Сварочные работы. Практическое пособие

Сост. Ю. Ф. Подольский

Никакая часть данного издания не может быть скопирована или воспроизведена в любой форме без письменного разрешения издательства

© Книжный Клуб «Клуб Семейного Досуга», издание на русском языке, 2015

© Книжный Клуб «Клуб Семейного Досуга», художественное оформление, 2015

© ООО «Книжный клуб “Клуб семейного досуга”», г. Белгород, 2015

Введение

Металлы – наиболее распространенные и широко используемые материалы в производстве и в быту человека. Их добыча и обработка возникли очень давно. Сначала человек использовал самородные металлы – золото, серебро, медь. Затем он научился сплавлять их друг с другом. Получение бронзы – прочного и твердого сплава меди с оловом, а позднее и с некоторыми другими элементами – открыло новую эпоху в развитии материальной культуры, называемую бронзовым веком. Позже была освоена выплавка железа, и наступил железный век.

Но если обработка металлов резанием была известна еще в глубокой древности, то обратный процесс сложнее давался человечеству. Только кузнецы высокой квалификации умели соединять два куска железа в единое целое, и лишь у считаных мастеров это получалось качественно.

Одним из революционных прорывов в технологии работы с металлом стало изобретение в XX веке электросварки. Впрочем, о возможности использования «электрических искр» для плавления металлов еще в 1753 г. говорил академик Российской академии наук Г. В. Рихман, занимавшийся исследованием атмосферного электричества. В 1802 г. профессор Санкт-Петербургской военно-хирургической академии В. В. Петров открыл явление электрической дуги и продемонстрировал возможность ее практического применения. Однако ученым и инженерам потребовались многие годы совместных усилий, направленных на создание источников энергии, необходимых для реализации процесса электрической сварки металлов. Важную роль в этих разработках сыграли открытия и изобретения в области магнетизма и электричества.

В 1882 г. российский инженер Н. Н. Бенардос, работая над созданием аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов.

В 1888 г. российский инженер Н. Г. Славянов предложил проводить сварку плавящимся металлическим электродом. С его именем связано развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, разработка флюсов, предназначенных для воздействия на состав металла шва, создание первого электрического генератора. Затем, в 1907 г., шведский инженер О. Кьельберг разработал электроды из металлического стержня с нанесенным на него специальным покрытием, обеспечившие значительное повышение качества сварных соединений.

Газовая сварка возникла после разработки в 1893–1895 гг. промышленного способа производства карбида кальция. Из последнего легко получается горючий газ – ацетилен, который имеет преимущественное применение при газовой сварке. Первые газовые горелки для сварки появились в 1900–1902 гг., а промышленное применение ацетиленокислородная сварка получила в 1906 г., когда появились достаточно надежные конструкции ацетиленовых генераторов и инжекторные сварочные горелки.

С первых лет ХХ века сварка начала победное шествие по заводам и мастерским всего мира. Новые технологии сделали волшебство сварного металла всеобщим достоянием. А нынче даже начинающий домашний мастер в состоянии создавать из металла сложные конструкции.

Многие люди знакомы со сваркой лишь заочно, большинство из них видели, как сваривают металлы, но сами ни разу не пробовали. Некоторые варили один-два раза и давно об этом забыли, а кое-кто зарабатывает сваркой на жизнь. Однако время от времени у каждого возникает необходимость использовать сварку в бытовых целях. Да и тем, кто недавно перестал пугаться расплавленного металла, хочется усовершенствовать свои навыки. Этим вопросам и посвящена данная книга.

Основы теории сварочных процессов

Согласно ГОСТ 2601–84, сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании. Для получения сварных, т. е. полученных с помощью сварки, соединений не требуется применения каких-либо специальных соединительных элементов (заклепок, накладок и т. п.). Сварные соединения применяют для соединения деталей из разных материалов, в том числе неметаллов – пластмасс, керамики, стекла или их сочетаний. Но чаще всего с помощью сварки соединяют металлические детали. Образование неразъемного соединения в них обеспечивается за счет проявления действия внутренних сил системы. Для сварных соединений характерно возникновение металлической связи, обусловленной взаимодействием ионов и обобществленных электронов.

Для соединения двух металлов в единое целое недостаточно простого соприкосновения поверхностей соединяемых деталей. Необходимо настолько сократить расстояние между их атомами, чтобы преодолеть существующий между ними энергетический барьер и чтобы силы взаимного притяжения начали активизироваться. Для этого соединяемые атомы должны получить энергию извне. Благодаря ей атомы получат соответствующее смещение, позволяющее им занять в общей атомной решетке устойчивое положение, т. е. достигнуть равновесия между силами притяжения и отталкивания. Энергию извне называют энергией активации. Ее при сварке вводят путем нагрева (термическая активация) или пластического деформирования (механическая активация). Соприкосновение свариваемых частей и применение энергии активации являются необходимыми условиями для образования неразъемных сварных соединений.

Виды сварки

При классификации процессов сварки выделяют три основных физических признака: форму вводимой энергии, наличие давления и вид инструмента – носителя энергии. Остальные признаки условно отнесены к техническим и технологическим. Такая классификация использована в ГОСТ 19521–74. По виду вводимой в изделие энергии все основные сварочные процессы, включая сварку, пайку и резку, разделены на термические (Т), термомеханические, или термопрессовые (ТМ), и механические (М). Т-процессы осуществляются без давления (сварка плавлением), остальные – обычно только с давлением (сварка давлением). Форма энергии, применяемой в источнике энергии для сварки (электрическая, химическая и др.), как классификационный признак в стандарте не использована, так как она характеризует главным образом не процесс, а оборудование для сварки.

Все известные в настоящее время процессы сварки металлов осуществляются за счет введения только двух видов энергии – термической и механической или при их сочетании. Соответственно различают два вида сварки: сварку плавлением и сварку давлением.

Сварка давлением. Образование сварного соединения при сварке давлением происходит за счет пластического деформирования свариваемых частей без расплавления металла и перехода его в жидкое состояние.

Пластическое деформирование стыка свариваемых кромок производится статической либо ударной нагрузкой, например сваркой взрывом. Для осуществления холодной сварки достаточно применить механическое усилие сжатия. Иногда при сварке давлением применяют местный нагрев. Из рис. 1 видно, что при увеличении температуры нагрева металла для сварки давлением требуются меньшие усилия.

Рис. 1. Схемы возможных областей сварки давлением и плавлением в зависимости от температуры (Т) и давления (Р)

При пластической деформации в зоне свариваемых кромок разрушаются окисные пленки и поверхности сближаются до расстояний возникновения межатомных связей. Зона, где образовались межатомные связи соединяемых частей при сварке давлением, называется зоной соединения.

Характер процесса сварки давлением с нагревом может быть и другим. Например, при контактной стыковой сварке оплавлением свариваемые кромки первоначально оплавляются, а затем пластически деформируются. При этом часть пластически деформированного металла совместно с некоторыми загрязнениями выдавливается наружу, образуя грат.

Сварка плавлением. Сущность сварки плавлением состоит в том, что при температурах выше Тпл (рис. 1) жидкий металл одной оплавленной кромки самопроизвольно соединяется и в какой-то мере перемешивается с жидким металлом второй оплавленной кромки. Так создается общий объем жидкого металла – сварочная ванна. Плавление основного и присадочного материалов в процессе сварки происходит под действием концентрированной энергии, вызванной сварочной дугой, пламенем горелки или каким-либо другим способом. Если в зону сварки не подается дополнительный металл, то сварочная ванна образуется только за счет основного соединения. Но чаще сварочная ванна получается смешиванием основного и присадочного металла, вносимого непосредственно в зону сварки электродом, сварочной проволокой и т. д.

Энергия теплового источника (электрической дуги, газового пламени и т. п.) расходуется на нагрев металла детали, на расплавление электрода или присадочного материала, на плавление защитного флюса (покрытия электрода) и на тепловые потери. Распределение температуры в свариваемом металле зависит от мощности источника тепла, физических свойств металла (теплоемкость, температура плавления и др.), размеров конструкции, скорости перемещения и т. д.

На рис. 2 показаны изотермы – овальные кривые, сгущающиеся впереди движущегося при сварке источника тепла (электрической дуги, пламени горелки). Изотерма 1600 °C – это температура плавления стали, она определяет ориентировочный размер сварочной ванны. Изотерма 1000 °C указывает на зону перегрева металла, изотерма 800 °C показывает зону закалочных явлений, а 500 °C – зону отпуска.

Рис. 2. Схема изотерм при сварке

Затвердевание расплавленного металла, происходящее в хвостовой части ванны, называется кристаллизацией. Динамика этого процесса такова: сварочная дуга, направленная в головную часть ванны, повышает в этой области температуру, в результате чего происходит плавление основного и электродного металлов. Механическое давление, оказываемое дугой на жидкую фазу основного и дополнительного металлов, вызывает их перемешивание и перемещение в хвостовую часть ванны. Таким образом, давление, вызванное дугой, приводит к вытеснению металла из основания ванны и открывает доступ к следующим слоям, где поддерживается необходимая для плавления температура. По мере удаления металла от зоны плавления отвод тепла начинает преобладать над его притоком, и температура жидкой фазы снижается. Расплавленные фазы основного и электродного металлов перемешиваются между собой и, затвердевая, образуют общие кристаллы, что обеспечивает монолитность сварного соединения.

Снижение температуры в хвостовой части ванны происходит за счет усиленного теплоотвода в прилегающий холодный металл, так как его масса по сравнению с ванной значительно преобладает. Кристаллы металла начинают формироваться от готовых центров основного металла в направлении ведения сварки и принимают форму кристаллических столбов, вытянутых в сторону, противоположную теплоотводу.

После охлаждения и кристаллизации металла сварочной ванны получается металл сварного шва, соединяющий детали. Поскольку сварной шов образуется за счет расплавления металла электрода и частично основного металла, в зоне сплавления кристаллизуются зерна, принадлежащие как основному, так и присадочному металлу (рис. 3, а).

Рис. 3. Зоны сварного шва (а) и возможные дефекты в нем (б)

Свойства сварного соединения определяются характером тепловых воздействий на металл в околошовных зонах. Зона вблизи границы оплавленной кромки свариваемой детали и шва, содержащая образовавшиеся межатомные связи, называется зоной сплавления. В поперечном сечении сварного соединения она измеряется микрометрами, но роль ее в прочности металла очень велика.

В зоне термического влияния (ЗТВ) из-за быстрого нагрева и охлаждения металла в нем происходят структурные изменения. Следовательно, сварной шов может получиться прочным и пластичным, но из-за термических воздействий на деталь качество сварки в целом будет низким (рис. 3, б).

Величина ЗТВ составляет при ручной электродуговой сварке для обычного электрода 2–2,5 мм, а для электродов с повышенной толщиной покрытия – 4–10 мм. При газовой сварке ЗТВ существенно возрастает – до 20–25 миллиметров.

ЗТВ характеризуется неравномерным распределением максимальных температур нагрева; в этой зоне можно различать участки: старения (200–300 °C); отпуска (250–650 °C); неполной перекристаллизации (700–870 °C); нормализации (840–1000 °C); перегрева (1000–1250 °C); околошовный участок, примыкающий к линии сплавления (1250–1600 °C). При этом возможны два предельных случая: резкая закалка при быстром охлаждении околошовного участка и перегрев при медленном охлаждении с образованием крупных зерен аустенита.

Высокотемпературные фазы железоуглеродистых сплавов подразделяются:

● на феррит (твердый раствор внедрения C в α-железе с объемно-центрированной кубической решеткой);

● аустенит (твердый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решеткой);

● цементит (карбид железа Fe_3C, метастабильная высокоуглеродистая фаза);

● графит (стабильная высокоуглеродистая фаза).

Особое значение для процесса сварки сталей и чугунов имеет аустенит. Он не магнитен, сравнительно мягкий, углерода содержит не более 2 %. В равновесном состоянии аустенит существует только при высоких температурах, начиная с 723 °C. Имеет форму полиэдрических зерен, размеры которых увеличиваются в процессе выдержки при высоких температурах.

Всего в настоящее время различают более 150 видов сварочных процессов, под которыми в настоящее время понимают достаточно широкую группу технологических процессов соединения, разъединения (резки) и локальной обработки материалов, как правило, с использованием местного нагрева изделий. Примерами сварочных процессов могут служить: сварка, наплавка, пайка, пайка-сварка, сварка-склейка, напыление, спекание, термическая резка и др.

Сварка плавлением, особенно с применением электрической энергии, на сегодняшний день является наиболее востребованной. По способу нагрева этот вид делится на электродуговую, электрошлаковую, электроконтактную и электронно-лучевую[1]. Соответственно, для нагрева свариваемых кромок металла используются разные источники: электрическая дуга, теплота расплавленного шлака, энергия электронного или лазерного излучения, плазма, печь. Металл шва может образовываться как за счет оплавленных кромок, так и за счет дополнительного присадочного металла. Межатомные связи в таком соединении при сварке плавлением образуются за счет расплавления кромок, смачивания их между собой либо расплавления их присадочным металлом.

Зона вблизи границы оплавленной кромки называется зоной сплавления. Ширина ее очень мала (микрометры), но роль в прочности соединения исключительно велика, ведь именно здесь образуются межатомные связи.

Для всех термических процессов сварки плавлением, независимо от вида носителя энергии, в стык она вводится всегда путем расплавления металла. В термомеханических и механических процессах преобладают внутренние носители энергии, в которых ее преобразование в теплоту происходит главным образом вблизи контакта соединяемых изделий – стыка.

Существует довольно много промышленных технологий соединения металлов помимо рассмотренных выше. Это, например, диффузионная сварка в вакуумной установке с высокотемпературным нагревом, сварка трением (при вращении одной из соединяемых частей свариваемого изделия), сварка взрывом, сварка ультразвуком и др. Впрочем, некоторые виды вполне успешно можно применять и в небольших мастерских.

Экзотермическая (термитная) сварка. Это сварка деталей расплавленным металлом, образованным в ходе химической реакции, сопровождающейся высокой температурой (большим количеством тепла). Основным компонентом этого вида сварки является термитная смесь. Такой способ обеспечивает возможность создания связей на молекулярном уровне для разных материалов без каких-либо внешних источников энергии или тепла: медь – медь; медь – оцинкованная сталь; медь – «черная» сталь; медь – омедненная сталь; медь – нержавеющая сталь; медь – бронза; медь – латунь; и даже сталь – сталь.

Кузнечная сварка. Первый в истории вид сварки. Соединение материалов осуществляется за счет возникновения межатомных связей при пластическом деформировании инструментом (ковочным молотом). В настоящее время в промышленности практически не используется, но поддерживается кустарными промыслами и мелкотоварным производством, в основном для изготовления модных кованых изделий – ворот, оград, предметов интерьера и т. п.

Контактная сварка. При контактной сварке происходят два последовательных процесса: нагрев свариваемых изделий до пластического состояния и их совместное пластическое деформирование. Основными разновидностями такого метода являются точечная контактная сварка и шовная сварка. В промышленности применяют также стыковую сварку сопротивлением, стыковую сварку непрерывным оплавлением и рельефную сварку.

При точечной сварке детали зажимаются в электродах сварочной машины или в специальных сварочных клещах (рис. 4). После этого между электродами начинает протекать большой ток, который разогревает металл деталей в месте их контакта до температур плавления. Затем ток отключается и осуществляется «проковка» за счет увеличения силы сжатия электродов. Металл кристаллизуется при сжатых электродах, и образуется сварное соединение.

Рис. 4. Контактная точечная сварка:

1 – свариваемые детали; 2 – электроды; 3 – усилие сжатия; 4 – сварочная ванна

Другой подвид точечной сварки – шовная сварка. Подача изделия вдоль шва здесь выполняется вращающимися роликами. Через ролики подводится сварочный ток кратковременными импульсами (доли секунд) с небольшими паузами, образуя сварные точки, перекрывающие краями друг друга. Этим создается непрерывность шва. Такой метод применяется для сварки бензобаков, огнетушителей, фляг и т. п.

Чаще всего применяются в быту и мелкосерийном производстве электродуговая сварка и газовые сварка и резка. Они и будут рассмотрены в данной книге наиболее подробно. Но вначале следует определиться со специфической терминологией, применяемой для описания сварочных процессов.

Сварочная терминология

Металлическую конструкцию, изготовленную с помощью сварки из отдельных деталей, называют сварной, а часть такой конструкции – сварным узлом. ГОСТ 2601–84 устанавливает ряд терминов и определений для сварных соединений и швов.

Основной металл – это металл подвергающихся сварке соединяемых частей.

Сварным соединением называют неразъемное соединение, выполненное сваркой. Оно включает в себя сварной шов, прилегающую к нему зону основного металла (ЗТВ), в которой в результате теплового воздействия сварки произошли структурные и другие изменения, и примыкающие к ней участки основного металла.

Наплавкой называется нанесение посредством сварки плавлением слоя металла на поверхность изделия.

Сварной шов представляет собой участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла сварочной ванны. Сварочная ванна – это часть металла свариваемого шва, находящаяся при сварке плавлением в жидком состоянии. Углубление, образующееся в шве по окончании процесса сварки, называют кратером. Металл, подаваемый в зону дуги дополнительно к расплавленному основному металлу, называют присадочным. Переплавленный присадочный металл, введенный в сварочную ванну или наплавленный на основной металл, называют наплавленным. Сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами или только переплавленным основным металлом, называют металлом шва.

Слой сварного шва – это часть металла шва, которая состоит из одного или нескольких валиков, располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва. Валик представляет собой металл шва, наплавленный или переплавленный за один проход. Под проходом понимают однократное перемещение в одном направлении источника тепла при сварке и (или) наплавке. Часть сварного шва, наиболее удаленную от его лицевой поверхности, называют корнем. Шов, выполняемый предварительно для предотвращения прожогов при многопроходной сварке или наплавленный в корень шва для обеспечения гарантированного проплавления, называют подварочным.

По условиям работы швы бывают рабочие, воспринимающие внешние нагрузки, и связующие (соединительные), предназначенные только для крепления частей изделия и не рассчитанные на восприятие внешних нагрузок. Кроме того, технологию выполнения сварных швов описывает целый ряд характеристик.

Так, по характеру выполнения сварные швы могут быть одно– и двусторонними, а по числу слоев – одно– и многослойными, а также многопроходными. В зависимости от расположения швов в конструкции сварку выполняют в разных положениях: нижнем, горизонтальном, вертикальном и потолочном. Сварные швы также подразделяются по положению в пространстве: «в лодочку», нижние, полугоризонтальные, горизонтальные, полувертикальные, вертикальные, полупотолочные и потолочные. По протяженности различают швы непрерывные и прерывистые. А по отношению к направлению действующего усилия швы подразделяют на продольные, поперечные, комбинированные и косые.

Различают сварные швы и в зависимости от типа сварных соединений, которые бывают стыковыми, угловыми, торцовыми, тавровыми и нахлесточными. Однако в этом случае определены только два вида сварных швов: стыковые и угловые. Эти и все вышеперечисленные параметры будут в дальнейшем рассмотрены подробно.

Сварные соединения и швы

Сварные соединения могут быть стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными (рис. 5).

Рис. 5. Сварные соединения:

а – стыковое; б – угловое; в – нахлесточное; г – тавровое; д – торцовое

Стыковым называется сварное соединение двух элементов, расположенных в одной плоскости или на одной поверхности и примыкающих друг к другу торцами.

Угловым называется соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев.

Нахлесточным называется сварное соединение, в котором свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга. Разновидностью нахлесточного является торцовое соединение, в котором боковые поверхности свариваемых элементов примыкают друг к другу.

Тавровым называется сварное соединение, в котором к боковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент.

Часть конструкции, в которой сварены примыкающие друг к другу элементы, называется сварным узлом.

Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми (рис. 6, а – г). Стыковой шов – сварной шов стыкового соединения. Угловой шов – сварной шов углового, таврового и нахлесточного соединений. Разновидностью этих типов являются швы пробочные и прорезные, выполняемые в нахлесточных соединениях.

Рис. 6. Сварные швы:

а – стыковые; б – угловые; в – пробочные; г – прорезные; д – непрерывные; е – прерывистые цепные; ж – прерывистые шахматные; з – односторонние; и – двусторонние; к – многослойные (показано 2 слоя); л – основные и промежуточные пространственные положения сварных швов (I – нижнее; II – вертикальное или горизонтальное; III – потолочное); м – о – прихватки

По форме в продольном направлении сварные швы могут быть непрерывными, прерывистыми, одно– и многослойными, одно– и двусторонними (рис. 6, д – к). С помощью стыковых швов образуют в основном стыковые соединения, с помощью угловых швов – тавровые, крестовые, угловые и нахлесточные, с помощью пробочных и прорезных швов могут быть образованы нахлесточные и иногда тавровые соединения.

В зависимости от формы и размеров изделия швы можно выполнять в различных пространственных положениях. Швы разделяют на нижние, вертикальные, горизонтальные и потолочные (рис. 6, л). Горизонтальные швы выполняют на вертикальной плоскости в горизонтальном направлении. Согласно ГОСТ 11969–79, швы по положению в пространстве подразделяются: на нижние – Н и нижние «в лодочку» – Л; полугоризонтальные – Пг; горизонтальные – Г; полувертикальные – Пв; вертикальные – В; полупотолочные – Пп; потолочные – П.

Сварные швы, применяемые для фиксации взаимного расположения, размеров и формы собираемых под сварку элементов, называются прихватками. Длина каждой прихватки составляет от 3 до 6 толщин свариваемого металла, расстояние между ними выдерживается от 20 до 40 толщин. Ставят прихватки с лицевой стороны соединения, очищают от шлака, а при сварке полностью удаляют или полностью переплавляют. На коротких и средних швах прихватки расставляют от центра к краям, поочередно в каждую сторону (рис. 6, м). На длинных швах поступают наоборот – прихватывают вначале края, затем центр и поочередно с каждой стороны двигаются от краев к центру (рис. 6, н). При кольцевых швах (рис. 6, о) прихватки ставят попеременно по главным координатным осям (под 90°), а при необходимости – и по дополнительным диагоналям (под 45°).

Стыковые швы, как правило, выполняют непрерывными; отличительным признаком для них обычно служит форма разделки кромок[2] соединяемых деталей в поперечном сечении (рис. 7, а – е). По этому признаку различают следующие основные типы стыковых швов: с отбортовкой кромок (применяются при газовой сварке тонкого металла); без разделки кромок – односторонние (при толщине свариваемых деталей 1–6 мм) и двусторонние (при толщине деталей 3–8 мм); с разделкой одной кромки – односторонней, двусторонней (до 60 мм); с прямолинейной или криволинейной формой разделки; с односторонней разделкой двух кромок; с V-образной разделкой; с двусторонней разделкой двух кромок; с Х-образной разделкой (с толщиной деталей до 120 мм). Разделка может быть образована прямыми линиями (скос кромок) либо иметь криволинейную форму (U-образная разделка).

Угловые швы различают по форме подготовки свариваемых кромок в поперечном сечении и степени непрерывности шва по длине (рис. 7, ж – и). По форме поперечного сечения швы могут быть без разделки кромок (при толщине свариваемых деталей от 2 до 30 мм), с односторонней разделкой кромки (3–60 мм), с двусторонней разделкой кромок (до 100 мм). По протяженности угловые швы могут быть непрерывными и прерывистыми, с шахматным и цепным расположением отрезков шва (рис. 6, д – ж). Тавровые, нахлесточные и угловые соединения могут быть выполнены отрезками швов небольшой протяженности – точечными швами.

Рис. 7. Подготовка кромок стыковых (а – е) и угловых (ж – и) швов:

а – с отбортовкой кромок; б – без разделки кромок; в – с разделкой одной кромки: г – с односторонней разделкой двух кромок; д – с Х-образной разделкой двух кромок; е – с U-образной разделкой; ж – без разделки; з – с односторонней разделкой; и – с двусторонней разделкой; к – конструктивные элементы разделки

Пробочные швы по своей форме в плане (вид сверху) обычно имеют круглую форму и получаются в результате полного проплавления верхнего и частичного проплавления нижнего листов (их часто называют электрозаклепками) либо путем проплавления верхнего листа через предварительно проделанное отверстие.

Прорезные швы, обычно удлиненной формы, получают путем приварки верхнего (накрывающего) листа к нижнему угловым швом по периметру прорези. В отдельных случаях прорезь может заполняться и полностью.

Подготовку кромок при ручной сварке регламентирует ГОСТ 5264–80. Чаще всего приходится разделывать кромки при сварке металла большой толщины. Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют четыре основных конструктивных элемента: зазор b, притупление с, угол скоса кромки β и угол разделки кромок α, равный β или 2β (рис. 7, к). Стандартный угол разделки кромок, в зависимости от способа сварки и типа соединения, изменяется в пределах от 45 ± 2° до 12 ± 2°. Тип разделки и величина угла разделки кромок определяют количество необходимого дополнительного металла для заполнения разделки, а значит, производительность сварки. Так, например, Х-образная разделка кромок по сравнению с V-образной позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6–1,7 раза. Уменьшается время на обработку кромок. Правда, в этом случае возникает необходимость вести сварку с одной стороны шва в неудобном потолочном положении или кантовать свариваемые изделия.

Притупление кромки, т. е. нескошенная часть торца кромки, подлежащей сварке, обычно составляет 2 ± 1 мм и выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла. Его назначение – обеспечить правильное формирование шва и предотвратить прожоги в корне шва. Зазор b обычно равен 1–2 мм (допускается до 5 мм), так как при принятых углах разделки кромок наличие зазора необходимо для провара корня шва. Чем больше зазор, тем глубже проплавление металла.

Основными геометрическими параметрами сварных швов являются: при стыковых соединениях – ширина, выпуклость и глубина проплавления шва; при угловых, тавровых и нахлесточных соединениях – ширина, толщина и катет шва (рис. 8, г – д).

Рис. 8. Виды сварных швов (а – плоский; б – выпуклый; в – вогнутый) и характеристики стыкового (г) и углового (д) швов:

е – ширина шва; h – глубина проплавления; g – выпуклость шва; а – толщина шва; k – катет шва

Глубина проплавления стыкового шва (h) – наибольшая глубина расплавления основного металла в сечении шва.

Толщина углового шва (а) – наибольшее расстояние от поверхности углового шва до точки максимального проплавления основного металла.

Катет углового шва (k) – кратчайшее расстояние от поверхности одной из свариваемых частей до границы углового шва на поверхности второй свариваемой части. При симметричном угловом шве за расчетный катет принимается любой из равных катетов, при несимметричном шве – меньший.

Выпуклость сварного шва (g) – выпуклость шва, определяемая расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы сварного шва с основным металлом, и поверхностью сварного шва, измеренным в месте наибольшей выпуклости.

Основным показателем формы швов является коэффициент формы сварного шва (ψ). Для стыкового шва этот коэффициент равен отношению ширины шва к глубине проплавления ψ = e/h; для углового шва – отношению ширины к толщине шва ψ = е/а. Форма и размеры сварного шва существенно влияют на качество сварного соединения. При ручной сварке покрытыми электродами коэффициент формы провара колеблется в пределах ψ = 1,0–2,5.

Таким образом, по форме наружной поверхности стыковые швы могут быть нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми (рис. 8, а – в). Причем вогнутость стыковых швов недопустима, это является серьезным браком сварки.

Угловые швы выполняются выпуклыми, плоскими, вогнутыми. Вогнутость угловых швов при сварке во всех пространственных положениях допускается не более 3 мм. Выпуклость сварных швов допускается не более 2 мм при сварке в нижнем положении и не более 3 мм при сварке в остальных положениях. Допускается увеличение выпуклости сварных швов, выполненных в вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях на 1 мм при толщине основного металла до 26 мм и на 2 мм при толщине основного металла свыше 26 миллиметров.

Сварные соединения с выпуклыми (стыковыми и угловыми) швами лучше работают на статическую нагрузку. Но чрезмерно выпуклые швы нежелательны из-за повышенного расхода электродов и электрической энергии, а также из-за концентрации напряжений в точках пересечения поверхности шва с основным металлом.

Сварные соединения с плоскими (стыковыми и угловыми) и вогнутыми (угловыми) швами лучше работают на переменную и динамическую нагрузку, так как нет резкого перехода от основного металла к сварному шву. В противном случае создается концентрация напряжений, от которых может начаться разрушение сварного соединения.

Для всех типов швов важны полный провар кромок соединяемых элементов и внешняя форма шва как с лицевой, так и с обратной стороны. В стыковых, особенно односторонних, швах трудно проваривать кромки притупления на всю их толщину без специальных приемов, предупреждающих прожог и обеспечивающих хорошее формирование обратного валика.

Большое значение также имеет образование плавного перехода металла лицевого и обратного валиков к основному металлу, так как это обеспечивает высокую прочность соединения при динамических нагрузках. В угловых швах также бывает трудно проварить корень шва на всю его толщину, и тогда рекомендуется вогнутая форма поперечного сечения шва с плавным переходом к основному металлу. Это снижает концентрацию напряжений в месте перехода и повышает прочность соединения при динамических нагрузках.

Химический состав сварного шва

Химический состав сварного шва значительно отличается от состава основного металла, так как в этой области происходит перемешивание основного и электродного металлов, различных присадок, используемых при сварке, а также продуктов реакций взаимодействия жидкой фазы с атмосферными газами и защитными средствами. Соотношение отдельных компонентов, сварного шва зависит от способа наложения шва, режимов сварки. К примеру, если сварной шов ведется с разделкой, то доля основного металла в структуре шва значительно снижается. Состав металла шва определяют с учетом коэффициента перехода n, показывающего, какая доля металла, содержащегося в электродной проволоке, переходит в металл шва. Величина этого коэффициента изменяется в широких пределах (0,3–0,95) в зависимости от химической активности элемента, вида и технологии сварки и др.

В процессе сварки расплавленный металл активно вступает в реакцию с атмосферными газами, поглощая их и тем самым снижая механические качества сварного шва. Так, при дуговой сварке дуга, контактирующая с металлом, состоит из смеси N_2, O_2, Н_2, СO_2, СО, паров Н_2О, паров металла и шлака. В зоне плавления металла происходит процесс диссоциации – распад молекул на атомы. Под воздействием высоких температур молекулярный азот, водород и кислород распадаются и переходят в атомарное состояние, при котором активность газов значительно повышается.

К примеру, атомы кислорода начинают активно растворяться в жидкой фазе металла, а при достижении предела растворимости начинается химическое взаимодействие, сопровождающееся образованием оксидов. В результате этого примеси и легирующие элементы, содержащиеся в металле, окисляются. С повышением содержания кислорода в металле шва снижаются предел прочности, предел текучести, ударная вязкость. Кроме того, ухудшается коррозионная стойкость и жаропрочность сталей. Кислород попадает в зону сварки из окружающего воздуха, из влаги, находящейся на свариваемых кромках и флюсах, с покрытия электродов. Удаление кислорода из расплавленного металла достигается за счет введения в сварочную ванну кремния и марганца, которые взаимодействуют с оксидом железа, образуя шлак. Шлак в процессе кристаллизации образует на поверхности шва твердую корку, которая удаляется механическим путем.

Растворение азота в жидкой фазе большинства конструктивных металлов сопровождается образованием соединений, называемых нитридами. Это приводит к старению металла и повышению его хрупкости. Азот попадает в зону сварки из окружающего воздуха, и для недопущения образования нитридов сварочную ванну изолируют средой защитных газов. Защиту сварного шва осуществляют при сварке легированных, жаропрочных сталей и большинства цветных металлов.

Весьма нежелательным процессом является растворение водорода, что приводит к возникновению гидридов. Образование этих соединений в ЗТВ приводит к появлению пор, микро– и макротрещин. Водород попадает в зону сварки из атмосферного воздуха и при разложении влаги, которая имеется на свариваемых кромках, в покрытии электродов, защитных флюсах и т. д. Снижению содержания водорода способствуют предварительное прокаливание и тщательная зачистка электродов и свариваемых поверхностей.

Окись углерода в жидкой фазе металла практически не растворяется, но влияние этого соединения на качество сварного шва огромно. В результате процесса кристаллизации металла окись углерода начинает выделять пузырьки, образуя поры в массиве сварного шва.

Отличия сварочной ванны от металлургической, в которой плавят сталь, следующие:

● малый объем и кратковременность существования ванны, поэтому плохо перемешивается металл; возможны поры из-за того, что не успевают выделиться газы; шлаковые включения в сварном шве;

● вследствие значительной поверхности контакта расплавленного металла с атмосферой происходит выгорание «полезных» кремния и магния и образование окислов железа (наличие кислорода в стали приводит к снижению ее прочности, пластичности и коррозионной стойкости и сообщает стали красноломкость), а насыщение сварного шва азотом увеличивает хрупкость.

Негативное влияние на состав сварного шва оказывает сера, которая находится в основном и присадочном металлах, в покрытиях, флюсах и т. д. Под действием высоких температур в сварочной ванне образуется сульфид железа (FeS), который в процессе кристаллизации образует эвтектику[3], температура плавления которой ниже, чем у основного металла.

Пары воды, находящиеся в жидкой фазе металла, взаимодействуют с ней, образуя оксиды железа и водород.

Бороться с этими вредными явлениями чрезвычайно трудно, и полностью изолировать сварочную ванну от влияния атмосферных газов чаще всего не удается. Для того чтобы снизить влияние на сварочную ванну атмосферных газов, применяют разные виды защиты – электродное покрытие, защитные газы, флюсы, вакуум и т. д. Это значительно снижает интенсивность металлургических реакций и позволяет добиться хорошего качества сварного шва. Кроме того, большая скорость охлаждения сварочной ванны не позволяет металлургическим реакциям завершиться полностью. Поэтому для регулирования сварочных процессов особое значение приобретают различные флюсы.

Сварочные флюсы

Флюс – это неметаллический материал, который вводится в зону сварки, наплавки, пайки, где под действием высоких температур, поддерживаемых в зоне сварки, плавится, образуя шлак. Покрывая сплошной пленкой сварочную ванну, шлак изолирует расплавленный металл от атмосферных газов, сдерживая металлургические реакции. Кроме того, сварочные флюсы уменьшают скорость охлаждения сформировавшегося шва, обеспечивают нужное качество металла шва за счет легирования, улучшают формирование шва, восстанавливают окислы, разжижают и понижают температуру шлаков, стабилизируют горение дуги, улучшают растекаемость металла. Флюсы должны обеспечивать легкую отделяемость шлака, минимизировать количество вредных газов и пыли, выделяющихся при сварке, а также уменьшать потери электродного металла на угар и разбрызгивание.

В сварочном процессе роль флюсов, особенно керамических, огромна. К примеру, флюсы, содержащие в своем составе марганец и кремний, способствуют процессу восстановления этих веществ и частично препятствуют окислению углерода, что снижает вероятность образования пор в металле шва. Образовавшийся при этом оксид железа переходит в шлак.

В состав сварочных материалов могут входить вредные вещества (сера, фосфор и др.), которые оказывают отрицательное влияние на качество шва, являясь причиной хрупкости сварного соединения и образования горячих трещин. В нейтрализации этих вредных явлений участвует содержащийся во флюсах марганец. Он является более активным элементом, чем свариваемый металл, и, вступая в реакцию с сульфидом железа FeS, образует менее растворимый сульфид марганца MnS, вызывая тем самым перераспределение серы из расплавленного металла в шлак и предотвращая появление горячих трещин.

Однако флюсы могут оказывать и негативное воздействие, способствуя увеличению размера кристаллов. Избежать этого помогает добавление специальных модификаторов, содержащих алюминий, титан или ванадий, которые измельчают структуру шва, улучшая его прочностные характеристики.

Для дуговой сварки и наплавки применяют обычно зернистый, порошкообразный флюс. Такой же флюс, но с дополнительными свойствами по электропроводности, используют и для электрошлаковой сварки. Для газовой сварки и пайки в качестве флюсов применяют пасты, порошки и газ.

Флюс получают сплавлением составляющих его компонентов и последующим дроблением (плавленые флюсы) или механическим связыванием (склеиванием) порошкообразных компонентов с последующим измельчением (неплавленые флюсы).

По назначению флюсы разделяют на три группы: для сварки углеродистых и легированных сталей, для сварки высоколегированных сталей, для сварки цветных металлов и их сплавов. В зависимости от химического состава различают флюсы высококремнистые (более 35 % кремнезема), низкокремнистые (до 35 % кремнезема), безмарганцевые (менее 1 % марганца), марганцевые (более 1 % марганца). Изготавливают также легированные флюсы, содержащие чистые легирующие металлы или ферросплавы. Флюсы для автоматической сварки выпускаются по ГОСТ 9087–81. Флюс с размером зерен от 0,25 до 1,60 мм предназначен для сварки проволокой диаметром до 3,00 мм, с размерами зерен от 0,35 до 3,00 мм – для сварки проволокой диаметром более 3,00 миллиметров.

Плавленые флюсы изготавливаются двух видов: стекловидные (зерна прозрачные, от светло-желтого до бурого и коричневого цвета) и пемзовидные (пористые зерна светлой окраски). Объемная масса стекловидных флюсов – от 1,3 до 1,8 кг/дм^3, пемзовидных – не более 1 кг/дм^3. Наиболее распространены стекловидные флюсы.

К неплавленым флюсам относятся керамические, которые используются главным образом как легирующие: они малочувствительны к ржавчине, окалине и влаге на кромках свариваемых швов; добавление керамических флюсов к стекловидным позволяет получать швы высокого качества даже при плохой очистке кромок.

По сложившейся традиции, марки флюсов обычно указывают наименование разработчика и порядковый номер флюса. Так, флюсы, разработанные ИЭС им. Е. О. Патона, имеют сериал, обозначенный буквенными индексами «АН» (АН-348-А; АН-20; АН-22 и т. д.), что обозначает – «Академия наук» (в составе которой находится ИЭС им. Патона). Флюсы, предложенные НПО ЦНИИТМАШ, имеют сериал «ФЦ» – флюсы ЦНИИТМАШ.

Преимущество плавленых флюсов перед керамическими – это более высокие технологические свойства (защита, формирование, отделяемость шлаковой корки и др.) и меньшая стоимость. Преимуществом керамических флюсов является возможность в более широких пределах легировать металл шва через флюс. В промышленности применяют преимущественно плавленые флюсы.

Высококремнистыми и марганцовистыми флюсами являются флюсы ОСЦ-45 и АН-348-А, АН-348Ш, шихта которых состоит из марганцевой руды (МnО), кварцевого песка (SiO_2) и плавикового шпата (фтористого кальция CaF_2). Буква А в конце марки флюса обозначает, что грануляция крупная (для автоматической сварки), а буква ∅ – мелкая грануляция, т. е. для использования при полуавтоматической сварке шланговыми полуавтоматами.

Для автоматической наплавки под флюсом служат те же флюсы, что и для сварки. Наиболее распространены плавленые флюсы АН-348-А; ОСЦ-45; АН-20; АН-60; 48-ОФ-6; АН-26; АН-15М; АН-8; АН-25; АН-22; АНФ-6 в сочетании с легированными проволоками.

Основы электродуговой сварки

Электродуговая сварка получила наиболее широкое распространение в промышленности, мелкосерийном производстве и в кустарных мастерских. С применением электродуговой сварки в настоящее время осуществляется примерно 65 % сварочных работ. И именно она рекомендуется для применения домашним умельцам.

Источником нагрева и расплавления свариваемого металла при дуговых способах сварки является сварочная дуга, представляющая собой длительный мощный электрический разряд, происходящий в ионизированной среде между двумя электродами или электродом и деталью (рис. 9). При этом начальная фаза среды может быть любой: твердой (например, сварочный флюс); жидкой (например, вода); газообразной (например, аргон); плазменной. Температура в столбе сварочной дуги колеблется от 5000 до 12 000 К и зависит только от состава газовой среды дуги. Длиной сварочной дуги называют расстояние между концом электрода и поверхностью кратера (углубления) сварочной ванны.

Рис. 9. Электрическая сварочная цепь дуговой сварки:

1 – свариваемая деталь; 2 – сварочный электрод; 3 – сварочная дуга; 4 – сварочная ванна; 5 – источник питания дуги

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 получила ручная дуговая сварка плавящимися электродами на переменном и постоянном токах, дающая возможность сваривать в непроизводственных условиях большинство сталей, включая нержавеющие.

Для поддержания электрического разряда нужной продолжительности необходимо применение специальных источников питания дуги. Для питания дуги переменным током применяют сварочные трансформаторы, постоянным током – сварочные генераторы или сварочные выпрямители. При сварке постоянным током количество тепла на электродах различно, поэтому в сварке введено понятие полярности – прямой и обратной. Электрод, подсоединенный к положительному полюсу источника питания дуги, называют анодом, а к отрицательному – катодом. Таким образом, когда катод (—) источника подключен к электрододержателю, а анод (+) – к детали, это прямая полярность, наоборот – обратная.

При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металлов требуется защита расплава сварочной ванны от воздействия кислорода и азота воздуха, ибо последние ухудшают механические свойства металла шва. Поэтому защищают зону дуги, сварочную ванну, а также электродный стержень.

По характеру защиты свариваемого металла и сварочной ванны от окружающей среды дуговую сварку разделяют на следующие способы: с покрытыми электродами, в защитных газах, под флюсом, порошковой самозащитной проволокой.

Дуговая сварка покрытыми электродами[4]. При этом способе процесс выполняется вручную (рис. 10). Сварочные электроды могут быть плавящимися – стальными, медными, алюминиевыми и др. Наиболее широко применяют сварку стальными электродами, имеющими на поверхности электродное покрытие. Покрытие электродов готовится из порошкообразной смеси различных компонентов и наносится на поверхность стального стержня в виде затвердевающей пасты. Его назначение – повысить устойчивость горения дуги, провести металлургическую обработку сварочной ванны и улучшить качество сварки. Сварной шов образуют за счет расплавления металла свариваемых кромок и плавления стержня сварочного электрода. При этом сварщик вручную осуществляет два основных технологических движения: подачу покрытого электрода в зону сварки по мере его расплавления и перемещение дуги вдоль свариваемого шва.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами – один из наиболее распространенных способов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Она отличается простотой и универсальностью, возможностью выполнения соединений в различных пространственных положениях и в труднодоступных местах. Существенный недостаток ее – малая производительность процесса и зависимость качества сварки от квалификации сварщика.

Рис. 10. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами:

1 – деталь; 2 – стержень электрода; 3 – покрытие; 4 – дуга; 5 – сварочная ванна

Дуговая сварка неплавящимся электродом[5]. В настоящее время в качестве неплавящегося электрода используют преимущественно стержни из чистого вольфрама, реже из графита (рис. 11).

Рис. 11. Ручная дуговая сварка неплавящимися электродами:

1 – деталь; 2 – электрод; 3 – поток защитного газа; 4 – дуга; 5 – сварочная ванна; 6 – присадочный материал

Применяемые вольфрамовые электроды должны отвечать требованиям ГОСТ 23949–80. Они могут содержать активирующие добавки оксида лантана (ЭВЛ), иттрия (ЭВИ), диоксида тория (ЭВТ). Эти добавки облегчают зажигание и поддерживают горение дуги, повышают эрозионную стойкость электрода. Наибольшее распространение получили электроды ЭВЛ и ЭВИ ∅ 5–10 мм, выдерживающие большую токовую нагрузку. Из-за окисления вольфрамовых электродов и их быстрого разрушения для защиты не допускается использовать газы, содержащие кислород. Основным защитным газом является аргон или аргоно-гелиевая смесь. Наряду с инертными газами, для сварки вольфрамовым электродом используют и некоторые активные газы, например азот и водород, или их смеси с аргоном.

