использовать для выполнения усадочных нагревов. Эта операция выполняется в следующем порядке:

– снимают сопло и контактную трубку;

– немного вытягивают проволоку;

– поднимают прижимной ролик для прижима проволоки (нельзя открывать при этом защитный газ);

– заменяют контактную трубку медным электродом или угольным, вставленным в медную трубку, которая припаяна твердой пайкой на бывшую обрезанную контактную трубку (при отсутствии медного электрода);

– регулируют напряжение (по инструкции изготовителя агрегата, при отсутствии инструкции надо начинать со среднего значения напряжения);

– регулируют силу тока вторичной обмотки (40–60 А) по скорости размотки проволоки (проволока не должна разматываться);

– производят нагрев коротким контактом, точками или дорожками с последующим охлаждением с помощью ветоши, смоченной в воде.

Контактная сварка

Контактную сварку называют также сваркой сопротивлением. Заметим, что именно она своей высокой производительностью и отсутствием деформаций после сварки позволила обеспечить в свое время массовое производство кузовов легковых автомобилей. Используются следующие способы сварки сопротивлением:

– точечная сварка, наиболее широко распространенная в производстве кузовов;

– роликовая сварка, применяемая для выполнения герметичных соединений (баков для горючего, глушителей и т. д.);

– стыковая сварка, применяемая для горизонтальной стыковой сварки, например, ободов колес и некоторых панелей.

Машины для сварки сопротивлением могут выполняться:

– стационарными для сварки отдельными точками или многоточечной сварки, роликовой сварки, стыковой сварки. Свариваемые детали перемещаются под машину, чтобы произвести на ней сварку;

– переносными, которые называют сварочными клещами. В этом случае свариваемые детали также закрепляют, а сварочная машина перемещается для установки в положение сварки. Портативные машины осуществляют только точечную сварку. При ремонте обычно применяют точечную сварку с помощью сварочных клещей.

Порядок работы таков. Сварочную машину регулируют и устанавливают в рабочее положение. Концы свариваемых листов накладывают внахлестку, затем они устанавливаются между электродами и сжимаются. Между электродами пропускают низковольтный ток большой силы.

Металл, сжатый между электродами, представляет собой проводник электрического тока, обладающий определенным сопротивлением. Если производится сварка листов из мягкой стали толщиной 1 мм и диаметром сварной точки 4 мм, что дает площадь, равную 12,5 мм2, то необходимая сила тока будет около 5000 А (при напряжении 4 В), а интенсивность или плотность тока будет 400 А/мм2 сечения точки. Такая нагрузка вызывает быстрый нагрев листов. Однако максимальный нагрев происходит в плоскости контакта листов между собой, так как теплота, создаваемая в точках контакта с электродами, частично отводится в медь электродов, которые часто подвергаются охлаждению проточной водой. Металл свариваемых листов разогревается до плавления, которое мгновенно распространяется на всю его толщину. Однако реле времени, настроенное на момент включения тока, выключает электрический ток. Расплавленный сжатый металл образует сплошной стержень, который быстро затвердевает. По окончании затвердевания усилие сжатия листов можно снять. Небольшое углубление на поверхности листов определяет положение точки сварки.

Основными частями машины для точечной сварки независимо от ее типа являются:

– трансформатор тока, вторичная обмотка которого соединена с электродами. К вторичной обмотке подключается прибор для регулирования силы тока в соответствии с выполняемыми точками сварки;

– механизм сжатия электродов;

– прибор, обеспечивающий включение и выключение сварочного тока. Момент выключения тока регулируется с помощью реле времени. Для облегчения сварочные клещи обычно состоят из двух частей, соединенных между собой гибким электрическим кабелем:

– сварочного зажима, состоящего из плеч держателей электродов и самих электродов, механизма сжатия электродов и трансформатора тока;

– шкафа управления, обеспечивающего регулирование силы тока вторичной обмотки и времени протекания сварочного тока.

