Многие повреждения кузовов устраняют, используя газовую, ручную электродуговую, полуавтоматическую электродуговую в среде защитного углекислого газа, контактно-точечную и аргонно-дуговую сварку.
Газовая сварка. Газовая сварка – это сварка плавлением, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси горючего газа и технического кислорода, сжигаемой при помощи горелки.
Этим способом можно сварить почти все металлы, применяемые в технике. Такие металлы, как чугун, медь, свинец, латунь, легче поддаются газовой сварке, чем дуговой. К преимуществам газовой сварки можно отнести то, что она не требует сложного, дорого оборудования и источника электроэнергии.
Недостатком газовой сварки является значительное снижение производительности с увеличением толщины свариваемого металла и большая зона нагрева.
В процессе газовой сварки в качестве основных материалов используются газы, присадочные материалы и флюсы.
Газы. Газообразный кислород (О2) обеспечивает при сгорании горючего газа необходимую для расплавления металла температуру. Кислород выпускается трех сортов: 1-й сорт содержит не менее 99,7% чистого кислорода, 2-й сорт — не менее 99,5%, 3-й сорт — не менее 99,2%. Газообразный кислород хранится и транспортируется в стальных баллонах, окрашенных в синий цвет, под давлением до 15 МПа (150 атм).
Для газовой сварки могут быть использованы разнообразные горючие газы (табл. 2.4), однако очевидное преимущество имеет ацетилен, пламя которого имеет наиболее высокую температуру.
Основные свойства газов и жидкостей для сварки и резки металлов
| Газ | Температура пламени в смеси с кислородом, °С | Способ транспортировки и хранения | Область применения |
| Ацетилен | 3100…3200 | Растворенный в баллонах белого цвета под давлением до 2,5 МПа | Все виды газопламенных работ |
| Водород | 2400…2600 | Сжатый в баллонах темно зеленого цвета под давлением до 15 МПа | Для сварки сталей толщиной до 2 мм, чугуна, алюминия, латуни |
| Кислород | — | Сжатый в баллонах голубого цвета под давлением до 15 МПа | Для повышения температуры горения газов |
| Метан | 2400…2700 | Сжатый в баллонах красного цвета под давлением до 1,5 МПа | Сварка легкоплавких металлов, пайка, кислородная резка |
| Пропан | 2600…2750 | Сжиженный в баллонах красного цвета под давлением до 1,6 МПа | Кислородная резка, сварка и пайка цветных металлов |
Для организации сварочного поста (рабочее место сварщика) необходимы:
— кислородный баллон с редуктором;
— ацетиленовый генератор для получения ацетилена из карбида кальция или ацетиленовый баллон с редуктором;
— резиновые рукава для подачи кислорода и горючего газа (ацетилена) в горелку;
— сварочные горелки с набором наконечников;
— принадлежности для сварки: очки с темными стеклами, инструменты и т.д.
Практически все газы сварщикам поступают от специализированных организаций, производящих эти газы. Так же может быть организовано и обеспечение ацетиленом. Наиболее высокое качество ацетилена достигается именно при его производстве на специализированных предприятиях и хранении в баллонах (рис. 2.95). Однако зачастую ацетилен производят в непосредственной близости от места выполнения сварочных работ в ацетиленовых генераторах низкого и среднего давления с использованием карбида кальция.
При газовой сварке металлов рабочее давление газов должно быть меньше, чем давление в баллонах или газопроводе. Для понижения давления газа применяют редукторы. Редуктором (рис. 2.96) называется прибор, служащий для понижения давления газа, отбираемого из баллона, до рабочего и для автоматического поддержания этого давления постоянным, независимо от изменения давления газа в баллоне или газопроводе.
а – кислородный, б – ацетиленовый, в – пропановый
Редукторы отличаются друг от друга цветом окраски корпуса (как и баллоны – каждому газу соответствует своя окраска) и присоединительными устройствами для крепления их к баллону. Редукторы, за исключением ацетиленовых, присоединяются накидными гайками, резьба которых соответствует резьбе штуцера вентиля. Ацетиленовые редукторы крепятся к баллонам хомутом с упорным винтом.
Для подвода газа к горелке служат рукава. Рукава, применяемые при сварке, должны обладать достаточной прочностью, выдерживать определенное давление, быть гибкими и не стеснять движений сварщика. Рукава изготавливают из вулканизированной резины с тканевыми прокладками.
Сварочная горелка является основным инструментом газосварщика. Горелки – основной рабочий инструмент для газовой сварки, пайки, наплавки и нагрева. Сварочной горелкойназывается устройство, служащее для смешивания горючего газа или паров горючей жидкости с кислородом и получения сварочного пламени.
Сварочные горелки подразделяются следующим образом:
- по способу подачи горючего газа и кислорода в смесительную камеру – инжекторные и безинжекторные;
- по роду применяемого горючего – газоацетиленовые, для газов-заменителей, для жидких горючих, водородные;
- по мощности пламени – малой мощности (расход ацетилена 25…400 дм3/ч), средней мощности (400…2800 дм3/ч), большой мощности (2800…7000 дм3/ч);
- по способу применения – ручные и машинные.
В инжекторных горелках подача горючего газа низкого давления от 0,001 МПа в смесительную камеру происходит за счет подсоса его струей кислорода, вытекающего из инжектора. В безинжекторных горелках горючий газ и кислород подаются примерно под одинаковым давлением 0,05 …0,1 МПа.