Дуговая сварка под флюсом[6]. Электрическая дуга здесь горит между плавящимся электродом и деталью под слоем сварочного флюса, полностью закрывающего дугу и сварочную ванну от взаимодействия с воздухом (рис. 12). Сварочный электрод выполнен в виде проволоки, свернутой в кассету и автоматически подаваемой в зону сварки. Перемещение дуги вдоль свариваемых кромок может выполняться или вручную, или с помощью специального привода. В первом случае процесс ведется с помощью сварочных полуавтоматов, во втором – с помощью сварочных автоматов. Дуговая сварка под флюсом отличается высокой производительностью и качеством получаемых соединений. К недостаткам процесса следует отнести трудность сварки деталей небольшой толщины, коротких швов и выполнение швов в основных положениях, отличных от нижних.

Рис. 12. Сварка под слоем флюса:

1 – деталь; 2 – слой флюса; 3 – дуга; 4 – электрод; 5 – сварочная ванна

Дуговая сварка в защитных газах[7]. Электрическая дуга горит в среде специально подаваемых в зону сварки защитных газов (рис. 13). Защитные газы изолируют сварочную ванну от атмосферного воздействия, поэтому металлургические процессы протекают только между элементами, содержащимися в основном и присадочном металлах. Наиболее эффективными являются инертные газы (аргон, гелий), которые не взаимодействуют с другими элементами. Защитная роль инертных газов значительно повышается при тщательной зачистке свариваемых кромок, на которых могут быть посторонние элементы, влияющие на химические процессы, происходящие в сварочной ванне. Роль активного газа СO_2 сводится к оттеснению от сварочной ванны окружающего воздуха, и в первую очередь азота.

Рис. 13. Сварка в защитном газе:

1 – деталь; 2 – защитный газ; 3 – электрод; 4 – дуга; 5 – сварочная ванна

При этом виде сварки можно использовать как неплавящиеся, так и плавящиеся электроды. Процесс выполняют ручным, механизированным или автоматическим способом. При сварке неплавящимся электродом применяют присадочную проволоку, при плавящемся электроде присадки не требуется. Сварка в защитных газах отличается широким разнообразием и применяется для широкого круга металлов и сплавов.

Свойства сварочной дуги

Для ручной дуговой сварки используют сварочную дугу прямого действия, когда дуга горит между электродом и изделием. В промышленности и при высокотехнологических способах сварки применяют также многоэлектродные дуги.

По роду тока различают дуги, питаемые переменным и постоянным током. Вследствие того, что мгновенные значения переменного тока переходят через нуль 100 раз в секунду, ионизация дугового промежутка менее стабильна и сварочная дуга менее устойчива по сравнению с дугой постоянного тока. Поэтому для этого вида дуги используют специальные электроды с соответствующим покрытием, которое стабилизирует дугу при пропадании тока.

При применении постоянного тока, как упоминалось выше, различают сварку на прямой и обратной полярности. В первом случае электрод подключается к отрицательному полюсу и служит катодом, а изделие – к положительному полюсу и служит анодом, т. е. ток идет от электрода к нагреваемому металлу. Во втором случае электрод подключается к положительному полюсу и служит анодом, а изделие – к отрицательному и служит катодом. Свободные электроны движутся от свариваемого металла через электрод, что ведет к сильному нагреву последнего. При одних и тех же параметрах источника сварочного тока температура на поверхности свариваемого металла при обратной полярности будет ниже, и этот эффект широко используют при сварке тонкой или высоколегированной стали. Если же сварка ведется на переменном токе, каждый из электродов является попеременно то анодом, то катодом.

Сварочный электрод плавится за счет тепла, сконцентрированного на его конце в приэлектродной области дуги. Количество тепла, выделяемого в этой области, напрямую зависит от силы тока и электрического сопротивления промежутка, образовавшегося между электродом и основным металлом. И чем больше вылет электрода, тем больше его сопротивление и тем больше выделяется тепла. Нагреваясь до температуры 2300–2500 °C, конец электрода плавится, а образовавшиеся при этом капли металла переносятся через дуговое пространство и попадают в сварочную ванну. Этому процессу способствуют электростатические и электродинамические силы, поверхностное натяжение, тяжесть металлической капли, давление газового потока, реактивное давление паров металла и т. д. Все эти силы, взаимодействуя между собой, формируют характер капельного переноса, который может быть крупнокапельным, мелкокапельным и струйным (рис. 14). Крупнокапельный перенос металла характерен для ручной дуговой сварки, мелкокапельный – для сварки под флюсом или в среде углекислого газа, а струйный – для сварки в среде аргона.

Силы поверхностного натяжения формируют каплю на конце электрода и направлены внутрь нее. В отрыве и переносе капли участвуют электродинамические силы и давление газовых потоков. И чем больше сила тока, тем больше эти силы и тем меньшими по размеру будут капли расплавленного металла. При этом происходит электрический взрыв перемычки, образованной между отделяющейся каплей и торцом электрода. Этот взрыв сопровождается выбросом части металла за пределы сварочной ванны (так называемым разбрызгиванием, когда сварочный процесс сопровождается фонтаном искр).

Основной металл плавится под воздействием сконцентрированного в активном пятне тепла, возникающего под воздействием дуги. Электромагнитные силы, вызывающие осевое давление плазменного потока на сварочную ванну, будут пропорциональны квадрату тока, создающего дугу. Поэтому, меняя силу тока электрической дуги, меняют размеры сварочной ванны в зависимости от толщины свариваемых деталей.

Рис. 14. Расплав и перенос электродного материала:

а – метод короткого замыкания (I – короткое замыкание; II – образование прослойки из жидкого металла; III – образование шейки; IV – возникновение дуги и образование газового облака вокруг столба дуги); б – капельный метод; в – струйный метод

Материал электродного покрытия налагает определенные ограничения на выбор полярности. Например, угольный электрод при обратной полярности горит с сильным разогревом и быстро разрушается (на аноде больше тепла). Голая проволока лучше горит при «+» на ней, очень плохо горит, когда на ней «—», и совсем не горит при переменном токе.

Магнитное дутье

При прохождении электрического тока по элементам сварочной цепи, в том числе по свариваемому изделию, создается магнитное поле, напряженность которого зависит от силы сварочного тока. Это магнитное поле сварочного контура может воздействовать на газовый столб электрической дуги.

Нормальная дуга бывает при симметричном относительно нее подводе тока (рис. 15, а). В этом случае собственное круговое магнитное поле тока оказывает равномерное воздействие на столб дуги.

При несимметричном относительно дуги подводе тока к изделию вследствие сгущения силовых линий кругового магнитного поля со стороны токопровода происходит отклонение дуги от оси электрода в поперечном или продольном направлении. По внешним признакам это подобно смещению факела открытого пламени при сильных воздушных потоках. При этом затрудняется и сам процесс сварки, нарушается стабильность горения дуги. Такое явление называют магнитным дутьем (рис. 15, б – в).

Рис. 15. Магнитное дутье:

а – нормальное положение; б – отклонение влево; в – отклонение вправо; г – действие ферромагнитной массы (пунктиром показана компенсирующая масса); д – несимметричность покрытия («козыряние» электрода); е – химическая неоднородность свариваемой стали

Массивные сварные изделия (ферромагнитные массы) имеют бо́льшую магнитную проницаемость, чем воздух. Поскольку магнитные силовые линии всегда стремятся пройти по среде с меньшим сопротивлением, дуговой разряд, расположенный ближе к ферромагнитной массе, всегда отклоняется в ее сторону (рис. 15, г).

Влияние магнитных полей и ферромагнитных масс можно устранить путем изменения места токоподвода и угла наклона электрода, размещения у места сварки компенсирующих ферромагнитных масс, замены постоянного сварочного тока переменным или использования инверторных источников питания.

В качестве компенсирующих ферромагнитных масс на практике часто используют стальную плиту с присоединенным к ней токопроводом, которую укладывают на расстоянии 200–250 мм от места сварки.

На столб сварочной дуги действует также несимметричное магнитное поле, которое создается током, протекающим в изделии; столб дуги при этом будет отклоняться в сторону, противоположную токоподводу.

Отклонение дуги могут вызвать несимметричность покрытия электрода (рис. 15, д) и химическая неоднородность свариваемой стали (рис. 15, е). На величину отклонения дуги влияет и угол наклона электрода, поэтому для его уменьшения электрод наклоняют в сторону отклонения дуги, а также уменьшают длину дуги.

Нередко при сварке наблюдается блуждание дуги – беспорядочное перемещение сварочной дуги по изделию, обусловливаемое влиянием загрязнения металла, потоков воздуха и магнитных полей. Особенно часто это наблюдается при сварке угольным электродом. Блуждание дуги ухудшает процесс формирования шва, поэтому для его устранения иногда используют постоянное продольное магнитное поле, создаваемое соленоидом, расположенным вокруг электрода.

Образование сварочной ванны

Процесс формирования сварочной ванны, происходящий под действием силы тяжести расплавленного металла Pm, давления сварочной дуги Рd и сил поверхностного натяжения Рn, представлен на рис. 16. Распределение этих сил во многом зависит от расположения сварного шва в пространстве. При нижнем расположении шва и при сквозном проплавлении жидкий металл удерживается в ванне силами поверхностного натяжения, которые уравновешивают силу тяжести Рm и давление, оказываемое на ванну источником теплоты Рd, т. е. Рn = Рd + Рm. Если это равновесие сил нарушается, то может произойти разрыв поверхностного слоя и металл вытечет из ванны, образуя прожог. В реальных условиях, когда сварочная ванна перемещается вдоль шва, могут возникать дополнительные силы гидродинамического характера, перемещающие расплавленный металл в хвостовую часть ванны. Для того чтобы уравновесить все эти силы, удерживающие жидкий металл в объеме ванны, приходится принимать дополнительные меры: сварку на подкладках или других удерживающих приспособлениях. Особенно велико значение таких мер при вертикальном и потолочном расположении шва.

Формирование вертикального шва может происходить по двум направлениям – снизу вверх и сверху вниз. Когда шов формируют снизу вверх, т. е. сварка выполняется на подъем, жидкий металл удерживается в ванне только силами поверхностного натяжения; при сварке сверху вниз к этим силам добавляется давление дуги.

Горизонтальный шов на вертикальной плоскости имеет свои особенности. При неправильно выбранных режимах сварки жидкий металл может концентрироваться на нижней плоскости шва, нарушая симметрию (с образованием подрезов и наплывов), что в конечном итоге снижает прочность сварки.

При потолочной сварке силы, действующие на жидкую фазу металла, должны не только удерживать ее от стекания вниз, но и перемещать электродный металл в направлении, противоположном силам тяжести. Во всех указанных случаях следует ограничить размеры сварочной ванны и тепловую мощность дуги.

Рис. 16. Силы, действующие в сварочной ванне, и формирование шва:

а – нижнее положение; б – вертикальное; в – горизонтальное; г – потолочное; Vсв – направление сварки; 1 – подрез; 2 – наплыв

Газы для защиты сварочной ванны

Защита плавящегося металла и расплавленной сварочной ванны от вредного воздействия окружающего воздуха при дуговой сварке является одной из главных задач обеспечения определенного качества шва. Такая защита обеспечивается истекающей из сопла горелки направленной струей защитного газа. Широко применяют в качестве защитных инертные (аргон, гелий) и активные (углекислый газ и азот) газы, а также их смеси.

Аргон – при обычных условиях бесцветный, неядовитый, невзрывоопасный газ без запаха и вкуса (может накапливаться в слабопроветриваемых помещениях у пола и в приямках; при этом снижается содержание кислорода в воздухе, что приводит к кислородной недостаточности, а при значительном понижении содержания кислорода – к удушью, потере сознания и смерти человека). С большинством элементов аргон не образует химических соединений. В металлах как в жидком, так и в твердом состоянии аргон нерастворим.

Идея защиты переплавляемого дугой металла от воздействия воздуха путем подачи в зону сварки специально подобранного газа принадлежит русскому изобретателю Н. Н. Бенардосу, предложившему еще в 1883 г. сварку в струе газа.

Промышленность выпускает жидкий и газообразный аргон двух сортов в соответствии с ГОСТ 10157–79: высший (объемная доля аргона не менее 99,993 %) и первый (объемная доля аргона не менее 99,987 %). Газообразный аргон хранят и транспортируют в стальных 40-литровых баллонах под давлением 150 кг/см^2 (15 МПа). Объем газообразного аргона можно приближенно определять как произведение вместимости баллона на давление газа в баллоне. Баллон для аргона окрашен в серый цвет, надпись зеленого цвета. Иногда используют жидкий аргон, который подвергают газификации. Жидкий аргон – бесцветная жидкость без запаха с температурой кипения при атмосферном давлении –185,7 °C и плотностью 1,784 кг/м^3; хранится в сосудах Дьюара. Газообразный аргон в 1,4 раза тяжелее воздуха, поэтому его струя надежно и длительно удерживается в зоне сварки и хорошо защищает сварочную ванну. Плотность газообразного аргона – 1,662 кг/м^3 при нормальных условиях. Расход аргона при сварке зависит от диаметра электрода и обычно составляет от 100 до 500 л/ч.

Гелий не имеет цвета и запаха, плотность 0,18 кг/м^3, т. е. в 10 раз легче аргона. Газ неядовит, хорошо диффундирует через твердые тела (гелиевые течеискатели используются при проверке плотности швов), значительно легче воздуха и аргона. Не образует химических соединений с большинством элементов.

В соответствии с ТУ 0271–135–31323949–2005 промышленностью поставляется гелий для сварки двух марок: А и Б. Условия поставки регламентируются ГОСТ 20461–75. Чаще всего транспортируют и хранят гелий в газообразном состоянии в стальных баллонах под давлением 15 МПа (150 кг/см^2).

Стоимость гелия значительно выше, чем аргона, поэтому для сварки он применяется редко, обычно в виде добавки к аргону. Благодаря высокому значению потенциала ионизации, что повышает проплавление, гелий применяют в тех случаях, когда требуется получить большую глубину проплавления или специальную форму шва, а также при сварке сплавов на основе алюминия и магния, химически чистых и активных материалов и сплавов.

Баллоны для гелия окрашены в коричневый цвет, имеют белую надпись «Гелий». Расход гелия на 1 м шва на 50 % больше, чем аргона, при сварочном токе 300 А он составляет примерно от 200 до 900 л/ч, так как этот газ в 10 раз легче аргона и быстро улетучивается из зоны сварки в атмосферу, поэтому для поддержания надежной зашиты сварочной ванны необходимо увеличивать подачу (расход) гелия.

Азот – бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса, нетоксичен и не взрывоопасен. Он немного легче воздуха, плотность 1,2506 кг/м^3 при нормальных условиях (температура 0 °C, атмосферное давление 101325 ПА). Температура кипения –195,8 °C, критическая температура –148,15 °C, критическое давление – 3,39 МПа (33,9 кг/см^2). По отношению к стали и другим металлам азот является активным газом, часто вредным, и его концентрацию в зоне сварки стремятся ограничить. По отношению к меди и ее сплавам является инертным газом и применяется для сварки и наплавки, а также для плазменной резки. Например, вибродуговая наплавка бронзовой проволокой КМЦ3–1 на стальную поверхность поршней и штоков выполняется в защитной среде азота. Он поставляется в газообразном состоянии в соответствии с ГОСТ 9293–74 «Азот газообразный и жидкий. Технические условия» следующих сортов (объемная доля азота в %, не менее): газообразный и жидкий азот особой чистоты (1-й сорт – 99,999; 2-й сорт – 99,996), повышенной чистоты (1-й сорт – 99,99, 2-й сорт – 99,95), технический (1-й сорт – 99,6, 2-й сорт – 99,0). Хранится в газообразном состоянии в стальных 40-литровых баллонах под давлением 15 МПа (150 кг/см^2).

Углекислый газ, или двуокись углерода (СO_2), высший оксид углерода, может находиться в газообразном, сжиженном и твердом (в виде сухого льда) состоянии. Он бесцветен и неядовит, но при концентрации более 5 % (92 г/м^3) отрицательно влияет на здоровье человека. Имеет слабый кисловатый запах и вкус, хорошо растворяется в воде и придает ей кислый вкус; хорошо растворяет машинное масло. Плотность при атмосферном давлении и 20 °C – 1,98 кг/м^3; температура сжижения при атмосферном давлении – 78,5 °C; выход газа из 1 кг жидкой углекислоты при нормальных условиях – 509 литров.

Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,6 раза. Вступает в химические реакции (взаимодействия) с расплавленным металлом ванны и растворяется в нем. Окисление металла шва нейтрализуется раскислителями, содержащимися в проволоке.

Двуокись углерода определяют и продают по массе. Жидкая двуокись углерода превращается в газ при подводе к ней теплоты. При чрезмерно быстром отборе газа, понижении давления в баллоне и недостатке теплоты углекислота охлаждается, скорость ее испарения снижается.

В состав двуокиси углерода, согласно ГОСТ 8050–85, входит еще водяной пар в количестве не более 0,037 г/м^3 для высшего сорта и не более 0,184 г/м^3 для 1-го сорта (в 5 раз больше). Содержание водяных паров в двуокиси углерода 2-го сорта не нормируется. Об этом нужно помнить при сварке швов высокого качества, применяя для уменьшения влаги силикагелевые осушители[8].

Транспортируется и хранится углекислота в стальных 40-литровых баллонах под давлением от 60 до 70 кг/см^2. В такой баллон вмещается 25 кг жидкой углекислоты, занимающей неполный объем (до 80 %) баллона, остальной объем занят испарившимся газом. Объем газообразного СО_2 в баллоне составляет около 13 м^3. Цвет баллона черный, надпись желтого цвета.

Достоинства сварки в защитных газах: визуальный контроль процесса, широкий диапазон рабочих режимов сварки, сварка широкой номенклатуры металлов, в том числе цветных и их сплавов, доступность механизации процесса, улучшение гигиенических условий труда сварщиков. Сварка может вестись с дополнительной подачей присадочной проволоки в зону дуги при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом.

Смеси газов нередко применяются в производстве для получения швов повышенного качества. В ряде случаев они обладают лучшими технологическими свойствами, чем остальные газы. Смесь CO_2 и O_2 (2–5 %) обеспечивает мелкокапельный перенос металла, уменьшает разбрызгивание на 30 % и улучшает формирование шва.

Смесь 70 % гелия и 30 % аргона повышает производительность сварки алюминия, увеличивает глубину проплавления, улучшает формирование шва. Смесь газов аргона (88 %) и СO_2 (12 %) повышает стабильность дуги при сварке стали, заметно уменьшает и измельчает разбрызгивание металла, улучшает формирование шва за счет существенного снижения поверхностного натяжения жидкого металла из электродной проволоки. Благодаря добавке окислительного газа улучшаются форма и глубина провара, уменьшается количество брызг. При увеличении СO_2 до 25–30 % стабильность процесса заметно снижается, а при содержании СO_2 до 40–50 % сварка в смеси с аргоном практически мало отличается по электрофизическим характеристикам от сварки в чистом СO_2.

Оборудование для дуговой сварки

Основным оборудованием для ручной электродуговой сварки являются сварочные аппараты (источники сварочного тока), сварочные электроды, электрододержатели и сварочные кабели, а также защитный щиток со светофильтром. Кроме того, понадобятся защитная одежда, асбестовый лист, а также необходимые слесарные инструменты.

Небольшие по объему сварочные работы удобно проводить на сварочном столе высотой около 0,6 м, изготовленном из листовой стали.

Источники сварочного тока

Источники тока для электросварки разделяются на две большие группы по виду получаемого от них тока: источники переменного тока и источники постоянного тока.

К первым относятся сварочные трансформаторы и резонансные источники сварочного тока. Ко вторым – сварочные выпрямители и сварочные генераторы.

Важнейшие свойства как сварочной дуги, так и источников сварочного тока описывают их вольт-амперные характеристики (ВАХ), которые показывают зависимость между установившимися значениями тока и напряжения дуги и могут быть падающими, жесткими и возрастающими (рис. 17, а). ВАХ имеет три области.

Рис. 17. Вольт-амперные характеристики процесса дуговой сварки:

а – статическая характеристика сварочной дуги (I – участок падающей характеристики; II – участок жесткой характеристики; III – участок возрастающей характеристики; 1, 2, 3 – участки характеристики при различных способах сварки); ВАХ источников питания сварочной дуги (б – падающая; в – жесткая; г – возрастающая); д – совмещенные ВАХ источника питания и сварочной дуги (ВАХип – ВАХ источника питания; ВАХд – ВАХ дуги; Ux.x. – напряжение холостого хода; Iкз – ток короткого замыкания)

Первая область (I) характеризуется резким падением напряжения Uд на дуге с увеличением тока сварки Iсв. Такая характеристика называется падающей и вызвана тем, что при увеличении тока сварки происходит увеличение площади, а следовательно, и электропроводности столба дуги.

Во второй области (II) характеристики увеличение тока сварки не вызывает изменения напряжения дуги. Характеристика дуги на этом участке называется жесткой. Ее положение на этом участке происходит за счет увеличения сечения столба дуги, анодного и катодного пятен пропорционально величине сварочного тока. При этом плотность тока и падение напряжения на протяжении всего участка не зависят от изменения тока и остаются почти постоянными.

В третьей области (III) с увеличением сварочного тока возрастает напряжение на дуге. Такая характеристика называется возрастающей. При работе на этой характеристике плотность тока на электроде увеличивается без увеличения катодного пятна, при этом возрастает сопротивление столба дуги и напряжение на дуге увеличивается.

Устойчивое горение сварочной дуги возможно только в том случае, когда ее источник питания поддерживает постоянным необходимое напряжение при протекании тока по сварочной цепи.

Для стабильного горения сварочной дуги необходимо равенство между напряжениями и токами дуги (Uд и Iд) и источника питания (Uип и Iип). Участки 1, 2, 3 характеристики (рис. 17, а) соответствуют статическим характеристикам источников питания (рис. 17, б – г), применяемых при различных способах сварки:

● 1 (падающая) – ручная дуговая сварка штучными электродами;

● 2 (жесткая) – автоматическая, полуавтоматическая сварка под флюсом, электрошлаковая сварка толстой электродной проволокой диаметром более 2,5 мм на малых и средних плотностях тока;

● 3 (возрастающая) – сварка под флюсом и в среде защитных газов тонкой электродной проволокой на больших плотностях тока.

Работу сварочной цепи и дуги нужно рассматривать при наложении статической ВАХ сварочной дуги на статическую ВАХ источника питания (называемую также внешней характеристикой источника питания). При этом напряжение и ток источника питания и дуги совпадают в точках 1 и 2 (рис. 17, д). Устойчивому горению сварочной дуги соответствует только точка 1.

При уменьшении тока дуги напряжение источника станет больше напряжения на дуге, так как на характеристике источника питания рабочая точка сместится влево, избыток напряжения источника питания приведет к увеличению тока дуги, т. е. к возврату процесса в точку 1. Если ток дуги увеличится, то напряжение источника снизится согласно внешней характеристике источника питания и станет меньше напряжения дуги, ток дуги уменьшится, режим дуги восстановится.

Точка 2 соответствует неустойчивому горению дуги, так как случайное изменение тока дуги происходит вплоть до обрыва дуги или до тех пор, пока ток не достигнет значения, соответствующего значению тока в точке 1 устойчивого горения дуги. Поэтому устойчивое горение дуги поддерживается только в той точке пересечения характеристик источника и дуги, где внешняя характеристика источника питания является более круто падающей, чем статическая характеристика дуги.

Ручная электросварка обычно сопровождается значительными колебаниями длины дуги. При этом дуга должна гореть устойчиво, а ток дуги не должен сильно изменяться. Часто требуется увеличить длину дуги, поэтому дуга должна иметь достаточный запас эластичности при удлинении, т. е. не обрываться.

Статическая характеристика сварочной дуги при ручной сварке обычно является жесткой, и отклонение тока при изменении длины дуги зависит только от типа внешней характеристики источника питания. При прочих равных условиях эластичность дуги тем выше, а отклонение тока дуги тем меньше, чем больше наклон внешней характеристики источника питания. Поэтому для ручной электросварки применяются источники питания с падающими внешними характеристиками. Это дает возможность сварщику удлинять дугу, не опасаясь ее обрыва, или уменьшать длину дуги без чрезмерного увеличения тока.

Высокую устойчивость горения дуги и ее эластичность, стабильный режим сварки, надежное первоначальное и повторное зажигание дуги обеспечивают также повышенное напряжение холостого хода, ограниченный ток короткого замыкания. Ограничение этого тока очень важно, так как при переходе капли расплавленного металла электрода на изделие возможно короткое замыкание. При больших значениях тока короткого замыкания происходят прожоги металла, прилипание электрода, осыпание покрытия электрода и разбрызгивание расплавленного металла. Обычно значение тока короткого замыкания больше тока дуги в 1,2–1,5 раза.

Основными данными технических характеристик источников питания сварочной дуги являются напряжение холостого хода[9], номинальный сварочный ток[10], пределы регулирования сварочного тока.

Значения тока и напряжения на дуге в процессе сварки непрерывно меняются. Капли расплавленного металла замыкают дуговой промежуток, периодически изменяя силу тока и длину дуги. Происходит переход от холостого хода к короткому замыканию, затем к горению дуги с образованием капли расплавленного металла, которая вновь замыкает дуговой промежуток. При этом ток возрастает до величины тока короткого замыкания, что приводит к сжатию и перегоранию мостика между каплей и электродом. Напряжение возрастает, дуга вновь возбуждается, и процесс периодически повторяется.

Такие изменения тока и напряжения на дуге происходят в доли секунды, поэтому источник питания сварочной дуги должен обладать высокими динамическими свойствами, т. е. быстро реагировать на все изменения в дуге.

Виды сварочных аппаратов

Сварочное оборудование бывает нескольких видов: генераторы (агрегаты), трансформаторы, полуавтоматы, сварочные выпрямители, инверторы. Каждый из этих аппаратов обладает плюсами и минусами.

Сварочными генераторами называют сложные электромеханические устройства, которые сами вырабатывают электричество и поэтому могут использоваться на неэлектрифицированных объектах: в строящемся доме, гараже, на только что купленном дачном участке. Главный их недостаток – большие размеры, огромный вес и трудоемкость обслуживания. К тому же они весьма недешевы.

Сварочные трансформаторы переменного тока, пожалуй, наиболее простые, недорогие и распространенные из всех видов сварочных аппаратов. Как и большинство остальных бытовых сварочных аппаратов, они используют плавящиеся электроды.

Применяются такие сварочные аппараты, как правило, для сварки низколегированных сталей. Качественно изготовленный трансформатор исключительно надежен и не требует специального обслуживания. Но сварка на переменном токе отличается невысоким качеством и требует определенных навыков от сварщика. Регулировка силы тока довольно неудобна – осуществляется перемещением сердечника рассеяния, отведением обмоток на первичной стороне либо с помощью магнитного усилителя (трансдуктора)[11].

Это, в свою очередь, увеличивает и утяжеляет сварочные трансформаторы, и без того обладающие немалыми габаритами и весом.

Косвенно судить о ВАХ сварочного аппарата можно по паспортным данным. А именно, зная напряжения холостого хода и номинальное, а также номинальный (рабочий) ток и ток короткого замыкания, можно достаточно точно оценить ее крутизну. При неудовлетворительных параметрах крутизну ВАХ можно увеличить включением в сварочную цепь балластного сопротивления, но все же лучше, если аппарат в этом не нуждается.

Сварочныевыпрямители представляют собой те же трансформаторы переменного тока, оснащенные выпрямительным блоком и иногда регулирующим устройством. Более сложное устройство потребляет больше электроэнергии и намного тяжелее. Зато постоянный ток обеспечивает более качественную и комфортную работу. Достоинствами сварочных выпрямителей являются, кроме того, возможность сваривать не только черные, но и цветные металлы и сплавы, а также меньшая стоимость по сравнению с более сложными аппаратами.

Иногда полученный на выходе выпрямителя ток имеет слишком большой коэффициент пульсации и плохо поддерживает дугу на постоянном токе. Тогда применяют еще и сглаживающий дроссель, а он по массе может быть сравним с трансформатором (самой тяжелой частью).

Сварочные полуавтоматы тоже выполнены на базе трансформаторов. Их особенностью является то, что сварка осуществляется не электродами, а специальной проволокой в газовой среде (обычно применяется аргон или углекислый газ). Есть модели, которые позволяют работать и без газа, для чего используется специальная флюсовая проволока. Такие аппараты позволяют варить сталь, в том числе нержавейку, а также алюминий. Свариваемый металл определяет материал проволоки и используемый газ: для железа лучше всего подойдет углекислый газ, для алюминия – аргон.

Сварочная проволока по шлангу автоматически подается в сварочную горелку, обеспечивая ровный, хорошо защищенный от коррозии шов. Такая сварка получила широкое распространение в ремонте автомобилей. Недостатками полуавтоматов можно считать большой вес и габариты, высокую цену и сложную конструкцию, включающую роликовый механизм подачи проволоки. Кроме того, для сварки требуется наличие баллона с газом. Номинальный срок службы сварочных полуавтоматов – 5 лет со сменой сварочной горелки через каждые полгода.

Сварочные инверторы, пожалуй, наиболее популярная сегодня категория сварочных аппаратов. Принцип работы инвертора таков: переменный ток от потребительской сети частотой 50 Гц выпрямляется и сглаживается фильтром. Полученный постоянный ток преобразуется инвертором снова в переменный, но уже высокой частоты (до 100 кГц). Затем высокое переменное напряжение высокой частоты понижается до 70–90 В, а сила тока соответственно повышается до необходимых для сварки 100–200 А. Высокая частота сварочного тока позволяет добиться значительных преимуществ сварочного инвертора перед другими источниками питания сварочной дуги: малых габаритов и веса, высокого КПД источника питания (порядка 90 %). Дуга в данном случае получается очень устойчивой, сварной шов выходит гораздо ровнее, чем у моделей трансформаторного типа.

Современные инверторы, наряду с постоянным током, выдают также переменный ток, причем как синусоидальными, так и прямоугольными импульсами. Электроды, например, с исключительно основным покрытием, которые не позволяют вести сварку синусоидальным переменным током, успешно расплавляются при подаче прямоугольного переменного тока. Такая необходимость может возникнуть при наличии неблагоприятных условий дутья.

Электронное управление инвертором позволяет за микросекунды подрегулировать параметры сварочного тока, ограничить ток короткого замыкания и улучшить cos ϕ. Если, например, напряжение электрической дуги из-за большой капли, образовавшейся на электроде, становится слишком коротким и падает ниже 8 В, сила тока автоматически повышается. Это может помочь электрической дуге освободиться и не погаснуть. Такая функция особенно важна при сварке электродами c целлюлозным, а также с основным покрытием.

Простые сварочные трансформаторы подключаются к одно– или двухфазной потребительской электросети, более мощные аппараты – трехфазно ко всем трем фазам сети трехфазного тока. В последнем случае можно получить весьма равномерный ток без большой пульсации. Однородность тока особенно важна при сварке основными электродами и сварке металлических сплавов, например никелевых.

Ширину электрической дуги, а значит, и ее жесткость можно плавно изменять регулируемым дросселем. Более жесткая дуга требуется, например, при наличии неблагоприятных условий дутья.

За надежным зажиганием дуги и достаточным прогревом на еще холодном основном материале в начале сварки следит функция «Горячий пуск» (Hotstart). Зажигание при этом производится с повышенной силой тока.

Функция Antistick препятствует прокаливанию электрода, когда зажигание заканчивается неудачей и электрод прилипает к изделию. Если после зажигания не происходит нарастания напряжения, ток немедленно снижается до нескольких ампер. После этого электрод можно легко отделить от металла.

Есть у инверторов и недостатки: прежде всего высокая стоимость по сравнению с другими типами сварочных аппаратов, а также требовательность к качеству питания – при скачках или просадках напряжения, что в нашей действительности случается довольно часто, инвертор может быстро выйти из строя. Эти аппараты боятся пыли, поэтому производители рекомендуют хотя бы два раза в год чистить аппарат изнутри. Инверторы не любят мороза, и при температуре ниже –15 °C их эксплуатация не всегда возможна. Ремонтопригодность такого оборудования весьма низкая – сложная электронная схема не поддастся неспециалисту, настройка ее требует специального измерительного оборудования, а стоимость ремонта в мастерской составит как минимум треть цены всего аппарата. Особенно страдают подобным поведением недорогие инверторы родом из азиатских стран. Более надежные аппараты солидных торговых марок стоят существенно дороже. И еще одна особенность: длина каждого из сварочных кабелей инвертора не должна превышать 2,5 метра.

При выборе того или иного аппарата следует учитывать также следующие соображения.

Все сварочные аппараты обладают такой характеристикой, как ПВ – продолжительность включения, или ПН – процент времени непрерывной работы при определенном токе. Это показатель времени непрерывного горения дуги, которое может обеспечить конкретная модель сварочного оборудования в течение условного 10-минутного цикла. Например, в паспорте указано, что для тока 160 А ПВ = 30 %. Это означает, что аппарат будет работать 3 минуты (10 мин Ч 30 %), а на 7 минут придется сделать перерыв. Поэтому не следует покупать аппарат с номинальным током 120 А и ПВ, равной 20 %, который перегреется через один-два электрода. К тому же многие производители занижают условия измерений, например понижают температуру окружающей среды или берут пятиминутный интервал. В результате аппарат либо не обеспечивает нужный ток, либо работает с перегрузкой, перегревается и выходит из строя. Всегда необходимо иметь запас по току (мощности), поэтому оптимальные параметры аппарата для большинства бытовых работ – 160 А и ПВ не менее 40 %. Если необходимо работать длительное время, нужно приобретать сварочный аппарат с еще более высокой ПВ.

Большинство моделей сварочных аппаратов работают при напряжении в пределах 220 В ± 10 %, т. е. от 198 до 242 В. Некоторые модели устойчиво работают при падении напряжения до 20 % (176 В). Это имеет большое значение для районов с пониженным напряжением в сети. Кроме того, следует уточнить электропитание на территории, где предстоит работать: однофазное (220 В) или трехфазное (380 В).

В частном секторе соседи, у которых подвод электричества чаще всего осуществляется разными фазами, могут скооперироваться и приобрести трехфазный сварочный источник. Плата за электроэнергию и нагрузка на сеть в этом случае будут распределяться поровну, качество сварки возрастет, а специально подключать трехфазное электроснабжение (что весьма хлопотно и недешево) при этом не нужно.

В зависимости от вида и толщины металла, с которым придется работать, определяются вид и мощность сварочного аппарата (и, соответственно, его стоимость). Если предстоит работать на высоте, постоянно перемещать сварочный аппарат, лучше всего приобретать компактные переносные модели: ими можно пользоваться и в квартире, и на даче, и в гараже. Если все это не важно, лучше выбрать аппарат с большим количеством возможностей.

Электроды для дуговой сварки

Для ручной дуговой сварки сталей широко применяются плавящиеся металлические электроды в виде стержней длиной до 450 мм из сварочной проволоки с нанесенным на них слоем покрытия. Один из концов электрода на 20–30 мм освобожден от покрытия для зажатия его в электрододержателе с надежностью электрического контакта. Торец другого конца очищен от покрытия для возможности возбуждения дуги посредством касания изделия в начале процесса сварки.

В покрытие электрода входят следующие компоненты:

● газообразующие – неорганические вещества (мрамор СаСО_3, магнезит МgСО_3) и органические вещества (крахмал, декстрин);

● ионизующие или стабилизирующие – различные соединения, в состав которых входят калий, натрий, кальций (мел, полевой шпат, гранит и др.);

● шлакообразующие, составляющие основу покрытия, – обычно руды (марганцевая, титановая), минералы (ильменитовый и рутиловый концентраты, полевой шпат, кремнезем, гранит, плавиковый шпат и др.);

● легирующие элементы и элементы-раскислители – кремний, марганец, титан и др., используемые в виде сплавов этих элементов с железом, так называемые ферросплавы;

● связующие компоненты – водные растворы силикатов натрия и калия, называемые жидким стеклом.

Для повышения производительности сварки в покрытия добавляют железный порошок до 60 % массы покрытия.

По виду покрытия различают электроды с кислым покрытием (А), основным (Б), целлюлозным (Ц), рутиловым (Р) и смешанного вида. Электроды с покрытием смешанного вида имеют соответствующее двойное условное обозначение: кисло-рутиловое – АР, рутилово-основное – РБ, рутилово-целлюлозное – РЦ. Прочие виды покрытия обозначаются буквой П. При наличии в составе покрытия железного порошка в количестве более 20 % к обозначению вида покрытия электродов следует добавлять букву Ж.

Кислые покрытия (электроды АНО-2, СМ-5 и др.) состоят в основном из оксидов железа и марганца (руды), кремнезема, ферромарганца. Они технологичны, однако наличие оксидов марганца делает их токсичными.

Основные покрытия, имеющие в качестве основы фтористый кальций и карбонат кальция (электроды УОНИИ-13/45, ОЗС-2, ДСК-50 и др.), не содержат оксидов железа и марганца. Сварку электродами с основным покрытием осуществляют на постоянном токе и обратной полярности. Вследствие малой склонности металла к образованию кристаллизационных и холодных трещин электроды с этим покрытием используют для сварки больших сечений.

Рутиловые покрытия (электроды АНО-3, АНО-4, ОЗС-3, ОЗС-4, ОЗС-6 и др.) имеют в своем составе преобладающее количество рутила ТiO_2. Такие покрытия менее других вредны для дыхательных органов сварщика. Для шлаковой и газовой защиты в покрытия этого типа вводят соответствующие минеральные и органические компоненты. При сварке на постоянном и переменном токе разбрызгивание металла незначительно. Устойчивость горения дуги, формирование швов во всех пространственных положениях хорошее.

Целлюлозные покрытия (электроды ВСЦ-1, ВСЦ-2, ОЗЦ-1 и др.) имеют в качестве основы целлюлозу, муку, органические смолы, ферросплавы, тальк или другие органические составы, создающие газовую защиту дуги и образующие при плавлении тонкий шлак. Эти покрытия удобны для сварки в любом положении в пространстве, но дают наплавленный металл пониженной пластичности. Электроды с целлюлозным покрытием применяют, как правило, для сварки стали малой толщины.

По толщине покрытия в зависимости от отношения диаметра электрода D к диаметру стального стержня d различают электроды:

● с тонким покрытием (D/d≤1,20) – М;

● со средним покрытием (1,20<D/d≤1,45) – C;

● с толстым покрытием (1,45<D/d≤1,80) – Д;

● с особо толстым покрытием (D/d>1,80) – Г.

Различают электроды для сварки переменным и постоянным током прямой и обратной полярности. Покрытые электроды выпускают диаметром металлического стержня от 1,6 до 12 мм и длиной от 150 до 450 мм. Условное обозначение типа электрода расшифровывается следующим образом: буква Э – электрод, стоящее за ней число – временное сопротивление на разрыв металла шва (так, электроды типа Э46 марок ОЗС-4, АНО-3 должны обеспечить временное сопротивление не менее 451 МПа (46 кгс/мм^2)). Буквы и цифры, входящие в обозначение типов покрытых электродов для сварки легированных сталей, показывают примерный химический состав наплавленного металла (Э-09Х1МФ, Э-12Х13). Для каждого типа покрытых электродов разработана одна или несколько марок, характеризуемых маркой сварочной проволоки, составом покрытия, химическим составом и свойствами металла шва и др.

Кроме плавящихся покрытых электродов для ручной дуговой и механизированной видов сварки в защитных газах, применяют неплавящиеся вольфрамовые, реже угольные и графитовые электроды. Эти электроды служат для возбуждения и поддержания горения дуги. Для повышения устойчивости горения дуги и стойкости вольфрамовых электродов в них вводят 1,5–3 % активирующих присадок (двуокиси тория, окисей лантана и иттрия), повышающих эмиссионную способность электрода.

Вольфрамовые электроды выпускают в виде прутков диаметром 0,5; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0 и 10,0 мм. В зависимости от химического состава электроды изготавливают следующих марок: ЭВЧ – из вольфрама чистого, ЭВЛ – из вольфрама с присадкой оксида лантана, ЭВИ – из вольфрама с присадкой оксида иттрия, ЭВТ – оксида тория. Цифры в марке вольфрамового электрода указывают количество активирующей присадки в десятых долях процента. Угольные и графитовые электроды (стержни) изготавливают из электротехнического угля или синтетического графита диаметром от 4 до 18 мм и длиной от 250 до 700 миллиметров.

Условные обозначения электродовдля ручной дуговойсварки. Согласно ГОСТ 9466–75, условное обозначение электродов для дуговой сварки и наплавки сталей представляет собой длинную дробь, например:

В числителе записан тип электрода Э46А, его марка УОНИИ-13/45, диаметр 3,0 мм и группа из двух букв и цифры УД2. Типы электродов для ручной дуговой сварки углеродистых, низколегированных, конструкционных и других сталей обозначаются буквой Э, затем следуют цифры, указывающие прочностную характеристику наплавленного металла. Так, первая группа (Э46) говорит о том, что электроды этого типа обеспечивают минимальное временное сопротивление 460 МПа. Иными словами, она показывает, какую нагрузку сможет узел выдержать после сварки данным электродом, а именно – 46 кг на 1 мм^2.

Если в обозначении после цифр стоит буква А, значит, этот тип электрода обеспечивает более высокие пластические свойства наплавленного металла. Для сварки вышеуказанных сталей предусмотрены 14 типов электродов (табл. 1)[12], в которых определены основные механические свойства и содержание вредных примесей (серы и фосфора).

Первая буква последней группы числителя (У) указывает назначение электрода (т. е. для сварки углеродистых и низколегированных сталей, см. ниже), вторая (Д) – толщину покрытия (см. выше), цифра (2) – группу электродов по качеству изготовления.

Шифр буквы назначения электродов:

У – для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву σB < 600 МПа (60 кгс/мм^2);

Л – для сварки легированных конструкционных сталей с σB > 600 МПа (60 кгс/мм^2);

Т – для сварки легированных теплоустойчивых сталей;

В – для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами;

Н – для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

По качеству электроды делят на три группы 1, 2 и 3, где требования возрастают от группы 1 к группе 3.

В знаменателе приведены буква Е (электрод), группа индексов 412(5), указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва (по ГОСТ 9467–75, ГОСТ 10051–75 или ГОСТ 10052–75) и группа из одной буквы и двух цифр (Б10). Буква Б обозначает вид покрытия, первая цифра (1) – допустимые пространственные положения при сварке, вторая цифра (0) – требование к электропитанию дуги.

Допустимые пространственные положения при сварке или наплавке обозначают следующим образом:

1 – для всех положений;

2 – для всех положений, кроме вертикального сверху вниз;

3 – для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх;

4 – только нижнее и нижнее «в лодочку».

По роду и полярности применяемого при сварке или наплавке тока, а также по номинальному напряжению холостого хода источника переменного тока частотой 50 Гц электроды подразделяются в соответствии с табл. 2.

Одному и тому же типу электродов могут соответствовать несколько марок, например: электродам типа Э46 соответствуют марки АНО-4, МР-3 и др.; электродам типа Э42А соответствуют марки УОНИИ-13/45 и СМ-11 (табл. 3).

