|
Сварка - это один из самых распространенных способов создания неразъемных соединений. Особенно в части кузовного авторемонта. Здесь применяется, вероятно, большинство известных методов сварки. Среди них: контактная (в том числе, электрозаклепками), электродуговая, газовая и, конечно, плазменная. Причем каждый из этих процессов имеет еще и множество разновидностей. Однако сегодняшний разговор пойдет о наиболее распространенной в российских мастерских полуавтоматической электродуговой сварке плавящимся электродом в среде защитного газа.
Аппараты этого типа называют по-разному: MIG (металл, инертный газ), MAG (металл, активный газ), просто полуавтоматами, а иногда аппаратами типа «Кэмпи» (по названию фирмы, чьи устройства когда-то поставлялись в нашу страну). Этот вид сварки, в отличие от газовой, не снижает прочность и коррозионную стойкость тонких листов металла, а полученный сварной шов не нуждается в очистке от флюса и окалины. При работе полуавтоматов не используются горючие газы, высокое напряжение, нет крупных брызг расплавленного металла и сильного ультрафиолетового излучения. К тому же работа с этим оборудованием не требует высокой квалификации сварщика. Да и аппараты всегда готовы к работе.
При MIG/MAG-сварке электрическая дуга возникает в среде защитного газа в промежутке между непрерывно подающимся проволочным электродом и поверхностью детали. Причем теплота от дуги почти целиком идет на их расплавление. Расстояние между электродом и металлом увеличивается - соответственно увеличивается и длина дуги, сопротивление среды в этом промежутке растет и сварочный ток уменьшается. На электроде возникает и растет капля жидкого металла, которая замыкает разрядный промежуток. Как только дуга гаснет, напряжение в цепи аппарата уменьшается, а сила тока наоборот - скачком возрастает, увеличение тока приводит к росту электродинамической силы и ускорению перехода капли в сварочную ванну, а также к образованию шейки между электродом и каплей. Шейка перегревается, перегорает, а расплавленный металл брызгами разлетается вокруг. При этом газовый промежуток между электродом и металлом восстанавливается, напряжение вновь возрастает и дуга зажигается. Описанный процесс повторяется с частотой до 160 раз в секунду. Стоит отметить, что размер образующихся капель металла имеет едва ли не определяющее значение в формировании прочного шва.
При диаметре капли металла больше, чем диаметр электрода, основной силой, определяющей ее стекание с электрода, является сила тяжести. В этом случае качественный шов получается только при расположении сварочной головки аппарата (или по-обиходному - горелки) над сварочной ванной. При очень больших плотностях тока можно добиться и безкапельного, так называемого струйного переноса металла.
Электродинамические силы, направленные от электрода к поверхности металла и действующие на мелкие капли с силой, много большей силы тяжести, позволяют получать вертикальные и потолочные швы отличного качества. При этом разбрызгивание металла бывает минимальным.
Характер процесса переноса капель зависит как от конструктивных особенностей аппарата, так и от регулировки основных параметров. В частности, от установленных напряжения и тока. Кроме того, большое влияние на процесс имеют диаметр, вылет и наклон электрода, скорость его подачи, состав и расход защитного газа и многое другое. Заметим, что современные сварочные аппараты обладают отличными характеристиками и позволяют в широких пределах менять режим работы.
Основным узлом любого сварочного полуавтомата является блок питания, включающий понижающий трансформатор и мощный выпрямитель. В блок питания обычно встраивают вентилятор, а такжде датчик температуры, обеспечивающий выключение аппарата при его перегреве. Регулируется выходное напряжение чаще всего дискретно (ступенчато), путем переключения отводов первичной обмотки трансформатора. Заметим, что при рабочих токах более 200 А используются аппараты, питающиеся от трехфазной сети. Если ток не превышает 200 А - используют аппараты с однофазным питанием. В этом случае к выпрямителю подключают дроссель, который поддерживает постоянное значение сварочного тока при коротких замыканиях, возникающих при стекании капли металла в сварочную ванну. Это так называемый «жесткий режим источника тока», который повышает стабильность дуги.
Для подачи электродной проволоки с постоянной скоростью используют роликовый механизм, обеспечивающий постоянное усилие подачи около 200 Н. Здесь применяют мощные коллекторные двигатели постоянного тока с механическими редукторами. Питаются они от стабилизируемых, регулируемых транзисторных источников напряжения. Это позволяет в широких пределах менять скорость подачи электрода. При замене проволоки одного диаметра на другой обычно меняют и направляющие ролики, имеющие канавки определенной глубины. Плавная регулировка усилия прижима позволяет предохранить поверхность проволоки от механических повреждений и добиться ее движения без проскальзывания.
Для дозированной подачи защитного газа применяют механический (в рукоятке горелки) или электроуправляемый (в корпусе аппарата) клапан. Открывается он раньше, чем включается сварочное напряжение и закрывается только после выключения дуги. Необходимый расход газа устанавливают при помощи редуктора, уменьшающего избыточное давление газа в подающей магистрали до 0,1-0,4 атм. Более высокое давление при неисправном редукторе ведет к быстрому выходу из строя газового клапана. Иногда редукторы комплектуются расходомерами. Однако чаще всего для настройки используют градуировку в единицах расхода (л/мин), нанесенную непосредственно на редуктор.