Преимущественно применяются ручные инжекторные горелки универсального и специализированного назначения.
Горелки универсальные служат для сварки, пайки, наплавки и нагрева стали, чугуна и цветных металлов с использованием в качестве горючего газа ацетилена или газов-заменителей (пропан-бутан, природный газ и др.). Наибольшее применение получили горелки инжекторного типа, работающие на ацетилене.
При сгорании горючего газа или паров горючей жидкости в кислороде образуется сварочное пламя. Пламя нагревает и расплавляет основной и присадочный металл в месте сварки.
От состава горючей смеси, т.е. от соотношения кислорода и горючего газа, зависит внешний вид, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл. Изменяя состав горючей смеси, сварщик изменяет основные параметры сварочного пламени.
Сварочное пламя (кроме водорода), имеет три ярко различимые зоны: ядро, восстановительную зону и факел (рис. 2.97).
Ядро имеет резко очерченную зону (близкую к форме цилиндра) с ярко светящейся оболочкой. Оболочка состоит из раскаленных частиц углерода, которые сгорают в наружном слое оболочки.
Восстановительная зона состоит из продуктов неполного сгорания ацетилена – окиси углерода и водорода. Контакт расплавленного металла в месте сварки с этой зоной сварочного пламени приводит к восстановлению оксидов металлов. Если в процессе сварки расплавленный металл сварочной ванны находится в средней зоне, то сварочный шов получается без пор, газовых и шлаковых включений. Эта зона имеет наиболее высокую температуру.
Зона полного сгорания (факел) располагается за восстановительной зоной. Она состоит из продуктов сгорания окиси углерода и водорода с кислородом воздуха.
Для получения нормального пламени отношение расхода кислорода к горючему газу должно быть:
— для ацетилена – 1,1…1,2;
— для природного газа – 1,5…1,6;
— для пропана – 3,5.
Присадочные материалы для газовой сварки применяются в виде проволоки или литых прутков, которые должны отвечать следующим требованиям:
— температура плавления присадочного материала должна быть ниже температуры плавления свариваемого металла;
— проволока и прутки должны иметь чистую поверхность, не допускается наличие окалины, ржавчины, масла, краски и других загрязнений;
— присадочный материал должен содержать минимальное количество вредных примесей;
— присадочный материал должен плавиться без разбрызгивания.
Проволока стальная сварочная применяется следующих размеров: 0,3; 0,5; 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6; 2 мм – из низкоуглеродистой, легированной и высоколегированной сталей.
Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов применяется от 0,8 до 5,0 мм. Сварочная проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе от 0,8 до 3,0 мм.
Флюсы – вещества, которые вводятся в сварочную ванну для раскисления расплавленного металла и удаления из него образовавшихся оксидов, и неметаллических включений. Введение флюсов возможно и в виде легкоиспаряющейся жидкости.
К сварочным флюсам предъявляются следующие требования:
— флюс должен быть более легкоплавким, чем основной и присадочный металл;
— расплавленный флюс должен обладать достаточной жидкотекучестью;
— расплавленный флюс не должен выделять ядовитых газов и вызывать коррозию сварного соединения;
— шлаки должны хорошо отделяться от шва после сварки.
В качестве флюсов используются бура, борная кислота, оксиды и соли бария, калия, лития, натрия, фтора и т.д.
Технология газовой сварки. Наиболее распространенным типом соединения является стыковое. Нахлесточное и тавровое соединения нежелательны по причине возможности возникновения значительных напряжений, а при сварке заготовок относительно большой толщины недопустимы.
Заготовки малой толщины (до 2 мм) соединяют встык без разделки кромок и без применения присадочного материала. Газовой сваркой выполняют швы в любом пространственном положении: нижний шов, вертикальный шов, потолочный шов. Наиболее трудным для выполнения является потолочный шов, т.к. горелка находится под швом, а капли металла сварочной ванны стремятся стекать вниз.
Направление движения горелки и наклон её мундштука к сварному шву являются основными факторами, определяющими эффективность газовой сварки.
При правом способе пламя направлено на шов, он остывает медленно, термические напряжения металла в шве значительно снижены. Шов получается более высокого качества, однако внешний вид его хуже.
Параметрами режима газовой сварки являются мощность сварочного пламени, скорость сварки, диаметр присадочного материала, угол наклона мундштука горелки.
Угол наклона мундштука к поверхности металла определяется толщиной свариваемых заготовок и подбирается в соответствии со схемой на рис. 2.98.
Газовая сварка применяется при ремонте кузовов для выполнения прихваток, нанесения латунных припоев в местах концентрации напряжений и ряда других операций. Недостатки газовой сварки – значительные коробления свариваемых деталей, их перегрев и трудоемкость доводки поверхности.
Электродуговая сварка. Ручная электродуговая сварка широкого применения при ремонте кузовов легковых автомобилей не находит, так как получить качественный сварной шов при соединении стальных листов толщиной 0,7…1,0 мм не представляется возможным. Однако для некоторых силовых элементов основания кузова с толщиной металла более 1 мм этот вид сварки может использоваться.
Электродуговая сварка более доступна из-за простоты процесса и оборудования и дешевле газовой. Кроме того, она вызывает незначительные коробления свариваемого металла, причем только в зоне сварного шва.