Такое полное условное обозначение должно быть указано на этикетках или при маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами. Во всех видах документации дается сокращенное условное обозначение электродов, которое должно состоять из марки, диаметра, группы электродов и обозначения стандарта (ГОСТ 9466–75).

Маркировка импортных электродов

Согласно DIN EN 499, у электродов для сваривания нелегированных сталей существуют покрытия следующих типов: A – кислое, C – целлюлозное, R – рутиловое, RR – толстое рутиловое, RC – рутилово-целлюлозное, RA – рутилово-кислое, RB – рутиловое основное, B – основное.

При этом следует различать основные и смешанные типы покрытий. Используемые как условные обозначения буквы происходят от английских терминов. Здесь буква C = cellulose (целлюлоза), A = acid (кислый), R = rutile (рутил), B = basic (основной).

В Германии основную роль играет рутил. Покрытие стержневых электродов может быть тонким, средним и толстым. Поскольку покрытие рутиловых электродов может быть любой толщины, для электродов с толстым покрытием было введено отдельное обозначение RR.

У легированных и высоколегированных электродов такого разнообразия покрытий нет. У стержневых электродов для сваривания нержавеющих сталей, которые регламентированы в DIN EN 1600, различают, к примеру, электроды с рутиловым и основным покрытием, как и у электродов для сваривания жаропрочных сталей (DIN EN 1599), однако и в этом случае среди рутиловых электродов есть смешанные рутилово-основные типы, что, впрочем, никак не проявляется в обозначениях. Это относится, например, к электродам, имеющим лучшие свойства при проведении сварочных работ в стесненных условиях.

Стержневые электроды для сваривания высокопрочных сталей (DIN EN 757) выпускаются только с основным покрытием.

Свои обозначения в маркировке электродов нашли даже рекомендуемые позиции при сварке (рис. 18). Для сварки вертикальных швов сверху вниз электроды имеют маркировку PG, в противоположном направлении – PF. Сварка сверху в вертикальной позиции – РА, в горизонтальной – РВ. Сварка снизу в вертикальной позиции – РЕ, в горизонтальной – PD.

Рис. 18. Рекомендуемые позиции при ручной сварке стержневыми электродами согласно ISO 6947

Согласно DIN EN 499, существуют и указания относительно минимальных значений предела текучести, прочности при растяжении и вязкости металла шва и относительно сварочных характеристик. Например, короткое условное обозначение E 46 3 B 42 H5 содержит следующую информацию: стержневой электрод для ручной сварки (Е) обладает пределом текучести не менее 460 Н/мм^2, прочностью при растяжении 530–680 Н/мм^2 и минимальным удлинением 20 % (группа цифр 46 согласно табл. 4). Работа развития трещины, равная 47 Дж, достигается при температуре –30 °C (показатель 3 согласно табл. 5). Покрытие электрода основное (В). Первая цифра в пятой группе (42) указывает на вывод и предпочтительный вид тока (согласно табл. 6), вторая цифра в этой группе обозначает разрешенные положения при сварке (табл. 7). Приведенный в качестве примера электрод обладает выводом от 105 до 125 % и сваривается только при постоянном токе (4) в любых положениях, кроме вертикального сверху вниз (2). Содержание водорода в металле шва составляет менее 5 мл/100 г металла шва. На это указывает последняя группа (Н5). Нормированы также показатели Н10 и Н15 с соответствующим содержанием водорода. Если металл шва, кроме марганца, содержит и другие легирующие элементы, указание на них содержится перед показателем типа покрытия с обозначением химического элемента и, возможно, с указанием на процентное содержание (например, 1Ni).

Похожие системы обозначений существуют для высокопрочных электродов (DIN EN 757), жаропрочных электродов (DIN EN 1599) и нержавеющих электродов (DIN EN 1600). У жаропрочных и нержавеющих электродов с основным материалом, помимо характеристик прочности, должны совпадать и характеристики жаропрочности, и антикоррозионные свойства металла шва. Поэтому в этих случаях действует правило, согласно которому для получения требуемых характеристик легирование металла шва должно быть как можно ближе к легированию основного материала либо несколько выше.

Характеристика, классификация и назначение сварочной проволоки

Для дуговой и газовой сварки, металлических конструкций, для наплавки и изготовления электродов применяется сварочная проволока сплошного сечения, выпускаемая по ГОСТ 2246–70. В соответствии с этими нормами промышленность выпускает проволоку трех групп: низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную. Стандартный ассортимент насчитывает 77 марок сварочной проволоки диаметром от 0,3 до 12 мм. Проволоку диаметром от 2 до 6 мм применяют для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом. Проволоку диаметром от 1,6 до 12 мм используют для изготовления стержней электродов. Проволока диаметром от 0,3 до 1,6 мм предназначается в основном для автоматической и полуавтоматической сварки в защитном газе.

Обозначение марок проволоки состоит из сочетания букв и цифр.

Индекс Св означает, что проволока сварочная. Следующие за индексом две цифры указывают среднее содержание в проволоке углерода в сотых долях процента. В остальном маркировка стальной сварочной проволоки соответствует маркировке сталей, где буквы указывают на содержание в проволоке легирующих элементов, а цифры – содержание этих элементов в процентах. Если цифры после буквенного обозначения легирующего элемента отсутствуют, это означает, что данного элемента в материале проволоки содержится менее 1 %. Буква А в конце условного обозначения марок низкоуглеродистой и легированной проволоки свидетельствует о повышенной чистоте металла с точки зрения содержания серы и фосфора. Двойная буква А указывает на пониженное содержание серы и фосфора по сравнению с предыдущей проволокой. Буква Г указывает на содержание марганца, буква С – на содержание кремния, буква Х – на содержание хрома и т. д. После обозначения марки стали через дефис могут быть написаны следующие заглавные буквы: Э – проволока для изготовления электродов; О – омедненная проволока; ВД – полученная вакуумно-дуговым переплавом, Ш – электрошлаковой выплавкой, ВИ – вакуумно-индукционным способом.

Сварочная проволока поставляется в кассетах или намотанной на катушки. Масса одного мотка или бухты проволоки обычно не превышает 80 кг. Внутренний диаметр катушек и бухт проволоки, в зависимости от ее диаметра, может составлять 100–400 миллиметров.

По виду поверхности проволока производится неомедненной и омедненной. Толщина медного покрытия – 6 мкм. Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, плен, закатов, забоин, окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. Допускаются отдельные риски, царапины, местная рябизна, вмятины глубиной не более предельного отклонения по диаметру.

Химический состав проволоки оказывает большое влияние на качество сварного соединения. Поэтому марку сварочной проволоки выбирают в соответствии с химическим составом свариваемой стали. Так, для низкоуглеродистых и большинства низколегированных сталей применяют низкоуглеродистые (Св-08, Св-08А), марганцевые (Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2), кремнемарганцевые (Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС) проволоки и др.

Для сварки высоколегированных сталей применяют специальные проволоки, легированные хромом, никелем, ванадием, молибденом, титаном, ниобием и т. д. Кроме того, для сварки таких сталей могут применяться проволоки, изготавливаемые по иным стандартам или техническим условиям.

Для сварки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей в углекислом газе и его смесях, кроме проволоки, выпускаемой по ГОСТ 2246–70, применяют сварочную проволоку сплошного сечения, микролегированную редкоземельными металлами (РЗМ).

Проволока с РЗМ выпускается диаметром 2,0; 1,6; 1,4 и 1,2 мм. Углерода в ней содержится 0,11–0,17 %; марганца 1,5–1,9; кремния 0,7–1,1 и редкоземельных металлов около 0,03 %. Проволоку с РЗМ применяют наравне со стандартной проволокой для сварки в углекислом газе. Ею варят на постоянном токе прямой полярности («—» на электроде).

По сравнению с проволокой Св-08Г2С проволока с РЗМ имеет следующие преимущества:

● облегченное зажигание дуги и повышенная стабильность ее горения;

● возможность работы на повышенных плотностях тока;

● снижен уровень потерь металла на разбрызгивание;

● брызги практически не прилипают к изделию, поэтому не требуется последующая очистка, отпадает необходимость в нанесении на поверхность металла защитных средств, предотвращающих привариваемость брызг к свариваемой конструкции.

Использование повышенных плотностей тока дает возможность работать с такой проволокой на форсированных режимах и без ухудшения формирования шва получать хорошие механические свойства сварного соединения. Однако при сварке проволокой с РЗМ несколько возрастает излучение дуги в ультрафиолетовом диапазоне, а также количество озона в воздухе[13].

Для электродуговой наплавки выпускается стальная проволока диаметром 0,3–5,0 мм, которая поставляется свернутой в мотки с внутренним диаметром 150–700 мм и массой 1,5–30,0 кг. Ее обозначение начинается не с индекса «Св», а с индекса «Н». По химическому составу наплавочная проволока делится на несколько групп:

● проволока из углеродистой стали выпускается 8 марок: Нп-30; Нп-40; Нп-50; Нп-65; Нп-80; Нн-40Г; Нп-50Г и Нп-65Г;

● проволока из легированных сталей выпускается марок: Нп-30ХГСА, Нп-30Х5, Нп-5ХНМ, Нп-50ХФА и др.;

● проволока из высоколегированной стали выпускается марок: Нп-ЗХ13, Нп-45Х4ВЗФ, Нп-60ХЗВ10Ф, Нп-Х20Н80Т и др.

Марку проволоки выбирают в зависимости от требуемых механических свойств и химического состава наплавленного металла.

Кроме сплошной проволоки, для сварки и наплавки применяют порошковую проволоку, ленточные сплошные и порошковые присадочные материалы. Технические условия на наплавочную порошковую проволоку регламентируются ГОСТ 26101–84, а на порошковую проволоку для дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей – ГОСТ 26271–84. Порошковая проволока может иметь либо трубчатое, либо специальной формы сечение, увеличивающее коэффициент наплавки проволоки. Изготавливают ее путем непрерывного сворачивания низкоуглеродистой стальной ленты толщиной 0,2–1,0 мм и шириной 8–20 мм в трубку с одновременным заполнением этой трубки смесью мелко измельченных легирующих шлако– и газообразующих компонентов (шихтой).

Кроме трубчатой порошковой проволоки, в соответствии с ГОСТ 26467–85 выпускают порошковую ленту, использование которой многократно повышает производительность наплавочных работ. Наплавка и сварка порошковой проволокой может выполняться под слоем флюса, в углекислом газе или открытой дугой. Порошковая проволока для сварки под флюсом состоит из стальной оболочки и легирующего наполнителя, в котором количество шлако– и газообразующих компонентов сокращено, и применяется для сварки и наплавки высоколегированных сталей и сплавов.

Такая проволока маркируется буквами ПП с указанием стали, для наплавки которой она разработана. Например, ПП-Х10ВЦ, ПП-Х42ВФ.

Порошковая проволока для сварки в среде углекислого газа в наполнителе имеет сокращенное количество газообразующих компонентов. Сердечник такой проволоки в основном рутилового или рутил-флюоритного состава.

Проволока позволяет выполнять швы в нижнем и наклонном положениях. Порошковая проволока для сварки в среде углекислого газа выпускается марок: ПП-АН8, ПП-АН10, ПП-АН12, ПП-АН9 и др.

Самозащитная порошковая проволока имеет относительно небольшой коэффициент наплавки, пригодна для сварки горизонтальных, вертикальных швов и для сварки в нижнем и наклонном положениях. Сердечник такой проволоки рутил-органический или карбонат-флюоритный. Самозащитная проволока изготавливается марок: ПП-АНЗ, ПП-АН7, ПП-АН11, ЭПС-15/2, ЭПС-15М, СП-2, ППВ-5 и др.

Держатели электрода и сварочные кабели

Электрододержатели при ручной дуговой сварке используются для фиксации электрода и подвода к нему питания от одного из полюсов источника тока через сварочный кабель. Другой полюс соединяется с изделием с помощью кабеля массы и зажима кабеля массы.

В зависимости от используемых диаметра электрода и силы тока выпускаются держатели различных размеров. Они также различаются по способу фиксации и делятся на рычажные, пружинные, винтовые, пассатижные и др. В большинстве электрододержателей электрод можно закрепить в трех положениях относительно продольной оси рукоятки: 0°, 60° и 90°.

Среди всего многообразия применяемых электрододержателей наиболее безопасными являются пружинные («прищепки»), известные у нас как электрододержатели серий ЭП и ЭД (рис. 19). К их основным преимуществам можно отнести удобство эксплуатации, крепкое удержание электрода, полное отсутствие неизолированных зон токосъемника. Держатель-прищепка очень популярен, поэтому его используют многие профессиональные сварщики по всему миру. Эти электрододержатели выдерживают без ремонта от 8000 до 10 000 зажимов. Время замены электрода не превышает 3–4 с. «Прищепки» изготавливают нескольких типов в соответствии с ГОСТ 14651–78. Каждый тип рассчитан на использование при определенных сварочных токах номиналом от 125 до 500 А.

Рис. 19. Электрододержатель серии ЭП

Если вы купили новый сварочный аппарат, то в комплекте с ним обязательно должен быть заводской электрододержатель. Пользоваться, безусловно, нужно им. Широко известные у нас «вилки-трезубцы» использовать не стоит – они давно запрещены во всем мире.

Электрододержатели присоединяются к многожильному медному проводу – сварочному кабелю – марок КОГ (кабель особо гибкий) или КГ (кабель гибкий). Кабель следует подбирать в соответствии с характеристикой сварочного тока аппарата. Маркировка кабеля производится в соответствии с его сечением, количеством жил и диаметром.

Для бытового сварочного оборудования обычно используют кабели КГ 1 × 16, предназначенные для работы при токе 160 А, и с маркировкой КГ 1 × 25, для силы тока 250 А.

При использовании полупрофессиональных агрегатов с током до 350 А следует выбирать кабель с маркировкой КГ 1 × 35. Для оборудования с силой тока до 500 А применяют кабель с маркировкой не менее КГ 1 × 50.

Полная номенклатура сечения различных кабелей, расчетная масса и вольтаж представлены в специализированных каталогах, в которых можно предельно точно выбрать необходимые параметры кабеля по расчетным данным и ориентировочной силе тока.

В общем случае при токах до 300 А сечения сварочных проводов выбирают из расчета плотности тока до 5 А/мм^2. Например, для номинального тока сварки 250 А сечение сварочного кабеля S равно 50 мм^2, а суммарное сопротивление R прямого и обратного провода должно быть не более 2/250 = 0,008 Ом. Допустимая для заданного сечения общая длина L прямого и обратного провода определяется из простой формулы R=(ρ⋅L)/S.

Для кабеля с медными жилами (ρ = 0,017·10–6 Ом·м) она составит около 24 м, т. е. длина как прямого, так и обратного провода будет равна 12 метрам.

Применять провод длиной более 30 м не рекомендуется, так как это вызывает значительное падение напряжения в сварочной цепи и перегрузку сварочного аппарата.

Токоподводящий «земляной» провод соединяется с изделием специальными зажимами, чаще всего винтовыми струбцинками или зажимами типа «крокодил». Допустимо укладывать свариваемую деталь на металлический стол, надежно подсоединенный к сварочному источнику. Самодельные удлинители токоподводящего провода в виде кусков или обрезков металла не допускаются.

Экипировка сварщика

Для защиты сварщика от искр, брызг металла, механического давления, ожогов, удара электрическим током, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей применяют специальные сварочные маски. Для защиты от излучений сварочной дуги в смотровое отверстие маски, кроме обычного стекла, вставляется светофильтр.

Существует несколько разновидностей масок: традиционного типа с фиксированным светофильтром, с подъемным светофильтром, а также маски типа «хамелеон». В первых двух случаях речь идет о так называемых «пассивных» шлемах. В качестве смотрового окна у них используется затемненное стекло, которое либо неподвижно (но тогда сложно разглядеть объект сварки до начала работ), либо откидывается наверх после окончания процесса сварки (материал при этом еще догорает, и смотреть на него без защиты тоже опасно).

«Активные» шлемы типа «хамелеон» автоматически реагируют на импульс света от сварки и изменяют степень своего затемнения, блокируя части светового спектра. Это позволяет нормально контролировать начало сварочного процесса. Источником питания световых фильтров в масках для сварки типа «хамелеон» служат солнечные батареи, а также заменяемые или встроенные литиевые элементы. Некоторые маски-«хамелеоны» оборудованы также респиратором. Это немаловажно, так как дым и газы, возникающие при сварочных работах, содержат вещества, представляющие большую опасность для легких. Правда, стоит такая защита довольно дорого, а в работе не очень удобна из-за солидного веса и приличных габаритов.

Для чистки и сушки светофильтра необходимо снять внутреннюю и внешнюю защитные пластины, затем протереть его чистой мягкой тканью, смоченной метиловым спиртом.

Кроме маски, полный комплект экипировки сварщика включает в себя специальный костюм, обувь и перчатки. Спецодежда для сварщика должна удовлетворять двум основным требованиям: ее наружная поверхность должна быть огнестойкой и термостойкой, а внутренняя (изнаночная) – влагопоглощающей. Исходя из этих требований, куртку и брюки шьют из брезента, парусины, замши и их комбинаций. Все они обрабатываются специальной пропиткой, которая придает им жаростойкость. Для одежды и обуви, защищающей от искр и расплавленного металла и выдерживающей прожигание не менее 50 с, ГОСТ предусматривает специальную пометку «Тр».

Экипировка сварщика обязательно включает в себя рукавицы или перчатки для защиты рук от контакта с нагретыми поверхностями и брызгами расплавленного металла.

Традиционная обувь для сварщиков – сапоги с укороченными голенищами или кожаные ботинки. Категорически запрещается работать в обуви с открытой шнуровкой или металлическими гвоздями в подошве.

Основы газовой (газопламенной) сварки

Газопламенная обработка металлов охватывает такие широко распространенные в промышленности и строительстве технологические процессы, как газовая сварка и наплавка, пайка, газовая и газоэлектрическая резка, термическая правка с применением газового пламени, пламенная поверхностная закалка, газовая металлизация, сварка пластмасс и других неметаллов.

Газовая сварка – это сварка плавлением, при которой для нагрева используется теплота пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки[14]. Газовую сварку выполняют как с применением присадочной проволоки (рис. 20), так и без нее, если формирование шва возможно за счет расплавления кромок основного металла. В качестве горючих газов применяют ацетилен, сжиженные газы на основе пропан-бутановых смесей, природный газ, в качестве окислителя – кислород или воздух.

Рис. 20. Газовая сварка:

1 – соединяемые детали; 2 – сварочная ванна; 3 – присадочный материал; 4 – газовое пламя; 5 – горелка

Ацетилен-кислородные смеси, обеспечивающие максимальную температуру пламени (> 3000 °C), могут быть использованы для любых процессов газовой сварки. Для сварки сталей толщиной до 4 мм с использованием специальной присадочной проволоки можно применять пропан-бутановые смеси.

При газопламенной обработке алюминия, латуни, свинца и других материалов, температура плавления которых ниже температуры плавления стали, целесообразно применять пропан-бутан. Для кислородной резки, пайки, наплавки, металлизации можно использовать любые газы – заменители ацетилена.

Газосварка проста, универсальна, не требует дорогостоящего оборудования и мощного источника электрической энергии. С ее помощью можно сваривать почти все металлы, применяемые в технике. Причем такие металлы, как чугун, медь, свинец, латунь, легче поддаются газовой сварке, чем дуговой. Газовая сварка необходима и применяется при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали (1–3 мм); при ремонте изделий из чугуна, бронзы, силумина; при монтаже и ремонте трубопроводов отопления, водопровода, газопровода из труб малых (до 50 мм) диаметров и при подобных работах; при сварке изделий из алюминия, меди, латуни, свинца; при наплавке латуни на чугунные или стальные детали (поршни, штоки гидросистем); при сварке ковкого и высокопрочного чугуна с применением присадочных прутков из латуни и бронзы.

К недостаткам газовой сварки относятся меньшая производительность и бóльшая зона нагрева, чем при дуговой сварке. При газовой сварке концентрация тепла меньше, чем при дуговой, поэтому разогреву подвергается бóльшая зона и увеличивается коробление. Газосварочный процесс почти не поддается механизации и автоматизации. Кроме того, газовая сварка – источник повышенной пожаро– и взрывоопасности.

Качество сварных соединений, выполняемых газовой сваркой, выше, чем дуговой электродами с тонким покрытием, но несколько ниже, чем качественными электродами. Дело в том, что при газовой сварке не происходит легирования наплавленного металла, в то время как при дуговой сварке качественными электродами, в покрытии которых содержатся ферросплавы, производится довольно значительное легирование.

Производительность газовой сварки, высокая при малой толщине основного металла, быстро снижается с увеличением его толщины. При толщине металла 0,5–1,5 мм производительность газовой сварки может быть выше, чем дуговой. С увеличением толщины металла до 2–3 мм скорости газовой и дуговой сварки становятся одинаковыми, а затем с увеличением толщины металла разница быстро возрастает в пользу дуговой сварки. Например, при сварке стали толщиной 1 мм скорость составляет около 10 м/ч, а толщиной 5 мм – 2,5 м/ч. Далее, при малой толщине абсолютный расход газов на 1 м сварного шва невелик, но с увеличением толщины основного металла быстро растет расход газов и времени на сварку, и газовая сварка становится дороже дуговой; разница в стоимости быстро увеличивается с возрастанием толщины основного металла. Поэтому газовая сварка стали толщиной более 4 мм практически не применяется.

К особенностям газовой сварки следует также отнести почти исключительное выполнение сварных швов за один проход. Получение швов в несколько слоев, широко практикуемое в дуговой сварке, почти не применяется при газовой.

Газовое пламя менее яркое, чем сварочная дуга, оно не обжигает лицо, поэтому для защиты глаз сварщика достаточно очков с цветными стеклами.

Материалы, применяемые при газовой сварке

Горючие газы

При газовой сварке в качестве окислителя применяют кислород, а горючими газами служат ацетилен, водород, пропан и др.

Газообразныйкислород (О_2) бесцветен, не имеет запаха и вкуса, немного тяжелее воздуха. Плотность кислорода при атмосферном давлении и температуре 20 °C равна 1,33 кг/м^3. Активно поддерживает горение и служит для повышения температуры газового пламени при сгорании горючего газа.

Согласно ГОСТ 5583–78, промышленность выпускает газообразный технический кислород двух сортов. Объемная доля кислорода в техническом кислороде I сорта составляет 99,7 %, II сорта – 99,5 %.

Кислород способен образовывать взрывоопасные смеси с горючими газами или парами жидких горючих веществ, а при его соприкосновении с органическими соединениями (масла, жиры и другие вещества) может произойти их самовоспламенение.

Газообразный ацетилен (С_2Н_2) – бесцветный газ, имеющий специфический чесночный запах из-за присутствия примесей: фосфористого водорода, сероводорода и др. Ацетилен легче воздуха: при атмосферном давлении и температуре 20 °C его плотность составляет 1,09 кг/м^3. Хорошо растворяется в жидкостях, особенно в ацетоне, становясь более безопасным. Используется для формирования газового пламени при сгорании в струе кислорода. Преимущество ацетилена перед другими горючими газами – возможность получения наиболее высокой температуры пламени (до 3200 °C).

На месте сварки ацетилен получают в газогенераторах путем разложения карбида кальция водой или используют пиролизный[15] ацетилен. Последний к месту сварки доставляют растворенным в ацетоне в виде пористой массы, заключенной в стальной баллон. Пиролизный ацетилен дешевле, чем получаемый из карбида кальция.

Ацетилен образует с кислородом, содержащимся в воздухе, взрывоопасные смеси при нормальном атмосферном давлении. Наиболее взрывоопасны смеси, содержащие 7–13 % ацетилена. Ацетилен может взрываться и без окислителя!

Водород (Н_2) при атмосферном давлении и температуре 20 °C – горючий газ без цвета и запаха. Плотность водорода равна 0,084 кг/м^3, он в 14,5 раза легче воздуха. Водород предназначен для формирования газового пламени при сгорании в струе кислорода. Температура пламени составляет 2600 °C. Водородно-кислородное пламя бесцветное, не имеет четких очертаний, что затрудняет его регулирование.

Хранится и поставляется в газообразном состоянии в стальных баллонах объемом 5, 10, 20 и 40 литров.

Водород образует с кислородом (2 объема водорода и 1 объем кислорода) взрывоопасную гремучую смесь.

Технический пропан – это смесь пропана (С_3Н_8) и пропилена (С_3Н_6), представляющая собой при нормальных условиях бесцветный газ, не имеющий запаха. Для безопасного пользования в состав смеси добавляют сильнопахнущие вещества – одоранты. Газ тяжелее воздуха, при атмосферном давлении и температуре 20 °C его плотность составляет 1,88 кг/м^3. Применяется для формирования газового пламени с температурой 2700 °C в качестве заменителя ацетилена.

Поставляют пропан к месту сварки в стальных цельносварных баллонах в сжиженном состоянии.

Пропан огнеопасен. Может скапливаться в приямках, подвалах и колодцах, образуя взрывоопасную смесь.

МАФ-газ – метилацетилен-алленовая газообразная фракция, образующаяся в процессе переработки природного газа и нефтепродуктов, обладающая хорошими теплофизическими свойствами. Газ тяжелее воздуха, плотность при нормальных условиях составляет 1,9 кг/м^3. Обладает резко выраженным запахом.

МАФ-газ применяют в качестве заменителя ацетилена при газовой сварке. Он в два раза дешевле ацетилена, а температура пламени при его сгорании достигает 2930 °C. Газ поставляют к месту сварки в сжиженном состоянии в цельносварных баллонах (таких же, как и для пропана). В баллоне вместимостью 50 л и весом 22 кг содержится 21 кг газа.

Склонность к обратному удару газа МАФ незначительна. По сравнению с ацетиленом МАФ имеет более мягкое пламя, что дает свои преимущества при работе с металлом малых толщин, с цветными металлами, а также при контурной резке изделий. В то же время ядро даже нейтрального пламени при использовании газа МАФ длиннее ацетиленового в 1,5–2 раза.

Технология газопламенной обработки при использовании газа МАФ в основном такая же, как и при использовании ацетилена. В качестве аппаратуры могут применяться горелки, резаки, редукторы и другие устройства, предназначенные для работы с ацетиленом и на сжиженных газах (пропан-бутановых смесях). Присадочную проволоку лучше применять такую, которая больше подходит для сварки пропаном.

На баллоне с газом может использоваться редуктор, применяемый на пропановых баллонах. По сравнению с пропан-бутановой смесью при сварке стали газом МАФ расход кислорода в 1,5 раза меньше.

Смесь МАФ-газа (3,4–10,8 % по объему) с воздухом взрывоопасна. Газ может скапливаться в подвалах, колодцах и приямках, образуя взрывоопасную смесь.

Присадочные материалы

Присадочными материалами являются проволока, прутки (стержни), полоски металла, близкие по свойствам свариваемому металлу. При проведении сварки они обеспечивают дополнительный металл для заполнения зазора между свариваемыми кромками и образования сварного шва требуемой формы.

Основным присадочным материалом служит сварочная проволока.

При сварке углеродистых и легированных сталей применяют холоднотянутую сварочную проволоку. Ее характеристики приведены выше, в главе «Характеристика, классификация и назначение сварочной проволоки».

Для газовойсварки серого чугуна выпускают чугунные прутки ∅ 4, 6, 8, 10, 12 и 16 мм. Маркировку торца прутков выполняют краской черного, белого, красного, синего, коричневого, желтого или зеленого цвета.

Для газовой сварки меди, медно-никелевыхсплавов, бронз и латуни применяют сварочную проволоку, отвечающую ГОСТ 16130–90. Ее диаметр составляет 0,8–8,0 миллиметров.

Условное обозначение присадочной проволоки из меди или ее сплава соответствует классификации этих материалов по следующим признакам:

● способу изготовления (холоднодеформированная (тянутая) – Д; горячедеформированная (прессованная) – Г);

● форме сечения – КР (проволоку изготавливают исключительно круглого сечения);

● механическим свойствам (мягкая – М, твердая – Т);

● виду поставки (мотки или бухты – БТ, катушки – КТ, барабаны – БР, сердечники – CP, немерной длины – НД).

При сварке алюминия и его сплавов используют тянутую и прессованную проволоку из алюминия и алюминиевых сплавов, отвечающую ГОСТ 7871–75. Ее диаметр составляет 0,8–12,5 мм. Условные обозначения при маркировке, характеризуют:

● способ изготовления (тянутая – В, прессованная – П);

● вид обработки (нагартованная – Н, отожженная – М);

● вид поставки (мотки (бухты) – БТ, катушки – КТ).

Сварочный флюс[16]. При газосварке флюс наносится на свариваемые кромки или вносится в сварочную ванну оплавляемым концом присадочного прутка (налипающим на него при погружении во флюс). Флюсы могут использоваться и в газообразном виде при подаче их в зону сварки с горючим газом.

Оборудование для газовой сварки

Оборудование для газовой сварки, наплавки и резки включает в себя источники газоснабжения (ацетиленовые генераторы или газовые баллоны), аппаратуру регулирования и защиты (вентили, редукторы, манометры, предохранительные устройства), соединительные рукава и универсальные или специализированные горелки.

Ацетиленовые генераторы

Ацетиленовый генератор – аппарат, предназначенный для получения газообразного ацетилена посредством разложения карбида кальция водой. Из 1 кг карбида кальция, в зависимости от размеров его кусков и степени чистоты, можно получить 235–285 дм^3 ацетилена. Однако применение газогенераторов в быту и в небольших мастерских нецелесообразно: они более взрывоопасны, нежели баллоны, и потому в сварочном комплекте возрастает количество предохранительных устройств. Обслуживание их сложнее; подготовка к работе занимает гораздо больше времени, чем при работе с баллонами; отработанный ил сливают только в специальные ямы или бетонные хранилища. К тому же по завершении даже незначительных сварочных работ следует выработать весь загруженный объем карбида кальция – постепенно стравить ацетилен в атмосферу или дожечь его горелкой. Поэтому использование ацетиленовых генераторов оправдано только при промышленных объемах работ.

Баллоны

Баллон – это металлическая емкость для хранения и транспортирования газов в сжатом, растворенном и сжиженном состояниях.

Кислородный баллон, согласно ГОСТ 949–73, изготовлен из углеродистой (150У) или легированной (150JI) стали и имеет стальной цельнотянутый цилиндрический корпус с выпуклым днищем, на которое напрессован башмак (рис. 21, а). Вверху баллон заканчивается горловиной с резьбовым отверстием, в которое ввернут запорный вентиль. На наружную резьбу горловины баллона навернут предохранительный колпак.

Рис. 21. Газовые баллоны для сварки:

а – кислородный баллон вместимостью 40 л (1 – днище; 2 – башмак; 3 – корпус; 4 – горловина; 5 – вентиль; 6 – предохранительный колпак); б – кислородный баллон вместимостью 10 дм^3; в – ацетиленовый баллон (1 – корпус; 2 – вентиль; 3 – азотная подушка; 4 – пористая масса с ацетоном; 5 – башмак; 6 – предохранительный колпак); г – баллон для пропана вместимостью 55 дм^3 (1 – табличка с паспортными данными; 2 – корпус; 3 – днище; 4 – башмак; 5 – подкладные кольца; 6 – горловина; 7 – вентиль; 8 – предохранительный колпак)

Высота стандартного баллона 40–150У составляет 1370 мм, диаметр 219 мм, толщина стенки 7 мм, вместимость 40 дм^3, масса без газа 67 кг. Баллон рассчитан на рабочее давление 15,0 МПа (150 кгс/см^2); испытательное давление составляет 22,5 МПа (225 кгс/см^2). В полном баллоне объем кислорода, соответствующий атмосферному давлению и температуре 20 °C, составляет 6 м^3.

Цвет баллона голубой, надпись черная.

Наряду с баллонами вместимостью 40 дм^3, выпускаются и баллоны меньшей вместимости – 20; 10; 5 и 1 дм^3 (рис. 21, б).

Вентиль кислородного баллона изготавливают из латуни, так как сталь активно корродирует в среде сжатого кислорода, а маховики и заглушки – из стали, алюминиевых сплавов и пластмассы.

Количество кислорода в баллоне приближенно определяют, решая следующую пропорцию: при атмосферном давлении (0,1 МПа) в баллоне находится 40 дм^3 газа; если давление в баллоне равно 15 МПа, то до объема 40 дм^3 можно сжать (40 × 15)/0,1 = 6000 дм^3, или 6 м^3, кислорода.

Ацетиленовый баллон большой емкости имеет такие же размеры, как и кислородный вместимостью 40 дм^3 (рис. 21, в). Масса баллона без газа 83 кг, рабочее давление ацетилена 1,9 МПа (19 кгс/см^2), максимальное давление 3,0 МПа (30 кгс/см^2).

Ацетиленовый баллон заполняют пористой массой из активированного древесного угля, которую пропитывают ацетоном из расчета 225–300 г на 1 дм^3 вместимости баллона. Ацетилен, хорошо растворяясь в ацетоне, становится менее взрывоопасным.

Более экономичны баллоны с литой пористой массой, способные вместить 7,4 кг растворенного ацетилена, тогда как баллоны с активированным углем – только 5 кг.

На баллоне с литой пористой массой ниже надписи «АЦЕТИЛЕН» красной краской нанесены буквы ЛМ. Такие баллоны поставляют с азотной подушкой.

При отборе ацетилена из баллона удаляется и часть ацетона в виде паров. Для уменьшения потерь ацетона во время работы необходимо располагать баллоны в вертикальном положении и отбирать ацетилен со скоростью, не превышающей 1,7 м^3/ч.

В наполненном баллоне вместимостью 40 дм^3 при рабочем давлении и температуре воздуха 20 °C объем газообразного ацетилена, соответствующий нормальным условиям, составляет 5,5 м^3.

Цвет баллона белый, надпись красная. Отпускают ацетилен также в баллонах емкостью 1; 5; 10; 15 и 20 л.

Отличительной особенностью вентиля ацетиленового баллона является отсутствие маховика и штуцера. В корпусе вентиля имеется боковая канавка, в которую устанавливают штуцер ацетиленового редуктора, прижимая его специальным хомутом через кожаную прокладку. Такая конструкция вентиля не допускает случайной установки другого редуктора во избежание образования взрывоопасной смеси.

Еще одна отличительная особенность вентиля ацетиленового баллона состоит в том, что его открывание, закрывание и присоединение с его помощью редуктора к баллону осуществляются специальным торцовым ключом.

Для определения объема ацетилена баллон взвешивают до и после наполнения газом и по разности показателей и плотности ацетилена определяют объем газа, находящегося в баллоне. Например, масса баллона с ацетиленом 89 кг, порожнего – 83 кг. Масса ацетилена в баллоне: 89–83 = 6 кг. Плотность ацетилена при атмосферном давлении и температуре 20 °C составляет 1,09 кг/м^3. Следовательно, объем ацетилена при этих условиях составляет 6/1,09 = 5,5 м^3.

Баллоны для техническогопропана изготавливают из листовой углеродистой стали толщиной 3 мм согласно ГОСТ 15860–84. К верхней части сварного цилиндрического корпуса пропанового баллона приварена горловина, а к нижней – днище и башмак (рис. 21, г). В горловине имеется резьбовое отверстие, в которое ввернут латунный вентиль. Внутри баллона расположены подкладные кольца. Для защиты вентиля баллона от механического повреждения служит предохранительный колпак.

Высота баллона не более 1013 мм, диаметр (без обечайки усиления) 292 мм, масса без газа 22 кг, вместимость 50 л, рабочее давление 1,6 МПа (16 кгс/см^2). Газ в баллоне находится в сжиженном состоянии.

Кроме того, выпускают пропановые баллоны вместимостью 27, 12 и 5 л. 50-литровый баллон содержит 21,4 кг сжиженного газа, 27-литровый – 11,4 кг, 5-литровый – 3,3 килограмма.

Кратковременный максимальный отбор газа не должен превышать 1,25 м^3/ч, а нормальный во избежание замерзания вентиля – 0,6 м^3/ч.

Цвет баллона красный, надпись белая.

Вентиль пропанового баллона мембранного типа делают из латуни (реже из стали). Он рассчитан на рабочее давление до 2,0 МПа (20 кгс/см^2). Боковой штуцер корпуса вентиля имеет левую резьбу.

Газовые редукторы и манометры

Редуктор – устройство, предназначенное для понижения давления газа, поступающего из баллона, и автоматического поддержания заданного рабочего давления. Газовые редукторы осуществляют также регулирование рабочего давления и защиту баллона от обратного удара пламени, а манометры показывают давление газа в баллоне и на выходе из редуктора.

Газовые редукторы, согласно ГОСТ 13861–89, классифицируют по назначению (Б – баллонные, Р – рамповые, С – сетевые); виду редуцируемого газа (А – ацетиленовые, К – кислородные, М – метановые, П – пропан-бутановые); схеме регулирования (О, Д – одно-и двухступенчатые с механической установкой давления, З – одноступенчатые с пневматическим заданием рабочего давления). Различаются они и по принципу действия (прямого и обратного действия). В эксплуатации более удобны редукторы обратного действия, так как они компактны и просты по конструкции, надежны и безопасны в работе.

Редукторы отличаются друг от друга окраской корпуса (ацетиленовый – белого цвета, кислородный – голубого, пропановый – красного) и присоединительными устройствами для крепления их к баллону. Кислородный и пропановый редукторы присоединяют к баллонам накидными гайками соответственно с правой и левой резьбой. Ацетиленовые редукторы крепят к баллонам хомутом с упорным винтом.

Технические характеристики баллонных редукторов приведены в табл. 8 (см. с. 326).

Манометры представляют собой приборы для измерения давления газа. Их присоединяют к корпусу редуктора через прокладки из фибры и кожи с помощью резьбовых соединений с использованием гаечного ключа.

Каждый манометр должен иметь на циферблате обозначение того газа, для которого он предназначен. На кислородные манометры наносят надписи «Кислород» и «Маслоопасно», на ацетиленовые, водородные и пропановые – «Ацетилен», «Водород» и «Пропан» или символы О_2, С_2Н_2, Н_2 и С_3Н_8.

Рукава

Рукава (шланги) представляют собой гибкие трубопроводы, служащие для транспортирования газа к месту работы и подачи его в горелку. В зависимости от назначения резиновые рукава для газовой сварки подразделяют на три класса:

● I – для подачи ацетилена, городского газа, технического пропана и других горючих газов под давлением до 630 кПа (6,3 кгс/см^2); окраска рукавов красная;

● II – для подачи жидкого топлива (бензин, уайт-спирит, керосин или их смеси) под давлением до 630 кПа (6,3 кгс/см^2); окраска рукавов желтая;

● III – для подачи газообразного кислорода под давлением до 2,0 МПа (20 кгс/см^2); окраска рукавов синяя.

Рукава изготавливают из резины, армированной слоями ткани. Кислородные рукава имеют внутренний и наружный слои из вулканизированной резины и несколько слоев из льняной или хлопчатобумажной ткани.

Рукава применяют при температуре окружающей среды от –35 до +50 °C. Для работы в северных широтах необходимы рукава из морозостойкой резины, сохраняющей свои свойства при температуре до –65 °C.

Рукава I и II классов имеют четырехкратный, а III класса – трехкратный запас прочности по отношению к рабочему давлению.

Рукава изготавливают с внутренним диаметром, равным 6,3; 8,0; 9,0; 10,0; 12,0; 12,5 и 16,0 мм. Рукава длиной 10 и 20 м поставляют в виде бухт. Оптимальная длина рукава 9–30 м. При ее увеличении возрастают потери давления газа.

Сварочные горелки

Основным инструментом газосварщика является сварочная горелка – устройство для смешения газов, формирования сварочного пламени и регулирования его вида и мощности. Сварочные горелки классифицируют по следующим признакам:

● способу подачи горючего газа и кислорода в смесительную камеру – инжекторные и безынжекторные;

● роду горючего газа – ацетиленовые, водородные, для газов-заменителей и жидких горючих;

● числу факелов – однопламенные и многопламенные;

● назначению – универсальные (сварка, резка, пайка, наплавка) и специализированные для выполнения одной операции;

● мощности пламени – горелки микромощности, малой, средней и большой мощности;

● способу применения – ручные, машинные.

В безынжекторных горелках горючий газ и кислород поступают в смеситель под одинаковым давлением. Инжекторные горелки имеют устройство, обеспечивающее подачу горючего газа низкого давления в смесительную камеру за счет всасывания его струей кислорода, подводимого под более высоким давлением. Это устройство называется инжектором, а явление подсоса – инжекцией. Наиболее эффективны инжекторные горелки, отличающиеся высокой безопасностью, простотой обслуживания, надежностью работы и универсальностью.

На рис. 22, а – в представлены схема инжекторной горелки и конструкция инжекторного устройства. Кислород из баллона под рабочим давлением через ниппель, газоподводящую трубку и вентиль поступает в сопло инжектора. Выходя из сопла с большой скоростью, он создает разрежение в ацетиленовом канале, в результате чего ацетилен, проходя через ниппель, трубку и вентиль, подсасывается в смесительную камеру. В этой камере образуется горючая смесь, которая, проходя через наконечник и мундштук, сгорает на выходе из горелки, образуя сварочное пламя.

Для нормальной работы инжекторных горелок необходимо, чтобы давление кислорода составляло 150–500 кПа (1,5–5,0 кгс/см^2), а давление ацетилена – 3–120 кПа (0,03–1,2 кгс/см^2). Устойчивое горение пламени достигается при скорости истечения горючей смеси 50–170 м/с.

На рис. 22, д представлена схема безынжекторной горелки. Вместо инжектора у нее – смесительная камера наконечника. При подключении безынжекторной горелки к газовым баллонам применяют редуктор, автоматически поддерживающий равенство рабочих давлений кислорода и ацетилена (рис. 22, г).

Рис. 22. Горелки:

а – в – инжекторная (общий вид, конструкция горелки и инжектора; 1 – мундштук; 2 – наконечник; 3 – смесительная камера; 4 – сопло инжектора; 5, 7 – вентили кислорода и ацетилена; 6 – ниппели; 8, 9 – каналы для подачи кислорода и ацетилена; 10 – инжектор); г – схема подключения безынжекторной горелки к газовым баллонам; д – конструкция безынжекторной горелки (1 – мундштук; 2 – наконечник; 3, 6 – вентили кислорода и ацетилена; 4, 5 – ниппели кислорода и ацетилена; 7, 8 – баллонные редукторы; 9 – редуктор равных давлений; 10 – рукава; 11 – горелка, 12 – предохранительные устройства); е – инжекторный резак (1 – вентиль режущей струи кислорода; 2 – трубка подачи кислорода к мундштуку; 3 – подогревающее пламя; 4 – режущая струя кислорода)

Кислород через ниппель, регулировочный вентиль и специальные дозирующие каналы поступает в смесительную камеру горелки. Аналогично через ниппель и вентиль подается ацетилен. Из смесительной камеры горючая смесь проходит через наконечник и выходит из мундштука, образуя сварочное пламя.

Мощность пламени выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и его теплофизических свойств. Регулируют пламя подбором наконечника горелки. Правила выбора сварочной горелки и наконечников к ней приведены в табл. 9 и 10.