У некоторых сварочных машин небольшой мощности, не требующих высокой точности, а также с целью снижения их стоимости шкаф управления отсутствует. В этом случае рабочий сам определяет время пропускания сварочного тока опытным путем.

Регулирование времени прохождения тока, а также силы тока вторичной обмотки обеспечивается посредством многопозиционного контактного переключателя. Регулировка усилия сжатия электродов осуществляется натяжением пружины с помощью гайки с накаткой, навинчиваемой на тягу управления подвижного электрода. Одно плечо держателя электрода является неподвижным, другое подвижное. Острия электродов имеют угол при вершине, приблизительно равный 120°. Конец электрода выполнен в форме усеченного конуса с плоской круговой поверхностью, диаметр которой выбирается равным диаметру сварочной точки и является функцией толщины свариваемых листов.

В процессе работы острия электродов раздавливаются, что приводит к увеличению их диаметра. Результатом этого является уменьшение концентрации тока сварки, приходящегося на 1 мм2 площади. Следовательно, необходимо осуществлять постоянный контроль за состоянием электродов. Плоскость контакта электродов с листами следует многократно зачищать либо полотняной шлифовальной шкуркой, либо плоским напильником, которые слегка зажимаются между электродами и перемещаются возвратно-поступательно в направлении, перпендикулярном электродам.

Практичнее применить небольшой напильник, толщина которого соответствует толщине свариваемых листов. С помощью напильника удаляются налипы металла и других материалов, оседающих на остриях электродов. Далее правят диаметр острия путем опиливания конической части. Из-за более сильного нагрева электродов быстрее сплющиваются острия электродов у сварочных клещей, не охлаждаемых водой.

Применяются два варианта расположения электродов:

– друг против друга. Электроды одновременно сжимают листы и создают точку сварки. При этом плечи держателей электродов и сами электроды могут иметь различные формы;

– параллельное (рядом друг с другом). Электроды опираются на одну сторону листа. Такие сварочные клещи называют двухточечными, так как они выполняют одновременно две точки сварки. Электрический ток частично проходит по верхнему листу, являясь током утечки, не производящим сварку. Другая часть тока течет по нижнему листу и называется рабочим током, производящим сварку. При необходимости применяют контрэлектрод из массивной медной пластины, которую устанавливают в нижней части листов. Контрэлектрод поддерживает и облегчает протекание сварочного тока.

В большинстве случаев производится точечная сварка листов из мягкой стали. В равной степени можно сваривать коррозионно-стойкие стали, латунь и легкие сплавы. При достаточной мощности сварочного аппарата можно производить сварку круглых стальных прутков, прутков крестообразного сечения или других профилей. Необходимо, чтобы металлы могли деформироваться, чтобы их можно было установить друг относительно друга, исключая тем самым получение двух элементов литьем. Желательно, чтобы металлы на сопрягаемых поверхностях были зачищены и обезжирены. Нормальное напряжение сварки в несколько вольт настолько слабое, что даже тонкий слой краски (а в некоторых случаях – даже мела) является достаточным препятствием прохождению электрического тока.

При ремонте окрашенных листовых деталей их зачищают до металла. Чтобы свариваемые металлы были надежно установлены друг относительно друга, их следует удерживать в закрепленном состоянии с помощью струбцин или ручных тисков, так как рычаги сварочных клещей не обладают большой жесткостью. Такое крепление разгружает сварочные клещи от большого усилия для обеспечения сжатия.

Как и во всех других процессах сварки, сначала необходимо произвести регулировку сварочного аппарата, а после этого производить сварку.

Речь идет об обычных сварочных аппаратах, в которых производится регулировка следующих параметров:

– усилия сжатия;

– силы сварочного тока;

– времени сварки.