Электродуговая сварка – это сварка плавлением, при которой нагрев осуществляется электрической дугой.
Во время короткого замыкания разогреваются торец электрода и заготовка в зоне контакта с электродом. После отвода электрода с его разогретого торца (катода) под действием электрического поля начинается эмиссия электронов. Возможно осуществление бесконтактного поджига дуги. Для чего в сварочную цепь подключают источник высокочастотного переменного тока повышенного напряжения (до 20 кВ). При включении источника бесконтактного поджига происходит ионизация межэлектродного промежутка и зажигание дуги. Это способ применяют при сварке неплавящимся электродом.
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами выполняется плавящимся электродом (рис. 2.99). При этом дуга горит между ним и изделием. Наплавляемый слой металла в основном формируется за счет расплавления материала электрода.
1 – свариваемый металл; 2 – сварочная ванна; 3 – дуга; 4 – покрытие; 5 – стержень электрода; 6 – защитная атмосфера; 7 – жидкий шлак; 8 – застывший шлак; 9 – застывший металл
На рис. 2.100 приведены примерные формы статических характеристик дуг длиной 2 мм (кривая, а) и 3 мм (кривая б). На рисунке выделены три участка. Участок 1 характерен для дуги при ручной дуговой сварке. Пределы участка 2 характерны для дуги при механизированной сварке и автоматической сварке под слоем флюса. Участок 3 характеризует дугу высокой плотности, используемую для резки металлов.
Напряжение дуги резко падает при небольших значениях сварочного тока. Для больших токов, которые обычно применяются при автоматической сварке, напряжение дуги не зависит от тока, а определяется лишь длиной дуги. При больших плотностях сварочного тока (100 А/мм2 и выше) заметен подъем статической характеристики. Это означает, что с увеличением тока возрастает и напряжение дуги. Такой режим характерен для сварки тонкой электродной проволокой при сравнительно больших токах.
Источники питания для дуговой сварки. В качестве источников сварочного тока применяются:
— сварочные трансформаторы;
— выпрямители;
— сварочные генераторы;
— сварочные преобразователи
— инверторные источники.
К источникам питания сварочной дуги предъявляются следующие требования:
— напряжение холостого хода (напряжение на зажимах источника питания при разомкнутой сварочной цепи) должно быть достаточным для зажигания дуги, но не превышать безопасную для сварщика величину (70…75 В);
— мощность источника питания должна быть достаточной для питания дуги необходимым сварочным током;
— необходимо иметь устройство для плавного регулирования тока в процессе сварки;
— иметь конфигурацию и размеры, удобные для эксплуатации.
Сварочные трансформаторы служат для питания сварочной дуги переменным током. Они отличаются малыми размерами и массой, просты по устройству, имеют высокий КПД, расходуют приблизительно в два раза меньше электроэнергии, чем источники постоянного тока. Сварочные трансформаторы должны иметь падающую внешнюю характеристику, напряжение холостого хода не выше 80 В.
Сварочные трансформаторы имеют следующие условные обозначения:
— ТД – для ручной дуговой сварки;
— ТДФ – для автоматической сварки под флюсом;
— ТДР – для ручной воздушно-дуговой сварки и резки угольным электродом.
Сварочные выпрямители состоят из полупроводниковых элементов, которые проводят ток только в одном направлении. Достоинством сварочных выпрямителей перед преобразователями является отсутствие вращающихся частей и бесшумность работы. Наибольшее применение получили селеновые и кремниевые полупроводниковые элементы.
В последнее время большое количество источников питания для сварки производится с использованием инверторов. Благодаря тому, что они работают на повышенных частотах (10-100 кГц) масса источника для РДС может составлять от 3 кг. В инверторных источниках есть возможность создавать искусственные внешние характеристики получаются за счет обратной связи по току и напряжению.
Качество сварного шва определяется диаметром электрода и силой тока, которые выбирают в зависимости от толщины соединяемых деталей. Перед сваркой кромки соединяемых деталей тщательно подгоняют друг к другу, а затем детали прихватывают вдоль шва. Силу тока для прихватки принимают несколько большую, чем для непрерывной сварки.
После зажигания дуги регулируют силу тока короткого замыкания, пока она не станет на 15…20 % больше требуемой силы рабочего тока. В процессе сварки поддерживают по возможности короткую дугу, устанавливая электрод под углом 10…15° к вертикали и продвигаясь вдоль шва без колебаний. Сварку, как правило, ведут слева направо.
Дополнительно можно посмотреть фильм 2.3 https://www.youtube.com/watch?v=3GbEjMrKR0I&list=PLma85zS-ewQNUYkjvSh3YVOUu70gea5ys&index=86
Полуавтоматическая электродуговая сварка в среде защитного газа. Такая сварка получила наибольшее распространение при ремонте кузовов легковых автомобилей. Основные преимущества этого вида сварки:
-зона нагрева узкая, в связи с чем свариваемые детали не подвергается значительным тепловым деформациям;
-не требуется тепловой изоляции околосварочной зоны;
-лакокрасочное и противокоррозионное покрытия разрушаются в меньшей степени, снижается опасность их воспламенения;
-улучшаются механические характеристики сварных швов (прочность, ударная вязкость) при соединении деталей.
При этом виде сварки в зону дуги подают защитный газ 3, струя которого, обтекая электрическую дугу в зоне сварки, подается в зону сварки через отверстие мундштука 2 и предохраняет металл 5 от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования (рис. 2.101).