Предохранительные устройства

При работе с газовым оборудованием огромную опасность представляет возможность попадания в него взрывной волны при обратных ударах пламени из сварочной горелки или резака. Обратным ударом называется воспламенение смеси газов в каналах горелки или резака и распространение пламени навстречу потоку горючей смеси. Дело в том, что горючая смесь сгорает с определенной скоростью. Из отверстия мундштука горелки или резака она вытекает также с определенной скоростью, которая должна быть больше скорости сгорания. В противном случае пламя проникнет в канал мундштука и воспламенит смесь в каналах горелки или резака, что вызовет обратный удар пламени. Обратный удар может произойти также от перегрева и засорения канала мундштука горелки.

Обратный удар характеризуется резким хлопком и гашением пламени. Горящая смесь газов устремляется по ацетиленовому каналу горелки или резака в шланг, а при отсутствии предохранительного затвора – в источник горючего газа, что может привести к его взрыву и вызвать серьезные разрушения и травмы.

Безопасность работ при газовой сварке обеспечивает группа предохранительных устройств, устанавливаемых между баллоном и горелкой (рис. 22, г, поз. 12). К ним относятся обратный клапан, пламегаситель, предохранительный и отсечный клапаны.

Обратный клапан – предохранительное устройство, предотвращающее обратный ток газа. Его устанавливают на редуктор. Клапан открывается под действием газовой струи, а закрывается под действием пружины, когда давление газа на выходе из клапана превышает давление при нормальном потоке газа.

Обратный клапан, срабатывающий при определенном давлении, присоединяют к горелке для предотвращения обратного тока газа и снижения вероятности обратного удара пламени, когда давление газа на выходе превышает нормальное.

Пламегаситель подключают к горелке. Это предохранительное устройство, предотвращающее прохождение в защищаемое оборудование, аппаратуру и коммуникации пламени при его обратном ударе. Пламегасители подразделяют на два класса: класс I (тяжелый тип) и класс II (легкий тип). В зависимости от конструкции различают пламегасители одно– и двустороннего действия.

Предохранительный клапан – устройство, автоматически сбрасывающее газ в атмосферу при превышении заданного уровня давления и прекращающее истечение газа при снижении давления до этого уровня.

Предохранительные затворы бывают водяные и сухие. Первые предназначены для защиты ацетиленовых генераторов и трубопроводов для горючих газов от проникновения в них пламени при обратном ударе, а также кислорода из горелки или резака и воздуха из атмосферы. Для работы с баллонными редукторами применяют сухие затворы. Это комбинированное предохранительное устройство на основе пористой вставки из металлокерамики в сборе с обратными клапанами.

Отсечный клапан – предохранительное устройство, прекращающее подачу газа при критическом значении температуры, наличии противодавления на выходе из клапана либо превышении заданного значения расхода газа.

Техника выполнения сварных швов

В этом разделе мы рассмотрим основы практической работы сварщика – методы выполнения сварных швов электродуговой и газовой сваркой, дуговую и газовую резку металла, особенности термитной сварки, а также методики уменьшения объемных деформаций металла после сварочного процесса.

Технология ручной дуговой сварки

На качественное формирование сварного шва влияют следующие параметры:

● величина и подбор сварочного тока;

● зажигание сварочной дуги;

● угол наклона электрода;

● скорость сварки;

● длина дуги;

● манипулирование электродом;

● заварка кратера и обрыв дуги.

Умелое применение и сочетание этих параметров, что в значительной степени и составляет мастерство сварщика, позволяет выполнить прочный и красивый сварной шов.

Выбор режимов сварки

Под режимом сварки понимают совокупность контролируемых параметров, определяющих условия сваривания металла. Такими параметрами являются сила сварочного тока, напряжение дуги, скорость сварки, род и полярность тока. Дополнительные параметры: положение шва в пространстве; число проходов; температура окружающей среды.

Силу сварочного тока устанавливают в зависимости от диаметра электрода, который, в свою очередь, выбирают в зависимости от толщины свариваемого изделия. На диаметр электрода влияют также тип сварного соединения, положение шва в пространстве, размеры детали, состав свариваемого металла. При сварке встык металла толщиной до 4 мм применяют электроды диаметром, равным толщине свариваемого металла. При сварке металла большой толщины применяют электроды ∅ 4–8 мм при условии обеспечения провара основного металла. В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом ∅ 3–4 мм, последующие слои – электродами большего диаметра.

Сварку в вертикальном положении проводят с применением электродов диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 миллиметров.

Ориентировочный расчет силы сварочного тока делают по следующим формулам:

● для электрода ∅ 3–6 мм сварочный ток I = (20 + 6dэ) × dэ × k;

● для электрода ∅ < 3 мм сварочный ток I = 30 × dэ × k.

Коэффициент k при выполнении швов в нижнем положении принимают равным 1, вертикальных швов – 0,9, потолочных швов – 0,8. Сварку швов в вертикальном и потолочном положениях выполняют, как правило, электродами диаметром не более 4 мм. Ориентировочные данные режимов ручной дуговой сварки приведены в табл. 11 и 12. Однако следует учесть, что зависимость между диаметром электрода и силой тока может быть не прямой и, в зависимости от вида стали и применяемых электродов, приходится вводить поправки. В табл. 13 приводится пример подбора сварочного тока для наиболее распространенных типов электродов в зависимости от свариваемых сталей и диаметра электрода. В табл. 14 показана зависимость силы сварочного тока от толщины свариваемого металла и положения сварки в пространстве.

При увеличении диаметра электрода и неизменном сварочном токе плотность тока уменьшается, что приводит к блужданию дуги, увеличению ширины шва и уменьшению глубины провара. Чем больше диаметр электрода, тем меньше допустимая плотность тока, так как ухудшаются условия охлаждения.

Наконец, формирование валиков при одной и той же величине сварочного тока будет разным, если они выполнены на разных толщинах. Поэтому окончательный подбор тока необходимо производить на технологической планке, толщина которой близка к толщине сварочного изделия. Например, для изделия толщиной более 10 мм сварочный ток, подобранный на тонкой пластине, будет незначительным для хорошего формирования валика. Прогревание основного металла в этом случае меньше, соответственно, растекаемость жидкой ванны незначительна, что и сказывается на форме и чешуйке сварного шва. Необходимо добавить 10–20 А или подобрать сварочный ток на соответствующей планке. В табл. 15 показано влияние величины сварочного тока на качество и форму сварного шва.

Род и полярность тока выбирают в зависимости от способа сварки и свариваемых материалов. Прямую полярность («—» на электроде) используют при сварке с глубоким проплавлением основного металла; низко– и среднеуглеродистых и низколегированных сталей толщиной 5 мм и более электродами с фтористо-кальциевым покрытием (марок УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55 и др.); чугуна.

Обратную полярность («+» на электроде) используют при сварке с повышенной скоростью плавления электродов; низколегированных низкоуглеродистых сталей (типа 16Г2АФ); средне– и высоколегированных сталей и сплавов; тонкостенных листовых конструкций.

Переменный ток используют при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей (типа 09ГС) в строительно-монтажных условиях электродами с рутиловым покрытием; в случаях возникновения магнитного дутья; толстолистовых конструкций из низкоуглеродистых сталей.

При этом следует учитывать влияние силы сварочного тока, напряжения дуги и скорости сварки на форму и размеры шва. С увеличением сварочного тока глубина провара увеличивается, а ширина шва почти не изменяется.

С повышением напряжения ширина шва резко увеличивается, а глубина провара уменьшается. Это важно учитывать при сварке тонкого металла. Несколько уменьшается и выпуклость шва. При одном и том же напряжении ширина шва при сварке на постоянном токе (особенно обратной полярности) значительно больше, чем ширина шва при сварке на переменном токе.

Зажигание дуги

После подбора сварочного тока наибольшее влияние на качество сварного шва оказывает зажигание дуги и начало сварки.

Существует два способа зажигания сварочной дуги.

Первый способ – способ тычка, или короткого замыкания (рис. 23, а). После короткого соприкосновения торца электрода с изделием необходимо произвести отрыв его на высоту, равную диаметру электрода или чуть больше. Такой способ зажигания дуги легко применять электродами с качественно изготовленными торцами. Недостаток способа тычка заключается в возможности прилипания электрода к изделию. Это происходит при длительном коротком замыкании (КЗ) (положение II) либо при отрыве электрода из положения II в положение III на длину бóльшую, чем диаметр электрода, с последующим чрезмерным укорачиванием длины дуги; так как дуговой разряд еще не стабилизировался, происходит залипание электрода с изделием. Избежать залипания можно путем плавного укорачивания дугового разряда до необходимой длины дуги после ее стабилизации. Отрывать прилипший электрод следует резким поворачиванием его вправо и влево.

Второй способ – способ чирка, когда электродом вскользь чиркают, как спичкой, по поверхности металла. Чиркать надо в направлении сварки, чтобы не оставлять лишних следов. При поступательном движении электрода, как показано на рис. 23, б, после соприкосновения торца электрода с изделием и после появления искрения надо приподнять электрод для возникновения сварочной дуги. После стабильного горения перейти на необходимую длину дуги (h = диаметр электрода). Данный способ исключает прилипание электрода к изделию. Если электрод все же прилип, скорее всего, его покрытие повреждено. В этом случае надо сжечь выступающий из-под покрытия край электрода.

Рис. 23. Зажигание дуги:

а – способом тычка; б – способом чирка

В случае появления стартовых пор (видимых невооруженным глазом) или прилипания электрода к изделию при зажигании сварочной дуги необходимо прекратить начало сварки и выбрать (вырубить) место зажигания подручными средствами (зубилом, болгаркой и др.). После этого нужно обжечь электрод на технологической пластине, быстро и аккуратно удалить незастывший шлак с торца электрода путем легкого постукивания электродом обо что-либо твердое (дерево, наждачный круг, металлическую планку, изолированную от изделия, или прочий подручный материал) и после этого возобновить зажигание сварочной дуги. Не рекомендуется переплавлять нечеткое зажигание сварочной дуги, так как это может привести к дефектам в месте зажигания (стартовые поры, зашлаковка, непровар).

Зажигание сварочной дуги на изделии для продления сварного шва производится впереди кратера (рис. 24). Путь от положения 1 до положения 5 следует выполнять быстро, чтобы не получить валик в этом месте. Времени от начала зажигания дуги и до начала сварки обычно достаточно для того, чтобы сориентироваться, где начать наложение первой чешуйки металла шва. Начало сварки следует выполнять на застывшем кратере в верхней ее части, стараясь соединить край жидкой ванны с последней чешуйкой закристаллизовавшегося шва, предварительно обив кратер от застывшего шлака.

Начало сварки внизу кратера приводит к большим и глубоким перепадам между чешуйками в местах смены электродов. Начало сварки на самой вершине кратера приводит к бугристости сварного шва. Такие углубления и бугры создают трудности при сварке последующего слоя и способствуют появлению дефектов. Кроме этого, необходимо выполнить ряд дополнительных условий.

Рис. 24. Зажигание сварочной дуги для продления сварного шва

Должны отсутствовать или быть незначительными перепады в местах стыковки.

При наведении жидкой ванны необходимо проследить за тем, чтобы ее граница совпадала с последней чешуйкой предыдущего валика.

Наклон электрода в начале сварки должен быть равным или больше 90° к поверхности кратера, что не позволяет жидкому шлаку стекать вниз кратера. Скорость продвижения электрода от позиции 1 должна быть чуть быстрее, чем скорость сварки. В позиции 2 необходимо произвести задержку для проплавления места перехода кратера с основным металлом и после этого начать наложение сварного валика с определенной скоростью.

Все вышеперечисленное позволяет производить сварку (наплавку) с минимальными перепадами и повышает производительность труда.

Угол наклона электрода

Угол наклона электрода по отношению к изделию и направлению сварки значительно влияет на качественное формирование сварного шва. Защиту сварочной дуги и жидкой ванны металла шва от окружающей среды осуществляют газовый пузырь и жидкий шлак. Шлак поддерживает в жидком состоянии металл шва более длительное время (2–3 с). За это время в более полной мере протекают металлургические процессы, успевают в основном выйти из металла шва газы и шлаки.

Поддержание металла шва в жидком состоянии более длительное время позволяет сформировать валик правильной формы, с плавным переходом к основному металлу и равномерными чешуйками с минимальными перепадами между ними. Исходя из вышесказанного, очень важно, чтобы жидкий шлак укрывал жидкий металл шва сразу за дугой, как бы накрывая сварной шов «одеялом», сохраняя при этом тепло и отдаляя время начала кристаллизации шва. Это обеспечивается углом наклона электрода по отношению к направлению сварки. Существуют три положения наклона электрода по отношению к направлению сварки:

1. Cварка под прямым углом (рис. 25, а);

2. Cварка углом назад (рис. 25, б);

3. Cварка углом вперед (рис. 25, в).

Рис. 25. Положения наклона электрода:

а – сварка под прямым углом; б – сварка углом назад; в – сварка углом вперед

Первое («прямое») положение электрода позволяет жидкому шлаку двигаться следом за сварочной ванной, накрывая жидкий металл шва, что способствует качественному формированию сварного шва. Незначительная часть шлака все же появляется впереди электрода, но не оказывает помехи процессу сварки. Впереди идущий жидкий шлак легко вытесняется по обе стороны валика сварного шва более тяжелым жидким металлом шва. В том случае, когда все-таки шлак впереди начинает мешать процессу сварки, необходимо сделать наклон электрода в сторону направления сварки до восстановления нормального процесса. Под прямым углом электрод держат обычно при необходимости варить в труднодоступных местах, а также при потолочной сварке.

При сварке углом назад силой давления сварочной дуги жидкий шлак вытесняется назад и отстает от жидкой сварочной ванны. Появляется оголенный участок жидкого металла шва и происходит быстрое остывание (кристаллизация) сварного шва. В этом случае валик получается с неравномерными чешуйками и значительными перепадами.

Необходимо выровнять положение электрода до момента, когда жидкий шлак будет следовать сразу за электродом. Сварка углом назад предпочтительна при работе с угловыми и стыковыми соединениями. Она позволяет увеличить глубину провара и высоту выпуклости, но при этом уменьшается ширина шва. Прогрев кромок недостаточен, поэтому возможны несплавления и образование пор.

При сварке углом вперед впереди электрода следует жидкий шлак, мешающий процессу сварки. Он накапливается в большом количестве, натекает на холодный металл и подстывает. Сварочная дуга начинает блуждать, а иногда и гаснуть. Сварной шов становится неровным, с пропусками проплавления по краям, а иногда и в середине шва. В этом случае необходимо выровнять положение электрода до вертикального. Метод углом вперед применяется в горизонтальных, вертикальных и потолочных швах, а также при сварке неповоротных стыков труб. При сварке таким методом уменьшается глубина провара и высота выпуклости шва, но заметно возрастает его ширина, что позволяет сваривать металл небольшой толщины. Лучше проплавляются кромки, поэтому возможна сварка на повышенных скоростях.

Электродами с рутиловым покрытием типа МР, АНО и др. сварку следует производить только углом назад ввиду большого количества шлака и высокой его жидкотекучести. При сварке угол наклона электрода с рутиловым покрытием к изделию всегда меньше, чем электрода с основным покрытием.

В каждом конкретном случае необходимо выбирать такой угол наклона электрода, чтобы силой давления дуги не позволять жидкому шлаку «сзади отставать и вперед забегать». Поэтому, в зависимости от многих факторов, угол наклона электрода определяет только сварщик.

Скорость сварки

Скорость движения электрода по направлению сварки тоже влияет на качество и геометрические размеры сварного шва, его форму и глубину проплавления.

Необходимо выбирать такую скорость сварки, чтобы сварочная ванна (кратер) заполнялась электродным металлом и поднималась над поверхностью с плавным переходом к основному металлу без подрезов и наплывов.

Как сварщику уловить необходимую скорость продвижения электрода? Подобрав необходимый сварочный ток, произведя четкое зажигание дуги, выбрав угол наклона электрода в зависимости от расположения шлака, оптимальную скорость определяют по ширине валика, его высоте и по мере его формирования. Валик должен получаться с плавным переходом к основному металлу, равномерной чешуйкой, без подрезов. Данную скорость легко сохранять путем поддержания одинаковой ширины сварочной ванны вокруг электрода, равной примерно двум его диаметрам (включая покрытие). Высота валика должна составлять 0,5–0,7 диаметра электрода.

При маленькой скорости электрода на единицу площади сварного шва приходится значительное количество наплавленного электродного металла, что приводит к росту высоты валика; когда она превышает диаметр электрода, жидкий металл растекается бесформенно. Возможны дефекты: наплывы, непровары по бокам валика, прожоги на тонком металле.

С увеличением скорости сварки глубина провара сначала возрастает (до скорости 40–60 м/ч), а затем уменьшается. При этом ширина шва уменьшается постоянно.

При большой скорости (более 70–80 м/ч) ширина валика равна диаметру электрода с покрытием или меньше него. В этом случае происходит недостаточное прогревание основного металла, быстрая кристаллизация сварочной ванны. Возможны дефекты: подрезы, непровары. Формирование валика неудовлетворительное.

Установки тока могут меняться в зависимости от ситуации. Толстый металл рассеивает тепло, поэтому нужен больший ток. Тонкий металл расплавится быстро, поэтому тока надо меньше. Точные установки тока зависят от поведения ванны, а начинать надо с рекомендованных установок.

Но не бойтесь увеличить или уменьшить ток. Сварка зависит от температуры основного металла, поэтому нельзя говорить о токе без учета скорости сварки. Двигаем электрод быстрее – меньше тепла поступает в основной металл. Если двигать электрод слишком быстро, металл не будет прогрет, шов будет непроплавленным, узким, с малой выпуклостью, с крупными чешуйками наверху. Если двигаемся слишком медленно, тепла поступает больше, металл слишком сильно прогревается, ванна расплывается и становится трудноуправляемой. Сварной валик становится слишком выпуклым, шов – неровным по форме, с наплывами по краям. Вследствие чрезмерно большого ввода теплоты дуги в основной металл часто образуется прожог, и расплавленный металл вытекает из сварочной ванны. В некоторых случаях, например при сварке на спуск, образование под дугой жидкой прослойки из расплавленного электродного металла повышенной толщины, наоборот, может привести к образованию непроваров.

На тонком металле глубокий провар тем более не нужен. Чем тоньше металл, тем быстрее надо двигаться. Можно применить такую технику: расплавить основной металл, затем длинной дугой охладить его и плавить снова. Этот метод можно использовать и для заполнения зазоров в плохо подогнанных соединениях. Двигайте электрод вглубь зазора, потом отводите, чтобы остудить ванну, и так постепенно заполняйте шов. Это же движение используется и при заполнении многослойного шва.

Когда скорость перемещения соответствует току, ванна растекается, но остается управляемой, ее края тонкие и шов одинаковой толщины. Когда вы научитесь хорошо управлять электродом, то сможете поставить чуть больший ток и увеличить скорость сварки. Больший ток обеспечит лучшее проплавление и более гладкий шов в итоге, но контролировать ванну при этом труднее.

Длина дуги

После возбуждения дуги электрод нужно выдерживать некоторое время в точке начала наплавки, пока не сформируется сварной шов и не произойдет расплавление основного металла. Сварочная ванна сначала будет маленькой, потом станет больше. В таком состоянии ее и надо удерживать. При этом не нужно прямо смотреть на слепящую дугу. Сфокусируйтесь на зоне дальше дымящихся искр, на расплавленной ванне за электродом.

Очень важно научиться удерживать постоянную длину дуги, т. е. зазор между концом электрода и основным металлом, во время продвижения по шву. Длина дуги значительно влияет на ширину, форму и качество сварного шва и зависит от марки и диаметра электрода, пространственного положения сварки, разделки свариваемых кромок и т. п. На глубину проплава влияет незначительно.

Нормальной длина дуги считается в пределах 0,5–1,1 диаметра электрода. Показателями оптимальной длины дуги являются резкий потрескивающий звук, ровный перенос капель металла через дуговой промежуток, малое разбрызгивание.

Короткая дуга горит устойчиво и спокойно. Она обеспечивает получение высококачественного шва, так как расплавленный металл электрода быстро проходит дуговой промежуток и меньше подвергается окислению и азотированию. При использовании электродов с тонким покрытием короткая дуга обеспечивает наилучшее качество сварки. Но слишком короткая дуга может вызывать прилипание электрода, дуга прерывается, нарушается процесс сварки.

Длинная дуга горит неустойчиво, с характерным шипением. Глубина проплавления недостаточная, расплавленный металл электрода разбрызгивается и больше окисляется и азотируется. Шов получается бесформенным, а металл шва содержит большое количество оксидов.

Чем лучше вы управляете длиной дуги, тем лучше будете варить. Помните, что интенсивная дуга отталкивает ванну и глубоко прогревает металл. При сварке надо следить, чтобы шов был на уровне свариваемой поверхности.

Выбор длины дуги зависит от типа электрода и положения в пространстве изделия при сварке. При использовании электродов с тонким покрытием длина дуги должна быть минимально короткой, не более диаметра электрода. При шлакообразующих или газообразующих электродах длина дуги может быть от 3 до 5 миллиметров.

Напряжение дуги зависит от ее длины и изменяется в пределах 30–60 В. Чем короче дуга, тем меньше напряжение, чем дуга длиннее, тем сильнее напряжение приближается к верхнему порогу.

Выбирая ту или иную длину дуги, приходится учитывать положение свариваемого изделия. Вертикальная и потолочная сварки требуют более короткой дуги, чем при положении изделия, требующем нижней сварки.

Следует учесть, что при изменении длины дуги значительно меняется рабочее напряжение, что влияет на ширину валика. Умение сварщика держать постоянно определенную длину дуги положительно сказывается на равномерности ширины валика и его форме. Нормальную (среднюю) дугу рекомендуется применять при наплавке, сварке в нижнем положении, короткую дугу – при сварке горизонтальных, вертикальных, потолочных швов угловых и стыковых соединений и в других ситуациях, когда требуется проплавление. Длинную дугу применять не рекомендуется.

Минимальную длину дуги можно принять равной половине диаметра электрода, а максимальную – диаметр электрода + 1 миллиметр.

Например, для электрода ∅ 3 мм длина дуги составляет 1,5–4 мм, для электрода ∅ 4 мм – 2–5 миллиметров.

Манипулирование электродом

В процессе сварки электрод постоянно находится в движении. Сварщик сообщает ему следующие движения (рис. 26):

1 – поступательное по оси электрода в сторону сварочной ванны (вследствие расплавления электрода), при этом для сохранения постоянства длины дуги скорость движения должна соответствовать скорости плавления электрода;

2 – перемещение вдоль линии свариваемого шва; скорость этого движения (скорость сварки) устанавливается в зависимости от тока, диаметра электрода, скорости его плавления, вида шва и других факторов;

3 – перемещение электрода поперек шва для получения так называемого уширенного валика – шва шире, чем ниточный сварной валик, получаемый при прямолинейном движении. Этими движениями за один проход получают шов шириной до четырех диаметров электрода.

Манипулирование электродом позволяет управлять жидким шлаком и металлом шва, что необходимо для получения качественного сварного соединения, а также для формирования валика определенной формы и ширины. Движения следует выполнять плавно, без резких колебаний. При поперечных колебаниях электрода необходимо выбрать такую ширину валика, чтобы сварочная ванна была в жидком состоянии по всей своей ширине. Причем если ток мал, то металл не прогреется должным образом и сварочная ванна будет «бегать» за электродом. Если тока много, то основной металл будет слишком горячим, дуга будет прожигать металл, отталкивая его назад. Когда ток нормальный, ванна растекается по поверхности, ее внешние края тонкие. И вот тогда-то движением электрода можно расширять и передвигать ванну.

Рис. 26. Перемещения электрода при сварке:

а – направления движения; б – угол наклона в горизонтальной и вертикальной плоскости

Сварной шов, образованный в результате двух движений торца электрода – поступательного и вдоль линии шва, называют ниточным. Его ширина при оптимальной скорости сварки составляет (0,8–1,5)dэ. Ниточным швом заполняют корень шва при многослойной сварке, сваривают тонкие заготовки, выполняют наплавочные работы и производят подварку подрезов.

Сварка осуществляется в направлении как слева направо, так и справа налево, от себя и на себя. При этом положение электрода может быть углом вперед, углом назад и под прямым углом, о чем говорилось выше.

Кроме движений вдоль и вглубь шва, перемещать электрод приходится чаще всего и поперек шва. Глубина проплавления основного металла и формирование шва главным образом зависят от вида этих поперечных колебаний, которые обычно совершают с постоянными частотой и амплитудой относительно оси шва (рис. 27). Траектория движения конца электрода зависит от пространственного положения сварки, разделки кромок и навыков сварщика. При сварке с поперечными колебаниями получают уширенный валик, а форма проплавления зависит от траектории поперечных колебаний конца электрода, т. е. от условий ввода теплоты дуги в основной металл.

Рис. 27. Основные виды траекторий поперечных движений рабочего конца электрода при слабом (а – б), усиленном (в – з) прогреве свариваемых кромок; усиленном прогреве одной кромки (и – к); прогреве корня шва (л)

Зигзагообразные прямые движения по ломаной линии, или «лесенку» (рис. 27, а, к), чаще всего применяют в нижнем, вертикальном и потолочном положениях для получения наплавочных валиков при сварке встык без скоса кромок. Чтобы не произошло прогара, смотрите на верхний край сварочной ванны каждый раз, когда меняете направление.

Движения дугой вперед (рис. 27, б) применяют в вертикальном и потолочном положениях для стыковых швов со скосом кромок, а также для угловых швов с катетом менее 6 мм, выполняемых в любом положении электродами диаметром до 4 миллиметров.

Такие же движения, но дугой назад используются для сварки в нижнем положении, а также для вертикальных и потолочных швов с выпуклой наружной поверхностью. При необходимости усилить прогрев свариваемых кромок на краях зигзагов электрод слегка придерживают (рис. 27, в).

Движения треугольником (рис. 27, д) применяют для угловых швов с катетом более 6 мм и стыковых швов со скосом кромок в любом пространственном положении. Дает хороший провар корня шва. Для сварки толстостенных конструкций с гарантированным проплавлением корневого участка в корне шва электрод задерживают.

Петлеобразные и круговые движения (рис. 27, е – и, л) используют для усиленного прогревания кромок шва, особенно при сварке высоколегированных сталей. Электрод задерживают на краях, чтобы не было прожога в центре шва или вытекания металла при сварке вертикальных швов. Во время круговых движений при поперечном перемещении электрода смотрите поверх «мостика» – границы ванны и шлака, потом на другую сторону и распределяйте ванну по кругу.

Нужно понимать, что расплавленная ванна следует за теплом. Когда вы передвигаете электрод вдоль линии сварки, присадочный металл электрода движется позади. Если металла вокруг недостаточно, вы оставляете подрезы. Подрез это пустое место – канавка на краю шва ниже уровня металла (см. рис. 16, в). Чтобы избежать этого, надо контролировать границы ванны, утончая ее на поверхности.

Манипулировать ванной позволяет сила сварочной дуги. Когда электрод стоит вертикально, дуга давит на ванну вниз. Это приводит к глубокому проплавлению основного металла и равномерно распространяет ванну вокруг кратера. Наклоняя электрод, мы отталкиваем ванну, а шов начнет подниматься – всплывать (рис. 28, а). Чем ближе к перпендикуляру по отношению к поверхности металла расположен электрод, тем менее выпуклым будет шов. Чем больше мы его наклоняем, тем шов выпуклее (рис. 28, б).

Но здесь следует быть осторожным – если наклон слишком велик, дуга будет давить в направлении шва, делая ванну трудноуправляемой. Поэтому используют разные углы наклона электрода.

В табл. 16 приведены рекомендуемые ширины валика в зависимости от положения сварки в пространстве, при которых возможно поддержание шва в жидком состоянии по всей ширине валика. Ширина валика от минимального до среднего диапазона (1–2 диаметра электрода) может быть получена без колебательных движений, за счет скорости продвижения электрода, длины дуги и силы сварочного тока. Ширина валика более двух диаметров электрода обеспечивается манипулированием электрода. Среднее значение ширины (два диаметра электрода) позволяет вести сварку в обоих случаях.

Рис. 28. Манипулирование сварочной ванной с помощью силы дуги:

а – глубокое проплавление металла; б – «всплывание шва»

При сварке углеродистых сталей используется весь рекомендуемый диапазон ширины.

Начинать сварку лучше всего при наклоне электрода от 45 до 90°. С таким углом работать удобнее, хорошо видна сварочная ванна.

Ручную дуговую сварку (наплавку) покрытыми электродами со стержнями из сталей аустенитного класса следует выполнять узкими валиками шириной не более трех диаметров применяемых электродов.

Заварка кратера и обрыв дуги

Завершая шов, важно правильно заваривать кратер. Кратер является зоной с наибольшим количеством вредных примесей ввиду повышенной скорости кристаллизации металла, поэтому в нем наиболее вероятно образование трещин. Поэтому по окончании сварки не следует обрывать дугу, резко отводя электрод от изделия. Необходимо прекратить все перемещения электрода и медленно удлинять дугу до обрыва; расплавляющийся при этом электродный металл заполнит кратер.

Другой метод: в конце шва прекратить перемещение электрода, задержав его на 1–2 c, чтобы заполнить кратер, затем сместиться по шву назад примерно на 5 мм и быстрым движением вверх и назад оборвать дугу. Кратер необходимо оставлять пологим, что позволит качественно начать сварку новым электродом.

При окончании электрода в середине шва обрыв дуги необходимо производить обратным возвращением электрода в сторону валика и быстрым отрывом от кратера. В этом случае также кратер необходимо оставлять пологим. Нельзя «тянуть» (обрывать) дугу медленным увеличением ее длины до прерывания дугового разряда. В данном случае в кратере возможно появление свища (газовой поры, выходящей на поверхность кратера). Нельзя допускать при окончании электрода крутого кратера, который получается при неправильном обрыве дуги и почти всегда, когда высота валика равна диаметру электрода или больше него.

При крутом кратере в начале сварки нового электрода жидкий шлак быстро стекает вниз кратера и подстывает, что может привести к непровару и зашлаковке. Поэтому при случайных обрывах дуги или при смене электродов применяется специальная техника повторного зажигания дуги, обеспечивающая начало сварки с хорошим сплавлением и внешним видом. В таких случаях дуга должна возбуждаться на передней кромке кратера, затем через весь кратер переводиться на противоположную кромку, на только что наплавленный металл, и после этого снова вперед, в направлении проводившейся сварки. Если электрод при повторном зажигании дуги не будет достаточно далеко отведен назад, между участками начала и конца сварки останется углубление. Если же при повторном зажигании электрод отвести слишком далеко назад, то на поверхности сварного валика образуется высокий наплыв.

Чтобы высота шва оставалась одинаковой, можно путем обрыва дуги в конце сварного шва и дополнительных зажиганий на этом же месте добиться необходимой высоты валика. Между обрывом дуги и дополнительным зажиганием необходимо сделать небольшую выдержку на время, в течение которого не успевает остыть (затвердеть) шлак, а металл шва успевает подстыть (начать кристаллизоваться). Это необходимо для легкого повторного зажигания дуги без обивки шлака. Однако такой способ может привести к образованию оксидных и шлаковых загрязнений металла.

Сварка металла малой толщины

Сварка листовой стали малой толщины (0,5–2,0 мм) связана с определенными трудностями. Тонкий металл легко прожигается дугой, а прожоги трудно поддаются заплавке. Опасаясь этого, сварщик иногда недостаточно проплавляет кромки листов, накладывая валик на нерасплавленные кромки. В этом случае возникают непровары и неплотности.

При сварке тонколистовой стали рекомендуется:

● специально подготавливать кромки;

● применять временные или остающиеся подкладки;

● уменьшать величину сварочного тока;

● использовать специальные электроды;

● применять специальные источники питания.

Стыковые соединения выполняют с закладкой между кромками прутка или полоски. Сварку ведут так, чтобы дуга горела только на прутке или полоске, при этом кромки основного металла оплавляются косвенным теплом дуги.

При сварке на подкладках листы собирают встык без зазора и сварку ведут без колебательных движений электрода. Сварку стыковых соединений тонколистовой стали лучше выполнять не в нижнем, а в вертикальном положении – сверху вниз. Для очень тонких листов (0,5 мм) применяют нахлесточные соединения, сварку ведут на подкладке с проплавлением верхнего листа. В качестве остающихся подкладок используют стальные полоски, в качестве временных – медные полосы.

Величина тока принимается в пределах 40–80 А в зависимости от диаметра электрода. При выполнении нахлесточных соединений со сквозным проплавлением верхнего листа величина тока устанавливается на 10–15 % больше, чем при выполнении стыковых соединений.

Для сварки тонколистовой стали применяют электроды ∅ 1,6–2,5 мм с тонким или средним по толщине слоем покрытия.

Источники питания, используемые для сварки тонколистовой стали, должны иметь повышенную величину напряжения холостого хода (80–90 В) и плавную регулировку сварочного тока с малым нижним пределом порядка 40 А.

Техника сварки и наплавки в нижнем положении

Это положение позволяет получать сварные швы наиболее высокого качества, так как облегчает условия выделения неметаллических включений и газов из расплавленного металла сварочной ванны. Условия формирования металла шва наилучшие, так как расплавленный металл сварочной ванны удерживается от вытекания нерасплавившимися кромками.

Стыковые швы сваривают без разделки кромок или с V-, Х– и U-образным скосом. Стыковые швы без разделки кромок, в зависимости от толщины, сваривают с одной или двух сторон. Необходимо тщательно следить за равномерным расплавлением обеих свариваемых кромок по всей их толщине и особенно стыка между ними в нижней части (корне шва).

Однопроходную сварку с V-образной разделкой кромок обычно выполняют с поперечными колебаниями электрода на всю ширину, чтобы дуга выходила со скоса кромок на необработанную поверхность металла. Однако в этом случае очень трудно обеспечить равномерный провар корня шва по всей его длине, особенно при изменении величины притупления кромок и зазора между ними. Рекомендуемый зазор при сборке стыкового соединения при V-образной разделке зависит от притупления и толщины свариваемого металла. Чем толще металл и больше притупление, тем больше зазор, и наоборот. Прихватки в зазор рекомендуется производить электродами ∅ 3 мм с минимальной высотой. Протяженность прихваток 10–15 мм. В зависимости от размеров изделия и толщины металла прихватки выполняются по условиям чертежа или технологического процесса, в которых оговорены протяженность и частота прихваток.

При сварке такого шва за несколько проходов обеспечить хороший провар первого слоя в корне разделки гораздо легче. Для этого обычно применяют электроды ∅ 3–4 мм и сварку ведут без поперечных колебаний. Последующие слои выполняют в зависимости от толщины металла электродом большего диаметра с поперечными колебаниями. Для обеспечения хорошего провара между слоями предыдущие швы и кромки следует тщательно очищать от шлака и брызг металла.

Для зачистки шва от шлака удобно применять специальный инструмент – металлическую щетку, оснащенную маленьким молоточком для сбивания шлаковых наслоений.

Заполнять разделку кромок можно швами с шириной на всю разделку или отдельными валиками (рис. 29). Однослойный однопроходный шов выполняется за один проход (напроход). При сварке металла большой толщины шов выполняют слоями, каждый из которых накладывают за один проход (многослойный) или за несколько проходов (многослойный многопроходный). В многопроходных швах последний валик (поз. 11 на рис. 29, д) для улучшения внешнего вида иногда можно выполнять на всю ширину разделки (декоративный слой).

Рис. 29. Способы выполнения швов различной длины (а – напроход; б – от середины к краям; в – обратноступенчатый) и поперечные сечения многослойных (г) и многопроходных (д) стыковых швов; нумерация соответствует порядку выполнения швов

Сварка за один проход предпочтительнее при ширине шва не более 14–16 мм, так как дает меньше остаточных деформаций. При толщине металла более 15 мм сварка каждого слоя напроход нежелательна. Первый слой успевает остыть, и в нем возникают трещины. Для равномерного прогрева металла по всей длине швы накладывают двойным слоем («горкой»), каскадом или блоками. При каскадном способе заполнения шва двойным слоем второй слой накладывают по неостывшему первому после удаления сварочного шлака в противоположном направлении на длине 200–400 мм. Сварка «горкой» – разновидность каскадного метода. Ее ведут два сварщика одновременно от середины к краям. Оба метода – это обратноступенчатая сварка не только по длине, но и по сечению шва, причем зона сварки всегда остается горячей.

При сварке блоками шов заполняют отдельными ступенями по всей высоте сечения шва. Этот метод применяют при соединении деталей из сталей, закаливающихся при сварке.

Швы с Х– или U-образным скосом кромок по сравнению с V-образным имеют преимущества: в 1,6–1,7 раза уменьшаются объем наплавленного металла и угловые деформации, улучшается провар корня шва. Сварку этих швов выполняют так же, как и с V-образной разделкой, но для уменьшения остаточных деформаций и напряжений желательно накладывать каждый валик или слой попеременно с каждой стороны. Рекомендованный зазор при Х-образной разделке – 3 миллиметра.

При сварке на весу (рис. 30, а) наиболее трудно обеспечить провар корня шва и формирование хорошего обратного валика по всей длине стыка. В этом отношении более благоприятна сварка на плотно прижатой съемной медной или остающейся стальной подкладке (рис. 30, б – в). Последние увеличивают расход металла и не всегда технологичны. В медной подкладке для формирования обратного валика делают формирующую канавку, но могут возникнуть трудности точной установки кромок вдоль формирующей канавки.

Рис. 30. Схема сварки стыковых швов:

а – на весу; б – на медной съемной подкладке; в – на остающейся стальной подкладке; г – с предварительным подварочным швом; д – удаление непровара в корне шва для последующей подварки

Если с обратной стороны возможен подход к корню шва и допустима выпуклость обратной стороны шва, целесообразна подварка корня швом небольшого сечения с последующей укладкой основного шва (рис. 30, г). В некоторых случаях при образовании непроваров в корне шва после сварки основного шва дефект в корне разделывают газовой, воздушно-дуговой строжкой или механическими методами (рис. 30, д) с последующим выполнением подварочного шва.

Сварку угловых швов в нижнем положении можно выполнять двумя приемами. Сварка вертикальным электродом «в лодочку» (рис. 31, а) обеспечивает наиболее благоприятные условия для провара корня шва и его формирования. По существу этот прием напоминает сварку стыковых швов с V-образной разделкой кромок, так как шов формируется между свариваемыми поверхностями. Однако при этом способе требуется тщательная сборка соединения под сварку с минимальным зазором в стыке для предупреждения вытекания в него расплавленного металла.

Рис. 31. Положение электрода и изделия при сварке:

а – «в лодочку»; б – таврового соединения; в – внахлестку; г – углового соединения

При наложении угловых швов наклонным электродом, в т. ч. «в лодочку», сварку лучше вести углом назад. Во избежание непровара и подрезов кромок сварку «в лодочку» лучше выполнять методом опирания электродного покрытия на кромки.

При сварке наклонным электродом (рис. 31, б – г) трудно обеспечить провар шва по нижней плоскости ввиду натекания на нее расплавленного металла и предупредить подрез на вертикальной плоскости из-за стекания расплавленного металла. Поэтому таким способом обычно сваривают швы с катетом до 6–8 мм. При сварке угловых швов наклонным электродом трудно также обеспечить глубокий провар в корне шва, поэтому в односторонних или двусторонних швах без разделки кромок может образоваться непровар, который под нагрузкой послужит началом развития трещин. Для предупреждения этого в ответственных соединениях при толщине металла 4 мм и более необходима односторонняя, а при толщине 12 мм и более – двусторонняя разделка кромок.

Тавровые и угловые швы без скоса кромок с катетами более 10 мм выполняют в один слой поперечными движениями электрода треугольником с задержкой в корне шва. Дугу при этом возбуждают на горизонтальной полке, а не на вертикальной, чтобы избежать натекания металла.

При сварке наклонным электродом многопроходных швов первым выполняют шов на горизонтальной плоскости. Формирование последующего валика происходит с частичным удержанием расплавленного металла сварочной ванны нижележащим валиком.

Наплавка. Наплавка на поверхности изделия выполняется одиночными валиками. Каждый последующий валик необходимо выполнять так, чтобы центр сварочной дуги (электрода) проходил по краю предыдущего валика, перекрывая его на половину или на треть ширины (рис. 32, а). Перед сваркой очередного валика предыдущий валик нужно очистить от шлака и крупных брызг зубилом и металлической щеткой от нагара.

Рис. 32. Наплавка:

а – формирование валиков наплавки; б – выравнивание высоты по краям; 1 – наплавленный металл; 2 – дополнительные валики

Наблюдая за центром дуги, одновременно необходимо следить за краем жидкой ванны, который должен доходить (или чуть-чуть не доходить) до вершины предыдущего валика. Наклон электрода по отношению к изделию и предыдущему валику должен составлять 80–90°. Наклон электрода по отношению к направлению сварки определяется по правилу: «чтобы шлак вперед не забегал и сзади не отставал». Сварочный ток и диаметр электрода, в зависимости от толщины изделия, – максимальные или близкие к максимальным.

При наплавке нужно использовать среднюю длину дуги. При сварке с манипулированием электродом перемещение электрода необходимо производить от центра шва на предыдущий валик и на изделие на равное расстояние. Постоянно следует следить за геометрией, высотой и шириной предыдущего и выполняемого валика.

Для выравнивания высоты по краям наплавленного участка необходимо произвести невысокие дополнительные валики (рис. 32, б). Это поможет добиться минимальных перепадов между валиками, что не потребует механической зачистки перед наплавкой последующего слоя.

При многослойной наплавке жидкотекучий шлак «спешит» занять несовершенство предыдущего слоя (углубления), что вносит дополнительные сложности в процесс сварки. В данном случае после тщательной зачистки предыдущего слоя от шлака необходимо центром дуги обязательно идти по центру углублений, иначе требуется дополнительная зачистка первого слоя от глубоких перепадов между вершинами. В данном случае теряются качество и производительность наплавки.

Высота наплавки каждого слоя зависит от диаметра электрода и не должна превышать ¾ его диаметра.

Техника сварки и наплавки на вертикальной и потолочной плоскостях

Сварка швов в положениях, отличающихся от нижнего, требует повышенной квалификации сварщика в связи с возможным вытеканием расплавленного металла из сварочной ванны под действием сил тяжести или падением капель электродного металла мимо сварочной ванны. Здесь сварку следует вести по возможности наиболее короткой дугой, в большинстве случаев с поперечными колебаниями.

Расплавленный металл в сварочной ванне удерживается от вытекания в основном силой поверхностного натяжения. Поэтому необходимо уменьшать ее размер, для чего применяют пониженную на 10–20 % силу тока, а конец электрода периодически отводят в сторону от ванны, давая возможность ей частично закристаллизоваться. Ширину валиков также уменьшают до 2–3 диаметров электрода. Для вертикальных и горизонтальных швов диаметр электрода составляет не более 5 мм, для потолочных – не более 4 миллиметров.

Сварку вертикальных швов можно выполнять на подъем (снизу вверх) или на спуск (сверху вниз).

Сварка на подъем (рис. 33, а) – наиболее удобный и производительный способ, поскольку нижележащий закристаллизовавшийся металл шва помогает удержать расплавленный металл сварочной ванны. Облегчается возможность провара корня шва и кромок, так как расплавленный металл стекает с них в сварочную ванну, улучшая условия теплопередачи от дуги к основному металлу.

