Рис. 8.20. Дверная створка: 1 – наружная панель из кровельной стали; 2 – уголковая рама; 3 – внутренняя фанерная панель; 4 – закладные доски
Рис. 8.21. Подготовка к гибке
Рис. 8.22. Гибка железа: 1 – изгибаемый лист; 2 – доска-прижим; 3 – доска-пуансон
8.6. Сварка по правилам
Выше, рассматривая ту или иную конструкцию, мы нередко упоминали о сварке как способе соединения элементов чего-либо в единое целое. По сути дела, как только речь заходит об изготовлении любой конструкции из металла, сварка выходит на передний план, как наиболее технологичный вид соединения конструкционных элементов. Поскольку в самодеятельном строительстве отвергать металл как материал в настоящее время просто недопустимо, не имеет смысла и лишать себя сварки как прогрессивного способа производства. Можно с уверенностью утверждать, что умельцу со сваркой открываются совершенно другие горизонты, чем самоделыцику без таковой. А потому и разговор о сварке отнюдь не является праздным.
В силу целого ряда причин наиболее широкое распространение получила дуговая сварка. И именно она рекомендуется для применения домашним умельцам. Виды дуговой сварки различают по нескольким признакам: по среде, в которой происходит дуговой разряд (на воздухе – открытая дуга, под флюсом – закрытая дуга в среде защитных газов); по роду применяемого электрического тока – постоянный, переменный; по типу электрода – плавящийся, неплавящийся. Наибольшее практическое значение для умельцев получила ручная дуговая сварка плавящимися электродами на переменном и постоянном токах, дающая возможность сваривать в непроизводственных условиях большинство сталей, включая нержавеющие.
Преимущества дуговой сварки перед газовой в большей скорости, меньших зоне теплового влияния и короблениях свариваемых деталей, возможности получения улучшенных механических свойств наплавленного металла за счет введения в покрытие электрода различных легирующих элементов.
Сварочная дуга представляет собой устойчивый электрический разряд в газовой среде между двумя электродами либо между электродом и изделием (дуга прямого действия). Ее отличает высокая температура, достигающая 6000 – 7000 0С, что дает возможность расплавлять все металлы (рис. 8.23).
Для возбуждения дуги необходимо коснуться свариваемого изделия торцом электрода и сейчас же отвести электрод от изделия на 3 – 4 мм (рис. 8.24). Во время горения дуги под электродом образуется углубление, в котором находится жидкая ванна металла – кратер. При обрыве дуги в процессе сварки кратер оказывается не заполненным металлом. Кратер ослабляет сечение шва, его надо заварить. Для этого дугу зажигают впереди кратера на основном металле, затем перемещают через кратер к валику шва и, заплавив кратер, вновь двигаются вперед. Расстояние между поверхностью основного металла и дном кратера называется глубиной провара или глубиной проплавления основного металла. Она тем больше, чем больше сварочный ток и меньше скорость перемещения дуги. Сварочную дугу, длина которой не превышает диаметра стержня электрода, называют нормальной, или короткой. Она обеспечивает наилучшее качество сварного шва. Дугу большей протяженности называют длинной. Чрезмерное увеличение длины дуги снижает все показатели качества сварки. Под действием электромагнитного поля сварочного тока наблюдается отклонение дуги от заданного направления. Это явление получило название магнитного дутья. Для уменьшения отклонения дуги меняют месторасположение токоподвода, наклоняют электрод в сторону отклонения дуги (рис. 8.25), уменьшают ее длину. Перенос металла всегда происходит от электрода малого сечения к металлу изделия. Капли металла с электрода в ванну расплава переходят при горении сварочной дуги во всех ее пространственных положениях.
Рис. 8.23. Дуга прямого действия: Uk – падение напряжения в катодной области; Uc – падение напряжения на столбе дуги; d – толщина листа; 1 – электрод; 2 – дуга; 3 – деталь
Рис. 8.24. Возбуждение дуги: 1 – короткое замыкание; 2 – плавление слоя металла; 3 – образование шейки металла при отводе электрода; 4 – зажигание дуги
При сварке на переменном токе безразлично, к какому зажиму сварочного трансформатора присоединены изделие и электрод. При сварке дугой переменного тока катодное и анодное пятна меняются местами. При этом дуга угасает, в силу чего она менее устойчива, чем дуга, питаемая постоянным током. Существенное преимущество сварки дугой переменного тока – относительная простота и меньшая стоимость сварочного оборудования. Сварку на постоянном токе выполняют при соединении «плюса» источника питания с изделием (прямая полярность) или электродом (обратная полярность). Во время горения сварочной дуги при прямой полярности больше нагревается свариваемое изделие, при обратной полярности – электрод. При этом скорость плавления электродов из низкоуглеродистой стали на 10 – 40% выше скорости их плавления при прямой полярности. Исходя из этого выбирают прямую или обратную полярность в зависимости от вида сварочных работ (прихватка или сварка), толщины свариваемых элементов (тонкие или толстые), электродов (углеродистая сталь, хромоникелевая) и др. При сварке тонких листовых деталей, а также некоторых специальных сталей, например коррозионно-стойких и жаропрочных, применяют соединение с обратной полярностью.