1 – электрод; 2 – мундштук; 3 – защитный газ; 4 – электрическая дуга; 5 – наплавленный металл; 6 – деталь
В качестве защитного газа используют химически неактивные (инертные) газы – аргон, гелий или их смеси (способ MIG) либо активные газы – СО2 и различные газовые смеси, оказывающие химическое воздействие на расплавленный металл в зоне сварки (способ MAG). Способ MAG предназначен для сварки малолегированных и углеродистых сталей и благодаря высокой эффективности широко применяется при ремонте кузовов легковых автомобилей. Поскольку углекислый газ не является абсолютно нейтральным, с целью уменьшения окислительного действия свободного кислорода применяют электродную проволоку с повышенным содержанием раскисляющих присадок. Омеднение сварочной проволоки гарантирует ее сохранность от коррозионного повреждения при хранении, обеспечивает хороший электрический контакт в токоподающем механизме аппарата и дает надежную дугу. Для сварки деталей кузова применяют проволоку диаметром 0,8 мм.
Сварку кузовов в среде защитного газа производят с использованием полуавтоматов (рис. 2.102), которые позволяют сваривать листовой металл толщиной до 3 мм, сплошным прерывистым или точечным швом (рис. 2.103), а также по выполненным отверстиям.
1 – сварочные кабели; 2 – источник питания; 3 – вольтметр; 4 – амперметр; 5 – газовый редуктор; 6 – баллон с защитным газом; 7 – механизм подачи проволоки; 8 – защитный газ; 9 – капля жидкого металла; 10 – газовое сопло; 11 – контактный наконечник; 12 – сварочная ванна (жидкий металл); 13 – сварной шов; 14 – сварочная горелка с
При сварке заземление соединяют с деталью кузова, подвергаемой сварке и выбирают вид сварки (точечная, сплошной шов и т. д.). Открывают кран баллона с защитным газом и включают полуавтомат. При контакте проволоки со свариваемой деталью она автоматически подается механизмом подачи, одновременно в горелку подается защитный газ из баллона.
Сваривание тонких панелей, таких как панели автомобильного кузова, связано с деформацией и с прожиганием. Чтобы избежать подобных проблем, следует ограничивать количество подводимого тепла. Для этого при сварке в среде защитного газа может использоваться технология, называемая «дуговая сварка с замыканием», характеризующаяся капельным нанесением присадочного металла. При дуговой сварке с замыканием используется очень тонкая присадочная проволока, создающая прерывистые дуги при малом напряжении и при малой силе тока. Количество тепла при этом поддерживается на минимальном уровне, а неглубокое проплавление делает возможным сварку тонких металлических листов.
На рис. 2.104 показаны этапы капельного нанесения присадочного металла в процессе дуговой сварки с замыканием.
В результате выделившегося тепла, созданного дугой, расплавляется конец проволоки, образуя каплю (рис. 2.104, а). Эта капля расплавленного металла замыкает контур, как только она касается свариваемого металла (рис. 2.104. б, в). После замыкания начинает течь ток большой силы, и замкнутый участок разрывается и создает еще одну дугу (рис. 2.104, г).
Дополнительно можно посмотреть фильм 2.3 https://www.youtube.com/watch?v=3GbEjMrKR0I&list=PLma85zS-ewQNUYkjvSh3YVOUu70gea5ys&index=86
Аргонодуговая сварка. Эта сварка применяется при ремонте деталей кузова из алюминиевых сплавов таких как поддоны кондиционеров, радиаторы, кронштейны, отдельные детали кузова. Сварка алюминия – сложный процесс и это связано с химическими особенностями алюминия. При нагреве алюминия и его взаимодействии с кислородом, на поверхности металла образуется оксидная пленка, препятствующая работе с ним при помощи обыкновенной электродуговой сварки. Эта пленка препятствует процессу сплавления отдельных частиц металла. Дело в том, что оксид алюминия плавится при температуре 2050°С, а сам алюминий — 658°С. Чтобы преодолеть эту технологическую трудность, применяют ряд специальных способов. Чтобы исключить контакт нагретого металла с содержащимся в воздухе кислородом применяют инертный газ – аргон. Для самой сварки используются неплавящиеся вольфрамовые электроды 4 (рис. 2.105).
1 – изделие; 2 – защитный газ; 3 – вольфрамовый электрод; 4 – присадочный материал; 5 – сварочная горелка; 6 – подача г аза в горелку; 7 – токопровод; 8 – сопло горелки; 9 – дуга; 10 – наплавленный металл; 11 – осциллятор; 12 – сварочный аппарат; 13 – баллон с инертным газом
Электрод окружен керамическим соплом, из которого под высоким давлением поступает аргон. Алюминиевые материалы должны свариваться в среде защитных инертных газов. В основном для этого применяется аргон.
Аргон – инертный газ, который химически не взаимодействует с металлом и не растворяется в нем. Инертные газы обеспечивают защиту дуги и свариваемого металла, не оказывая на него металлургического воздействия. Аргон газообразный чистый производится трех сортов: высшего, первого и второго. Содержание аргона соответственно 99,99, 99,98 и 99,95%. Примеси – кислород (<0,005), азот (< 0,004) , влага(<0,003).