Рис. 33. Положение электрода при сварке швов:

а – вертикальных снизу вверх; б – вертикальных сверху вниз; в – горизонтальных; г – потолочных

Дугу возбуждают в нижней точке шва. Сваркой подготавливают горизонтальную площадку сечением, равным сечению шва. При этом электрод совершает поперечные колебания: зигзагом, полумесяцем, елочкой. Наклоном электрода добивайтесь, чтобы давление дуги удерживало ванну. Двигаться надо довольно быстро. Как только ванна начинает течь с одного края, переходите на другую сторону и вверх. Если свариваемый металл будет слишком горячим, вы рискуете его прожечь или ванна может выпасть. Подбирайте ток и скорость движения такими, чтобы вы могли удерживать ванну. Не останавливайтесь и не перегревайте основной металл – это главная причина выпадения ванны. Смотрите при этом на шов под электродом.

Для сварки углового вертикального шва вначале наплавляют полочку на свариваемые кромки, а затем небольшими порциями наплавляют металл, манипулируя электродом все выше и оставляя внизу готовый сварной шов. При проходе елочкой электрод вначале поднимают вверх вправо, а затем опускают вниз. Капля жидкого металла застывает между кромками. Затем электрод поднимают влево и снова опускают вниз, оставляя новую порцию металла.

Наибольший провар достигается при положении электрода, перпендикулярном вертикальной оси. Стекание расплавленного металла предотвращают наклоном электрода вниз.

Минусом данного способа является внешний вид шва – грубочешуйчатый.

Способ сверху вниз (рис. 33, б) рекомендуется в основном для сварки тонких (до 5 мм) листов с разделкой кромок. Используются электроды с целлюлозным покрытием (ОЗС-9, АНО-9, ВСЦ-2, ВСЦ-3). Дугу возбуждают в верхней точке шва. После образования капли жидкого металла электрод наклоняют так, чтобы дуга была направлена на нее.

При сварке на спуск получить качественный провар трудно: шлак и расплавленный металл подтекают под дугу и от дальнейшего стекания удерживаются только силами давления дуги и поверхностного натяжения. В некоторых случаях их оказывается недостаточно, и расплавленный металл вытекает из сварочной ванны. Поэтому держите кончик электрода приподнятым, чтобы давление дуги толкало ванну вверх. Работайте круговыми движениями, удерживая зазор и расширяя ванну в стороны. Надо все время держаться впереди ванны. Если ванна будет падать, пытайтесь двигаться быстрее и ставьте немного больший ток сварки.

Сварка горизонтальных стыковыхшвов (рис. 33, в) еще более затруднена из-за стекания расплавленного металла из сварочной ванны на нижнюю кромку. В результате возможно образование подреза по верхней кромке. При сварке металла большой толщины обычно делают скос только одной верхней кромки, нижняя помогает удерживать расплавленный металл в сварочной ванне.

Обычно горизонтали варят слева направо, чтобы ванна была лучше видна. В перпендикулярной плоскости электрод следует держать немного назад на шов. Дугу возбуждают на нижней горизонтальной кромке, затем переводят электрод на верхнюю. Шов проваривают, совершая спиральные движения. Поддерживая постоянную длину дуги, постепенно продвигайте ванну. Но каждый раз, когда электрод опускается, расплавленный металл ванны следует за ним. Чтобы ванна не падала, толкайте ее вверх, приподнимая конец электрода. Но если держать его слишком наклоненным, давление дуги вытолкнет ванну и получится наплыв. Если ванна все равно уходит вниз, попробуйте двигаться быстрее, остужая металл.

Шлак будет опускаться к низу ванны, поэтому смотрите преимущественно на верхнюю часть ванны. Но и вниз поглядывать следует, чтобы избежать наплывов.

Когда учитесь варить горизонтали, старайтесь не наплавлять слишком много металла, делайте шов небольшим. Если нужен более широкий шов, сделайте второй проход над первым.

Сварка горизонтальных угловых швов в нахлесточных соединениях несложна, так как по технике не отличается от сварки в нижнем положении.

При наплавкена вертикальной плоскости каждый выполненный валик является как бы полочкой для последующего. Центром дуги (электрода) следует проходить по верхней границе шва с такой скоростью, чтобы нижняя часть жидкой ванны проходила по вершине или чуть не доходила до вершины предыдущего валика.

Наплавка ведется снизу вверх. Последний валик рекомендуется варить на сварочном токе ниже на 10–20 А при том же диаметре электрода или использовать электрод меньшего диаметра, подобрав соответствующий сварочный ток.

Закончив проход, осмотрите каждый сделанный шов. Если что-то не получилось – делайте снова. Если совсем не получается, попробуйте варить что-нибудь другое. Красивый ровный шов придет с практикой. Тренируйтесь на разных электродах и поверхностях и помните – каждый раз надо стараться сделать качественный шов.

Сварка в потолочном положении (рис. 33, г) наиболее сложна и ее по возможности следует избегать. К тому же при сварке этих швов ухудшены условия выделения из расплавленного металла сварочной ванны шлаков и газов. Газы, выделяемые покрытием электрода, тоже поднимаются вверх и могут остаться в шве, поэтому используют только хорошо просушенные электроды.

При сварке потолочных и горизонтальных швов жидкий металл стремится вытечь из ванны. Поэтому сварку ведут короткой дугой, удерживая постоянную скорость движения. Узкие валики накладывают в потолочную разделку тремя способами.

1. Сварку выполняют периодическими короткими замыканиями конца электрода на сварочную ванну, во время которых металл частично кристаллизуется, что уменьшает объем ванны. В то же время расплавленный электродный металл вносится в сварочную ванну. Для этого электрод располагают под углом к плоскости 90–130°, подводят к изделию и зажигают дугу. После образования маленькой порции расплавленного металла электрод отводят на 5–10 мм от потолочной плоскости и тут же возвращают, перекрывая закристаллизовавшуюся порцию металла расплавленным примерно на ½ – ⅓ ее длины.

2. Электрод располагают под тем же углом и, совершая поперечные движения электродом в виде полумесяца, беспрерывно заходят электродом на закристаллизовавшуюся часть металла.

3. Угол наклона электрода по направлению сварки 80–90°. Шлак, стекая вниз, под сварной шов, не мешает вести сварку под прямым углом или углом вперед, что позволяет в потолочном положении выполнять нормальные и вогнутые валики в разделке. Концом электрода сварщик беспрерывно возвращается назад, на кристаллизующуюся часть металла, постоянно удлиняя валик шва.

При сварке потолочных швов сварочный ток выше, чем при вертикальной сварке, и ниже на 15–20 % (или равный), чем при горизонтальной. В основном применяется электрод ∅ 3–4 мм. Ширина валика и его полнота должны составлять 1–3 диаметра электрода с покрытием, что позволяет легко управлять жидким металлом. При чрезмерной ширине, полноте валика и чрезмерном сварочном токе жидкий металл шва становится трудно управляемым, что приводит к подтекам, «горбатости» валика, грубым перепадам между чешуйками и подрезам по краям шва.

Металл толщиной более 8 мм сваривают многопроходными швами. В любом случае сварка ведется только короткой дугой.

Наплавка в потолочном положении. При сварке в этом положении важен подбор сварочного тока. Если позволяет толщина изделия, более производительно применять электрод ∅ 4 мм. Наплавку рекомендуется производить узкими, 1,5–2 диаметра электрода с покрытием, одиночными валиками, что позволяет применять средний диапазон сварочного тока. Первый валик рекомендуется положить шириной в 2–3 диаметра электрода с покрытием по границе наплавки методом «сварка на себя». Последующие валики рекомендуется прокладывать слева направо или справа налево, в этом случае сварщику необходимо поменять свое положение по отношению к валикам. Наклон электрода при этом необходимо выдерживать под углом 70–80° к изделию. В остальном техника наплавки та же, что и в нижнем положении.

Техника сваркипробочных и прорезных соединений практически не отличается от рассмотренной выше техники сварки стыковых или угловых швов.

В зависимости от протяженности шва, толщины и марки металла, жесткости конструкции применяют различные приемы последовательности сварки швов и заполнения разделки. Сварку напроход – от начала до конца шва – обычно применяют при сварке коротких (до 500 мм) швов. Швы длиной до 1000 мм лучше сваривать от середины к концам или обратноступенчатым способом. При последнем способе весь шов разбивают на участки до 150–200 мм, которые должны быть кратны длине участка, наплавляемого одним электродом. После того как участок закончен, переходят к следующему, причем направление сварки для всех участков одно и то же, т. е. начало завершенного участка будет для следующего точкой завершения.

Сварка угольными электродами

Ранее этот способ называли сваркой по Бенардосу, так как этот способ предложил Н. Н. Бенардос. Сейчас этот способ применяется редко, хотя для некоторых материалов и соединений он мог бы быть незаменимым.

У сварки угольным электродом есть недостатки, но есть и достоинства, заслуживающие внимания. Для сварки и наплавки угольными электродами применяется обычно постоянный ток прямой полярности («—» на электроде). Дуга прямой полярности не науглероживает основной металл. Дуга обратной полярности («+» на электроде) интенсивно науглероживает расплавленный металл, повышая в нем содержание углерода до 0,8–1,0 %. Такой шов может подвергаться закалке, но применения в промышленности это явление до сих пор не нашло. Дуга обратной полярности малоустойчива, ее длина может составлять 10–15 мм, хотя для процесса бывает нужна более длинная. Электрод при обратной полярности сильно разогревается по всей длине до очень высокой температуры, усиливается его испарение, заостренный конец электрода притупляется и становится плоским.

Дуга прямой полярности горит очень устойчиво и может иметь длину до 30–50 мм. Электрод в дуге не плавится, его конец разогревается до высокой температуры, создавая мощную термоэлектронную эмиссию, способствующую устойчивому горению дуги даже при токах 50–100 А. Электрод медленно испаряется и не прилипает к детали, это облегчает работу сварщика.

Угольная дуга переменного тока неустойчива и применяется редко.

В процессе сварки угольная дуга способна отклоняться под действием магнитных полей, поэтому для стабилизации по линии сварки наносят пасту или порошкообразный флюс, содержащие хорошие ионизаторы дугового разряда. Сварка чаще всего применяется без присадки – по отбортовке тонких металлов и иногда по угловым соединениям (рис. 34). Это удобнее и выгоднее, нежели применять присадку. Хотя КПД этой дуги ниже, чем у металлического электрода, скорость сварки сравнительно высока – до 60 м/ч сварного шва. Примерные режимы сварки угольными электродами приведены в табл. 17.

Рис. 34. Сварка по отбортовке:

1 – свариваемые пластины; 2 – расплавляемая поверхность

Для сварки угольной дугой применяют электроды из электротехнического угля, т. е. из прессованного коксового порошка, обожженного при температуре 1400 °C, или из синтетического графита в форме стержней диаметром от 6 до 30 мм и длиной 200–300 мм с концами, заточенными на конус под углом 60–70°.

Графитовые электроды лучше угольных практически во всем, в том числе по своей доступности, так как их легко изготовить из остатков (отходов) электродов дуговых электроплавильных печей. Они хорошо поддаются обработке. Специально изготовленные графитовые электроды иногда имеют омедненную поверхность (фольгу), поэтому их стойкость повышается при работе на больших плотностях тока. Графитовые электроды имеют меньшую твердость, лучшую электропроводность (так как их электрическое сопротивление в 4 раза меньше сопротивления прессованного угля), высокую стойкость окисления на воздухе при высоких температурах. Это позволяет использовать их для сварки на больших плотностях тока со сравнительно низким расходом электродов.

Режимы сварки графитовыми электродами соединений с отбортовкой кромок приведены в табл. 18.

Следует отметить, что этот способ сварки забывается незаслуженно, так как целесообразность его применения в отдельных случаях неоспорима, в особенности для науглероживания и нанесения порошковых специальных покрытий, а также для сварки по отбортовке тонких металлов и для сварки цветных металлов дугой косвенного действия, т. е. когда дуга горит между двумя угольными электродами на переменном токе. Косвенная дуга выдувается собственным магнитным полем на длину 100–150 мм. В зависимости от угла между электродами пламя дуги имеет различную температуру по оси, понижающуюся от 6000 °C в столбе до 900 °C в конце факела. Такой дугой можно сваривать легкоплавкие металлы малых толщин, выполнять пайку твердыми припоями, нагревать металл без расплавления, нагревать и сваривать стекло, кварц, керамику.

Электродуговая резка металлов

Интенсивный нагрев металла электрической дугой успешно используют в технике не только для сварки, но и для резки металла. Применяются следующие способы дуговой резки: ручная дуговая резка неплавящимся и плавящимся электродами, используемыми при сварке; воздушно-дуговая резка; кислородно-дуговая резка; резка сжатой дугой.

При дуговой резке неплавящимся электродом применяют угольные и графитовые электроды на переменном или постоянном токе прямой полярности («—» на электроде) при силе тока 400–800 А (табл. 19).

Этот способ имеет ограниченное применение, используется в основном при разделке крупногабаритного металлического лома, разборке старых металлоконструкций, прожигании отверстий или выжигании заклепок. В то же время резка обеспечивается за счет выплавления металла из зоны реза, а не за счет его сгорания в струе кислорода, как при газовой резке. Поэтому благодаря высокой температуре нагрева могут разрезаться материалы, не подвергающиеся кислородной резке (чугун, высоколегированные стали, цветные металлы). Для этого способа характерны весьма малая точность и чистота реза: разрез получается широким с очень неровными кромками. Несколько лучшие результаты дают электроды прямоугольного сечения.

При дуговой сварке плавящимся электродом (рис. 35) рез получается более чистый и узкий, чем предыдущим способом. Суть метода заключается в том, что металл в месте реза проплавляют электрической дугой методом опирания. Силу тока при резке металлическим электродом принимают на 20–30 % больше, чем при сварке электродами такого же диаметра. Металлическим электродом можно резать чугун, коррозионно-стойкие стали и цветные металлы, которые не поддаются обычной кислородной резке.

При дуговой резке в быту часто пользуются обычными сварочными электродами, однако лучше использовать специализированные электроды с покрытиями, способствующими улучшению процесса резки. Такие покрытия повышают устойчивость дуги, замедляют плавление стержня электрода, изолируют его от стенок реза и ускоряют резку благодаря окислению расплавленного металла компонентами покрытия. Металлические электроды для резки изготавливают из проволоки марок Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246–70 ∅ 3–12 мм и длиной не более 250–300 мм. Толщина слоя покрытия 1–1,5 мм на сторону. Сила тока выбирается примерно из расчета 55–65 А на 1 мм диаметра электрода (табл. 20).

Рис. 35. Схема ручной дуговой резки металла плавящимся электродом

Недостатки этого способа – низкая производительность и плохое качество реза, который характеризуется большими неровностями и натеками металла с обратной стороны.

При воздушно-дуговой и кислородно-дуговой резке металл расплавляется теплом электрической дуги, а затем выдувается из зоны реза сжатым воздухом или струей кислорода. При этом небольшая часть металла сгорает в кислороде. Этот способ применяют для удаления дефектных мест под заварку и разделительной резки листов из нержавеющей стали толщиной до 20 мм. Резку проводят на постоянном токе угольным (графитовым) электродом с помощью специальных резаков. Подача сжатого воздуха обычно боковая под давлением 0,4–0,5 МПа. Струя кислорода подается к месту реза параллельно угольному или графитовому электроду, иногда применяют специальные плавящиеся трубчатые электроды с подачей кислорода через внутреннее отверстие.

Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Благодаря высокой температуре и большой кинетической энергии плазменной струи такой резке подвергаются практически все металлы.

Технология дуговой сварки полуавтоматом

Дуговая сварка плавящимся металлическим электродом (проволокой) в среде защитного инертного/активного газа с автоматической подачей присадочной проволоки (MIG/MAG – Metal Inert/Active Gas)[17] является наиболее употребимым методом в Европе, США и Японии. Его популярности способствуют высокая производительность и простая возможность автоматизации процесса сварки.

Технология сварки полуавтоматом несколько отличается от простой дуговой. Главное отличие – это безопасность техники и автоматизация процесса. Благодаря тому, что металлическая проволока во время сварки подается автоматически в зону сварки через сварочный пистолет, MIG/MAG часто называют полуавтоматической сваркой, так как обычно сварщик перемещает горелку вдоль шва вручную. Если при ручной дуговой сварке всю работу выполняет человек, то здесь требуются меньшие усилия.

Сварка MIG/MAG была изобретена в США в 1948 г. Изначально в ней использовались только инертные газы или аргон, содержащий лишь небольшие доли активных компонентов (например, кислорода). С 1953 г. в СССР вместо дорогостоящих инертных газов стали применять дешевый активный газ, а именно диоксид углерода (СО_2). До недавнего времени углекислота являлась наиболее распространенным видом защитного газа для полуавтоматической сварки. Сейчас наилучшим видом защитного газа для сварки стальных конструкций считаются сварочные смеси Ar + CO_2.

Кромки свариваемого изделия расплавляются дугой, горящей между изделием и плавящейся электродной проволокой, непрерывно поступающей в дугу (рис. 36). Проволока одновременно служит и токопроводящим электродом, и присадочным материалом. Дуга расплавляет проволоку и кромки изделия, образуя сварочную ванну. Дуга, металл сварочной ванны, плавящийся электрод и кристаллизующийся шов защищены от воздействия окружающей среды газом, подаваемым в зону сварки горелкой. По мере перемещения дуги сварочная ванна кристаллизуется, образуя сварной шов.

Метод MIG/MAG может использоваться для сварки как низко-, так и высоколегированных (нержавеющих) сталей, а также для сварки конструкций из алюминия и его сплавов. При этом обеспечивается высокое качество сварных соединений разнообразных металлов и их сплавов разной толщины, особенно при сварке в инертных газах из-за малого угара легирующих элементов. Эта технология обеспечивает высокую производительность сварочного процесса в различных пространственных положениях с хорошим качеством швов и низкую стоимость при использовании активных защитных газов.

Относительно новым применением этого метода является высокопроизводительная пайка MIG/MAG в среде защитного газа. Причем возможно различное сочетание соединяемых материалов: железо – железо, медь – медь, медь – железо и пр.

Рис. 36. Схема сварки MIG/MAG:

1 – изделие; 2 – капли электродного металла; 3 – металл шва; 4 – шлак; 5 – расплавленный металл; 6 – сварочная дуга; 7 – сопло горелки; 8 – поток защитного газа; 9 – сварочная проволока; 10 – механизм подачи сварочной проволоки

Принципиальная схема и особенности полуавтоматической сварки

Современные производители выпускают много разного оборудования для сварки. Но, независимо от производителя и марок, принцип работы у всех полуавтоматов один: они дают сварочный ток, подают проволоку и регулируют поток газа.

Сварочные полуавтоматы бывают компактными или универсальными. У компактного устройства источник питания, управление и устройство подачи проволоки размещены в одном корпусе (рис. 37). Радиус действия равен длине пакета шлангов горелки и составляет 3–5 м в зависимости от диаметра используемого проволочного электрода. У универсального полуавтомата устройство подачи проволоки размещается отдельно в кожухе и связано с источником тока и устройством управления с помощью промежуточного кабеля. Его можно установить рядом с изделием, благодаря чему радиус действия увеличится на 10–20 м по сравнению с компактным устройством. Подающий проволоку механизм может быть тянущим, толкающим или универсальным, т. е. выполнять сразу две функции.

Рис. 37. Схема подключения сварочного полуавтомата:

1 – баллон с защитным газом; 2 – регулятор давления и расхода газа; 3 – рукав газовый; 4 – сварочный полуавтомат; 5 – сварочная проволока; 6 – пакет шлангов; 7 – горелка; 8 – провод массы с зажимом; 9 – изделие

Источник питания понижает высокое напряжение сети и обеспечивает подачу требуемого тока высокой силы даже в случае короткого замыкания. Так как при сварке MIG/MAG используется только постоянный ток, в качестве источников тока применяются только выпрямители и инверторы (принцип их действия был описан выше в главе «Источники сварочного тока»).

Для того чтобы соответствовать особым требованиям различных производственных задач, источники питания должны быть регулируемыми. У простых устройств для сварки MIG/MAG регулирование производится с помощью расположенного с первичной стороны трансформатора ответвления обмотки и переключателя ступеней обмоток трансформатора. В более дорогих источниках питания установка тока происходит в выпрямительной части с помощью управляемых вентилей (тиристоров). Некоторые аппараты сварки MIG/MAG оснащаются инверторами в качестве источников питания.

Качество сварки MIG/MAG в значительной мере зависит от правильности выбора режимов работы сварочного аппарата (напряжение дуги, ток – скорость подачи проволоки, скорость сварки), а также от правильности выбора и расхода защитного газа (скорость подачи газа через сопло). Для регулировки расхода защитного газа целесообразно использовать редукторы с расходомерами поплавкового вида.

В устройстве подачи проволоки проволочный электрод с помощью подающих роликов подается к месту сварки в соответствии со скоростью его расплавления. При этом электрод вытягивается с катушки и проводится по пакету шлангов, на конце которого расположена горелка. Для этого перед подающими роликами расположен направляющий мундштук, приводящий проволоку в нужное положение, а позади роликов, в начале пакета шлангов, – приемный мундштук для проволоки. Установки механизированной сварки оснащаются еще и промежуточным направляющим устройством, устраняющим предварительный изгиб проволоки, возникающий вследствие наматывания ее на катушку.

Подающие ролики приводятся в движение электродвигателем постоянного тока с плавно регулируемой установкой скорости вращения. В современных устройствах для регулируемой сварки скорость подачи проволоки измеряется тахометром и регулируется вне зависимости от нагрузки. При сварке MIG/MAG скорость подачи проволоки, как правило, составляет от 2 до 20 м/мин, а в высокопроизводительных аппаратах и больше.

В пакет шлангов входят все необходимые виды проводки, т. е. электропроводка, шланг для подачи защитного газа, шланг подачи проволоки, управляющая линия, а у устройств, рассчитанных на высокие значения силы тока, – также подача и отвод охлаждающей жидкости. У аппаратов с водяным охлаждением электропроводка находится в линии рециркуляции воды. Поэтому сечение проводки может быть меньше, чем в аппаратах без охлаждения, а пакет шлангов становится более гибким.

Шланг подачи проволоки при сварке нелегированных и низколегированных сталей представляет собой стальную спираль. При использовании проволочных электродов из хромоникелевой стали или из алюминия и других металлов для подачи используется шланг из износостойкого синтетического материала (например, тефлона) с лучшим коэффициентом трения, чем у стали.

Благодаря линии управления управляющие сигналы передаются от горелки к системе управления. Для этого на держателе горелки находится переключатель, с помощью которого можно управлять необходимыми при сварке функциями. Например, включать низкую скорость подачи проволочного электрода при зажигании и настройку времени затухания дуги при завершении сварки. Благодаря настраиваемой низкой скорости подачи проволочного электрода при зажигании процесс зажигания становится надежнее, так как еще слабо горящая дуга на холодном изделии не тушится быстро подаваемой проволокой.

Настраиваемое время затухания, т. е. отключение подачи проволоки чуть раньше, чем сварочного тока, предотвращает пригорание электрода в кратере в конце шва. Другая программа предотвращает образование слишком большой капли на конце проволоки при окончании сварки, которая могла бы помешать при новом зажигании. Есть возможность плавного пуска тока в начале и соответствующего понижения тока при окончании сварки.

На конце пакета шлангов находится сварочная горелка. Горелки выпускаются нескольких типов. Чаще всего применяют S-образные горелки (рис. 38). Они обладают небольшим весом, благодаря чему обеспечивается очень хороший доступ дуги к месту сварки. Вместо такой горелки можно приобрести горелку для скоростной сварки или сварочный пистолет (двухтактную горелку). Для цифровой сварочной установки производятся специальные горелки с жидкокристаллическим дисплеем и дистанционным регулятором, при работе с которыми можно считывать параметры сварочного процесса с дисплея и регулировать их с горелки. Бывают и горелки, непосредственно на которых расположена мини-катушка для очень мягкой и тонкой проволоки. Двигатель подачи проволоки у таких горелок находится в держателе.

Рис. 38. Горелка для сварки MIG/MAG:

а – общий вид S-образной горелки; б – сечение пакета шлангов; в – сечение головки; 1 – пакет шлангов; 2 – рукоятка; 3 – кнопка «Пуск»; 4 – гусак; 5 – сопло; 6 – сварочная проволока; 7 – спираль; 8 – силовой кабель; 9 – кабель управления; 10 – газовый шланг; 11 – изолятор; 12 – внешний диффузор; 13 – внутренний диффузор; 14 – защитный газ; 15 – наконечник

Варианты дуги

В зависимости от установленных сварочных параметров и используемого защитного газа при сварке MIG/MAG устанавливаются различные формы переноса электродного металла, называемые также рабочими состояниями дуги. При этом значение имеют как физические явления, такие как поверхностное натяжение и вязкость металла, сила тяготения и плазмоток, так и электрические силы, например сила Лоренца. Лоренцева сила, называемая также пинч-эффектом[18], – это сила, зависящая от окружающего магнитного поля и направленная радиально внутрь (рис. 39). Она сужает расплавленный конец электрода и отрывает от него отдельные капли.

Короткая дуга. Короткая дуга появляется при низких силах тока и напряжениях дуги. Ее название означает не только то, что речь идет об очень короткой дуге, но и то, что при такой дуге происходит перенос металла особого рода. Под влиянием тепла дуги на конце электрода образуется маленькая капля, которая уже в скором времени входит в контакт со сварочной ванной из-за небольшой длины дуги. Возникает короткое замыкание, и дуга гаснет. Капля всасывается сварочной ванной с конца электрода вследствие воздействия поверхностного натяжения ванны, пинч-эффект не оказывает существенного влияния на отделение капли из-за небольшой силы тока. Затем дуга снова загорается. Этот процесс регулярно повторяется, в зависимости от используемого защитного газа, примерно 20–100 раз в секунду. Во время фазы короткого замыкания ток возрастает, однако из-за небольших размеров капли эта фаза длится очень недолго, и пики тока оказываются не очень высокими. Кроме того, скорость возрастания тока в обычных источниках ограничивается дроссельными катушками в сварочном контуре. Поэтому повторное зажигание дуги после короткого замыкания происходит плавно и без сильного брызгообразования. В инверторах избыточное возрастание тока предотвращается программным обеспечением источника питания. Такой процесс происходит во всех защитных газах и в особенности подходит для сваривания корневых слоев, тонких листов и для сварки в стесненных условиях.

Рис. 39. Схематическое изображение действия пинч-эффекта:

1 – электрод; 2 – формирование капли металла

Длинная дуга. Длинная дуга возникает в верхней части диапазона мощности (т. е. при высоких силах тока и напряжения), когда сварка ведется в среде диоксида углерода или в среде защитных газов с высоким содержанием углекислоты (≥ 25 %). В этом случае образование дуги на конце электрода очень ограничено, пинч-эффект проявляется очень слабо или не проявляется совсем. На конце электрода образуются крупные капли, переходящие в изделие в основном под влиянием силы тяжести. При этом между каплей и сварочной ванной зачастую образуются закорачивающие перемычки, по которым в сварочную ванну переходит материал присадки. В отдельных случаях встречается и свободный переход очень крупных капель. Короткие замыкания длятся в этом случае дольше из-за большой массы капель. Вследствие этого возникают очень высокие токи замыкания, ведущие к сильному брызгообразованию при повторном зажигании дуги, сварочная ванна большая и горячая. Поэтому этот процесс пригоден только для сварки в позициях РА и РВ (в нижнем положении и для горизонтального шва на вертикальной плоскости). Сварка в стесненных условиях невозможна.

Капельная дуга. В среде аргона и смесей с высоким содержанием аргона дуга при образовании капли окутывает весь конец электрода, поэтому при достаточной силе тока пинч-эффект может проявиться оптимально. Переход материала происходит без короткого замыкания и значительного образования брызг. Капельная дуга появляется в среде богатых аргоном газов в верхнем диапазоне мощности. Образуется большая и горячая сварочная ванна, поэтому с некоторыми ограничениями этот процесс допустим для сварки в стесненном положении.

Смешанная дуга. Между короткой дугой, с одной стороны, и капельной и длинной дугами, с другой стороны, можно поместить смешанную дугу, при которой переход материала происходит как в коротком замыкании, так и в свободном падении. Однако в этой части диапазона возникает сильное брызгообразование, в том числе в среде богатых аргоном смесей. Поэтому рекомендуется избегать средней части диапазона силы тока либо использовать в ней импульсную дугу.

Импульсная дуга. Импульсная дуга появляется, если для сварки вместо постоянного тока используется импульсный ток. Регулируемыми параметрами этого вида дуги, помимо скорости подачи проволоки, являются, в зависимости от модуляции источника тока, основной ток и основное напряжение, импульсный ток и импульсное напряжение, длительность и частота импульсов. Под воздействием пинч-эффекта от конца электрода в каждой импульсной фазе отделяется по одной капле. Сварочный процесс характеризуется образованием маленьких капель и незначительным брызгообразованием. При жестко заданных значениях основного тока (напряжения), импульсного тока (напряжения) и длительности импульса можно установить мощность с помощью подачи проволоки и регулировать длину дуги с помощью изменения частоты импульсов. Импульсная дуга появляется во всем диапазоне мощности и хорошо подходит для сварки в стесненных условиях при низких и средних значениях силы тока.

Применяемые материалы

Защитные газы. При сварке MIG/MAG используют чистые инертные и активные газы, смеси газов в различных сочетаниях: инертные + инертные, инертные + активные и активные + активные (табл. 21). Водород при сварке плавящимся электродом не применяется из-за высокого разбрызгивания. Активный газ двуокись углерода (СО_2) регламентируется ГОСТ 8050–85, кислород газообразный (О_2) – ГОСТ 5583–78. Расчет расхода защитного газа Нг в литрах или кубических метрах на 1 м шва для малого производства производится по следующей формуле:

Нг = (Нуг × Т + Ндг),

где Нг – удельный расход защитного газа, приведенный в табл. 22, м^3/с (л/мин);

Т – основное время сварки n-го прохода, с (мин);

Ндг – дополнительный расход защитного газа на выполнение подготовительно-заключительных операций при сварке n-го прохода.

При MIG-сварке алюминия плавящимся электродом в инертном газе устанавливаются несколько бо́льшие значения расхода газа из-за высокой окисляемости материала; при смесях аргона и гелия – значительно бо́льшие вследствие невысокой плотности гелия.

Присадочно-электродный материал. Наиболее часто используемые диаметры электродов для сварки MIG/MAG составляют 0,8; 1,0; 1,2 и 1,6 мм. Диаметры порошковых проволок начинаются чаще всего от 1,0 мм. Нелегированные и низколегированные проволочные электроды применяются, как правило, в исполнении с омедненной поверхностью. Благодаря меднению снижается сопротивление трения скольжения при подаче и улучшается электрический контакт.

Высоколегированные проволоки нельзя покрывать медью гальваническим или электролитическим способом, и они поставляются с белой поверхностью без покрытия. Сварные проволоки из алюминия также применяются с поверхностью без покрытия. Проволочные сварочные присадки для сварки в среде защитного газа поставляются на катушках с воротом, оправкой либо на корзиночных катушках.

При сварке в углекислом газе малоуглеродистых и низкоуглеродистых сталей необходимо применять кремний-марганцовистые проволоки, а для сварки легированных сталей – специальные проволоки (табл. 23).

По ГОСТ 2246–70 предусматривается изготовление 75 марок сварочных проволок, в том числе и для сварки в защитных газах, диаметром от 0,3 до 12,0 мм. Средне– и сильноокислительные газы группы М2 и МЗ (Аг ++ СО_2, Аг + О_2, Аr + СО_2 + О) и С (СО, СО_2 + О_2) применяются в сочетании с проволоками, содержащими раскислители Mn, Si, Al, Ti и др. (например, Св-08Г2С, Св-08ГСМТ, Св-08ХГ2С).

Порошковые проволоки применяются для сварки без защиты и с дополнительной защитой зоны сварки углекислым газом. По типу сердечника порошковые проволоки можно разделить:

1) на самозащитные: рутил-органические, карбонатно-флюоритные, флюоритные;

2) газозащитные: рутиловые, рутил-флюоритные.

Применение порошковых проволок вместо сплошных позволяет легировать шов в широких пределах и повышать стойкость его против пор и горячих трещин, обеспечивать заданные механические свойства. Кроме того, наличие шлака снижает разбрызгивание, набрызгивание и улучшает форму шва.

У сварки полуавтоматом масса достоинств, одним из которых является возможность проведения работ без защитного газа. При этом типе сварки не нужно покупать баллоны с газом, а порошковая проволока имеется в широком ассортименте. В зависимости от ее состава можно сформировать необходимый шов и организовать оптимальный режим горения дуги. Как и при сваривании алюминия, в этом случае применяется обратная полярность. Это нужно для повышения температуры сварочной дуги и расплавления флюса.

Выполнение сварки

Подготовка металлапод MIG/MAG сварку. Чтобы в наплавленном металле не было пор, кромки сварных соединений необходимо зачищать от ржавчины, грязи, масла и влаги на ширину до 30 мм по обе стороны от зазора. В зависимости от степени загрязнения зачищать кромки можно протиркой ветошью, зачисткой стальной щеткой, опескоструиванием, а также обезжириванием с последующим травлением. Следует заметить, что окалина почти не влияет на качество сварного шва, поэтому детали после газовой резки могут свариваться сразу после зачистки шлака.

Кромки под сварку разделывают в соответствии с технологическими требованиями.

Зажигание электрической дуги. После включения переключателя горелки проволочный электрод приходит в движение с установленной скоростью. Одновременно к нему подключается электрический ток и начинается подача защитного газа. При прикосновении к поверхности изделия возникает короткое замыкание. Из-за высокой плотности тока на конце электрода в точке соприкосновения начинается испарение материала и происходит зажигание дуги. При высокой скорости подачи еще слабая дуга может быть потушена быстро подаваемой проволокой, так что зажигание произойдет только со второй или третьей попытки. Поэтому рекомендуется производить зажигание на сниженной скорости подачи и переключаться на требуемую высокую скорость только после того, как дуга начнет гореть стабильно. Современные сварочные аппараты MIG/MAG для облегчения зажигания имеют функцию «ползучая скорость».

Зажигание должно производиться только в пределах соединения и на тех местах, которые сразу после зажигания должны быть снова расплавлены. От непроваренных точек зажигания могут расходиться трещины из-за высокой скорости остывания этих локально нагретых мест.

Ведениегорелки. Горелка наклоняется на 10–20° в направлении сваривания и ведется волочащим или колющим движениями (рис. 40). Колющее движение горелки обычно используется при сварке массивной проволокой, волочащее – при использовании порошковой проволоки со шлакообразующим покрытием. Горелка ведется слегка волочащим движением и в позиции сверху вниз, как правило, при сваривании тонких листов. У более толстых листов существует опасность, что из-за опережающего металла шва возникнут дефекты сцепления. Подобные дефекты могут возникнуть и при сварке в других положениях со слишком низкой скоростью. Поэтому следует избегать раскачивания горелки с широкой амплитудой, за исключением движения снизу вверх. Обычной формой маятникового движения является открытый треугольник. При слишком сильном наклоне горелки существует опасность всасывания воздуха в защитный газ.

Рис. 40. Положение горелки по отношению к основному материалу

Расстояние между горелкой и изделием должно быть таким, чтобы между свободным концом электрода (нижней кромкой токоподводящего мундштука) и точкой соприкосновения дуги и изделия оставалось примерно 10–12 диаметров проволоки.

Выбор режимов сварки в средеуглекислого газа. При сварке в углекислом газе обычно применяют постоянный ток обратной полярности, так как сварка током прямой полярности приводит к неустойчивому горению дуги. Переменный ток можно применять только с осциллятором, однако в большинстве случаев рекомендуется только постоянный ток.

Диаметр электродной проволоки следует выбирать в зависимости от толщины свариваемого металла. Сварочный ток устанавливается в зависимости от выбранного диаметра электродной проволоки. С увеличением силы тока увеличивается глубина провара и повышается производительность процесса сварки. Скорость подачи электродной проволоки подбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить устойчивое горение дуги при выбранном напряжении на ней.

Напряжение дуги зависит от длины дуги. Чем длиннее дуга, тем больше напряжение на ней. С увеличением напряжения дуги увеличивается ширина шва и уменьшается глубина его провара. Напряжение дуги автоматически устанавливается в зависимости от выбранной величины сварочного тока при данной длине.

Основные режимы сварки полуавтоматом приведены в табл. 24 и 25.

Необходимую для сварщика информацию о значениях тока и напряжения можно увидеть на измерительных приборах, зачастую встроенных в аппараты. Если таковые не установлены, измерения можно производить с помощью внешних приборов либо сварщик должен ориентироваться на указанные в справочных таблицах скорости подачи проволоки. Тогда он должен настраивать правильную длину дуги, ориентируясь на то, что он видит и слышит.

На устойчивость процесса сварки и качества сварного шва большое влияние оказывает величина вылета. Вылетом электрода называется длина отрезка электрода между его концом и краем мундштука. С увеличением вылета ухудшается устойчивость горения дуги и формирования шва, а также увеличивается разбрызгивание. При сварке с очень малым вылетом затрудняется наблюдение за процессом сварки и часто подгорает контактный наконечник. Величину вылета рекомендуется выбирать в зависимости от диаметра электродной проволоки.

Кроме вылета электрода, необходимо выдерживать определенное расстояние от сопла горелки до изделия, так как с увеличением этого расстояния возможно попадание кислорода и азота из воздуха в наплавленный металл и образование пор в шве. Величину расстояния от сопла горелки до изделия следует выдерживать в значениях, приведенных в табл. 26.

Расход углекислого газа определяют в зависимости от силы тока, скорости сварки, типа соединения и вылета электрода. В среднем газа расходуется от 5 до 20 л/мин. Наклон электрода относительно шва оказывает большое влияние на глубину провара и качество шва. В зависимости от угла наклона сварку можно производить углом назад и углом вперед.

При сварке углом назад в пределах 5–10° улучшается видимость зоны сварки, повышается глубина провара и наплавленный металл получается более плотным. При сварке углом вперед труднее наблюдать за формированием шва, но легче наблюдать за свариваемыми кромками и направлять электрод точно по зазорам. Ширина валика при этом возрастает, а глубина провара уменьшается. Этот способ рекомендуется применять при сварке тонкого металла, где существует опасность сквозного прожога.

Скорость сварки устанавливается самим сварщиком в зависимости от толщины металла и необходимой площади поперечного сечения шва. При слишком большой скорости сварки конец электрода может выйти из-под зоны защиты газом и окислиться на воздухе.

Окончание сварки. Нельзя резко тушить дугу в конце шва или убирать горелку от конечного кратера. В первую очередь при сваривании толстых листов, где в наплавленных валиках большого объема могут возникнуть глубокие кратеры, рекомендуется медленно отводить дугу от ванны или, если позволяет аппаратура, задать программу заполнения конечного кратера. У большинства полуавтоматов можно задать также определенное время, в течение которого подача газа еще будет продолжаться, чтобы последний жидкий металл шва застывал в среде защитного газа. Но это будет действовать только в том случае, если горелка еще некоторое время будет находиться в конце шва.

Техника безопасности при дуговой сварке

Любые сварочные работы представляют реальную опасность для здоровья сварщика. Но избежать этих опасностей совсем не сложно. Нужно лишь соблюдать правила техники безопасности, которые созданы для вашей же защиты. Эти правила сводятся к очевидным истинам. Нельзя приступать к работе, думая только о сварке. В первую очередь подумайте о себе. Ни один сварной шов не стоит удара током или ожога. Если сэкономить на качественной маске или очках, испортить зрение очень легко, а купить новые глаза уже не удастся. Если не надеть респиратор при работе в помещении, можно быстро получить сильное отравление. И так далее. К тому же ожоги и «зайчики» сильно отвлекают и не дают сделать хороший шов. Поэтому правила безопасной работы следует выучить наизусть и выполнять безоговорочно.

Безопасным для человека напряжением электрического тока считается напряжение не выше 12 В. Так что не стоит с пренебрежением относиться к напряжению на выходе сварочного аппарата, тем более – на его входе.

Электробезопасность необходимо обеспечить для предотвращения даже случайной возможности поражения током – как самого сварщика, так и окружающих. Поэтому регулярно проверяйте исправность изоляции кабелей, электрододержателей и надежность всех контактов до начала работ. Корпуса сварочных аппаратов и рубильников надо надежно заземлять, сварочный кабель, электрододержатель и ручку рубильника – изолировать. Длина проводов между питающей сетью и передвижным сварочным агрегатом для ручной дуговой сварки не должна превышать 15 метров.

Во время простоя, перемещения, обеденного перерыва отключайте сварочное оборудование. Все замеченные неисправности устраняйте только после полного обесточивания аппарата.

Не работайте под дождем или снегом. Сварка при повышенной влажности (в том числе и в сырых помещениях, подвалах) требует специальных навыков и большого опыта, иначе можно и электротравму получить, и оборудование серьезно испортить.

Внутри замкнутых резервуаров и других листовых металлоконструкций работы по электросварке можно выполнять только в диэлектрических галошах и на резиновом коврике или на подстилке из изолирующих материалов.

Будьте особо внимательны при зажигании дуги и во все время ее горения – это период повышенной опасности. Не отвлекайтесь и во время работы. С опытом брызг расплавленного металла при работе будет все меньше, но даже многоопытные сварщики не работают с расстегнутым воротом и закатанными рукавами. Для защиты глаз и лица от световых и тепловых лучей сварочной дуги закрывайте лицо сварочной маской или шлемом с соответствующими светофильтрами. Наденьте спецодежду, рукавицы из искростойких материалов, кожаную обувь, при необходимости воспользуйтесь каской. Даже при работе на улице желательно защищать органы дыхания от вредных газов (оксидов марганца, хрома и пр.) респираторами, совместимыми со сварочными масками.

Особенно внимательным следует быть при работе на высоте. Спецодежда и маска сковывают движения, поэтому не пренебрегайте стандартными средствами высотной безопасности – монтажным поясом, страховкой.

Технология газовой сварки

Подготовка кромок

Вид подготовки кромок зависит от толщины свариваемых деталей. При толщине листового металла 0,5–2 мм подготовка сводится к торцеванию или отбортовке кромок. Сварку осуществляют встык без присадочного материала – только за счет расплавления кромок.

При толщине 1–5 мм отторцованные без скоса кромки собирают с зазором 0,5–2,0 мм и сварку проводят с использованием присадки. При толщине металла 4–8 мм можно проводить сварку без скоса кромок, но при этом зазор увеличивается до 1–2 мм и шов должен быть двусторонним.

При толщине металла 5–10 мм выполняют V-образную разделку кромок (70–90°). Зазор под заполнение присадочным материалом составляет от 2 до 4 мм, притупление кромок 1,5–3,0 миллиметра.

Для металла толщиной свыше 10 мм применяют двухстороннюю (Х-образную) разделку со скосом кромок под углом 35–45°. Зазор может быть в пределах 2–4 мм, таким же по величине делают и притупление.

Перед сборкой область шириной 20–30 мм, расположенная вблизи свариваемых кромок, должна быть очищена от ржавчины, грязи, краски и окалины.

При выполнении угловых швов зазор между кромками свариваемых деталей устанавливается 1–2 мм. При толщине свариваемого металла более 5–6 мм производится одно– или двухсторонний скос кромок под углом 50–60°.

