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/м; 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/м. 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 мм, то необходимая сила тока будет около 5000 А (при напряжении 4 В), а интенсивность или плотность тока будет 400 А/мм 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 мм 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.