С помощью аргона, в области сварки образуется безкислородная среда, позволяющая поддерживать постоянную электрическую дугу между деталью и окончанием неплавящегося электрода. Основная задача этой дуги – плавка детали и присадочной проволоки.
При сварке толстых металлических листов предпочтительнее использовать газовую смесь аргона и гелия. Более высокий показатель теплопроводности гелия определяет соответственно и более высокую температуру сварочной ванны.
При этом способе сварки электрическая дуга горит между неплавящимся вольфрамовым электродом и деталью.
Режим сварки определяется двумя основными параметрами: диаметром электрода и силой тока. Диаметр вольфрамового электрода составляет 4…10 мм, а сила тока 100…500 А.
Аргонодуговая сварка может выполняться на постоянном или переменном токе, в обычном или импульсном режиме. Большинство металлов, кроме алюминия и его сплавов, сваривают на постоянном токе прямой полярности.
Осциллятор 6 для зажигания дуги подает на электрод высокочастотные высоковольтные импульсы, которые ионизируют дуговой промежуток и обеспечивают зажигание дуги после включения сварочного тока. Если аргонная сварка производится на переменном токе, осциллятор после зажигания дуги переходит в режим стабилизатора и подает импульсы на дугу в момент смены полярности, чтобы предотвратить деионизацию дугового промежутка и обеспечить устойчивое горение дуги.
Сварка может быть ручной, когда горелка и присадочный пруток находятся в руках сварщика, и автоматической, когда горелка и присадочная проволока перемещаются без непосредственного участия сварщика. Для сварки алюминия могут применяться стандартные сварочные MIG/MAG-аппараты. Однако предпочтительнее использовать импульсно-дуговые аппараты, которые снабжены специальной программой для сварки алюминия.
Современные импульсно-дуговые сварочные аппараты снабжены особой 4-тактной функцией. В первом такте сварки активируется более высокий ток сварки, который позволяет быстро нагревать свариваемые детали. Преимуществами интерпульс-метода являются:
— внешний вид и качество шва как при MIG-сварке;
— уменьшение нагрева шва;
— уменьшение коробления заготовки.
Аргонодуговая сварка — достаточно сложный технологический процесс, и для качественного результата необходим высококвалифицированный специалист с большим опытом работы.
Технология аргонодуговой сварки алюминия имеет следующие особенности.
Первое и важное условие — подготовка к сварке. Соединяемые детали должны быть обязательно обезжирены, при этом уже имеющаяся на поверхности пленка оксида алюминия удаляется. Присадочная проволока обрабатывается таким же способом. Электродные стержни также очищаются перед нанесением на них покрытия. Металл на ширине 80…100 мм от кромки обезжиривают растворителями (авиационным бензином, техническим ацетоном), затем механической зачисткой или химическим травлением удаляют оксидную пленку.
Удаление пленки оксидов включает следующие операции: травление в течение 0,5…1 мин (состав: раствор едкого натра 50 г и фторида натрия 40 г на 1 л воды); промывку в проточной воде, осветление в течение 1… 2 мин в 30%-м растворе азотной кислоты для алюминия и сплавов типа АМц или 25% растворе ортофосфорной кислоты для сплавов типа АМг; промывку в проточной, а затем горячей воде; сушку до полного удаления влаги. Обезжиривание и травление рекомендуется выполнять, не более чем за 2…4 ч до сварки.
Электроды непосредственно перед сваркой надо просушить в течении двух часов при температуре 200°С.
В связи с тем, что алюминиевый электрод плавится в 2…3 раза быстрее стального, скорость сварки алюминия должка быть соответственно выше. Сварку рекомендуется выполнять непрерывно в пределах одного электрода, так как пленка шлака на кратере и конце электрода препятствует повторному зажиганию дуги. Для обеспечения устойчивого процесса при минимальных потерях на разбрызгивание рекомендуется принимать сварочный ток из расчета не более 60 А на 1 мм диаметра электрода.
Аргонодуговая сварка алюминиевых листов может осуществляться через отверстия (электрозаклепка), стыковым швом и угловым швом.
Сварка электрозаклепкой. Такой способ сварки возможен при наличии отверстия в верхнем или в обоих листах (рис. 2.106).
а — двухслойное (отверстие имеется только в верхнем листе); б — двухслойное (сквозное отверстие проходит через два листа)
Диаметр отверстий должен составлять 10 мм, в том числе и при удалении деформированной части кузова фрезерованием сварных точек.
После обезжирования края вокруг отверстий верхнего и нижнего листов для удаления оксидной пленки следует отшлифовать до металлического блеска (диаметр обработанных участков —25 мм). Для лучшего прилегания листов следует отшлифовать и располагающиеся вокруг отверстий участки внутренних поверхностей: диаметр отшлифованных зон поверхности — около 15 мм.
Исходная точка сварки в среде защитного газа должна располагаться на расстоянии 10…15 мм от отверстия — исходная точка 2 (рис. 2.107). Благодаря такому внешнему зажиганию дуги осуществляется прогрев зоны сварки и обеспечивается хорошее проникновение материала электрода в исходной точке.
Как только сварной шов достигнет края отверстия, при двухслойной сварке с отверстием только в верхнем листе необходимо сразу перейти к донышку, где выполняют сварной шов по всей окружности. На обратной стороне нижнего листа при хорошем качестве сварки должен выступать валик сварного шва 3, величина которого должна составлять 1/3…2/3 от толщины листа.