Регулировка скорости подачи проволоки и рабочего напряжения осуществляется через блок управления полуавтомата. Причем регулировка напряжения у наиболее популярных моделей (в пределах от 15 до 35 вольт) может быть как плавная, так и ступенчатая. Обычно по количеству ступеней судят о классе аппарата. Включается сварочная дуга микропереключателем на ручке горелки, а выключается как вручную, так и автоматически (в режиме точечной сварки это делает таймер).
Сварочная головка аппарата имеет сменную токовую втулку (обеспечивает хороший электрический контакт с проволокой), газовый наконечник, создающий спокойный (ламинарный) поток защитного газа, а также гибкий сварочный рукав сложной конструкции, соединяющий головку с основным модулем. Наиболее удобны аппараты со сменными рукавами, рассчитанными на стандартный «евроразъем». Заметим, что рукав и горелка - наиболее уязвимые детали полуавтомата. Газовый наконечник работает при высоких температурах и подвергается действию брызг расплавленного металла. Поэтому он нуждается в регулярной чистке, а при неправильном выборе режима сварки быстро выходит из строя.
Конструктивно сварочный полуавтомат представляет собой единый блок, причем в профессиональных моделях его вес даже не пытаются снизить. Это обеспечивает устойчивость аппарата, когда к нему подсоединяют стандартный 40-литровый баллон с защитным газом.
Как ни просто управляться с таким оборудованием, однако для каждого вида работ нужно уметь правильно выбирать режимные параметры. Не углубляясь в теорию сварочных процессов, мы кратко остановимся на особенностях сварки в среде защитного газа.
Для сварки сталей применяют технически чистый углекислый газ (или содержащие СО2 смеси). Основная цель - воспрепятствовать контакту расплавленного металла с азотом и влагой воздуха.
Непосредственно в области дуги, где температура максимальна, молекулы СО2 диссоциируют на оксид углерода и кислород. Заметим, что присутствие оксида углерода тормозит окислительные процессы. По мере удаления от дуги происходит процесс рекомбинации молекул СО2, сопровождающийся большим выделением теплоты (около 30% мощности электрической дуги) и разогревом периферийной области шва. В результате в металле сварочного шва уменьшается содержание азота, шлаков и водорода, а его пластические свойства становятся намного выше.
Добавка небольшого количества кислорода (от 10 до 15%) позволяет добиться большей текучести металла в сварочной ванне и, следовательно, меньшей пористости, лучшего заполнения шва. Правда, поверхность его в этом случае покрывается тонким слоем окислов.
Смесь углекислоты с небольшим количеством аргона используют при сварке высоколегированных, в том числе нержавеющих сталей. В этом случае аргон предохраняет от окисления легирующие добавки свариваемых металлов, и сварочный шов получается качественным.
Защитная среда из 75% аргона и 25% СО2 применяется и при сварке сталей. Ее достоинством является то, что в ней легко реализуется струйный процесс переноса металла, который крайне необходим при сварке тонкостенных изделий сложной конфигурации.
Недостаток газа вызывает перегрев сварочной ванны с возможным прожиганием металла, а избыток - повышенное растекание и перегрев периферийных областей шва с возникновением последующих механических напряжений. Стоит предупредить, что использование в полуавтомате проволоки, не предназначенной для этого вида работ, а также сварка без защитного газа абсолютно недопустима: повышенное искрение и брызги металла в считанные минуты выведут из строя сварочную головку. О прочности соединения в этом случае говорить не приходится вовсе.
При сварке листов металла толщиной около 1 мм расход газа не должен превышать 8-12 л/мин. При этом литрового баллона, которым часто комплектуются переносные малогабаритные полуавтоматы, должно хватать, как минимум, на час непрерывной работы, что позволяет выполнить шов длиной около 40-50 м.
Для сварки изделий из алюминиевых и титановых сплавов используют чистый аргон. Аргон имеет высокий потенциал ионизации, что затрудняет первоначальное возбуждение дуги. Однако напряженность электрического поля в столбе дуги имеет сравнительно низкое значение и поэтому дуговой разряд отличается высокой стабильностью. Расход аргона почти в два раза меньше чем СО2, и стандартного 40-литрового баллона, содержащего около 6 кубических метров газа, хватает, чтобы сделать швы общей длиной более 200 м. Для небольших сварочных полуавтоматов уже приготовленные газовые смеси можно купить в баллонах емкостью 1 литр.
Для сварки сталей в кузовном ремонте обычно применяются проволоки Св-08Г1С или Св-08Г2С, содержащие около 2% кремния и 1% марганца для раскисления металла в сварочной ванне. Проволоки малого диаметра (0,6-0,8 мм) позволяют получать высокие плотности тока и реализовать мелкокапельный (или струйный) перенос металла. Проволоки диаметром 1,0-1,6 мм обеспечивают большую производительность, однако при этом рабочий ток превышает 300 А.