Рис. 8.25. Влияние токоподвода на отклонение дуги: 1, 2 – отклонения дуги; 3 – компенсация отклонения дуги наклоном электрода
Сварка. При сварке электрод перемещают в направлении его оси (для поддержания определенной длины дуги), вдоль и поперек сварного шва. При слишком быстром движении электрода шов получается узким, неровным и неплотным. Если движение электрода замедленно, возможны перегрев и пережог металла. Зигзагообразные движения конца электрода не только вдоль, но и поперек шва приводят к образованию широкого валика. Ширина широкого шва должна составлять 6 – 15 мм, а ниточного – на 2 – 3 мм больше диаметра электрода. Сварные швы подразделяют: по форме – на стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные (рис. 8.26); по протяженности – на сплошные и прерывистые (рис. 8.27); по положению в пространстве – на нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные (рис. 8.28). Наиболее легко выполнять сварку в нижнем положении. Под-варка стыка с обратной стороны (ниточным швом) повышает надежность соединения. Качество сварки многослойного шва во многом зависит от тщательности выполнения первого слоя в его корне. Особое внимание должно уделяться обеспечению провара корня шва в конструкциях, исключающих возможность подварки обратной стороны стыка. Сварку вертикальных швов нужно выполнять снизу вверх. Сварка сверху вниз значительно труднее, т. к. при этом больше вероятность непровара. Для предотвращения вытекания жидкого металла из сварочной ванны при сварке вертикальных швов сварочный ток следует уменьшать на 10 – 15% по сравнению со сваркой в нижнем положении.
Рис. 8.26. Сварные соединения: 1 – стыковое; 2 – угловое; 3 – нахлесточное; 4 – тавровое
Рис. 8.27. Прерывистые сварные швы: а + в – шаг шва
Рис. 8.28. Пространственные положения швов: 1 – нижние; 2 – горизонтальные; 3 – вертикальные; 4 – потолочные
Для сварки горизонтальных швов подготовку кромок обычно выполняют с одним скосом у верхнего элемента соединения. Дугу при сварке горизонтальных швов возбуждают на нижней горизонтальной кромке, а затем переходят на верхнюю, скошенную кромку. Сложность потолочной сварки заключается в умении удерживать плавящийся металл от вытекания из кратера вниз. Это достигается только при сварке короткой дугой. Сварочный ток и диаметр электрода при сварке потолочных швов выбирают относительно меньшими – на 15 – 20% по отношению к сварке в нижнем положении. Различают способы заполнения сварных швов по длине и сечению. По длине их выполняют «напроход» и обратноступенчатым способом. Напроход швы, длина которых не превышает 300 мм, ведут от начала до конца в одном направлении. Сварные швы средней длины (300 – 1000 мм) сваривают либо напроход от середины к краям, либо обратноступенчатым способом. Последний способ применяют и при выполнении длинных (более 1000 мм) швов. Обратноступенчатый способ сварки заключается в том, что длинный шов делят на участки длиной 100 – 300 мм, которые проваривают в направлении, обратном общему направлению шва. При этом конец каждого участка сваривают с началом предыдущего.
По способу заполнения сечения различают однослойные и многослойные швы. В многослойном каждый слой можно выполнять за один или за два-три прохода. При этом во всех случаях в основу заполнения швов положен обратноступенчатый способ сварки. Стыковое соединение (рис. 8.29, 8.30) из элементов толщиной 4 – 8 мм выполняют однопроходным швом; элементы большей толщины сваривают многопроходным или многослойным швом. Многопроходную сварку обычно выполняют ниточными валиками электродами одного диаметра. В месте поворота шов надо заваривать без отрыва дуги. Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины соединяемых элементов, пространственного типа шва, свойств свариваемого металла.