При сквозном отверстии через несколько листов также применяют внешнее зажигание дуги. Когда сваривают два листа, сварочную горелку по достижении края отверстия перемещают к месту смыкания листов внутри отверстия.
1 — горелка для сварки в среде защитного газа; 2 — исходная точка сварного шва; 3 — валик сварного шва, выступающий с обратной стороны; 4 — внешняя сторона нижнего листа; 5 — верхний лист
Отверстие будет заполнено материалом электрода, если соответствующую окружность обойти сварочным швом полтора раза.
Далее сошлифовывают выступающий с обратной стороны сварной шов и дополнительно обрабатывают обратную поверхность проволочной металлической щеткой. В заключение проваривают края отверстия листа 4 с обратной стороны, располагая сварочную горелку перпендикулярно поверхности. При этом сварной шов также должен начинаться от внешней точки начала горения дуги.
Сварка стыковым швом. Алюминиевые листы толщиной до 3 мм могут быть сварены без снятия фасок стыкуемых кромок. Если толщина листов превышает 3 мм, кромки необходимо выполнить под углом 30°, благодаря чему в месте стыка образуется канавка с углом 60°. Подлежащие свариванию листы следует состыковать так, чтобы их кромки примыкали друг к другу практически без зазора, а листы располагались в одной плоскости. Для устранения оксидной пленки следует отшлифовать края свариваемых листов (рис. 2.108).
При этом ширина разделки шлифованием должна быть примерно равной ширине кромки l. Поскольку алюминиевые листы при нагревании сильно расширяются, для уменьшения внутренних напряжений соединяемые кромки нужно прихватить сварными швами, соблюдая правило: чем тоньше лист, тем меньше расстояние между двумя соседними прихватками и тем короче соответствующие сварные швы. По концам стыка прихваток быть не должно. Прежде чем наложить очередной шов, следует тщательно обработать поверхность проволочной щеткой из нержавеющей стали. Кроме того, необходимо контролировать отсутствие раковин в швах. Если обнаружена раковина, ее необходимо тщательно заварить и только потом продолжить сварку. При окончательном проваривании стыка следует учитывать возможность коробления листов, обусловленного тепловым расширением алюминия. Чтобы избежать коробления сварку следует производить короткими швами, при сварке следует перемещаться в направлении от середины стыка к его краям.
Сварка угловым швом. Перед сваркой производится подготовка поверхности аналогично, как и при предыдущих видах сварки. При таком способе сварки необходимо достаточно плотно прижать подлежащих свариванию листы. Особенность сварки угловым швом состоит в том, что материал электрода лучше распределяется по вертикальной кромке верхнего листа, чем по горизонтальной поверхности нижнего листа, так как оксидная пленка плавится трудно.
Неоднородность распределения следует откорректировать за счет выбора соответствующего положения сварочной горелки (рис. 2.109, а, б). Толщина сварного шва должна быть больше толщины листа (рис. 2.109, в, г).
1 — направление сварки; Б — расстояние слишком мало; В — расстояние слишком велико
По завершении сварки производится в обязательном порядке контроль наличия трещин, поскольку такие дефекты ставят под угрозу безопасность эксплуатации автомобиля. Чтобы обнаружить трещину, используют специальное цветоконтрастное средство, обладающее высокой проникающей способностью, благодаря чему можно обнаружить трещины минимальных размеров.
Чтобы повысить точность контроля, сначала тщательно удаляют загрязнения с подлежащей проверке поверхности, а затем наносят контрастное средство. По истечении определенного времени стирают избыток этого средства и наносят «проявитель», благодаря которому становится возможным визуальное определение трещин. Перед началом работы следует внимательно изучить инструкцию, прилагаемую к контрастному средству, в которой указывается, что обращение с ним разрешается только в помещении, оборудованном эффективной приточно-вытяжной вентиляцией.
Если обнаружена трещина в сварном шве следует удалить шлифованием участок шва длиной, в два раза превышающей длину трещины, после чего повторно проварить это место. Если на поверхности листа (вне сварного шва) обнаружена небольшая трещина, по ее концам нужно просверлить отверстия диаметром 2 мм, после чего заварить трещину.
Если трещина образовалась во время правки, соответствующая деталь кузова подлежит замене.
Дополнительно можно посмотреть фильмы 2.3. https://www.youtube.com/watch?v=3GbEjMrKR0I&list=PLma85zS-ewQNUYkjvSh3YVOUu70gea5ys&index=86,
2.4 https://www.youtube.com/watch?v=bvYbM4-vaT0.
Контактная сварка. Контактной сваркой называется сварка с применением давления, при которой используется тепло, выделяющееся в контакте свариваемых частей при прохождении электрического тока.
Сущность контактной сварки заключается в следующем. Соединяемые заготовки прижимают друг к другу и пропускают через них электрический ток. Сопротивление электрическому току, которое обычно бывает максимальным в зоне контакта, приводит к местному нагреву заготовок. В зоне максимальных температур, часто превышающих температуру плавления материалов заготовок, образуется волна жидкого металла. При отключении электрического тока жидкий металл быстро затвердевает, осуществляя межатомную связь заготовок. В процессе сварки на заготовку воздействуют прижимающим усилием, поэтому контактную сварку относят к способам сварки с применением давления (термомеханический класс).
Контактная сварка имеет следующие разновидности: точечная, стыковая, рельефная и шовная.