Омеднение предохраняет проволоку от коррозии и обеспечивает хороший электрический контакт с токовым наконечником. Однако присутствие меди в сварочной ванне чуть-чуть снижает прочность сварочного шва. Применение же проволоки без покрытия позволяет добиться хороших результатов, но только в том случае, если исключается коррозия ее поверхности при хранении. Ведь даже следы ржавчины вызывают повышенное искрение, разрывы дуги и разбрызгивание расплавленного металла. Существуют и порошковые проволоки, допускающие сварку без защитного газа. Однако для этого необходимо иметь аппарат с инверсионным устройством или с устройством для переключения полярности.
Теперь немного о технике сварки. Известно, что при сварке в среде углекислого газа за счет рекомбинации молекул СО2 металл прогревается в большей степени там, где поток газа выше. При вертикальном положении газового наконечника прогрев металла идет достаточно равномерно. Однако при этом затрудняется наблюдение за дугой и мелкие капли металла из зоны сварки попадают на газовый наконечник, что в конечном счете уменьшает срок его службы. При наклоне электрода в сторону, противоположную направлению перемещения («углом вперед»), положение улучшается. К тому же, в этом случае глубина провара уменьшается, а сам шов становится шире. Тем самым снижается вероятность прожигания тонкого металла, да и его разбрызгивание незначительно.
При наклоне горелки в противоположную сторону («углом назад») за счет дополнительного нагрева металл остается жидким большее время, глубина провара увеличивается, а ширина шва уменьшается.
Сварку вертикальных швов следует вести «углом назад», направляя дугу на переднюю часть сварочной ванночки, что предотвращает стекание металла вниз, способствует увеличению проплавления корня шва и исключает натеки по его краям. При сварке листов различной толщины положение горелки выбирают таким, чтобы отходящий газ был направлен в сторону более массивной детали. Однако самыми сложными для исполнения являются потолочные швы. Их сварку ведут «углом назад» на максимально возможных токах. Дугу и поток газа направляют непосредственно в ванночку жидкого металла, что уменьшает его стекание. С этой же целью увеличивают расход газа. Для увеличения массы шва следует вести горелку зигзагообразным движением. Можно положить металл и поверх уже остывшего шва. При точечной сварке (или при так называемой сварке электрозаклепками) положение горелки должно быть вертикальным.
Для каждого диаметра проволоки подбирают рабочий режим, то есть регулируют напряжение и ток. Следует помнить, что ток пропорционален произведению площади сечения проволоки на скорость ее подачи. Понятно, что без проварки образцов здесь все равно не обойтись. Но для начала можно ориентироваться на средние цифры, приведенные в таблице.
Тонкая настройка параметров сводится к регулировке скорости подачи проволоки при среднем значении напряжения, взятого из таблицы. Регулировка заканчивается, когда достигнуто устойчивое «горение» дуги. Уточнить параметры настройки можно анализируя форму и качество полученного шва. Решающую роль здесь играет, конечно, опыт.
Сама техника полуавтоматической сварки достаточно проста. Главной задачей сварщика является поддержание постоянного вылета электрода, равномерное перемещение горелки вдоль шва и сохранение определенного наклона газового наконечника относительно детали и направления перемещения электрода. Для облегчения этой задачи существуют несколько типов сварочных наконечников: для сварки непрерывным швом, точечной сварки и даже для подварки шпилек, используемых при правке кузова автомобиля. Внутренняя изоляция наконечников позволяет вести работу даже при касании ими свариваемой детали. Импортные газовые наконечники имеют специальное покрытие, уменьшающее налипание брызг металла на внутреннюю поверхность наконечника. Для этих же целей есть специальные пасты и спреи. Их регулярное применение позволяет значительно увеличить срок службы наконечника. Качество сварного шва зависит и от степени износа внутреннего отверстия токового наконечника. При «разбитом» отверстии ухудшается электрический контакт, что приводит к нестабильности дуги и повышенному разбрызгиванию металла. Заметим, что токовый наконечник является таким же расходным материалом, как сварочная проволока или газ. Следует помнить, что недостаточная скорость подачи проволоки или слишком малый расход защитного газа приводят к сильному перегреву наконечника и быстрому его износу.
Предлагаемые к продаже сварочные полуавтоматы можно разделить на две группы. Одну из них составляют аппараты отечественного производства. Выбор их достаточно велик. Есть среди них и пользующиеся повышенным спросом в автосервисах - с рабочим током до 200 А. Качество отечественных полуавтоматов среднее, и решиться на такую покупку можно только имея собственную ремонтную базу.
Вторую группу сварочных полуавтоматов составляет импортная продукция. В основном от европейских и американских производителей. Причем в их ассортименте есть и полуавтоматы специального применения. Стоимость всех зарубежных изделий несколько выше, чем отечественных, но это с лихвой компенсируется высокой надежностью оборудования. Единственный недостаток - плохо развитые структуры сервисного обслуживания. Но это - вопрос времени.
Следует помнить, что не только качество оборудования определяет успешную работу. Важна подготовка поверхности, наличие разнообразных приспособлений, позволяющих, например, получить минимальные зазоры между деталями, а также других устройств, облегчающих труд сварщика. Об этом и о многом другом в следующей статье.
|