Способы и техника сварки

Основными параметрами газовой сварки являются вид и мощность пламени, диаметр присадочной проволоки и скорость сварки.

Вид пламени зависит от свариваемого материала: нормальным пламенем сваривают углеродистые и легированные стали, науглероживающим – чугун, окислительным – латуни. Выбор нужного вида пламени осуществляется по характеру его свечения.

Для выполнения сварочных работ необходимо, чтобы сварочное пламя обладало достаточной мощностью, которая определяется количеством ацетилена, проходящего за 1 час через горелку, и регулируется наконечниками горелки. Мощность пламени горелки, выбираемая в соответствии с толщиной свариваемого металла и его теплофизическими свойствами, определяется расходом ацетилена, необходимым для его расплавления. Чем толще свариваемый металл и выше его теплопроводность (как, например, у меди и ее сплавов), тем больше должна быть мощность пламени. Ее регулируют ступенчато – подбором наконечника горелки и плавно – вентилями на горелке.

Для сварки низкоуглеродистой стали на 1 мм толщины свариваемого металла требуется 100–130 дм^3 ацетилена в час. При сварке низкоуглеродистой стали толщиной 3 мм минимальная мощность сварочной горелки составит 100 × 3 = 300 дм^3/ч, максимальная – 130 × 3 = 390 дм^3/ч.

Диаметр присадочной проволоки (dп) выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла (S) и способа сварки. При сварке низко– и среднеуглеродистых сталей левым способом dп = S/2 + 1 (мм). При сварке правым способом dп = S/2 (мм).

Скорость сварки устанавливается сварщиком в соответствии со скоростью плавления кромок детали. Этот параметр непосредственно зависит от мастерства сварщика.

При газовой сварке составными элементами техники сварки являются:

● угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемых кромок;

● способ сварки;

● манипуляции мундштуком горелки и присадочной проволокой при движении пламени вдоль шва.

Скорость плавления (и соответственно скорость сварки) регулируют изменением угла наклона мундштука к поверхности свариваемого металла (рис. 41). Угол выбирают в зависимости от толщины и рода свариваемого металла. Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла. Так, при сварке меди угол должен быть бóльшим, чем для углеродистых сталей. В начале сварки для лучшего прогрева металла угол наклона устанавливают около 90°, затем по мере прогрева свариваемого металла снижают до величины, соответствующей толщине металла, а в конце сварки постепенно уменьшают, чтобы лучше заполнить кратер и предотвратить пережог металла.

Рис. 41. Угол наклона мундштука горелки в зависимости от толщины металла

Способы сварки проиллюстрированы рис. 42, а – б. Сварочную горелку держат в правой руке, а присадочную проволоку – в левой. Пламя горелки направляют на металл так, чтобы свариваемые кромки находились в восстановительной зоне на расстоянии 2–6 мм от конца ядра. Сварочную проволоку располагают под углом около 45° в сторону, противоположную наклону мундштука горелки. Конец присадочной проволоки должен находиться в восстановительной зоне или в сварочной ванне.

Рукоятка горелки может располагаться вдоль оси шва или перпендикулярно к ней. То или иное положение выбирается в зависимости от условий и удобства работы газосварщика: его руку не должен обжигать нагретый металл.

Горелка в руке сварщика может перемещаться в двух направлениях:

● справа налево, когда пламя направлено на холодные, еще не сваренные кромки металла, а присадочная проволока подается впереди пламени. Такой способ получил название левого и применяется при сварке тонкостенных (толщиной до 3 мм) конструкций и легкоплавких металлов и сплавов;

● слева направо, когда пламя направлено на сваренный участок шва, а присадочная проволока подается вслед за пламенем. Такой способ называется правым и используется для сварки конструкций с толщиной стенки свыше 3 мм и металлов с большой теплопроводностью. Качество шва при правом способе сварки выше, чем при левом, так как металл лучше защищен пламенем горелки от воздействия воздуха.

Рис. 42. Техника сварки:

а – левый способ; б – правый способ (сплошной линией показано движение горелки; пунктирной – движение присадочной проволоки; стрелками указано направление сварки); в – манипуляции мундштуком горелки при сварке: I – восьмеркой; II – по спирали; III – полумесяцем; IV – прямолинейно

В процессе сварки конец мундштука горелки совершает одновременно два движения: поперечное – перпендикулярно к оси шва и продольное – вдоль оси шва. Основным является продольное движение, поперечное служит для равномерного прогрева кромок основного и присадочного металла и получения шва необходимой ширины.

Присадочной проволокой можно совершать такие же колебательные движения, но в направлениях, противоположных движениям конца мундштука горелки. Конец присадочной проволоки не рекомендуется извлекать из сварочной ванны и особенно из восстановительной зоны пламени.

Вид движений, совершаемых мундштуком и проволокой, зависит от положения шва в пространстве, толщины свариваемого металла, рода металла и требуемых размеров сварного шва (рис. 42, в). Так, для сварки швов в нижнем положении наиболее распространено движение полумесяцем; при сварке металла средней толщины – по спирали; при толщине металла более 8 мм – зизгагообразное. При сварке угловых швов пламя и конец присадочной проволоки перемещают с большей задержкой по краям шва. Тонкий металл сваривают прямолинейным движением без поперечных колебаний горелки.

Сварка в различных пространственных положениях

Сварка в нижнем положении. Нижние швы выполнять наиболее легко, так как расплавленный присадочный металл не вытекает из сварочной ванны. Кроме того, за сваркой такого шва удобно наблюдать.

В расплавленную ванну вводят конец проволоки и расплавляют небольшое ее количество, после чего перемещают в восстановительную зону пламени. Мундштуком совершают круговые движения и перемещают его для образования новой ванночки, которая должна перекрывать предыдущую на ⅓ диаметра. После расплавления новой ванны в нее погружают конец проволоки и повторяют процедуру.

Нижние швы выполняют как левым, так и правым способом в зависимости от толщины свариваемого металла. Тонкие пластины с отбортовкой кромок сваривают левым способом. Шов формируют без присадочного материала, за счет расплавления основного металла (рис. 43, а).

Сварка нахлесточныхшвов. Шов накладывают левым способом с присадочным материалом (рис. 43, б). При вынужденных перерывах в работе перед возобновлением процесса сварки нужно переплавить закристаллизовавшийся в кратере металл. Вообще, для получения нахлесточных швов рациональнее использовать дуговую сварку, а газовая применяется только при крайней необходимости (за исключением сварки свинца) из-за коробления соединяемых листов.

Сварка в вертикальном положении. Вертикальные швы при малой толщине металла сваривают сверху вниз правым способом (рис. 43, в) и снизу вверх правым или левым способом (рис. 43, г – д). Сварка тонколистового металла толщиной не более 4–5 мм производится снизу вверх – левым способом. Горелку перемещают таким способом, чтобы не дать стечь расплавленному металлу, и давлением газов пламени поддерживают в зазоре ванночку металла. Сварка сверху вниз правым способом требует большой сноровки – металл удерживают от стекания концом присадочной проволоки, погруженной в ванну.

При сварке металла толщиной от 2 до 20 мм вертикальные швы целесообразно выполнять способом двойного валика (рис. 43, е). В этом случае скоса кромок не делают и свариваемые детали устанавливают с зазором, равным половине толщины свариваемого металла. Процесс ведется снизу вверх.

Рис. 43. Выполнение сварных швов в разных пространственных положениях:

а – нижнем для тонкого металла с отбортовкой кромок; б – нахлесточных; в – вертикальных сверху вниз правым способом; г, д – вертикальных снизу вверх левым и правым способами; е – вертикальных двойным валиком; ж – горизонтальных; з, и – потолочных левым и правым способами

При толщине металла более 6 мм сварку таким способом выполняют два сварщика одновременно с противоположных сторон. В нижней части стыка проплавляют сквозное отверстие. Пламя, постепенно поднимаясь снизу вверх, оплавляет верхнюю часть отверстия. Шов формируют на всю толщину, а выпуклость получается с обеих сторон стыка. Затем перемещают пламя выше, оплавляя верхнюю кромку отверстия и накладывая следующий слой металла на нижнюю сторону отверстия. Процесс продолжают до полного получения шва.

Горизонтальные швы навертикальной плоскости, при сварке которых металл может стекать на нижнюю кромку, выполняют правым способом, держа конец проволоки сверху, а мундштук горелки снизу ванны (рис. 43, ж). Сварочная ванна располагается под небольшим углом к оси шва, что облегчает формирование шва и предотвращает стекание жидкого металла.

Сварка в потолочном положении. Наибольшие трудности возникают при сварке потолочных швов. Кромки нагревают до начала оплавления и в этот момент в сварочную ванну вводят присадочную проволоку, конец которой быстро оплавляется (рис. 43, з, и).

Металл сварочной ванны удерживается от стекания вниз давлением газов пламени. Сварку лучше вести правым способом и выполнять в несколько слоев с минимальной толщиной каждого слоя. Присадочный пруток следует держать полого во избежание стекания по нему жидкого металла.

Кислородная резка металла

Процесс кислородной резки металлов основан на способности металла сгорать в струе технически чистого кислорода и удалении этой струей образующихся продуктов горения.

Резка начинается с нагрева металла в начале реза подогревающим пламенем резака до температуры воспламенения металла в струе кислорода. Металл сгорает с выделением тепла, которое передается через образовавшийся шлак нижележащим слоям; происходит сгорание металла по всей толщине разрезаемого листа с образованием узкой щели (реза). Образующиеся в процессе резки окислы и шлаки удаляются из реза струей кислорода, а также под действием силы собственного веса.

Различают поверхностную (срезается поверхностный слой металла), разделительную (металл разрезается на части) и копьевую (в металле прожигается глубокое отверстие) кислородную резку.

По характеру применяемого подогрева резка подразделяется на кислородную, кислородно-флюсовую, кислородно-дуговую, плазменно-кислородную и другие виды.

Сущность процесса кислородной резки

Кислородная резка металлов возможна благодаря тому, что малоуглеродистая сталь, нагретая до температуры, близкой к температуре плавления (1300–1400 °C), способна интенсивно сгорать в струе технически чистого кислорода. При кислородной резке для нагревания металла применяется такое же пламя, как и при сварке. Сначала нагревают небольшой участок металла, намеченный линией разреза, а затем на нагретое место направляют струю кислорода, перемещая одновременно подогревательное пламя дальше по линии разреза. Металл сгорает в струе кислорода, и по всей толщине разрезаемого металла образуется узкая щель. Соседние участки металла нагреваются сравнительно мало.

При сгорании металла образуются жидкие шлаки, которые выдуваются струей кислорода. При перемещении подогревательного пламени и струи кислорода по размеченной линии процесс резки происходит непрерывно. Кислородная резка проста, не требует сложного оборудования и поэтому имеет широкое применение при сборке санитарно-технических деталей.

Для сгорания 1 кг железа теоретически требуется от 0,29 до 0,38 м^3 кислорода в зависимости от того, какой окисел получается при горении – FeO или Fе_3О_4. Практический расход кислорода может сильно отличаться от теоретического, так как в шлаках присутствуют оба окисла в различных соотношениях, часть металла удаляется из разреза в расплавленном состоянии, часть кислорода расходуется на выдувание жидкого металла и шлаков, а также теряется в окружающую среду. Для резки применяют технический кислород чистотой 98,8–99,7 %. С понижением чистоты кислорода на 1 % его расход на 1 м длины резки возрастает на 25–35 %, а время резки – на 10–15 %. Это особенно заметно при резке стали больших толщин. Применять для резки кислород чистотой ниже 98 % нецелесообразно, так как поверхность реза получается недостаточно чистой, с глубокими рисками и трудноотделяемым шлаком.

Для резки металла кислородом необходимы следующие условия:

● температура горения металла в кислороде должна быть ниже температуры плавления, иначе металл будет плавиться и переходить в жидкое состояние до того, как начнется его горение в кислороде;

● образующиеся окислы металла должны плавиться при температуре более низкой, чем температура горения металла, и не быть слишком вязкими; в противном случае кислородная резка без применения специальных флюсов невозможна;

● количество тепла, выделяющееся при сгорании металла в кислороде, должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить поддержание процесса резки. При резке стали около 70 % тепла, используемого для подогревания, выделяется при сгорании металла в кислороде и только 30 % подводится от подогревающего пламени;

● теплопроводность металла не должна быть слишком высокой, иначе, вследствие интенсивного теплоотвода, процесс резки может прерваться.

Перечисленным выше условиям наиболее полно отвечают чистое железо, низко– и среднеуглеродистые, а также низколегированные стали при содержании углерода до 0,3 %.

На температуру загорания, кроме состава металла, оказывает влияние также состояние поверхности металла, величина его кусков, давление и скорость потока кислорода. Шероховатая поверхность облегчает загорание металла в кислороде. Порошок железа может воспламеняться в чистом кислороде при температуре 315 °C, т. е. значительно более низкой, чем прокатанный металл. Металл на поверхности крупного куска стали загорается при температуре 1200–1300 °C. При давлении 25 кгс/см^2 и скорости потока кислорода 180 м/с температура загорания углеродистой стали в кислороде снижается до 700–750 °C.

Среднеуглеродистые стали (углерод до 0,7 %) режутся хуже. Резка высокоуглеродистых сталей вообще проблематична, а при содержании углерода более 1 % вообще невозможна без специальных флюсов.

Высоколегированные стали тоже не поддаются кислородной резке. Возможна только кислородно-флюсовая резка с применением специальных флюсов или плазменно-дуговая (с применением специального оборудования). Плазменно-дуговая резка применяется и для разделки алюминия и его сплавов, для которых кислородная резка исключена. Чугун не режется вследствие низкой температуры плавления и высокой температуры начала горения. Цветные металлы также не поддаются кислородной резке из-за высокой температуры плавления их оксидов и значительной теплопроводности.

Режимы резки

Основные показатели режима резки – это давление режущего кислорода и скорость резки, которые определяются толщиной разрезаемой стали. Величина давления кислорода зависит от конструкции резака, применяемых мундштуков, величины сопротивлений в кислородоподводящих коммуникациях и арматуре. На скорость резки влияют также: метод резки (ручной или машинный); форма линии реза (прямолинейная или фасонная); вид резки (разделочная, заготовительная с припуском на механическую обработку, заготовительная под сварку, чистовая).

Кислородную резку производят резаком, представляющим собой специальную сварочную горелку с дополнительным устройством для подвода к соплу кислорода. Резаки классифицируют по следующим признакам:

● вид резки – разделительная, поверхностная, кислородно-флюсовая;

● назначение – для ручной резки, механизированной резки, специальные;

● род горючего – для ацетилена, газов-заменителей, жидких горючих (пары бензина, керосина);

● принцип действия – инжекторные, безынжекторные;

● давление кислорода – высокого, низкого;

● конструкция мундштуков – щелевые, многосопловые.

Наибольшее применение имеют универсальные инжекторные ручные резаки со щелевыми мундштуками (см. рис. 22, е). Резак состоит из рукоятки, газоподводящих трубок, корпуса с вентилями и головки, в которую ввертываются мундштуки. Применяют два основных типа мундштуков: с кольцевым подогревательным пламенем, или щелевые, и многосопловые. Щелевые мундштуки состоят из внутреннего и наружного мундштуков, которые ввертываются на резьбе в головку резака или присоединяются к ней накидной гайкой. По кольцевому зазору между наружным и внутренним мундштуками поступает горючая смесь подогревательного пламени. По центральному каналу внутреннего мундштука подается струя кислорода, в которой сгорает разрезаемый металл.

Многосопловые мундштуки хорошо работают при высоких температурах и не дают обратных ударов пламени даже при сильном нагревании, но более трудоемки в изготовлении и потому стоят дороже.

Ориентировочные режимы ручной резки приводятся в табл. 27, а рекомендации по выбору мундштуков для резки на заменителях ацетилена – в табл. 28. Точнее режимы выбирают согласно технической документации на конкретный резак. Скорость ручной резки можно также приближенно определять по формуле:

vсв = 40 000/(50 + S) мм/мин,

где S – толщина разрезаемой стали, мм.

Техника ручной резки металла

Разрезаемый лист укладывают на подкладки, выверяют по горизонтали и, если нужно, закрепляют. Затем лист по линии реза очищают от окалины, ржавчины, грязи, которые уменьшают точность и ухудшают качество реза. Лист размечают, нанося на нем мелом или чертилками контуры вырезаемых деталей. Подбирают номера наружного и внутреннего мундштуков.

Резку обычно начинают с кромки листа. Если же нужно начать с середины листа (например, при вырезке фланцев), то сначала в листе прожигают кислородом отверстие, а затем вырезают нужную фигуру. Нагревают металл в месте, откуда ведут резку, а затем пускают режущую струю кислорода. Вслед за этим начинают перемещать резак по намеченной линии реза, прожигая металл на всю толщину. Если резку начинают с кромки, время начального подогрева металла толщиной 5–200 мм составляет от 3 до 10 с (при работе на ацетилене). При пробивке отверстия в листе струей кислорода это время увеличивается в 3–4 раза.

Резак следует перемещать равномерно. Если двигать его слишком быстро, то соседние участки металла не будут успевать нагреваться, кислородная струя будет отставать, образуются не прорезанные до конца участки и нарушится непрерывность резки. При слишком медленном перемещении резака кромки будут оплавляться и разрез получится неровным, с большим количеством шлака. О скорости резки можно судить по выбросу шлака (рис. 44).

Рис. 44. Характер выброса шлака:

а – скорость резки мала; б – оптимальная скорость; в – скорость резки велика

Мощность подогревающего пламени определяется условиями резки и должна увеличиваться с увеличением толщины металла. Для легированных сталей, а также при увеличении скорости резки мощность пламени должна быть больше, чем для низколегированных сталей и небольшой скорости резки. Но слишком увеличивать мощность подогревающего пламени тоже не следует, так как это ведет к излишнему расходу газов и оплавлению верхних кромок реза.

Состав подогревающего пламени тоже важен. При резке стали больших толщин подогревающее пламя следует регулировать с максимальным избытком горючего газа в смеси; это увеличивает длину факела и способствует прогреву металла на всю толщину.

Большое значение для резки имеет давление режущего кислорода. При недостаточном давлении струя кислорода не сможет выдуть шлаки из места реза и металл не будет прорезан на всю толщину. При слишком большом давлении увеличивается расход кислорода, а разрез получается менее чистым. Давление кислорода зависит от толщины разрезаемого металла, и его подбирают согласно документации на газовый резак (см. табл. 27).

При разрезании металла большой толщины или пакета листов торец металла в плоскости реза нужно хорошо подогреть, особенно в нижней части. Концентрация кислорода в режущей струе уменьшается по мере удаления от верхней кромки разрезаемого металла. Поэтому при резке металла толщиной свыше 300 мм очень важно увеличить ту длину струи, на протяжении которой концентрация кислорода остается высокой. Этому способствует оболочка из подогревающего пламени, факел которого окружает режущую струю и как бы сжимает ее. Чем длиннее этот факел, тем длиннее участок струи с высокой концентрацией кислорода и тем бóльшую толщину металла режет такая струя. Удлинение факела зависит от увеличения часового расхода горючего. Наибольшая длина режущей способности струи получается при расходе кислорода 80 м^3/ч и ацетилена – 8 м^3/ч.

В любом случае для обеспечения высокого качества реза расстояние между мундштуком и поверхностью разрезаемого металла необходимо поддерживать постоянным (табл. 29). Для этого многие резаки комплектуются направляющими тележками.

По окончании резки поверхность металла очищают стальной щеткой от окалины и остатков шлака. Наплывы, образующиеся на нижней кромке металла, срубают зубилом.

Деформация металла при резке

Вследствие неравномерного нагрева металла при резке происходят деформации, которые могут вызывать искажение формы детали и отклонение ее размеров от заданных. Для уменьшения деформаций необходимо:

● жестко закреплять вырезаемые детали с помощью упоров, шпилек, струбцин, эксцентриковых или пневматических зажимов, клиньев и пр.;

● оставлять перемычки (непрорезанные участки) между соседними частями листа, из которых вырезаются детали;

● резать крупногабаритные детали одновременно несколькими резаками;

● мелкие детали вырезать не из целого листа, а из предварительно нарезанных прямоугольных заготовок (карт);

● отдельные участки контура детали резать в такой последовательности, при которой деформации действовали бы в противоположных направлениях и по возможности взаимно уничтожались.

Техника безопасности при газопламенной обработке

Газопламенная обработка связана с использованием горючих взрывоопасных газов. Во избежание несчастных случаев необходимо строго соблюдать правила безопасного обращения с газовым оборудованием. Некоторые из них приведены ниже.

Нельзя работать в непосредственной близости от легковоспламеняющихся, горючих материалов, таких как бензин, керосин, стружка и др. Расстояние от места сварки до ацетиленовых генераторов должно составлять не менее 10 м, до отдельно стоящих баллонов с горючими газами – не менее 5 м. Эти же нормы относятся и к разведению открытого огня и курению.

Используемые газы представляют опасность лишь в закрытых местах. Поэтому нельзя проводить сварку внутри резервуаров и в помещениях без вентиляции. Снаружи должен находиться кто-нибудь, способный оказать помощь в случае необходимости.

Вентили кислородных баллонов, кислородные редукторы и шланги следует предохранять от попадания на них смазочных материалов. Все соединения любых редукторов должны быть герметичны.

В процессе хранения и эксплуатации нельзя подвергать баллоны с газами нагреву, так как это приводит к повышению давления в них и может привести к взрыву. Их следует защищать от воздействия солнечных лучей и устанавливать в стороне от электрических проводов и нагретых предметов.

Замерзшие газогенераторы, головки кислородных и ацетиленовых баллонов можно отогревать только горячей водой, не имеющей следов масла, или паром.

Глаза защищают очками с зелеными или голубыми стеклами. Для работы не требуется специальной одежды, однако в одежде из синтетических материалов работать нельзя.

И не забудьте захватить к месту сварочных работ ведро с чистой водой для охлаждения горелки.

Термитная сварка и резка металла

Термитные способы сварки до настоящего времени не были широко распространены, хотя ученые и пытались создать эффективное сварочное средство, работающее без внешних источников энергии, с 30-х годов прошлого века. В результате изысканий появились на свет так называемые сварочные карандаши. Поначалу сварной шов, полученный с их использованием, получался непрочным (не более 5 % прочности шва при традиционных способах сварки) и легко разламывался руками. Но с недавних пор сварочные карандаши заняли достойное место среди ассортимента сварочного оборудования, позволяя производить пайкосварку деталей толщиной от 0,3 до 6 мм с прочностью 60–70 % традиционной сварки: от 40 до 60 кг/мм^2. Производят их и в России, и в Китае, мы же рассмотрим работу оборудования, произведенного в Украине.

Работа сварочным карандашом

Сварочный карандаш Лебедева ЭЛЬКАС позволяет автономно, без дополнительных источников энергии, без специального оборудования и без специальной квалификации выполнить следующие работы: сварка и резка деталей из железоуглеродистых сплавов (всех видов стали и чугуна независимо от сочетания деталей при сварке), меди и медных сплавов; закалка или разогрев деталей до температур ковки или другого вида формовки; быстрый прогрев различных объектов; жесткая пломбировка и другие виды работ. При работе карандашом не требуется определять тип стали или чугуна, так как принципиального значения это не имеет. Термитная смесь карандаша является источником энергии, с помощью которой металл свариваемой детали разогревается докрасна – до температуры начала образования сварного шва (1100 °C). С этого момента диффузия основного металла детали, флюсы и припои из сгорающей смеси карандаша образуют сплав – кремнистую бронзу, легированную никелем.

Базовая модель карандаша представляет собой картонную гильзу ∅ 4–16 мм и длиной 70–200 мм с уплотненной экзотермической смесью, с одной стороны залитую зажигательной смесью для поджига карандаша, с другой – 2 см пустой гильзы для вставки ручки (державки), необходимой для удобной и безопасной работы карандашом. Державка представляет собой деревянную или металлическую ручку-стержень длиной 15–20 см, один конец которой должен иметь диаметр, соответствующий внутреннему диаметру карандаша.

От размера карандаша зависит толщина свариваемых листов[19]. Самым тонким можно сварить внахлест металлические листы толщиной до 0,6 мм; при толщине карандаша 9–10 мм можно варить внахлест и встык детали до 2,5 мм толщиной, а 16-миллиметровый карандаш сварит листы толщиной 6 мм. При толщине металла свыше 2 мм рекомендуется пайкосварка встык с разделкой кромок, кромки не более ⅓ толщины заготовки под углом 45°. Сварка внахлест рекомендуется для толщин не более 3 мм. При толщине 3 мм подрезается одна кромка одной детали под углом 45°. Величина нахлеста не более 5 миллиметров.

Карандаш поджигается огнем нескольких одновременно горящих спичек или зажигалкой в течение 4–5 с. Смесь сварочного карандаша горит, развивая температуру до 1800 °C, и содержит все необходимые флюсы и припои для получения сварного соединения. Длина шва составляет 30–90 % от длины рабочей части карандаша, прочность шва – 30–35 кг/мм^2 (встык) или 40–50 кг/мм^2 (внахлест). Скорость горения карандаша составляет 5,2 мм/с, время горения 9–24 с (в зависимости от диаметра). Пламя короткое и без искр. Если же карандаш искрит и разбрызгивается, значит, он мокрый. Влажные карандаши можно просто подсушить при температуре 70° (на батарее или на солнце).

При наличии карандаша меньшего диаметра, чем нужно для сварки деталей определенной толщины, можно нагреть детали паяльной лампой или другим способом, чтобы энергия карандаша была использована не на разогрев деталей, а только на создание сварного соединения. Дополнительный нагрев желателен и при сварке деталей из чугуна.

Порядок работ. Места сварки на деталях следует очистить от краски и смазки. Причем ржавчина процессу сварки-пайки не мешает, что заметно сокращает время на подготовку деталей. Затем заготовки прижимают или закрепляют так, чтобы между ними не было зазора. Чем плотнее сжаты детали, тем прочнее и качественнее получится шов.

Теперь пора плотно вставить державку в полую часть карандаша, надеть темные очки (достаточно солнцезащитных) и брезентовые рукавицы.

Поджигают сварочный карандаш. В начале сварки-пайки горящий карандаш для прогрева металла выдерживают 3–5 с в месте начала шва на расстоянии 3–5 мм от поверхности. После прогрева, при появлении блестящей массы припоя, карандаш перемещают вдоль шва со скоростью 2–4 мм/с, совершая зигзагообразные движения поперек шва для прогрева деталей в месте планируемого соединения и удерживая карандаш под углом 90° к поверхности. Такое положение лучше концентрирует энергию в сварочной ванне. Наклон до 45°, применяемый при работе с электродами, сводит на нет возможности карандаша, приводя к непроизводительному рассеиванию его энергии.

После остывания деталей нужно отбить шлаки. Деталь можно резко остудить в воде или масле.

Термитная резка может осуществляться с помощью специальных карандашей ЭЛЬКАС-термит. Такой карандаш может разрезать стальные прутки диаметром до 22–25 мм и листовой материал толщиной до 6–8 мм. В более толстом листовом материале (10 мм и более) с помощью одного или нескольких карандашей можно прожечь отверстие, достаточное, например, для оказания экстренной помощи (подать шланг с воздухом и т. п.).

Карандаши для резки выпускаются диаметром 12, 14, 16 мм и длиной 150, 200, 250 мм (табл. 31). Длина разреза на листовом материале, в зависимости от толщины последнего, а также от диаметра и от длины карандаша, может колебаться от 1 м (для тонких металлов) до нескольких сантиметров (для предельных толщин по таблице). В среднем длина разреза составит 50 % длины карандаша.

Для резки металла горящий торец карандаша подносят к нужному месту на изделии. При разрезании прутка горящий торец держат на расстоянии 2–3 мм от поверхности, совершая им колебательные движения в пределах диаметра прутка. При резке листа техника резания несколько иная: горящий торец карандаша держат на расстоянии 2–3 мм от поверхности материала до образования в ней отверстия, после чего торец смещают на кромку отверстия и медленно продвигают карандаш, разрезая металл.

Карандаш, предназначенный для резки, можно применить и при сварке – в том случае, когда толщины сварочного карандаша недостаточно для соединения толстого металла. При этом следует учитывать, что в карандаше для резки значительно больше горючих веществ, чем флюсов и припоев, и припоя образуется значительно меньше. Если требуется заполнить объем сварочной ванны или раковину в детали, следует в область процесса (сварочную ванну) дополнительно вводить металл в виде, например, железной проволоки.

Любой паяльно-сварочный карандаш – одноразовый. Его нельзя потушить и использовать второй раз! Поэтому для коротких, точечных швов следует сразу выбирать короткие карандаши. Если вы закончили работу, а карандаш еще горит, необходимо дать ему прогореть до конца или локализовать горение карандаша в песке или в земле. Нельзя тушить карандаш водой, так как возможно разбрызгивание горящей смеси.

Самодельный сварочный карандаш

Возможно, вам не удалось вовремя купить сварочный карандаш и нет возможности использовать ни газовую сварку, ни электросварку. А сварить детали или исправить повреждение нужно срочно! В этом случае можно попробовать изготовить термитный карандаш самостоятельно.

Самодельный сварочный карандаш представляет собой отрезок проволоки из обычной углеродистой стали, на которую наносят термит, круто замешанный на клею. Клей лучше брать нитроцеллюлозный – он быстрее сохнет. Диаметр проволоки (2–5 мм) зависит от того, насколько массивными будут свариваемые детали: чем они массивнее, тем толще нужна проволока. В состав термита входят опилки алюминия (не силумина!) – 23 % (по массе) и порошок железной окалины – 77 %. Размер частиц алюминия и окалины должен быть около 0,5 мм. Тщательно перемешав компоненты, добавляют нитроцеллюлозный или любой быстросохнущий синтетический клей, доводя массу до пастообразного состояния.

Оболочку делают так. Сначала из листа кальки размером 120 × 40 мм сворачивают пустотелый цилиндр, обернув бумагой металлический стержень, а еще лучше – стеклянную трубку, у которой нет заусенцев. Перед накручиванием лист промазывают любым клеем. Внутренний диаметр цилиндра должен быть в три раза больше диаметра стержня.

С помощью шпателя или ложки заполняют пастой бумажный цилиндр, предварительно закрыв пробкой одно из отверстий. Затем вводят в него металлический стержень, стараясь установить его по оси цилиндра. После затвердения оболочки кальку удаляют, разрезав бумажный цилиндр бритвой.

Термитный карандаш готов. В домашних условиях его зажигают от пламени газовой горелки. Если ее нет, воспользуйтесь бенгальским огнем или запаситесь запальным карандашом. Его изготавливают подобно термитному. Только в качестве наполнителя используют бертолетову соль (КСlO_3) и мелкие алюминиевые опилки, а еще лучше – алюминиевую пудру в соотношении 2:1 (по массе), замешанные на том же клею. «Спичечную головку» такого состава для поджига термита можно нанести и на торец термитного карандаша.

В любом случае – используете ли вы покупной сварочный карандаш или самодельный, будьте осторожны и соблюдайте правила пожарной безопасности, работайте в очках, чтобы защитить глаза, да и одежду выберите такую, чтобы не прогорала.

Пожарная безопасность

Для быстрой ликвидации очагов пожара вблизи места сварки всегда должны быть емкости с водой или песком, лопата, а также ручной огнетушитель. Однако помните, что возгорание электропроводки и аппаратов, находящихся под напряжением, тушить водой нельзя ни в коем случае! Пенные огнетушители тоже для этого не годятся. Оптимальным решением будет использование порошкового или углекислотного огнетушителя.

Учтите, что пожар может начаться не сразу, поэтому по окончании сварки следует внимательно осмотреть место проведения работ, не тлеет ли что-нибудь, не пахнет ли дымом и гарью.

Не забывайте – безалаберность может стать причиной серьезной травмы. Зато осторожность и аккуратность при проведении сварочных работ вполне совместимы с профессионализмом.

Деформации при сварке

Деформации деталей при сварке происходят из-за образования внутренних напряжений. Их причинами являются температурные деформации вследствие местного нагрева, усадка наплавленного металла и фазовые превращения, происходящие в металле при охлаждении (рис. 45).

В результате местного нагрева при сварке происходит значительное местное расширение металла, в то время как остальная часть изделия остается в холодном состоянии. Это приводит к образованию внутренних напряжений и к изгибам элементов конструкции. И чем выше температура нагрева, а также чем больше коэффициент линейного расширения и ниже теплопроводность металла, тем больше тепловые напряжения и деформации в свариваемом шве. Усадка металла, происходящая вследствие уменьшения объема жидкого металла при затвердевании, является второй по значимости причиной появлений внутренних напряжений.

Рис. 45. Деформации при сварке:

а – причины деформаций (I – температурная деформация из-за разности температур сварного шва и детали; II – усадка сварного шва при кристаллизации; III – усадка в результате фазовых превращений); б – искривление продольной оси из-за продольного сварного шва или газового реза; в – деформация грибовидной формы из-за усадки сварного шва; г – усадка трубы от кольцевого сварного шва

Фазовые превращения при охлаждении нагретого при сварке металла также сопровождаются изменением объема металла. У малоуглеродистых сталей это вызывает изменение примерно 1 % объема; стали, содержащие более 0,35 % углерода, и большинство склонных к закалке легированных сталей дают значительные объемные изменения. Все это приводит к образованию внутренних напряжений.

Полностью избежать деформаций при сварке не удается, но уменьшить их до приемлемых значений можно правильным выбором вида сварки и технологии ее осуществления. Например, электродуговая сварка, при которой изделие получает сосредоточенный нагрев, вызывает коробления меньше, чем сварка газовым пламенем, при которой нагревается значительный участок детали. Деформации при сварке плавлением больше, чем при сварке давлением.

Уменьшения внутренних напряжений достигают следующими мерами. Количество сварных швов, их протяженность и сечение должны быть минимальными в соответствии с прочностным расчетом конструкций. Не рекомендуются перекрещивающиеся швы. Симметричное расположение швов значительно снижает деформацию конструкции. Стыковые швы более желательны, чем угловые.

Некоторое уменьшение коробления изделия достигается отводом тепла со свариваемого участка подкладыванием медной пластинки с обратной стороны шва, прикладыванием около шва асбеста, смоченного водой, и т. п.

Коробление можно уменьшить и путем уравновешивания образовавшихся деформаций. Места соединения деталей разбивают на участки, сварка которых ведется в таком порядке, чтобы деформации, получаемые при сварке на отдельных участках, были равны по величине и противоположны по направлению. Например, при сварке двутавровой балки из трех частей можно применять очередность сварки отдельных участков, показанную на рис. 46, а.

Рис. 46. Снижение деформаций изделий:

а – изменение порядка сварки; б – обратноступенчатая вразброс сварка; в – обратный изгиб деталей перед сваркой

Значительное уменьшение деформации достигается способом «обратноступенчатой» сварки. При этом способе кромки соединяемых деталей сваривают в последовательности, показанной на рис. 46, б. Коробление изделия в данном случае получается значительно меньше, так как деформации коротких швов не в состоянии вызывать значительную деформацию всего изделия.

Уменьшить коробление свариваемых изделий можно также способом обратных деформаций. В этом случае соединяемые детали предварительно отгибают в сторону, обратную сварочным деформациям (рис. 46, в). Тогда в процессе сварки они, деформируясь, принимают требуемую или близкую к требуемой форму.

Широко применяется также способ жесткого закрепления свариваемых деталей с помощью различных приспособлений или путем прихватки, т. е. предварительной сварки кромок в нескольких точках по длине сварки.

На 85–90 % остаточные напряжения при сварке снижаются при высоком отпуске сварных конструкций – нагреве до 550–680 °C и постепенном охлаждении на воздухе. При местном отпуске нагревается часть конструкции около сварного соединения; после остывания остаточные напряжения сохранятся, но будут меньшими по величине. Иногда проводят поэлементный отпуск отдельных сборочных элементов, и только после этого проводят окончательную сборку конструкции.

Снижение деформаций происходит при проковке металла после сварки по горячему металлу или после полного остывания детали. Так, многослойная сварка обычно выполняется каскадным способом или горкой. При этом хорошие результаты дает послойная проковка шва (кроме первого и последнего слоя). Швы накладывают с таким расчетом, чтобы последующий шов вызывал деформации, обратные возникшим от предыдущего шва. Последовательность выполнения швов должна допускать свободную деформацию элементов конструкций. Например, при сварке настила из нескольких листов следует в первую очередь выполнить швы, соединяющие листы полос, и лишь затем швы, соединяющие эти полосы между собой.

В борьбе с деформациями наиболее эффективны те мероприятия, которые выполнены до сварки: рациональное конструирование изделия, обоснование минимально допустимых размеров швов, выбор способов сварки с наименьшими погонными энергиями, предотвращение одностороннего расположения сварных швов, использование соединений с отбортовкой кромок вместо нахлесточных или стыковых соединений, выбор рациональной последовательности сварки.

У сталей, склонных к образованию закалочных структур, резкое охлаждение шва и околошовной зоны вызывает значительные внутренние напряжения и даже появление трещин в наплавленном металле. Для уменьшения разности температур в изделии и обеспечения медленного охлаждения применяют предварительный подогрев изделия. При сварке в условиях низких температур такой подогрев обязателен даже для низкоуглеродистых сталей. Иногда газовым пламенем или другими способами уже после сварки проводят местный нагрев тех зон, последующая усадка которых также уменьшает деформации изделия.

Для снятия внутренних напряжений иногда применяют специальную термическую обработку сварных изделий: отжиг или нормализацию. Отжиг бывает полный или низкотемпературный. Полный отжиг заключается в нагреве изделия до температуры 800–950 °C, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении. В результате такой обработки пластичность и вязкость наплавленного металла и металла ЗТВ возрастают, а твердость металла снижается. При этом в сварном изделии полностью снимаются внутренние напряжения. Низкотемпературный отжиг (или высокий отпуск) заключается в нагреве сварного изделия до температуры 600–650 °C, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении. Так как температура нагрева ниже критической, то структурных изменений в металле не происходит. При меньших температурах нагрева сварочные напряжения снимаются частично.

Нормализация производится нагревом изделия до температуры на 30–40 °C выше критической, выдержкой при этой температуре и охлаждением на воздухе. Такая обработка является наилучшей для сварных изделий, так как не только снимает внутренние напряжения, но и позволяет получить мелкозернистую структуру металла. Особенно следует рекомендовать нормализацию для сварных изделий из низкоуглеродистых сталей, содержащих менее 0,25 % углерода.

Особенности сварки различных металлов

Сварка малоуглеродистых сталей обычно не создает особых трудностей. Технике сварки таких материалов посвящен весь предыдущий раздел. Здесь же будут рассмотрены специфические особенности свариваемости различных металлов, в т. ч. сталей.

Понятие свариваемости металлов

Принципиальная возможность сварки двух или нескольких твердых тел связана с их взаимной растворимостью в жидком состоянии, поскольку процесс диффузии между разными сплавами в твердом или жидком состоянии возможен при наличии растворимости одного или нескольких элементов свариваемых сплавов (в твердом или в жидком состоянии). Причем полная нерастворимость металлов в жидком состоянии исключает возможность растворимости их в твердом состоянии. Образование между ними какого-либо сварного соединения становится невозможным без помощи иного связывающего тела. Очевидно, лучше всего свариваются материалы с неограниченной взаимной растворимостью.

Однако при сварке плавлением нередко материалы хорошо свариваются и без всякой взаимной растворимости. Связано это с тем, что в сварочной ванне образуется расплав типа механической смеси, и при кристаллизации на зернах каждого из материалов, как на подложке из расплава, будут преимущественно надстраиваться атомы того же самого материала. В результате переход от каждого материала к материалу шва не будет резким, а изменение свойств при переходе через шов будет плавным.

В то же время при сварке давлением в твердом состоянии свариваемость таких материалов будет плохой. Отсутствие взаимной растворимости исключает взаимодиффузию, а при отсутствии жидкой ванны нет и перемешивания. В результате стык будет являться гетерогенной границей с невысоким, как правило, комплексом механических свойств. Поэтому качество сварки должно зависеть в первую очередь от способа диффузионного смешивания свариваемых тел в жидком состоянии, а в конечном счете – от технологических приемов процесса сварки.

Реакция свариваемых материалов на технологический процесс сварки и возможность получения сварных соединений, удовлетворяющих условиям эксплуатации (т. е. без трещин, пор и других дефектов), называется свариваемостью. Причем свариваемость не является свойством тела самого по себе, безотносительно к другому телу. Понятие свариваемости двух или нескольких тел включает в себя отношение их между собой по способности образовывать сварное соединение между собой или с помощью других тел.

Критерием хорошей свариваемости является способность сохранения сварным соединением специальных физических, механических свойств – равнопрочности, жаростойкости, коррозионной стойкости, антифрикционности, вязкости и т. д.

Свариваемость определяют три группы факторов:

● химический состав и структура металла, наличие примесей, степень раскисления[20], подготовительные операции (ковка, прокатка, термообработка деталей);

● сложность формы и жесткость конструкции, масса и толщина металла, последовательность выполнения сварных швов;

● вид сварки и сварочные материалы, режимы термических воздействий на основной материал.

Свариваемость различных металлов и сплавов неодинакова. Свариваемые металлы должны иметь близкие физические, механические, термические, химические свойства, близость коэффициентов термического линейного расширения металлов в стыке.

При определении свариваемости исходят из физической сущности сварки и отношения к ней металлов. Степень свариваемости металла считается более высокой, если для сварки можно применить различные ее способы и различные режимы при каждом способе, как, например, у низкоуглеродистой стали.

Единого показателя свариваемости металлов нет. Для качественной сварки металлы должны обладать свойствами принципиальной (физической) и технологической свариваемости.

Принципиальная, или физическая, свариваемость – это способность металлов в условиях сварки образовывать соединение на основе взаимной кристаллизации. Принципиальной свариваемостью обладают все однородные металлы. Не свариваются металлы, не обладающие взаимной растворимостью, они образуют не межатомные связи, а хрупкие химические соединения. Например, свинец и медь образуют несмешивающиеся пары.

Необходимо также условие сходности металлов, например, по атомному весу, температуре плавления и др. По этим причинам не свариваются алюминий и висмут. Медный сплав и титан, а также сталь и титан не обладают взаимной растворимостью, но задача их соединения решена с применением металловставок, например, медь + тантал + титан; титан + ванадий + сталь. Металл вставки образует смешивающиеся пары с обоими свариваемыми металлами. Но принципиального соединения еще мало, так как нужно еще и качество по прочности. При соединении сваркой несмешивающихся металлов, например железа со свинцом, меди со свинцом и др., зоны сплавления и атомного сцепления не будет, произойдет лишь «слипание» металлов.

Технологическая свариваемость – совокупность свойств основного металла, определяющих чувствительность его к термическому циклу сварки и способность при данной технологии сварки образовывать сварное соединение надлежащего качества по прочности и вязкости без применения специальных технологических приемов (подогрева, отжига и т. д.).

Технологические факторы, ухудшающие свариваемость:

● резкое отличие материалов деталей по свойствам (химическому составу, теплофизическим параметрам, механическим свойствам);

● образование при сварке оксидов, пористости, газовых раковин;

● возникновение значительных напряжений;

● наличие геометрических дефектов (несплавлений, подрезов, резких переходов толщин изделия и т. п.).

Словосочетание «плохая свариваемость» не означает, что плохо проходит сам процесс сварки, формирование шва. Смысл слов «хорошая» и «плохая» свариваемость в том, какой будет эксплуатационная пригодность сварного узла после сварки.