Область применения контактной сварки чрезвычайно широка — от крупногабаритных строительных конструкций до миниатюрных пленочных микросхем. В настоящее время около 30% всех сварных соединений выполняют различными способами контактной сварки. Контактной сваркой можно соединять практически все известные конструкционные материалы, в т.ч. коррозионностойкие сплавы, сплавы на основе алюминия, титана.
Точечная сварка – наиболее распространенный способ, на его долю приходится до 80% всех соединений, выполняемых контактной сваркой. Этот способ широко используют в автомобиле- и тракторостроении. В конструкциях легковых автомобилей, например, до 5000 сварных точек.
Доля стыковой сварки, преимущественно сварки оплавлением, составляет около 10% общего объема применения контактной сварки. Стыковая сварка успешно используется для соединения трубопроводов, железнодорожных рельсов, заготовок металлорежущего инструмента из быстрорежущих и конструкционных сталей.
Шовная сварка (до 7% объема работ контактной сваркой) используется при изготовлении герметичных емкостей из листового металла, в т.ч. топливные баки автомобилей и тракторов.
Точечная сварка – это контактная сварка, при которой сварное соединение получается между торцами электродов, передающих усилие сжатия. Точечная сварка (рис. 2.110) используется для соединения листовых заготовок толщиной от нескольких микрометров до 5…6 мм. Единственный тип сварного соединения – нахлесточный.
1 – свариваемые заготовки; 2 – медные электроды; 3 – сварочный трансформатор; 4 – сварная точка
Точечная сварка включает в себя три процесса: сжатие (рис. 2.111, а), подача электрического тока (рис. 2.111, б), удерживание (рис. 2.111, в).
При таком виде сварки свариваемые детали 1 собирают внахлестку и зажимают усилием между двумя электродами 2, подводящими ток большой силы (до нескольких десятков тысяч А) к месту сварки от трансформаторного источника переменного тока невысокого напряжения (3…8 В). Обычно для контактной сварки используют, способный в повторно-кратковременном режиме генерировать очень большой ток, порядка нескольких тысяч ампер, при очень незначительном напряжении, равном единицам вольт.
Детали нагреваются кратковременным (0,01…0,5) импульсом тока до появления расплавленного металла в зоне контакта. Нагрев сопровождается пластической деформацией металла и образованием литого ядра (сварной точки). Теплота, используемая при сварке, зависит от сопротивления между электродами и выделяется при прохождении тока непосредственно в деталях, контактах между ними и контактных деталей с электродами. Сопротивления самих электродов должны быть незначительны, так как выделяющаяся в них теплота не участвует в процессе сварки. В связи с этим сечение электродов выполняется относительно большим, а материал электрода обладает большой тепло- и электропроводностью.
Сжатие и токоподвод осуществляются электродами либо с двух сторон соединения (двусторонняя сварка), либо со стороны одной из деталей (односторонняя сварка). Последняя используется редко, в основном, когда затруднен доступ к одной из сторон соединения. При этом для увеличения плотности тока в зоне сварки под соединяемые детали подкладывают токоподводящую медную пластину.
Точечная сварка – способ, при котором заготовки свариваются не по всей поверхности соединения, а в отдельных точках, соответствующих контактам с деталями стержней-электродов. Общее количество тепла расходуется:
— на образование расплавленного ядра точки;
— на потери тепла в электроде;
— на общие потери тепла в металл свариваемых заготовок;
— на потери тепла в окружающую среду (в воздух).
Во время сварки металл начинает плавится спустя 0,3…0,5 с. с начала прохождения тока. Ядро возникает в области контакта заготовка-заготовка, где достигается наибольшая плотность тока и в меньшей степени сказывается теплообмен с электродами. Максимальная температура в ядре лишь на 15…20% превышает температуру ликвидуса сплава. Температура в контакте электрод-заготовка быстро повышается и может достигать температуры плавления материала электрода. Поэтому прохождение тока осуществляется импульсами. Продолжительность включения тока τсв – один из основных параметров режима точечной сварки. Значительное увеличение продолжительности непрерывного включения тока может вызвать, перегрев металла и даже выплеск.
Во время перерывов между включениями (пауза τn) вся зона сварки быстро охлаждается. Это позволяет удерживать температуру контакта электрод-заготовка на уровне 300…400ºС.
В зависимости от температуры плавления свариваемого материала (а значит и общего количества необходимого тепла), теплопроводности (отвод тепла), электропроводности и других физико-механических свойств используются мягкие и жесткие режимы. Мягкие режимы характеризуются значительной длительностью протекания тока (τсв>0,1ЧS) при плотности тока 80…160 А на 1 мм2 контактной поверхности электрода при сварке низкоуглеродистой стали (S – толщина свариваемых заготовок, мм.)
Жесткий режим характеризуется кратковременным мощным импульсом тока, когда τсв<0,02ЧS (с) при плотности тока 160…400 А/мм2 . Жесткий режим характеризуется высокими скоростями нагрева и охлаждения, при этом обычно увеличивается склонность к образованию выплеска.
Величину сварочного тока при сварке низкоуглеродистой стали толщиной 1…3 мм ориентировочно ток можно подсчитать по эмпирическому соотношению
| Iсв = 6500Ч S, |
Режим точечной сварки определяется следующими параметрами: силой тока, длительностью его прохождения, усилием сжатия заготовок, диаметром контактной поверхности электродов.