Регулировка усилия сжатия клещей. Если свариваемые черные металлы имеют чистые поверхности, то нет необходимости прикладывать очень большие усилия сжатия, за исключением случаев, когда время сварки маленькое. Если металлы недостаточно хорошо зачищены, надо увеличить усилие сжатия.

При работе со сварочными клещами усилие сжатия определяется вручную, что требует большого практического опыта. Однако на стационарных сварочных аппаратах, пневматических или гидравлических, эти усилия показаны цифрами.

Можно применять большую силу тока, если свариваемые черные металлы хорошо зачищены и плотно прилегают друг к другу. Если металлы плохо зачищены, следует уменьшить силу сварочного тока, компенсируя это увеличением усилия сжатия и времени сварки.

Время сварки. Для хорошо очищенных и подогнанных металлов принимают очень небольшое время сварки. Если же металлы недостаточно хорошо зачищены, то время сварки увеличивают, компенсируя его одновременно соответствующим регулированием силы сварочного тока и усилия сжатия.

При использовании наиболее простых сварочных клещей, время сварки приблизительно определяется сварщиком, который включает, а затем выключает контактный переключатель. Если сварочные клещи снабжены шкафом управления, то предварительное регулирование времени прохождения тока производится с помощью реле времени. Включение тока осуществляется с помощью контакта, управляемого рычагом механизма сжатия в процессе сварки. Однако остановка процесса сварки производится автоматически по истечении установленного времени прохождения тока.

Раньше сварку сопротивлением производили с большим временем прохождения тока, что приводило к сильному нагреву деталей и их деформации. В настоящее время существует тенденция к уменьшению времени сварки, что снижает нагрев соседнего со сварными точками металла и уменьшает деформацию. Время сварки измеряется долями секунды.

Опыт показывает: если сила тока и время прохождения тока отрегулированы правильно, то при отключении сварочного тока поверхность наиболее тонкого из свариваемых листов на короткое время слегка краснеет. Если покраснение металла сохраняется более длительное время, это значит, что время прохождения электрического тока слишком большое (либо очень большая сила тока).

Выполнение сварки производится в три этапа.

1. Стыковка – свариваемые листы зажимаются между двумя электродами. При необходимости имеется возможность подгонки их расположения.

2. Сварка – электрический ток пронизывает толщину свариваемых металлов в течение определенного времени, необходимого для плавления стержня металла.

3. Прессование – после выключения электрического тока усилия сжатия продолжают действовать на затвердевающий металл и в процессе охлаждения.

Прессование необходимо производить при увеличении усилия сжатия. Сварочные клещи не позволяют обеспечить такого прессования, но могут удержать усилие сжатия, предотвращающее нарушение точки сварки. Действительно, при снятии сжимающего усилия листы стремятся сдвинуться друг относительно друга. Если же усилие сжатия снимается в тот момент, когда металл сварной точки жидкий или пастообразный, то происходит разрушение точки сварки.

При точечной сварке необходимо точно определить расстояние между последовательно расположенными по одной линии точками, т. е. шаг сварки, и расстояние между осью точки сварки и краем листа.

Не рекомендуется уменьшать шаг сварки, так как это приводит к отклонению пути прохождения сварочного тока и к ухудшению качества сварных точек в процессе выполнения сварки.

Если сварку выполняют очень близко к краю листа, то сильно сжатый расплавленный металл может прорвать удерживающий его твердый металл и выплеснуться наружу. Кроме повышения риска несчастного случая, пустая из-за выжатого жидкого металла точка сварки не будет обладать механической прочностью.

Если говорить о защите сварщика, то отметим, что обычное напряжение сварки очень слабое и не представляет никакой опасности. Тем не менее, для обеспечения защиты от напряжения питающей сети при нарушении изоляции необходимо выполнить заземление установки. Для защиты от отлетающих раскаленных частиц при сварке листов с окалиной необходимо применять прозрачный экран или очки. Не рекомендуется носить на пальцах кольца, которые могут нагреваться при касании листа.

 
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Реклама