Важнейшими критериями свариваемости являются стойкость против образования горячих и холодных трещин и склонность образовывать закалочные структуры в ЗТВ как самой ослабленной области в сварном соединении. Вследствие нагрева до температуры 1100–1400 °C структура металла в этой зоне крупнозернистая с пониженными механическими свойствами (пластичностью и ударной вязкостью). Эти свойства тем ниже, чем крупнее зерно и шире зона перегрева (как при газовой сварке).

Сварка сталей

По свариваемости стальные материалы обычно подразделяют на 4 группы: хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо сваривающиеся (табл. 32). Иногда вводят пятую: не сваривающиеся (данным способом сварки).

Наиболее существенное влияние на состояние ЗТВ и свариваемость оказывает углерод, способствующий образованию закалочных структур, и легирующие элементы – хром, вольфрам, молибден и ванадий. Последние ухудшают свариваемость за счет образования карбидов (служащих концентраторами напряжений) и за счет понижения критических скоростей закалки.

Углерод до 0,25 % почти не оказывает влияния на свариваемость. При большем содержании значительно ухудшает ее – увеличивает твердость и уменьшает пластичность, приводит к закаливаемости ЗТВ и к появлению трещин, к увеличению количества газовых пор в процессе окисления при сварке.

Марганец при содержании до 1 % не ухудшает свариваемость и не затрудняет сварку. В качестве хорошего раскислителя он способствует уменьшению содержания кислорода в стали. Однако при содержании более 2,5 % свариваемость ухудшается, так как повышается твердость стали, появляются закалочные структуры, могут быть трещины.

Кремний – до 1 % вводится как раскислитель и не влияет на свариваемость. Но при содержании кремния более 2,5 % свариваемость ухудшается, так как образуются тугоплавкие оксиды, ведущие к появлению шлаковых включений, повышаются прочность и твердость, а вместе с этим и хрупкость.

Хром – до 0,6 % не отражается на свариваемости. При содержании хрома более 1 % свариваемость ухудшается, особенно при повышении содержания углерода.

Никель – в обычных углеродистых сталях содержание никеля составляет до 0,3 %, а в высоколегирующих – до 28 %. Никель, вместе с прочностью, увеличивает пластичность как исходной стали, так и шва, и не ухудшает, а даже улучшает свариваемость.

Молибден – в сталях от 0,5 до 3,0 % существенно увеличивает прочность и ударную вязкость стали, но ухудшает свариваемость, повышает склонность к образованию трещин в шве и в ЗТВ.

Медь – содержание ее в сталях до 1 % улучшает свариваемость, повышает их прочность, пластические свойства, ударную вязкость и коррозионную стойкость.

Титан и ниобий в количестве до 1 % вводят в хромистые и хромоникелевые стали для улучшения свариваемости. В бóльших количествах они могут ухудшить свариваемость. Титан при этом способствует образованию горячих трещин.

Трещинообразование при сварке

Отсутствие холодных или горячих трещин при сварке является основной характеристикой свариваемости. Трещины, образующиеся при температурах выше 800–900 °C, называются горячими, а при температурах ниже 300 °C – холодными.

Холодные трещины образуются под влиянием закалочных явлений, присутствия атомов водорода и остаточных растягивающих напряжений. Чувствительность сварного соединения к образованиям холодных трещин оценивают эквивалентным содержанием углерода в детали. Для этого используют эмпирические формулы, из которых наиболее распространенная[21] имеет вид:

Сэкв = С + Mn/6 + (Cr+V+Mo)/5 + (Ni+Cu)/15,

где С, Мn, Cr, V, Mo, Ni, Сu – массовые доли углерода, марганца, кремния, ванадия, молибдена, никеля и меди, %.

При Сэкв ≤ 0,45 – свариваемость хорошая для легированных сталей.

При Сэкв ≤ 0,49 – свариваемость хорошая для низкоуглеродистых сталей.

При Сэкв > 0,45 до 0,5 – свариваемость удовлетворительная, но сталь склонна к образованию холодных трещин и необходим предварительный подогрев свариваемого изделия до температуры Т = 350(Собщ – 0,25)½, где Собщ – общий эквивалент углерода, зависящий от Сэкв и толщины S свариваемых деталей: Собщ = Сэкв(1 + 0,005S).

При Сэкв > 0,5 до 0,6 – свариваемость ограниченная, требуются подогрев и отжиг, или нормализация.

При Сэкв > 0,6 до 0,8 – свариваемость плохая.

Пример. Допустим, нужно определить возможность сварки деталей толщиной 5 мм из стали 40ХН.

Для этого понадобится справочник по маркам сталей. Для стали 40ХН содержание С = 0,36–0,44; Mn = 0,5–0,8; Cr = 0,45–0,75; Ni = 1–1,4; Cu ≤ 0,3; ванадий и молибден не содержатся.

Для расчета возьмем средние значения химических элементов в этой стали.

Сэкв=0,4+0,65/6+0,6/5+1,4/15 ≈ 0,72 > 0,45. Следовательно, детали перед сваркой необходимо нагревать.

Собщ = 0,72(1+0,005 × 5) ≈ 0,74. Таким образом, детали нужно нагреть перед сваркой до температуры Т=350(0,74–0,25)½ ≈ 245 °C.

Формул для определения Сэкв существует около десятка, и достоверность их, в принципе, весьма относительная, так как формулы эти эмпирические, т. е. без вывода. Вот некоторые из них:

1. Рекомендованная ГОСТ 27772–88 формула для всех сталей:

Сэкв = С+ Mn/6 + Si/24 + Cr /5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + P/2.

2. Уточненная формула для всех сталей:

Сэкв = С + Мn/6 + Сr/6 + Si/5 + Cu/7 + Р/2 + Ni/12 + Mo/4 + V/5.

3. Для малоуглеродистых сталей:

Сэкв = С + Мn/6 + 0,024S, где S – толщина свариваемой кромки (наибольшей).

4. Для легированных сталей:

Сэкв = С + Mn/20 + Ni/15 + (Cr + Mo + V)/10 + 0,024S, где S – толщина металла.

5. Для различных сталей:

Сэкв = С + Мn/6 + Сr/3 + Ni/15 + V/5.

Во всех формулах количество указанного элемента дается в процентном содержании, затем выполняется вычисление.

В процессе кристаллизации металла шва в ЗТВ могут возникать горячие трещины. Они проходят по границам кристаллитов и вызывают межкристаллитное разрушение. Чувствительность сварного соединения к образованию горячих трещин (HCS) вычисляют по формуле:

При HCS < 4 горячие трещины не образуются. Для высокопрочных сталей коэффициент HCS должен быть менее 1,6–2,0.

Сварка низкоуглеродистых и углеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали (С < 0,25 %) хорошо свариваются, а сварные соединения легко обрабатываются режущим инструментом.

Электросварку ведут электродами типа Э42 и Э46. В большинстве случаев не требуются специальные меры, направленные на предотвращение образования закалочных структур. Однако при сварке угловых швов на толстом металле и первого слоя многослойного шва для повышения стойкости металла к кристаллизационным трещинам может потребоваться предварительный подогрев до температуры 120–150 °C.

Для сварки рядовых конструкций из низколегированных сталей обычно применяют электроды типа Э42А, а ответственных – типа Э50А, что обеспечивает получение металла с достаточной стойкостью к кристаллизационным трещинам и требуемыми прочностными и пластическими свойствами.

Распространенные стали типа 15ХСНД при сварке склонны к образованию закалочных структур. Для предупреждения перегрева и закаливания рекомендуется многослойная сварка с большим интервалом времени между наложением слоев. Дуговую сварку металла толщиной 2 мм и более выполняют электродами УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/65 на постоянном токе обратной полярности. Для изделий толщиной более 15 мм после сварки необходима термообработка – высокотемпературный отпуск (550–650 °C)[22].

Газосварка углеродистых сталей. Низкоуглеродистые стали обладают хорошей свариваемостью в широком диапазоне значений тепловой мощности пламени. Вид пламени – нормальное. Его тепловую мощность при левом способе сварки выбирают исходя из расхода ацетилена 100–130 дм^3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла, а при правом способе – 120–150 дм^3/ч.

Сварку проводят как левым, так и правым способами без флюса с использованием в качестве присадочного материала сварочной проволоки следующих марок:

● Св-08 и Св-08А – для неответственных конструкций;

● Св-08Г, Св-08ГА, Св-10ГА и Св-14ГС – для ответственных конструкций.

Для уплотнения и повышения пластичности наплавленного металла после сварки применяют проковку и последующую термообработку шва. Проковку рекомендуется осуществлять при температуре светло-красного каления (800–850 °C) и заканчивать при температуре темно-красного каления. Термической обработке после сварки подлежат ответственные и толстостенные конструкции.

Сварка углеродистыхсталей. Углеродистая сталь делится на высоко-, средне– и низкоуглеродистую в зависимости от количества углерода в ней. Высокоуглеродистые стали содержат 0,5–1 % С, среднеуглеродистые – 0,3–0,5 %.

При электросварке среднеуглеродистых сталей возможно образование трещин как в основном, так и в наплавленном металле. Трудность сварки таких сталей заключается в обеспечении необходимого термического цикла для улучшения ЗТВ. Для получения качественных соединений перед сваркой необходим подогрев изделия. Чем больше углерода в стали, тем выше должна быть температура предварительного подогрева. Подогрев выполняется симметрично сварному шву на ширину 50–80 мм от оси шва до температуры 100–350 °C. После сварки изделие вновь помещают в печь, нагревают его до 675–700 °C, медленно охлаждают вместе с печью до 100–150 °C. Дальнейшее охлаждение изделия возможно на воздухе. При термических воздействиях (подогрев и т. п.) необходимо учитывать и температуру окружающего воздуха, чтобы скорость охлаждения была медленной – не более 50 °C в секунду, во избежание образования трещин.

Тип электрода для сварки по прочности должен быть не ниже прочности основного металла: марок УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55, УОНИИ-13/65, УП-1/45, ОЗС-2, УП-2/45, ВСП-1, МР-1, ОС 3–4 и др. Сварку электродами УОНИИ-13/55, ОЗС-2, ВСП-3 можно выполнять только на постоянном токе обратной полярности. Применение электродов ВСП-1, МГ-1, ОЗС-4 позволяет использовать любой род тока. Перед сваркой электроды необходимо просушить при температуре 150–200 °C.

При механизированных способах сварки нужно применять проволоку малых диаметров (например, 1,2 мм) с минимальной погонной энергией. Большая глубина проплавления для таких сталей неприемлема, так как происходит оплавление основного металла в больших объемах, при этом усложняются режимы сварки и при малейших отклонениях ухудшается качество.

Для газовой сварки среднеуглеродистых сталей нужно нормальное или слегка науглероживающее пламя. Его тепловая мощность должна быть меньше, чем при сварке низкоуглеродистых сталей (расход ацетилена 75–100 дм^3/ч на 1 мм толщины металла).

Сварку сталей при содержании углерода до 0,45 % проводят без флюса, а при 0,45–0,6 % – с флюсами следующих составов, %:

● прокаленная бура[23] – 100;

● карбонат калия – 50, гидроортофосфат натрия – 50;

● борная кислота – 70, карбонат натрия – 30.

В качестве присадочного материала используют проволоку марок Св-08ГА, Св-10ГА и Св-12ГС.

При толщине металла свыше 3 мм осуществляют общий подогрев изделия до температуры 250–350 °C или местный подогрев горелками до температуры 600–650 °C.

Сварку выполняют только левым способом, чтобы уменьшить перегрев основного металла. Для улучшения механических свойств сварного соединения шов проковывают при температуре 850–900 °C с последующим высокотемпературным отпуском при температуре 600–650 °C.

Сварка высокоуглеродистых сталей

Высокоуглеродистыестали с содержанием углерода 0,48–0,70 %, как правило, не применяются для сварных конструкций как непригодные. Из этих сталей изготавливают различные детали, которые подвергаются наплавке для повышения износостойкости, как новые, так и при восстановлении (ремонтные), например валки прокатных станов, подкрановые колеса мостовых кранов и т. п.

Технология электросварки высокоуглеродистых сталей обязательно предусматривает предварительный подогрев до 350–400 °C, иногда сопутствующий подогрев и последующую термообработку. Сварку выполняют узкими валиками небольшими участками. Сварка при температуре окружающей среды ниже 5 °C и на сквозняках недопустима.

Определение марки стали довольно точно можно произвести по пучку искр, образующемуся при ее обработке на наждачном круге. Форма и длина нитей искр, цвет искр, форма пучка различны для разных марок стали:

● малоуглеродистая сталь – непрерывные соломенно-желтые нити искр с небольшим количеством звездочек на концах нитей;

● углеродистая сталь (с содержанием углерода около 0,5 %) – пучок светло-желтых нитей искр со звездочками;

● инструментальная сталь У7 – У10 – расходящийся пучок светло-желтых нитей с большим количеством звездочек;

● инструментальная сталь У12, У13 – плотный и короткий пучок искр с очень большим количеством «разветвленных» звездочек;

● инструментальная сталь с содержанием хрома – плотный пучок темно-красных нитей искр с большим количеством желтых звездочек; звездочки сильно «разветвленные»;

● быстрорежущая сталь с содержанием хрома и вольфрама – пучок прерывистых темно-красных нитей искр, на концах которых более светлые звездочки каплеобразной формы;

● пружинная сталь с содержанием кремния – широкий пучок темно-желтых искр с более светлыми звездочками на концах нитей;

● быстрорежущая сталь с содержанием кобальта – широкий пучок темно-желтых нитей искр без звездочек.

Газосваркой высокоуглеродистые стали плохо свариваются из-за образования трещин в закалочных структурах основного металла. Вид пламени – нормальное или слегка науглероживающее. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 75–90 дм^3/ч на 1 мм толщины металла.

Сварку выполняют левым способом без поперечных колебаний мундштука горелки с применением флюсов и проволок тех же марок, что и при сварке среднеуглеродистых сталей. Обязателен подогрев до температуры 250–350 °C. После сварки рекомендуется проковка шва с последующей нормализацией или отпуском.

Сварка легированных сталей

Легированными называются стали, которые в своем составе содержат легирующие элементы, придающие сталям специальные свойства. Приобретая новые качества от легирования, они способны воспринимать высокие нагрузки, противостоять действиям агрессивных сред и высоких температур.

Технология сварки низколегированных сталей

Низколегированные стали содержат до 0,23 % углерода, легирующие добавки (до 2 %) и иногда называются сталями повышенной прочности. Низколегированные жаропрочные стали содержат легирующие элементы – молибден, вольфрам, ванадий.

Разработка марок легирующих сталей выполняется по принципу обеспечения хорошей свариваемости. Широкое применение имеют стали 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД и многие другие.

Особенности сварки низколегированных сталей. Эти материалы ведут себя при сварке так же, как и низкоуглеродистая сталь, но имеются отличия при действии термических циклов.

1. Больше склонность к росту зерна в околошовной зоне, особенно при перегреве.

2. Больше склонность к подкалке при повышенных скоростях остывания.

3. Стойкость металла шва против образования горячих трещин ниже из-за наличия легирующих элементов.

4. Чувствительность к концентраторам напряжений и даже к тепловым «ожогам».

При электросварке низколегированные стали имеют незначительное отличие от низкоуглеродистых. Оно заключается в правильном выборе электродов, флюсов и присадочного электродного материала с учетом прочностных характеристик стали, а также в уменьшении погонной тепловой энергии при сварке.

Величина требуемой энергии выбирается по формуле

Qпог = Qэф/vсв = (0,24 × Iсв × Uд × ηд)/vсв,

где Qпог – погонная тепловая энергия (берется из таблиц) в кал/см, в среднем Qпог = 8000 / 23 000 кал/см в зависимости от марки свариваемой стали;

vсв – скорость сварки, м/ч;

Qэф – эффективная тепловая энергия;

Iсв – величина сварочного тока;

Uд – рабочее напряжение дуги;

ηд – КПД дуги;

0,24 – коэффициент перевода из электротехнических единиц в тепловые, кал/(Вт∙с).

Из формулы видно, что чем больше скорость сварки, тем меньшей мощности требуется погонная энергия.

Низколегированныежаропрочные стали сваривают в основном электродами или сплошной (специальной) сварочной проволокой в защитных газах – чаще в смесях аргона и углекислого газа (90/10 %). Электродные стержни применяют из сварочной проволоки Св12М (и ей подобных) с содержанием молибдена до 0,7 %.

При сварке жаропрочных сталей подогрев считается обязательным при толщине более 10 мм. При сварке жестких конструкций, например труб, подогрев до 200 °C считается совершенно необходимым.

При сварке хромомолибденовых сталей технологический процесс сложнее, так как после сварки необходима термообработка в виде нормализации и высокого отпуска. После термообработки жаропрочная сталь может находиться на уровне равнопрочности. Погонная энергия ограничена. Начало и конец шва должны быть на технологических планках, а не на изделии.

Сварку хромистых безникелевых нержавеющих сталей ведут на мягких тепловых режимах, с малой скоростью охлаждения сварного соединения. Для сварки применяют электроды с фтористо-калиевыми покрытиями. Сварку ведут на постоянном токе при обратной полярности. При сварке хромистых сталей большой толщины (10–15 мм) применяют предварительный и сопутствующий подогрев до 300–350 °C, а после сварки – отпуск при температуре 700–720 °C.

Хромистые и хромоникелевые стали очень чувствительны к нагреву. В интервале температур 400–900 °C в этих сталях происходит образование карбидов хрома – химического соединения хрома с углеродом. Поэтому содержание хрома уменьшается, сталь теряет антикоррозионные свойства. Хром способен легко окисляться, образовывая тугоплавкий шлак и затрудняя сварку. Хромистые и хромоникелевые стали имеют низкую теплопроводность, и этим объясняется их большая склонность к короблению. Поэтому сварка хромоникелевых сталей ведется так, чтобы не было перегрева основного металла и большого объема сварочной ванны.

Сварочный ток по возможности пониженный. Дуга короткая, сварка без поперечных колебательных движений, многослойными швами. Необходимо жестко закреплять детали, чтобы предотвратить коробление свариваемого изделия. Оптимальная скорость охлаждения хромоникелевых и в особенности хромистых сталей для создания благоприятной структуры шва и околошовной зоны должна составлять 3,0–5,0 °C в секунду. При этом пригодны любые технологические способы, способные тормозить скорость охлаждения.

При сварке сталей марок 03Х18Н9Т и 06X15Т толщиной до 2 мм применяют флюсы таких составов:

● 80 % плавикового шпата и 20 % ферротитана;

● 80 % буры и 20 % оксида кремния.

Флюс разводят в воде и в виде пасты наносят на кромки и обратную сторону шва за 15–20 мин до сварки.

Особенно важно в процессе сварки равномерно и симметрично распределять по всему изделию малыми дозами тепловложение от сварочной дуги, тогда не будет перегревов и деформаций. Порядок, последовательность и направление небольших по протяженности швов должны быть четко указаны в технологическом процессе.

При газовой сварке низколегированные строительные стали 10ХСНД и 15ХСНД обладают хорошей свариваемостью. Вид пламени – нормальное. Его тепловую мощность выбирают исходя из следующих значений расхода ацетилена на 1 мм толщины металла:

● при левом способе сварки – 75–100 дм^3/ч;

● при правом – 100–130 дм^3/ч.

Сварку осуществляют как левым, так и правым способами без флюса с применением в качестве присадочного материала сварочной проволоки марок Св-08, Св-08А и Св-10Г2.

Для улучшения механических свойств металла шва его проковывают при температуре светло-красного каления (800–850 °C), а затем осуществляют нормализацию.

Низколегированные теплоустойчивые стали (молибденовые 12М, 15М, 20М и 2MJI, хромомолибденовые – 12ХМ, 15ХМ, 20ХМ и 30ХМ) способны закаливаться на воздухе. При газосварке происходит выгорание хрома и молибдена.

Вид пламени – нормальное, расход ацетилена – 100 дм^3/ч на 1 мм толщины металла.

Сварку проводят как левым, так и правым способами без применения флюса с использованием в качестве присадочного материала сварочной проволоки марок Св-08ХНМ, Св-10ХНМА, Св-18ХМА, Св-08ХМ и Св-10ХМ. Рекомендуется предварительный подогрев стыка до температуры 250–300 °C.

При толщине металла до 5 мм сварку осуществляют за один проход с минимально возможным числом перерывов. При вынужденных перерывах перед возобновлением сварки необходимо подогреть весь стык до температуры 250–300 °C. По окончании сварки пламя горелки следует медленно отвести вверх от стыка, чтобы газы полностью выделились из расплавленного металла. Затем сваренные детали нагревают горелкой: соединения из молибденовой стали – до температуры 900–930 °C, а из хромомолибденовой – до 930–950 °C. После нагрева изделия охлаждают на воздухе.

Низколегированные хромокремнемарганцовистые стали (20ХГС, 25ХГС, 30ХГС, 30ХГСА и 35ХГС) имеют склонность к закалке. Выгорание хрома и кремния приводит к образованию оксидов, шлаков и непроваров.

Вид пламени – нормальное, расход ацетилена 75–100 дм^3/ч на 1 мм толщины металла.

Сварку проводят преимущественно левым способом без флюса. Для неответственных конструкций используют сварочную проволоку Св-08 и Св-08А; для ответственных – Св-18ХГСА, Св-19ХГС, Св-13ХМА, Св-18ХМА.

Сварку рекомендуется выполнять без перерывов, не задерживая пламя горелки на одном месте. Для снижения уровня деформаций сварку осуществляют от середины шва к краям обратноступенчатым способом. Для устранения образования трещин в металле шва и околошовной зоне изделия после сварки медленно охлаждают.

Особенность сварки среднелегированных сталей

Эти стали[24] отличаются тем, что содержание углерода в них наполовину меньше, и они содержат как обязательный легирующий элемент хром – до 5 %. Остальные легирующие элементы – молибден, ванадий, вольфрам, ниобий.

В жаропрочных сталях имеет место сложное, комплексное легирование. Оно позволяет упрочнить феррит[25], а после сварки и термообработки получить сварные конструкции с высокой прочностью порядка 60–200 кг/мм^2.

Широкое применение получили стали 30ХГСА (хромомарганцовистая), 30ХН2МФА и подобные им.

При электродуговой сварке технологические рекомендации для низколегированных и среднелегированных сталей в принципе одинаковы.

Хромокремнемарганцовистые стали. Среднелегированные конструкционные стали повышенной прочности 20ХГСА, 25ХГСА, ЗОХГСА и 35ХГСА при сварке образуют закалочные структуры. В зависимости от толщины металла применяют однослойную и многослойную сварку с малыми интервалами времени между наложением слоев. Для сварки применяют электроды со стержнями Св-18ХГС, Св-18ХМА или низкоуглеродистую проволоку Св-08А с покрытием типа НИАТ-ЗМ, ЦЛ-18–63, ЦЛ-30–63, ЦЛ-14, УОНИИ-13/85. Изделия, сваренные из стали 25ХГСА, нагревают до температуры 650–880 °C с выдержкой в течение 1 ч на каждые 25 мм толщины и охлаждают на воздухе или в горячей воде.

Трудности сварки:

● повышенная вероятность появления холодных трещин в околошовной зоне, реже – в наплавленном металле вследствие повышенного содержания углерода и других элементов; сопротивляемость околошовной зоны холодным трещинам снижается из-за резкого различия ее свойств и свойств металла шва;

● повышенная вероятность образования в металле шва кристаллизационных трещин, обусловленная повышенным содержанием серы, углерода;

● необходимость получения равнопрочного сварного соединения вступает в противоречие с необходимостью уменьшения содержания углерода в металле шва по условиям трещинообразования;

● разный химический состав основного металла и шва затрудняет выбор режима термообработки. При грамотном подборе присадочного материала, защитного газа, электродов, при правильно выбранном технологическом процессе сварные соединения получаются качественными и надежными. Рекомендуется применять многослойную сварку по принципу «слой на слой», с перекрытием ⅓ предыдущего слоя, но не во всю ширину шва в окончательном виде.

Варианты технологического процесса:

1. Для сварки деталей ответственного назначения из стали 30ХГСА применяется следующая проверенная технология сварки: подогрев до 350 °C, сварка в защитной газовой смеси (аргон – 90 %, углекислый газ – 10 %) с разделкой кромок; толщина металла (и шва) – 22 мм, сварочная проволока марки Св07ХНЗМД по ТУ14–1-4345–87, ∅ 1,2 мм. Сварочный ток 210–230 А, сварка в 3–4 слоя, подогрев после сварки зоны шва на 200 °C, затем защита (укутывание) асботканью в 3 слоя всей зоны сварки, остывание со скоростью 3–6 °C в секунду до 60 °C. Сварной шов испытывает большие переменные (не знакопеременные) нагрузки и прекрасно работает.

2. Сварка крупных изделий из стали 12ГН2МФАЮ выполняется проволокой сварочной марки Св08ХН2ГМТА ∅ 1,2 мм в защитной среде смеси газов: аргон – 88 % + углекислый газ – 12 %, с предварительным местным подогревом зоны сварки до 200 °C, ширина околошовной зоны ~80 мм, толщина листов 8 мм, швы в 2 слоя: один на другой – ступенькой (не во всю ширину). Указанная газовая смесь смягчает процесс сварки, уменьшает количество и размер брызг, повышает глубину провара, уменьшает вероятность появления горячих трещин и пор.

Опасной вредной примесью в околошовной зоне является водород, который диффундирует в околошовную зону, скапливается в микропустотах и несовершенствах кристаллической решетки и, переходя в молекулярную форму, создает громадное давление, что приводит к образованию трещин.

Для сваривания низколегированных и среднелегированных сталей используются ручная сварка электродами, автоматическая под флюсом, полуавтоматическая и автоматическая в защитных газах и их смесях. Оптимальная скорость охлаждения для сталей типа 30ХГСА составляет 6,3 °C в секунду.

Вариант технологического процесса. C точки зрения протекания процесса сварки, сталь низколегированную высокопрочную марки 14Х2ГМР не отличить от низкоуглеродистой, но для получения надежного качества после сварки необходимо выполнить комплекс технологических мер и правильно выбрать сварочные материалы. Варианты сварки этой стали следующие: полуавтоматическая сварка сварочной проволокой марки Св10ХГ2СМА, защитный газ СО_2 или Аr + СО_2, либо порошковой проволокой ПП-АН54 по ВТУ ИЭС № 90–73. Диаметр сварочной проволоки 1,0–1,6 мм. При ручной сварке сталей 14Х2ГМР + 09Г2С, 10ХСНД сталь 3 применяются электроды АНП-2 по ТУ 14–4-468–73 или УОНИИ-13/45.

При автоматической сварке под флюсом – проволока сварочная Св-08ХН2ГМЮ, флюс АН-17М или проволока Св-10ГА, Св-08ГС, Св-10Г2, флюс тот же. Сварка должна выполняться при отсутствии сквозняков и при окружающей температуре не ниже –10 °C. Местный подогрев до 150–200 °C применяют для больших толщин (более 8 мм) и для узлов со сложными сопряжениями деталей. Время нагрева примерно 1,5–2,0 мин на 1 мм толщины соединения нормальным пламенем газового резака. Начало и окончание сварного шва должны быть выведены на технологические пластины. Сварочный ток немного ниже обычного (до 10 %), протяженность сварки одного участка шва – до 250 мм. Рекомендуется сварка многослойным швом.

Газовая сварка. Среднелегированные и высоколегированные хромистые стали (1X13, 2X13 и др.) склонны к образованию закалочных структур на воздухе и трещин в области шва и в околошовной зоне.

Вид пламени – нормальное; расход ацетилена 70 дм^3/ч на 1 мм толщины металла.

В качестве присадочного материала используют сварочную проволоку марок Св-02Х19Н9, Св-04Х19Н9 и Св-06Х19Н9Т. Сварку проводят с применением флюса следующего состава (%): борная кислота – 55, оксид кремния – 10, ферромарганец – 10, феррохром – 10, ферротитан – 5, титановая руда – 5, плавиковый шпат – 5.

Сварку выполняют в один слой с предварительным подогревом до температуры 200–250 °C и максимально допустимой скоростью, без перерывов и повторного нагрева. При толщине металла до 3 мм применяют левый способ сварки, при толщине свыше 3 мм – правый.

Сварка высоколегированных сталей

Высоколегированными называют стали на основе железа, легированные одним или несколькими элементами в количестве 5–55 %. Эти стали имеют высокие прочность, вязкость, пластичность и широко применяются в промышленности. Но далеко не все из них по свариваемости пригодны для сварных конструкций и изделий. По содержанию никеля эти стали делят на 3 группы.

1. Безникелевые.

2. Никельсодержащие – до 8 % Ni.

3. Никельсодержащие – 8–30 % Ni.

По назначению они образуют 8 групп.

1. Инструментальные высококачественные.

2. Шарикоподшипниковые.

3. Магнитные.

4. Нержавеющие.

5. Жаростойкие.

6. Маломагнитные и немагнитные.

7. Жаропрочные.

8. С высоким омическим сопротивлением (например, нихром Х20Н80).

В сварных конструкциях применяются лишь стали 4-й, 5-й и 7-й групп.

Высоколегированные стали имеют ряд свойств, которые сказываются на технологии сварки.

1. Теплопроводность по сравнению с низкоуглеродистыми сталями понижена в 1,5–2 раза, а коэффициент линейного расширения увеличен в 1,5 раза. Это приводит при сварке к концентрации теплоты и к увеличению проплавления металла изделия, поэтому силу тока нужно уменьшать на 15–20 %. Большой коэффициент линейного расширения порождает значительные деформации в процессе и после сварки, а при отсутствии зазоров в сварном соединении и большой жесткости узла или больших толщинах свариваемого изделия – даже трещины, к которым эти стали более склонны.

2. Высокое электрическое сопротивление приводит к сильному нагреву электродного стержня. Поэтому при сварке электроды с хромоникелевыми стержнями выпускают длиной не более 350 миллиметров.

3. Сравнительно большая литейная усадка увеличивает деформацию и склонность к образованию трещин.

Хромистые стали 40Х9С2, 15Х5М, 10Х5МФ, 12X13, 15X28, 15Х18С10 хорошо сопротивляются окислению при высоких температурах и стойки к агрессивной среде, но склонны к закалке на воздухе и росту зерен в ЗТВ. Их сварку необходимо выполнять с предварительным подогревом до 200–400 °C. После сварки изделие охлаждают на воздухе до 150–200 °C, а затем подвергают высокому отпуску: нагрев в печи до 720–750 °C с выдержкой в течение 5 мин на 1 мм толщины металла, но не менее 1 ч, с последующим медленным охлаждением на спокойном воздухе. Закалку проверяют с помощью магнита (закаленная сталь немагнитна).

Коррозионно-стойкие высокохромистые стали способны утрачивать антикоррозионные свойства при неправильном термическом цикле сварки. Это явление называется межкристаллитной (ножевой) коррозией. Если сталь не содержит до 1 % титана или ниобия, но содержит бор и ванадий, которые снижают жаростойкость, то при нагревании выше 500 °C происходит выпадение из твердого раствора карбидов хрома и железа по границам зерен (кристаллов). Границы зерен обедняются хромом, и карбиды хрома и железа становятся центрами коррозии и коррозионного растрескивания. Поэтому коррозия называется межкристаллитной (ножевой), так как нет химической однородности кристалла.

Последующая термообработка (чаще – закалка) позволяет восстановить антикоррозионные свойства. Нагревом до 850 °C ранее выпавшие из раствора карбиды хрома вновь растворяются в аустените, а при быстром охлаждении они не выделяются в отдельную фазу. Быстрым охлаждением фиксируется строение металла.

Такой вид термообработки называется стабилизацией. Стабилизация несколько снижает пластичность и вязкость металла, но зачастую эти свойства у коррозионно-стойких сталей не являются главенствующими, и таким эффектом можно пренебречь.

При сварке жаростойких сталей нужно обеспечивать быстрое охлаждение (любыми методами), тогда коррозионная стойкость сохраняется и без применения термообработки. К таким маркам относятся стали аустенитного класса, типа 18/8, т. е. с содержанием 18 % хрома и 8 % никеля. Эти марки сталей относятся к группе хорошо сваривающихся из-за наличия никеля и позволяют применять ускоренное охлаждение при сварке и после нее.

Для получения высокой пластичности и вязкости без потери антикоррозионных свойств сварного соединения необходимо закалить металл: прогреть по всей толщине до температуры 1000–1100 °C и быстро охладить в воде. Этот режим приемлем для хромоникелевых сталей аустенитного класса.

При электродуговой сварке электроды для высоколегированных сталей имеют основной тип покрытия и редко – смешанный. Электродный стержень близок по химическому составу к основному металлу, но с увеличенным количеством некоторых легирующих элементов (молибден, марганец, вольфрам), необходимых сварному шву для придания ему мелкозернистой структуры и для улучшения механических свойств, в первую очередь пластичности.

В сварном стыке обязательно должен быть зазор (разумного размера) для свободной усадки шва при остывании. Сварку нужно вести по возможности тонкими электродами и швами при минимальной погонной тепловой энергии. Чтобы более равномерно распределять нагрев по изделию в процессе сварки и уменьшать скорость охлаждения изделия после нее, высоколегированные стали, склонные к закалке, подогревают до 100–300 °C.

Главной причиной появления пор при сварке жаростойких сталей является водород. Источники водорода – флюс, электродное покрытие, защитный газ, различные наслоения с влагой. Поэтому свариваемые кромки должны быть чистыми. Сварочная проволока (в том числе и для электродов) для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами выпускается по ГОСТ 2246–70, которым предусмотрена 41 марка, например марки Св-06Х19Н9Т, Св-04Х19Н9, Св-05Х19Н9ФЗС2, Св-10Х17Т, Св-12ХПНМФ и др. Электроды этой группы применяются для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами, таких как: 15Х25Т, 08Х18Т1, 20Х23Н13, 20Х23Н18, 10Х23Н18,15Х12ВНМФ, 14Х17Н2, 12Х18Н9,12Х18Н10Т и др. Следует еще раз отметить, что никель улучшает свариваемость.

Режимы сварки высоколегированных сталей и сплавов аустенитными электродами назначают с таким расчетом, чтобы отношение силы тока к диаметру электрода не превышало 25–30 А/мм. При сварке аустенитными электродами в вертикальном или потолочном положении силу тока уменьшают на 10–30 % по сравнению со сваркой в нижнем положении. Электроды перед сваркой, во избежание образования пор в металле шва, прокаливают при температуре 250–400 °C в течение 1–1,5 часа.

Газовая сварка высоколегированных сталей может применяться только в случаях, когда нет другого выхода. Высоколегированные (содержащие свыше 10 % легирующих элементов) хромистые (свыше 14 % хрома) и хромоникелевые стали сваривать газовой сваркой не рекомендуется из-за резкого ухудшения их эксплуатационных свойств. Даже небольшой избыток кислорода в пламени приводит к выгоранию хрома.

В качестве присадки применяют сварочную проволоку, близкую по химическому составу к свариваемому металлу. При газосварке титан выгорает полностью, что приводит к межкристаллитной коррозии. При нагреве до 500–800 °C и медленном охлаждении, что характерно для газовой сварки, из твердого раствора выпадают карбиды хрома по границам зерен с потерей коррозионной стойкости.

Для сварки необходим еще и флюс сложного состава: 28 % мрамора, 30 % фосфора, 10 % ферромарганца, 6 % ферросилиция, 6 % ферротитана, 20 % двуокиси титана. Флюс разводится на жидком стекле и наносится на кромки детали в виде пасты. Сварка выполняется после высыхания флюса.

При наличии хороших электродов и источников питания дуги нет необходимости применять более сложную и малопроизводительную технологию сварки, да еще с потерей качества соединений.

Сварка чугуна

Чугун – это сплав железа с углеродом, где, в отличие от стали, углерода много – около 2–5 %. В зависимости от количества углерода в сплаве различают белые, серые, ковкие и высокопрочные чугуны.

Белые чугуны на изломе имеют почти белый цвет. Весь углерод в них находится в связанном состоянии в виде карбида железа – цементита Fe_3C. Цементит хрупок, имеет высокую твердость (выше твердости напильника), не поддается механической обработке режущими инструментами и как конструкционный материал практически не применяется. Используется для получения ковких чугунов и сталей.

Серый чугун – это не сплошной металл, а пористая металлическая губка, поры которой заполнены рыхлым неметаллическим веществом – графитом. Такая структура неблагоприятна для сварки, она не встречается ни в одном другом металле. На изломе он имеет серебристый цвет из-за наличия пластинчатых включений графита, включающего в себя половину всего углерода (остальной углерод находится в связанном состоянии). Серые чугуны содержат: 3,2–3,5 % углерода; 1,9–2,5 % кремния; 0,5–0,8 % марганца; 0,1–0,3 % фосфора и менее 0,12 % серы.

Пример обозначения серого чугуна: СЧ32–52. Буквы обозначают серый чугун (СЧ), первое число обозначает предел прочности при растяжении (32 кгс/мм^2, или 320 МПа), второе число – предел прочности при изгибе. Относительное удлинение при разрыве серого чугуна практически равно нулю. Это характеризует его как непластичный материал.

Хорошо обрабатывается режущим инструментом. Температура плавления, в зависимости от количества углерода, составляет 1100–1250 °C.

Ковкий чугун – название условное. Он не поддается ковке, так как имеет повышенную пластичность и вязкость. Получают его длительным отжигом белого чугуна. В структуре содержит: 2,4–3,0 % углерода в виде графита хлопьевидной формы; 0,8–1,4 % кремния; 0,3–1,0 % марганца; менее 0,2 % фосфора; не более 0,1 % серы.

Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару, он менее склонен к трещинообразованию. Пример обозначения ковкого чугуна: КЧ45–6. Буквы обозначают ковкий чугун (КЧ), первое число – предел прочности при растяжении (45 кгс/мм^2, или 450 МПа), второе – относительное удлинение в процентах (6 %).

Высокопрочный чугун содержит графит шаровидной формы и имеет наиболее высокие прочностные свойства. Содержит: 3,2–3,8 % углерода; 1,9–2,6 % кремния; 0,6–0,8 % марганца; до 0,12 % фосфора и не более 0,3 % серы. Высокопрочный чугун получают путем введения добавки-модификатора – магния в жидкий расплав, что способствует образованию графитных включений шаровидной формы. Механические свойства такого чугуна приближаются к свойствам углеродистых сталей, а литейные свойства выше (но ниже, чем у серых чугунов). Пример обозначения высокопрочного чугуна: ВЧ45–5. Буквы обозначают высокопрочный чугун (ВЧ), первое число обозначает предел прочности при растяжении (45 кгс/мм^2, или 450 МПа), второе – относительное удлинение в процентах.

Свариваемость чугуна можно характеризовать как противоречивую. При оценке физической свариваемости чугун следует отнести к группе хорошо свариваемых материалов, а при оценке по технологической свариваемости, когда требуется сварное соединение без снижения качества основного металла и металла шва, он является трудносвариваемым сплавом. Основные причины, ухудшающие свариваемость чугуна, следующие.

1. Возможность образования в шве и околошовной зоне хрупких и труднообрабатываемых структур отбела (т. е. появления участков с выделениями цементита той или иной формы) и закалки с очень высокой твердостью.

2. Повышенная текучесть и низкая пластичность затрудняют удержание расплавленного металла от вытекания и формирование шва. Это также создает напряженное состояние структуры и приводит к трещинам.

3. Чугун не имеет пластического (тестообразного) состояния и при достижении температуры плавления мгновенно переходит из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении – из жидкого в твердое. Поэтому он поддается сварке только в нижнем положении шва.

4. Образование пористости за счет большого количества окиси углерода и быстрое затвердевание расплавленного металла – причина того, что газы не успевают выйти. Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва.

5. «Рост» чугуна, т. е. склонность серого чугуна к необратимому увеличению объема на 3–5 % при нагреве его до 300–500 °C, приводит к деформациям, иногда – к трещинам.

6. Вследствие окисления кремния на поверхности сварочной ванны возможно образование тугоплавких оксидов, что может приводить к непроварам.

При охлаждении чугун расширяется. Повышенная склонность чугуна к образованию хрупких структур связана в основном с высоким содержанием в нем углерода. Это явление особенно проявляется при дуговых способах сварки. При локальном нагреве чугуна создается перепад температур в теле, вызывающий термические напряжения.

Зато при газовой сварке обеспечивается бóльшая зона плавного нагрева и меньшая скорость охлаждения, поэтому образование структур закалки и отбела сварного стыка менее вероятно.

Чугуны очень неоднородны по своему химическому составу и сильно засорены различными примесями, поэтому результаты сварки чугунных деталей одинаковой марки могут быть различны. Нужно помнить и о том, что никому в производстве еще не удавалось получить равнопрочное чугунное сварное соединение.

Нужно помнить, что есть виды чугунных изделий, чугуны которых практически не поддаются сварке. Например, не поддается сварке так называемый горелый серый чугун – подвергшийся длительному воздействию высокой температуры (например, плита на печке), кислот, пара и т. п. Из-за пористости чугуна в подобных случаях окисление проникает на всю толщину металла, обволакивая металлические зерна пленкой окислов и делая металл рыхлым, механически непрочным и главное – не смачивающимся никаким жидким металлом. При попытке сварки дугой в стыке от температуры образуются (скатываются) шарики полуметалла, а стык на их объем углубляется, и получается канавка. Плохо также свариваются чугуны с черным изломом.

Технологические трудности сварки чугуна породили множество способов и разновидностей его сварки: чугун можно сваривать дуговой сваркой металлическим или угольным электродами, газовой сваркой, термитной сваркой, заливкой жидким чугуном, порошковой проволокой и т. д. Но ни один способ не является вполне приемлемым для всех случаев, встречающихся в практике. Поэтому сварку чугуна применяют только при ремонтных работах и при устранении мелких дефектов в отливках. Причем лишь газовая сварка является одним из относительно надежных и несложных способов, позволяющих получить наплавленный металл, по свойствам близкий к основному металлу. Это объясняется термическими процессами при сварке, меньшей вероятностью появления в зоне сплавления отбеленного чугуна.

В зависимости от температуры предварительного подогрева различают сварку с подогревом до высокой температуры (горячая сварка), с небольшим подогревом (полугорячая сварка) и без подогрева (холодная сварка).

Горячая сварка чугуна. Горячая сварка – это разработанный еще в XIX веке И. Г. Славяновым способ, успешно используемый до настоящего времени. Основными недостатками горячей сварки чугуна являются большая трудоемкость и тяжелые условия труда сварщиков, правда, этим достигается высокое качество сварного шва.

При горячей сварке изделия предварительно нагревают до 600–700 °C. При сварке крупных изделий можно применять местный подогрев. При подготовке дефектного места к сварке его тщательно очищают от загрязнения, разделывают для образования полости, легко доступной для сварки, устраивают формовку для предотвращения вытекания металла из сварочной ванны. Формовку выполняют графитовыми или угольными пластинками, скрепленными формовочной массой из кварцевого песка, увлажненного жидким стеклом, или другими формовочными материалами. Формовку производят в опоках. Форму просушивают при постепенном изменении температуры от 60 до 120 °C, после чего изделие подогревают. Применяют несколько способов ручной горячей сварки чугуна.