Для точечного соединения тонколистовых кузовных панелей внахлест применяются ручные аппараты контактной сварки, за характерный внешний вид получившие название «сварочные клещи» (рис. 2.112). Их также можно использовать для временной прихватки панелей кузова и сварки тонких прутков крест-накрест.
Конструктивно они представляют собой компактный сварочный трансформатор, снабженный рукояткой. Вторичная обмотка трансформатора заканчивается консольными держателями, в которых закрепляются электроды. Один из держателей на клещах обычно неподвижный, а другой имеет возможность перемещаться. Усилие сжатия создается рычажным механизмом.
Разновидностью точечной контактной сварки является шовная контактная сварка, в которой электроды выполнены в виде дисков, которые могут вращаться. Соединяемые детали прокатываются между вращающимися дисковыми электродами и соединяются непрерывным швом.
Стыковая контактная сварка. Стыковая контактная сварка (рис. 2.113) применяется только для ненесущих соединений. При таком способе соединяемые детали прижимаются друг к другу торцами; в месте контакта происходит расплавление и детали свариваются. В кузовостроении стыковая контактная сварка используется, например, для приваривания резьбовых шпилек к крыльям и другим аналогичным деталям.
1 – место сварки; 2 – металлический лист; 3 – шпилька
Дополнительно можно посмотреть фильмы
2.3: https://www.youtube.com/watch?v=3GbEjMrKR0I&list=PLma85zS-ewQNUYkjvSh3YVOUu70gea5ys&index=86,
2.5: https://www.youtube.com/watch?v=FjUJ4-5gE1c,
2.6: https://www.youtube.com/watch?v=wzQ6XWNkie4,
Лазерная сварка. Если поверхность какого-либо физического тела облучить светом энергии квантов (порциями), то свет поглотится этой поверхность на 100%, полностью. При попадании света на тело можно наблюдать процесс образования теплоты и довольно существенного повышения температуры поверхности самого тела. Если же каким бы, то ни было образом, энергию света удаётся сконцентрировать на очень маленьком участке поверхности, то можно получить очень высокую температуру. Именно на этом и основана сварка световым лучом оптического квантового генератора – лазера.
Лазер – это устройство, в котором какой-либо вид энергии (тепловая, химическая или электронная) преобразуется в энергию электромагнитного поля в лазерный луч.
Основной элемент лазера – это генератор накачки, а также активная среда. Конструкция газового лазера состоит из заполненной газом трубки, которая ограничена с двух сторон строго параллельными зеркалами. Благодаря электрическому разряду, который возникает между электродами трубки, возникают быстрые электроны, возбуждающие газовые молекулы. После возвращения этих молекул в стабильное состояние, происходит образование кванты света примерно по такой же схеме, как и в твердотельном лазере. Для лазерной сварки кузова автомобиля используют, как правило, твердотельные, а также газовые лазеры импульсного непрерывного действия.
Для получения высокопрочной сварки кузова автомобиля, лазерная сварка находит все большее применение, так как она представляет собой полностью автоматический процесс. Этот факт особо важен при соединении внешних панелей кузова, так как там требуется не только чистый сварочный шов, но еще и как можно более меньший перехлест панелей при высокой прочности сварки.
Лазерная сварка позволяет реализовать «практически беспереходное» соединение деталей — это особенно важно при соединении деталей из сверхвысокопрочных сталей. Несущие свойства материала, его способность в держивать нагрузки, практически полностьюсохраняются и в зоне сварного шва. По сравнению с другими видами сварки последующая чистовая обработка после лазерной сварки минимальна. Герметичность шва, которую дает лазер, чрезвычайно велика. Высокое качество поверхности лазерного шва сводит к минимуму необходимые затраты времени на его доработку, например, для последующего нанесения лакокрасочного покрытия.
При лазерной сварке материал панелей расплавляется лазерным лучом (рис. 2.114).
1 – сварочная проволока твердая; 2 – подвод сварочной проволоки; 3 – лазерная головка; 4 – лазерный луч; 5 – сварочная ванна исходящие; 6 – стальные листы
При лазерной сварке панелей в свариваемый металл добавляется сварочная проволока.
Лазерная сварка используется для сварки алюминиевых и стальных деталей. После нее отпадает необходимость в защите от коррозии (в том числе контактной).
Помимо лазерной сварки, при изготовлении заготовок применяется
сварка токами высокой частоты (рис. 2.115). При такой сварке свариваемые листы приближаются со строго определённым зазором «x» по отношению друг к другу. Ток высокой частоты подводится через зажимные губки/электроды непосредственно к свариваемым листам. Вследствие электродинамических эффектов сварочный ток концентрируется на кромках листов. При достижении кромками необходимой температуры ток отключается и нагретые кромки соединяемых деталей сжимаются вместе.
1 – высокочастотное подключение; 2, 4 – стальной лист; 3 – зажимные губки/электроды; – лазерный луч; 5 – выпуклость сварного шва
Высокочастотная сварка позволяет реализовать исключительно короткую продолжительность сварки. Требования к качеству подготовки свариваемых кромок ниже, чем при лазерной сварке. Хорошо свариваются также непрямо проходящие швы. Недостатком этого метода является остающаяся по завершении сварки выпуклость сварного шва. Её приходится удалять дальнейшей обработкой.
Дополнительно можно посмотреть фильм