Ручную дуговую сварку покрытыми электродами используют в мелкосерийном производстве, при заварке дефектов в труднодоступных местах. При сварке покрытыми электродами с чугунным стержнем на переменном или постоянном токе прямой полярности обеспечивается стабильно хорошее качество. Перед началом заполнения заформованного участка первую порцию расплавленного металла рекомендуется выплеснуть для удаления неметаллических включений. Сварку ведут на токах 900–1000 А.

Для заварки мелких дефектов при полужидком металле сварочной ванны следует применять покрытые электроды со стержнем из углеродистой стали ∅ 5 мм. Сварку производят на постоянном токе прямой полярности силой 200–250 А с использованием стандартного оборудования. Механические свойства металла сварного соединения аналогичны свойствам основного металла.

Газовую сварку чугунных деталей выполняют нормальным пламенем или пламенем с небольшим избытком ацетилена. У деталей толщиной до 5 мм разделку кромок не делают, а у изделий толщиной свыше 5 мм производят разделку кромок под углом 70–90°. Диаметр прихваток 5–6 мм. После нагрева до 500–700 °C в начале сварки пламя горелки устанавливают почти вертикально таким образом, чтобы ядро пламени находилось на расстоянии 2–3 мм от поверхности свариваемого металла. По мере выполнения сварки горелку наклоняют под небольшим углом. Вид пламени – нормальное или слегка науглероживающее. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 120 дм^3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла.

В качестве присадки применяют чугунные прутки марки А диаметром 4, 6, 8, 10 мм и длиной 250–450 мм. Для облегчения выделения газа металл сварочной ванны необходимо непрерывно помешивать присадочным прутком. С целью удаления образовавшихся при сварке окислов и улучшения процесса сварки используют специальные флюсы (табл. 36). Для получения сварного соединения со свойствами, аналогичными свойствам основного металла, следует уменьшить скорость охлаждения путем отвода пламени сварочной горелки от поверхности свариваемого металла на 50–60 мм, подогревая наплавленный металл пламенем в течение 1–1,5 мин. Для уменьшения внутренних напряжений в массивных деталях сложной конфигурации их рекомендуется вторично подогреть до 600–700 °C и постепенно охладить.

Газовую сварку с местным подогревом до 300–500 °C применяют, когда место сварки и характер конструкции позволяют использовать местный подогрев без появления трещин и напряжений в свариваемых изделиях. Подогрев выполняют сварочными горелками, паяльными лампами и другими возможными средствами. Состав газового пламени и его мощность при сварке выбирают такие же, как и при сварке с общим подогревом. В качестве присадки применяют чугунные прутки марки Б диаметром 4, 6, 8, 10 и 12 мм и длиной 250–450 мм. Места сварки после окончания процесса медленно охлаждают, покрывая асбестом или засыпая песком.

Полугорячая сварка. Когда требуется исправить небольшой дефект сложной детали или дефект, расположенный на массивной детали в тонком месте, где укорочение от нагрева при сварке не встречает большого сопротивления, можно применять электродуговую сварку с предварительным нагревом до 250–400 °C (полугорячую сварку). Такой подогрев свариваемой детали способствует замедленному охлаждению металла шва и прилежащих к нему зон после сварки. По технике выполнения и применяемым материалам полугорячая сварка не отличается от горячей.

Детали перед сваркой нагревают в термических печах, горнах или с помощью газовых горелок ацетиленокислородным пламенем. При подогреве газовой горелкой необходимо следить за равномерностью нагрева подогреваемой поверхности.

Полугорячую сварку чугуна можно осуществлять низкоуглеродистыми стальными электродами с покрытиями типа МР-3, УОНИИ-13, стальными электродами со специальным покрытием, чугунными электродами и ацетиленокислородным пламенем с применением чугунных присадочных прутков. При сварке сквозных трещин или при заварке дефектов, находящихся на краю деталей, необходимо применять графитовые формы, предотвращающие вытекание жидкого металла из сварочной ванны. Во время сварки следует непрерывно поддерживать значительный объем расплавленного металла в сварочной ванне и тщательно его перемешивать концом электрода или присадочного стержня. Для замедленного охлаждения заваренные детали засыпают мелким древесным углем или сухим песком.

Холодная сварка. Сварка называется холодной потому, что изделие перед сваркой не проходит общий подогрев до высоких температур, а подогреву подвергаются лишь зона сварки и свариваемые кромки до температур 350–500 °C в зависимости от габаритов изделия и толщины стенок.

Существует значительное число способов холодной электродуговой сварки чугуна: стальными электродами, стальными электродами со специальными покрытиями, чугунными, медными и прочими электродами. Стержни для электродов делаются преимущественно из цветных металлов и сплавов, например меди, медно-никелевых и железоникелевых сплавов.

Холодную сварку чугуна стальными или чугунными электродами применяют лишь в редких случаях при ремонте неответственных чугунных изделий небольших размеров с малым объемом наплавки, не требующих после сварки механической обработки. Сварное соединение неоднородно по структуре, часто не обладает достаточной плотностью и имеет низкую прочность.

Сварку электродами с защитно-легирующими покрытиями выполняют с V– или Х-образной разделкой кромок. Для устранения неравномерного разогрева детали сваривают отдельными участками вразбивку. Длина отдельных наплавленных участков сварного шва не должна превышать 100–120 мм. После наплавки отдельных участков им дают возможность остыть до температуры 60–80 °C.

Хорошие результаты получают при сварке электродами с покрытием УОНИИ-13/45 на постоянном токе обратной полярности. Также для сварки чугуна получили распространение медно-железные, медно-никелевые и железоникелевые электроды.

Ручная сварка электродами из цветных металлов на медной основе получила широкое распространение для заварки трещин с обеспечением хороших прочностных показателей свариваемых деталей. Сварку ведут электродами ОЗЧ-2 и СТЧ-3 на постоянном токе прямой полярности в нижнем или наклонном положениях небольшими участками длиной 30–80 мм «вразброс» для предупреждения чрезмерного местного перегрева детали. Основной металл при этом проплавляют минимально. Каждый валик после остывания следует очистить и проковать.

Зазоры между кромками при заварке трещин рекомендуется заплавлять стальными электродами. Возобновляют сварку после охлаждения места сварки до 50–70 °C. Длина дуги у электродов ОЗЧ-2 должна быть предельно короткой. Применяют электроды ∅ 4–7 мм, силу тока соответственно 140–300 А. Сварку электродами со стержнем из сплава на основе никеля используют для устранения мелких дефектов, прежде всего, когда требуется обеспечить обрабатываемость сварного соединения, а также его цвет, аналогичный цвету основного металла. Обычно применяют электроды со стержнем из медно-никелевого сплава, который называют монель-металлом: ОЗЧ-З, ОЗЧ-4, ОЗЖН-1, МНЧ-2 и СТЧ-2. Основная марка таких электродов – МНЧ-2 (70 % никеля, 28 % меди).

Сварку электродами ОЗЧ-З и МНЧ-2 на постоянном токе обратной полярности производят короткими швами длиной 30–50 мм с проковкой каждого шва и перерывами для охлаждения. При сварке электродами ОЗЧ-З ∅ 2,5–5 мм сварочный ток 60–150 А, а электродами МНЧ-2 ∅ 3–5 мм – 90–190 А (из расчета 30–40 А на 1 мм диаметра электродного стержня). При заварке крупных дефектов или наплавке больших объемов металла используют также электроды ОЗЖН-1. Электродами ОЗЧ-З наплавляют первый и последний слой, а промежуточные слои наплавляют поочередно электродами ОЗЖН-1 и ОЗЧ-З. Техника и режимы сварки электродами ОЗЧ-1, ОЗЖН-1 и ОЗЧ-З аналогичны. Эти электроды рекомендуются для наплавки последнего слоя при заполнении разделки электродами ОЗЧ-З. То же относится и к электродам СТЧ-2 и МНЧ-2. Сварку ведут электродами ∅ 3–6 мм, сварочный ток соответственно 85–240 А.

Холодная сварка чугуна медно-никелевыми электродами ведется короткими валиками (40–50 мм) с перерывами для охлаждения до температуры 60–70 °C. Высота валика не менее 4 мм, причем каждый валик прочеканивается ударами ручного молотка. Если проковка недоступна или невозможна, то применение медных электродов нецелесообразно. Наплавку валика выполняют только в нижнем положении. При выполнении всех рекомендаций сварка обеспечивает до 70 % прочности основного металла и плотность сварного соединения.

Некоторые дефекты, расположенные по краям, а также «бобышки» и платики можно наплавлять полужидкой ванной с принудительным формированием. Используют силу тока в 1,5 раза больше по сравнению с током при послойной сварке. Мелкие дефекты на обрабатываемых поверхностях заваривают электродами с карбидообразующими элементами в покрытии, например ЦЧ-4. Сварку ведут на минимальном токе электродами диаметром более 4 мм из расчета 23 А на 1 мм диаметра электрода. Ток постоянный, полярность обратная. Кромки рекомендуется облицовывать не более чем в 2 слоя с последующим заполнением объема стальными электродами типа Э42 и Э42А.

Когда не требуется механическая обработка сварных соединений и не оговаривается их прочность, рекомендуется сварка стальными электродами, применяемыми для сварки низкоуглеродистых сталей, а также электродами ЦЧ-4 или электродами со стержнем на основе никеля. Сварку производят отдельными участками на минимальном режиме с перерывами для охлаждения основного металла. При толщине детали до 20 мм разделка кромок необязательна. При большей толщине угол разделки 90–120°.

Для получения равнопрочного с основным металлом соединения непосредственно по месту работы детали без ее демонтажа в завариваемое место устанавливают в шахматном порядке стальные шпильки. При толщине стенок детали до 10 мм диаметр шпилек составляет 6 мм, до 20 мм – 10 мм, для более толстых – 16 мм. Сварку выполняют участками 40–50 мм с перерывами для охлаждения и минимальной глубиной проплавления.

Для качественной сварки серого чугуна нужны специальные электроды, которых, как правило, нет и достать их трудно. В аварийной ситуации, например для экстренного ремонта котла, можно использовать обыкновенные электроды для переменного тока. Производят сварку как обычно, но через каждые 2–3 см шов надо охлаждать солидолом.

Сварка без предварительного нагрева изделий из высокопрочного и ковкого чугуна имеет свои особенности – высокопрочный чугун обладает повышенной склонностью к отбеливанию и большой прокаливаемостью, а ковкий чугун имеет повышенную графитизацию, что затрудняет смачиваемость поверхности при сварке. Сварку можно выполнять до и после термической обработки. До термической обработки изделия сваривают электродами УОНИИ-13/45 и УОНИИ-13/55, а после нее – электродами со стержнем на основе никеля.

Газовую холодную сварку применяют, когда при нагревании и охлаждении детали могут свободно расширяться и сжиматься, не вызывая значительных остаточных напряжений. Технология холодной и горячей сварки в основном одинакова. Вид пламени – нормальное или слегка науглероживающее. Расход ацетилена составляет 100–120 дм^3/ч на 1 мм толщины металла, тепловая мощность пламени – максимально возможная. Перед сваркой необходимо подогреть завариваемые кромки пламенем горелки.

Сварку проводят как левым, так и правым способами, в зависимости от толщины деталей, с применением флюсов (см. табл. 36) и присадочных материалов в виде прутков марок А и Б. Шов формируют в нижнем положении. После сварки горелку в течение 2–3 мин медленно отводят от сварного шва. Место сварки защищают асбестовыми листами или песком.

При заваривании дефектов сварку рекомендуется проводить отдельными сварочными ваннами длиной 20–50 миллиметров.

Газовая пайкосварка. Нагрев чугуна при сварке приводит к значительным деформациям изделия, поэтому на последних операциях механической обработки сварных соединений используют не сварку, а пайкосварку – промежуточный процесс между сваркой и пайкой. Заключается она в том, что до температуры плавления нагревают не свариваемый металл, а легкоплавкий (820–860 °C) присадочный материал, смачивающий свариваемые кромки.

Низкотемпературная пайкосварка выполняется ацетиленокислородным пламенем, которое позволяет выполнять независимый, раздельный нагрев основного и присадочного металлов, флюсов. Вид пламени – строго нормальное. Вместо ацетиленокислородного пламени можно использовать пропано-кислородное. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода пропана 60–70 дм^3/ч на 1 мм толщины металла.

Перед пайкосваркой изделие прогревают до 300–400 °C в печи, а при небольших размерах изделия – пламенем газовой горелки. С места сварки должны быть удалены загрязнения (окислы, жир и др.). Кромки разделывают механическим путем, как и при сварке. При разделке сквозных трещин притупление должно быть не более 1,5 мм. Места сварки зачищают до металлического блеска.

Подготовленные к сварке кромки обжигают пламенем горелки с избытком кислорода для выжигания графита на поверхности кромок, чтобы улучшить смачиваемость чугуна припоем и сцепление металлов. На нагретую поверхность наносят слой специального флюса марки ФСЧ-2 или МАФ-1 (табл. 37)[26]. Специальные чугунные присадочные прутки марки НЧ-2 или УНЧ-2 (табл. 38) также покрывают флюсом, предварительно подогрев их.

Признаком готовности кромок к пайкосварке является равномерное растекание расплавленного флюса по кромкам (это 800–850 °C). Конец присадочного прутка разогревается и опускается во флюс, при этом пламя горелки не должно отводиться от места нагрева, а на кромки нужно периодически подавать флюс. На горячий пруток налипает нужное количество флюса. Затем расплавляется конец прутка с флюсом. Капли расплавленной присадки растираются тонким слоем по поверхности разогретых кромок этим же прутком. При соприкосновении капли с кромкой соединения на поверхности кромки повышается температура, так как капля отдает свою часть теплоты. Под действием флюса и пламени капли жидкого припоя хорошо растекаются по кромкам тонким слоем, заполняя поры и пустоты в чугуне, обеспечивая улучшение прочности сцепления.

Отрицательное влияние свободного графита на кромках при смачивании уменьшается активными добавками во флюсе.

Можно применять пайкосварку латунными припоями. Этот метод отличается тем, что рабочая температура процесса составляет 650–780 °C (т. е. практически температура смачивания поверхности металла), что не изменяет существенно структуру чугуна, а значит, не вызывает термических внутренних напряжений. Соединяемые кромки должны быть шероховатыми, так как гладкие поверхности латуни плохо смачиваются и сцепление латуни с чугуном недостаточно прочное. Углерод тоже препятствует смачиванию латунью, поэтому его выжигают с кромок окислительным пламенем или покрывают кромки пастой из железных опилок, борной кислоты и нагревают кромки пламенем горелки до 750–900 °C. Способ выжигания углерода окислительным пламенем проще и используется чаще.

Пайкосварка состоит в следующем: нагрев кромок до красного цвета, обработка флюсом, облуживание нормальным пламенем или немного окислителем. Пайкосварка выполняется в слегка наклонном положении снизу вверх, чтобы расплавленная латунь не закрывала луженые участки. Лучшие результаты достигают при левом способе сварки. Расстояние между ядром пламени и концом прутка должно составлять 2–3 мм, угол между горелкой и деталью – 20–30°. После сварки изделие медленно охлаждают под слоем асбеста или в песке.

В качестве присадочных материалов берут латунь Л63, ЛОK59–1-03 или ЛОМНА 49–05–10–4–0,4 по ГОСТ 16130–90. Испарению цинка препятствует пленка окислов кремния, а также избыток кислорода в пламени. Без применения мер защиты угар цинка составит 5 %, а цинковый дым ядовит для организма человека. Соединения при такой пайкосварке получаются почти равнопрочные с низкоуглеродистой сталью.

Снижение рабочей температуры достигается применением специальных флюсов, например марки ФПСН-1 и ФПСН-2. Флюсом нейтрализуется вредное действие свободного графита. При температуре плавления флюсов 600–650 °C они являются индикаторами начала процесса при пайкосварке, т. е. сигналом для расплавления припоя. Флюс применяют в виде пасты, разведенной водой, или в виде порошка.

Наплавленный металл сразу же после сварки проковывают при температуре 600 °C ручным медным молотком.

Для исправления мелких дефектов на последующих операциях механической обработки применяют также газопорошковую пайкосварку. Исправляемую поверхность нагревают газовой горелкой до 300–400 °C, этой же горелкой напыляют слой порошкообразного сплава, не доведенного до расплавления, на напыленную поверхность наплавляют порошкообразный сплав. Деталь нагревается незначительно, сохраняя окончательные геометрические размеры. Порошковые материалы (например, сплавы НПЧ-1 и НПЧ-2) подают к месту сварки через горелку.

Сварка алюминия и его сплавов

Сварка алюминия и его сплавов затруднена тем, что на поверхности расплавленного металла постоянно образуется тугоплавкая пленка оксида алюминия Al_2O_3, препятствующая сплавлению частиц металла между собой. Высокая температура плавления оксида алюминия (2050 °C) и низкая температура плавления алюминия (658 °C) крайне затрудняют управление процессом сварки. Попадая в шов, окисная пленка образует неметаллические включения, резко снижая показатели прочности и пластичности.

Алюминий при расплавлении не меняет свой цвет, поэтому визуальное наблюдение при сварке за состоянием ванны затруднено, особенно при подогреве, так как в один момент металл стыка может просто провалиться, распасться. Алюминий очень хрупок в нагретом состоянии. При сварке окисную пленку удаляют флюсами, покрытиями электродов и специальными циклическими импульсами на дуге от источников питания.

Следующая трудность – образование пор по причине наличия в шве водорода. Он, вяло выделяясь из ванны, оставляет дефекты в виде пор. Алюминий при сварке склонен к кристаллизационным трещинам. Присутствие в нем железа и кремния сильно влияет на появление трещин в металле шва. Увеличение содержания кремния до 0,6 % снижает стойкость против образования трещин. Железо в шве до 0,7 % положительно влияет на стойкость к образованию трещин. При содержании железа более 0,8 % стойкость к образованию трещин снижается.

К проблемным параметрам алюминия при сварке относятся также высокая теплопроводность – в 3 раза выше, чем у железа, и высокий коэффициент теплового расширения – в 2 раза больше, чем у железа, что способствует увеличению деформаций.

Абсолютное большинство сварных конструкций изготавливается из деформируемых, термически не упрочняемых сплавов алюминия с марганцем (АМц) и с магнием (АМг), а также литейных недеформируемых сплавов алюминия с кремнием (силумин). К таким сплавам относятся: АД, АД-1, АМц, АМг, АМг3, АМг5В, АМг6, АВ, АД33, АД35, Д20, ВАД-1, В92У.

Для прочих сплавов сварка плавлением почти не применяется, так как околошовная зона сильно разупрочняется и невозможно получить прочное соединение. Распространенный сплав алюминия с медью (4–5 % Cu) Д16, Д1, называемый дюралюминием, имеет очень плохую свариваемость и для сварных конструкций не применяется, а соединяется клепкой.

Высокая теплопроводность алюминия и его сплавов требует применения специальных технологических приемов, а при массивных деталях – предварительного подогрева. Алюминий сваривают плавлением и давлением; в первом случае применяется ручная и механизированная сварка в аргоне плавящимся и неплавящимся электродом, покрытыми электродами, газовая.

Независимо от способа сварки алюминиевые изделия перед сваркой должны проходить специальную подготовку, заключающуюся в обезжиривании металла и удалении с его поверхности пленки оксида алюминия. Поверхность металла обезжиривают растворителями (авиационным бензином, техническим ацетоном), затем механической зачисткой или химическим травлением удаляют оксидную пленку.

Химический способ удаления пленки оксида алюминия состоит из следующих операций: травление в течение 0,5–1 мин раствором 45–55 г едкого натра и 40–50 г фтористого натрия на 1 л воды; промывка в проточной воде; нейтрализация в 25–30 %-ном растворе азотной кислоты в течение 1–2 мин; промывка в проточной, а затем в горячей воде; сушка до полного удаления влаги. Обезжиривание и травление рекомендуется делать не более чем за 2–4 ч до сварки.

Ручную электросваркуалюминия используют во многих случаях.

Ручную сварку угольным электродом на постоянном токе прямой полярности используют только для неответственных изделий. Этот способ сварки ранее успешно был внедрен электротехниками для сварки контактов электропроводов. Недостаток: чистый алюминий загрязняется углеродом. Оксидную пленку удаляют с помощью флюса АФ-4А (табл. 39). Сварку ведут на графитовых или угольных подкладках. Электроды графитовые или угольные, ∅ 8–15 мм; сварочный ток – 150–450 А. Флюс наносят на основной и присадочный материал.

Сварку металла толщиной до 2 мм ведут без присадки и без разделки кромок, металл толщиной свыше 2 мм сваривают с зазором 0,5–0,7 толщины свариваемых листов или с разделкой кромок.

Ручную сварку покрытыми электродами применяют в основном при изготовлении малонагруженных конструкций из технического алюминия, сплавов типа АМц и АМг, силумина при толщине материала более 5 мм. Тонкий листовой алюминий (до 3 мм) нужно варить с отбортовкой.

Использование постоянного тока обратной полярности с предварительным подогревом (для средних толщин – 250–300 °C, для больших толщин – до 400 °C) обеспечивает требуемое проплавление при умеренных сварочных токах. В связи с тем, что алюминиевый электрод плавится в 2–3 раза быстрее стального, скорость сварки алюминия должна 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 применять сварочный ток из расчета 25–32 А на 1 мм диаметра электрода, но не более 60 А.

Электроды ОЗА-1 предназначены для сварки алюминия АД0, А6, АД1, АД и подобного. Электродный стержень Св-А97 (ГОСТ 7871–75). Предел прочности металла шва 6,5–8,5 кгс/мм^2. После сварки шов следует немедленно промыть горячей водой и очистить стальной щеткой от остатков шлака. Покрытие электродов гигроскопично (поглощает влагу из окружающей среды), поэтому электроды перед сваркой просушивают при температуре 200 °C в течение 2 ч.

Для заварки литейных дефектов применяются электроды марки ОЗА-2 с электродным стержнем из кремнистого алюминия АК5 (ГОСТ 7871–75). Электроды ОЗА-2 применяются для наплавки деталей из литейных сплавов марки AЛ-2, АЛ-4, AЛ-5, AЛ-9, АЛ-11, а также для их сварки. При сварке нужно учитывать необходимость любых подкладок (даже формовка размягченным водой асбестом) для удержания расплава алюминия от провала.

Рекомендованные флюсы приведены в табл. 39. Флюс наносится либо в виде порошка, либо в виде пасты, приготовленной на воде или спирте. Разводят флюс в необходимом количестве с учетом его хранения до 6 ч в закрытой таре, чтобы не уменьшить его химическую активность. При применении указанных флюсов для электродных покрытий к ним добавляют до 30 % криолита Na_3AlF_6.

Основной вид соединения – стыковой, но при механизированной сварке в защитных газах применяют и тавровые, угловые соединения.

Аргонодуговая сварка алюминия. Аргонодуговая сварка алюминия и его сплавов с середины 60-х годов прошлого века является несложной и хорошо разработанной в части технологии сварки задачей. Она обеспечивает наилучшее качество по прочности, внешнему виду, имеет наименьшие технологические сложности. При ручной дуговой сварке применяется неплавящийся вольфрамовый электрод, а при полуавтоматической и автоматической – плавящийся, хотя при автоматической сварке нередко применяют и неплавящийся электрод.

При сварке в аргоне не требуется тщательной подготовки (очистки от окислов) кромок алюминия, сварка выполняется на специальном оборудовании, импульсом тока дуги, от которого разрушается и удаляется окисная пленка. В процессе сварки хорошо видно, как пленка окислов оттесняется в стороны от ванны и вскрывается чистый (как ртуть) серебристый металл, который медленно расплавляется при правильном режиме.

Сварщику необходимо помнить, что алюминий и его сплавы при нагреве сразу переходят из твердой фазы в жидкую, минуя пластическую. Поскольку при нагреве до 400–500 °C алюминий почти полностью теряет прочность, надо следить за тем, чтобы деталь не разрушилась под действием собственной силы тяжести.

Для автоматической сварки алюминиевых сплавов вольфрамовым (неплавящимся) электродом оптимальные режимы указаны в табл. 40. На сварочных полуавтоматах применяется сварочная алюминиевая проволока ∅ 1–2 мм, сварочный ток до 300 А, скорость подачи проволоки – 150–650 м/ч, расход защитного газа (аргона) 300–600 л в час; чем больше скорость сварки, тем больше расход аргона. Сварка вольфрамовым (неплавящимся) электродом выполняется на переменном токе с использованием в сварочной цепи специального осциллятора. Сварка плавящимся электродом проводится на постоянном токе при обратной полярности, сварочный ток – 300–400 А, напряжение на дуге 38–44 В, скорость сварки – 12–20 м/ч. При сварке вольфрамовым электродом на прямой полярности («—» на электроде) стойкость электрода и допустимый предельный ток выше примерно в 7 раз.

Присадочную проволоку ∅ 2,0 мм подают в зону сварки механически, по мере надобности. Подающий механизм по принципу действия – не толкающего, как для стальной проволоки, а тянущего типа.

Ручную аргонодуговую сварку выполняют неплавящимся вольфрамовым электродом в осушенном от влаги аргоне высшего или первого сорта на переменном токе. Для металла толщиной до 5–6 мм используют электроды ∅ 1,5–5,0 миллиметров.

Проволоку и свариваемые кромки обезжиривают ацетоном или бензином, затем счищают окисную пленку стальной щеткой. Зачистка позволяет сохранить алюминий чистым в течение 2 часа.

Сварка выполняется без поперечных колебаний электродом или прутком. Сварку желательно вести на больших скоростях в один слой, чтобы не перегревать металл.

Если толщина свариваемого металла более 8 мм, то алюминий нужно предварительно подогревать до температуры 150–300 °C горелкой – по 80–100 мм с каждой стороны стыка.

Особые требования предъявляются к технике сварки. Угол между присадочной проволокой и электродом должен составлять ~90°. Присадку следует подавать короткими возвратно-поступательными движениями. Недопустимы поперечные колебания вольфрамового электрода. Обеспечение эффективной защиты для каждого режима сварки достигается оптимальным расходом газа (табл. 41). Для уменьшения опасности окисления размеры сварочной ванны должны быть минимальными. Сварку алюминия толщиной до 10 мм обычно ведут левым способом (справа налево), который позволяет снизить перегрев свариваемого металла.

Автоматическая сварка алюминия по флюсу. Особенность сварки алюминия – по флюсу, а не под флюсом – заключается в том, что флюс имеет высокую электропроводность, шунтируется электродугой и дуга горит с видимым ярким свечением.

Применяемый флюс марки АН-А1 имеет следующий состав: хлористый калий (50 %), хлористый натрий (20 %), криолит Na_3AlF_6 (30 %). Есть и другие марки флюсов, например АН-А4, АН-А6, но их составы отличаются незначительно. Высота слоя флюса – 15–30 мм; сварочная проволока – Св-А97 и Св-АМц ∅ 2–3 мм. Сварку ведут постоянным током при обратной полярности. Сварочный ток – 300–400 А, напряжение на дуге – 38–44 В (т. е. повышенное), скорость сварки – 12–20 м/ч. Алюминий толщиной 4–10 мм варят таким способом без разделки на стальной подкладке.

Газовая сварка алюминия. Одним из наиболее доступных и недорогих способов сварки алюминия и его сплавов является газовая сварка с использованием как ацетилена, так и пропан-бутана. Способ является надежным и незаменимым при отсутствии технических возможностей применить более совершенный способ, например аргонодуговую сварку. По качеству соединения деталей газовая сварка дает удовлетворительные результаты. Однако основным видом соединений при газовой сварке алюминия и его сплавов является стыковое. Выполнять тавровые, угловые и нахлесточные соединения не рекомендуется.

Кромки разделывают механическим способом и за 2 ч до сварки тщательно зачищают. Перед сваркой кромки деталей и присадочную проволоку промывают в течение 10 мин в щелочном растворе, содержащем 20–25 г едкого натра и 20–30 г карбоната натрия на 1 дм^3 воды при температуре 65 °C, с последующей промывкой в воде. После этого кромки и присадку протравливают в течение 2 мин в 15 %-ном растворе азотной кислоты, промывают в горячей и холодной воде, а затем сушат.

Сварку проводят с применением флюсов (см. табл. 39), до создания которых газовая сварка алюминия была невыполнимой задачей. Для ответственных сварочных работ, в особенности для тонких металлов, при сварке алюминия и сплавов нужно применять флюсы, содержащие соли лития. Лучшим из них считается флюс АФ-4А. В качестве горючего газа, кроме ацетилена, можно использовать природный газ, пропан-бутановые смеси и водород. Качество соединения в таких случаях получается вполне удовлетворительное.

Флюс наносят в зону сварки различными удобными способами в виде пасты или порошка, прилипающего к разогретому металлу. Находящиеся во флюсе фтористые соединения растворяют окисную пленку Аl_2О_3 в расплавленной ванне, а хлористые соли лития отнимают кислород у окиси алюминия, и металл становится чистым. Флюсы очень гигроскопичны, поэтому их хранят в герметичной таре. Флюс, разведенный в виде пасты на воде, может храниться не более 10 часов.

Соли лития очень дефицитны и дороги, поэтому делается много попыток создать флюсы, не содержащие лития. Но все безлитиевые флюсы на сегодняшний день не являются полноценными; это всего лишь заменители, дающие более или менее удовлетворительные результаты.

Настоящий флюс содержит от 15 до 30 % солей лития. Проверка его пригодности проводится так: нагревается небольшая зона (точка) горелкой до появления серой шероховатой поверхности (окисления), затем разогрев посыпается флюсом. Если поверхность металла очищается до ртутного блеска, то флюс хороший.

Сварку осуществляют в нижнем положении за один проход с максимально возможной скоростью. Левым способом сваривают детали толщиной до 5 мм, правым – толщиной свыше 5 мм. Сварку плоских конструкций целесообразно выполнять обратноступенчатым методом.

Детали толщиной свыше 10 мм перед сваркой рекомендуется подогреть до температуры 300–350 °C. В качестве присадочного материала используют сварочную проволоку одиннадцати марок (СвАК5, СвАМц, СвАМг3 и др.).

Пламя газовой горелки нормальное, его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 75 дм^3/ч на 1 мм толщины металла. Сварку ведут с расположением мундштука горелки под углом 20–40°, а прутка – под углом 40–60° к плоскости детали. При сварке нужно постоянно помешивать (или щупать – при подогреве) концом прутка ванну. Прочность сварного шва составляет 70–90 % от прочности основного металла. Чтобы флюс не разъедал алюминий, после сварки его удаляют промывкой горячей водой или пятиминутным травлением в 2 %-ном растворе хромовой кислоты при температуре 80 °C. При обнаружении на поверхности белого налета промывку повторяют.

Сварка меди и ее сплавов

Температура плавления меди – 1083 °C, прочность – 25 кгс/мм^2. Ее теплопроводность в 6 раз выше, чем у стали, поэтому при сварке требуется дополнительный нагрев мощным источником теплоты. Медь пластична в холодном состоянии и очень хрупка при больших температурах, теряя одновременно и прочность. Отливки из меди имеют большую пористость и литейную усадку, поэтому литые детали из чистой меди не делают. Расплавленная медь хорошо растворяет газы, выделяя их при затвердевании, и это вызывает пористость.

Нагретая медь легко поглощает водород, порождающий так называемую водородную болезнь меди. Водород проникает на большую глубину и, взаимодействуя с закисью меди, восстанавливает ее по реакции Cu_2О + Н_2 = 2Сu ++ Н_2О. Нерастворимые в меди молекулы воды накапливаются внутри металла в больших количествах, и при кристаллизации возникают или трещины в уже остывших местах, или поры там, где металл еще жидкий. Большое внутреннее давление в порах после охлаждения разрывает металл, образуя множество микротрещин и делая металл непрочным. Для предупреждения этого следует снижать количество водорода в зоне сварки (прокалка электродов и флюсов, применение осушенных защитных газов; особенно хорошо действует азот).

Медь легко окисляется в расплавленном состоянии и образует с кислородом два окисла: закись меди Cu_2О и окись меди СuО. Закись меди имеет разную растворимость в жидком и твердом металле и температуру плавления 1064 °C, что ниже температуры плавления самой меди. Это приводит к неметаллическим включениям и снижает теплопроводность.

Более легкоплавкая эвтектика Cu_2О + Сu при затвердевании выпадает в последнюю очередь, располагается по границам кристаллов и в итоге приводит к образованию горячих (кристаллизационных) трещин. Качество такого сварного соединения невысокое. Поэтому предельное содержание кислорода в меди должно быть строго ограничено до 0,03 %, а в некоторых ответственных изделиях – до 0,01 %. Наилучшую свариваемость имеет электролитическая медь, содержащая не более 0,05 % примесей. На свариваемость меди также оказывают большое влияние примеси, входящие в ее состав (кислород, висмут, свинец, сера, фосфор, сурьма, мышьяк); особенно отрицательно влияют висмут и свинец.

Высокая теплопроводность меди заставляет применять при сварке высококонцентрированные источники нагрева, а иногда – предварительный и сопутствующий подогрев, так как даже тепла дуги для качественного прогрева металла не хватает. Высокий коэффициент линейного расширения требует принимать особые меры против деформации, в том числе необходимо минимизировать количество прихваток в узле.

Для меди и сплавов на ее основе могут быть использованы все основные способы сварки плавлением, но при этом надо четко представлять все перечисленные ее свойства и особенности поведения. Например, сварка меди газами – заменителями ацетилена не рекомендуется к применению из-за большого количества кислорода в пламени, который насыщает расплавленный металл кислородом, водородом и шлаковыми включениями.

Незначительное количество кислорода присутствует даже в очень чистой меди, но это практически неопасно, так как его молекулы распределяются вдоль волокон металла и слабо влияют на механические свойства меди. Но достаточно нагреть прокат для сварки, как вновь образуются крупные кристаллические зерна металла, по границам которых появляется кислородная эвтектика, снижая механические свойства меди. Восстановить эти свойства можно механической обработкой, т. е. пластическим деформированием в холодном состоянии (проковка, гибка, прокатка и т. п.).

Сварку меди выполняют только в нижнем положении шва следующими видами и способами:

● дуговая сварка угольным и металлическим плавящимся и неплавящимся электродом;

● газовая сварка ацетиленокислородным пламенем; в качестве защитной среды используются флюс, инертный по отношению к меди газ (азот, аргон), а также электродные покрытия.

При дуговой и газовой сварке по причине жидкотекучести и большой теплоотдачи меди применяют графитовые или стальные прокладки.

Ручная дуговая сварка угольным или графитовым электродом находит ограниченное применение преимущественно для малоответственных изделий. Электрод затачивают на конус на ⅓ его длины, сварку ведут постоянным током прямой полярности. Плотность тока на электроде обычно составляет 200–400 А/см^2 (табл. 42). Для сварки необходимо напряжение 40–50 В и большая длина дуги во избежание вредного влияния на сварочную ванну выделяющегося СО. С этой же целью, а также в связи с возможностью охлаждения ванны присадочный материал не погружают в ванну, а держат под углом примерно 30° к изделию на расстоянии 5–6 мм от поверхности ванны. Угольный электрод держат под углом 75–90° к свариваемому изделию. Из-за длинной дуги возникает явление магнитного дутья, которое следует нейтрализовать.

Сварка меди угольным электродом при толщине до 3 мм выполняется по отбортовке без присадочного металла. Сварку производят на постоянном токе при прямой полярности и только в нижнем положении. Перед сваркой нужен предварительный подогрев до температуры 250–350 °C.

При толщине металла свыше 5 мм стыковое соединение сваривают с разделкой кромок под углом 70–90°. В качестве присадки применяют медь M1, фосфористую медь (например, МФ8) или кремнистую бронзу (например, БрКМц-3–1) диаметров 2–8 мм. Для защиты расплавленного металла от окисления стоит применять присадочный материал с фосфором, который является активным раскислителем и улучшает качество сварного шва. В качестве флюса применяют буру (95 %) с борным шлаком (5 %), или смесь 94–96 % прокаленной буры с 6–4 % металлического магния, или чистую буру (100 %).

Флюс наносят на смоченную жидким стеклом поверхность прутка или на свариваемые кромки в виде пудры и просушивают на воздухе. Можно и макать нагретый пруток в порошок.

Сварку ведут на графитовой или асбестовой подкладке с зазором между свариваемыми кромками не более 0,5 мм, электрод наклоняют углом вперед на 10–20° к вертикали. После сварки рекомендуется проковка швов.

Ручную дуговую сварку покрытыми электродами выполняют на постоянном токе обратной полярности короткой дугой без поперечных колебаний (табл. 43). Лучшее формирование шва обеспечивает возвратно-поступательное движение электрода. Удлинение дуги ухудшает формирование шва, увеличивает разбрызгивание, снижает механические свойства сварных соединений. Сварку можно выполнять и на переменном токе, но сила тока должна быть в 1,5 раза больше, чем при сварке стали.

Медь толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок и подогрева. При толщине 5–10 мм необходимы предварительный подогрев до температуры 400 °C и односторонняя разделка кромок с углом 60–70° и притуплением кромок 1,5–3 мм. При бóльших толщинах рекомендуется X-образная разделка.

Рекомендуются электроды марок «Комсомолец-100», ОЗЧ-1 и ОЗЧ-2. У них стержень медный, сварочный ток 50 А на 1 мм диаметра электрода, напряжение на дуге 25–30 В. Электроды марок АНЦ-1 и АНЦ-2 обеспечивают выполнение сварки без подогрева меди толщиной до 15 мм или с невысоким (250–400 °C) подогревом для металла бóльших толщин. Медные электроды диаметром менее 3 мм применяют редко вследствие низкой механической прочности стержня.

Ручную аргонодуговую сварку выполняют вольфрамовым электродом постоянным током прямой полярности в аргоне высокой чистоты, а также в среде гелия, азота или их смеси и водорода. Металл толщиной более 4 мм сваривают с предварительным подогревом до температуры 800 °C. В качестве присадки используют прутки из раскаленной меди, медно-никелевого сплава (МНЖКТ-5–1–0,2–0,02), бронзы (БрКМцЗ-1, БрОЦ4–3), а также специальных сплавов, содержащих эффективные раскислители – редкоземельные металлы. Для металла толщиной свыше 5–6 мм применяют V– или Х-образную разделку кромок с углом раскрытия 60–70°.

Сварку ведут обычно справа налево при наклоне электрода по отношению к изделию углом вперед на 80–90°, угол наклона присадочной проволоки – 10–15°, вылет электрода – 5–7 мм. Ток постоянный, прямая полярность, сварочный ток – 400–900 А в зависимости от толщины металла. Диаметр вольфрамового электрода – 2,4–4,8 мм; присадочная проволока – 2–6 мм; расход аргона или азота – 3–8 л/мин.

Автоматическаясварка меди. Автоматическая сварка меди выполняется угольным электродом под флюсом толщиной 4–6 мм. Режим: ток постоянный, прямая полярность, сварочный ток – 750–1000 А, напряжение дуги – 18–24 В, скорость сварки – 16–22 м/ч. В свариваемый стык вкладывают полоску латуни ЛT-80, флюс ОСЦ-45.

Автоматическая сварка меди металлическим электродом и флюсом – ток постоянный, обратная полярность. Электродная проволока – медь M1, М2; флюсы: АН-20, АН-348Л, ОСЦ-45; сварочный ток – 100 А на 1 мм диаметра электрода, напряжение на дуге – 38–40 В, скорость сварки – 15–25 м/ч. Бóльшие толщины меди целесообразно варить двухэлектродной сваркой в одну ванну.

Газовая сварка меди. Газовая сварка меди выполняется только ацетиленокислородным пламенем строго нормального соотношения газов. Тепловую мощность пламени выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей:

● до 4 мм – исходя из расхода ацетилена 150–175 дм^3/ч на 1 мм толщины металла;

● при толщине 4–10 мм – 175–225 дм^3/ч.

Если толщина меди превышает 10 мм, сварку проводят двумя горелками: первая осуществляет подогрев, вторая – непосредственно сварку. Пламя должно быть «мягким» (с минимально возможной длиной ядра).

В качестве присадки применяют медные прутки и проволоку по ГОСТ 16130–90 марок: M1, МСР1[27], МНЖ5–1, МНЖКТ5–1–0,2–0,2 и др. Температура плавления присадочной проволоки должна быть ниже температуры плавления основного металла. Если для присадки используется чистая медь, то во флюс вводят фосфористую медь. Диаметр присадочной проволоки должен составлять 0,5–0,75 толщины металла, но не более 8 миллиметров.

В качестве флюса применяют в основном чистую буру (100 %) или буру пополам с борной кислотой. Вообще есть до десятка рецептов флюсов для сварки меди (табл. 44), но все они изготавливаются из окислов и солей бора и натрия. Флюс применяют в виде порошка или пасты, замешанной на спирте.

Шов заполняется в один слой. Сварку проводят как левым, так и правым способом с максимальной скоростью, без перерыва и за один проход. Для компенсации потерь теплоты вследствие ее отвода в основной металл применяют предварительный и сопутствующий подогрев свариваемых кромок. Сварку выполняют на асбестовой подкладке.

После сварки металла толщиной до 4 мм шов проковывают в холодном состоянии, при большей толщине – при нагреве до температуры 550–600 °C с охлаждением в воде.

Сварка латуни

Латунь – это сплав меди с легко испаряемым цинком. Все способы сварки и наплавки латуни имеют определенные трудности именно из-за бурного испарения цинка и образования множества пор разных размеров.

Температура плавления цинка – 420 °C, а кипения – 907 °C, что близко к температуре плавления латуни. Испаряясь, цинк быстро окисляется в тугоплавкую пылевидную окись цинка, которая очень ядовита. Предельно допустимая концентрация цинка в воздухе – 0,001 мг/л, поэтому сваривать латунь необходимо под вытяжными устройствами и в респираторе.

Оптимальные результаты для сварки латуни дает газовая сварка заменителями ацетилена. Формирование шва хорошее, шлак легко отделяется от поверхности шва. Сварочная ванна спокойная, как и у меди, жидкотекучая. Вид пламени – окислительное, препятствующее выгоранию цинка из-за наличия оксидной пленки на поверхности свариваемого металла. Расход ацетилена – 100–120 дм^3/ч на 1 мм толщины металла.

Изделия толщиной до 1 мм сваривают с отбортовкой кромок, 1–5 мм – с отторцованными кромками, 6–15 мм – с V-образной разделкой кромок, 15–25 мм – с Х-образной разделкой. Кромки должны быть зачищены до металлического блеска. Возможно их травление 10 %-ным раствором азотной кислоты, после чего детали промывают горячей водой и насухо протирают ветошью.

Сварку проводят с максимально возможной скоростью левым способом в нижнем или слегка наклонном (до 15°) положении шва с применением тех же флюсов, что и для меди (см. табл. 44), и присадочных проволок, легированных кремнием, бором, алюминием (Л63, ЛК62–0,5), или самофлюсующейся присадочной проволоки ЛКБ062–0,2–0,04–0,5. Конец ядра пламени располагают на расстоянии 7–10 мм от свариваемой поверхности. Конец присадочной проволоки должен постоянно находиться в зоне сварочного пламени, которое направляют на проволоку. Ее держат под углом 90° к мундштуку.

После сварки швы подвергают проковке. Латуни, содержащие более 40 % цинка, проковывают при температуре выше 650 °C, а менее 40 % – в холодном состоянии. Затем проводят отжиг изделия при температуре 600–650 °C.

Электродуговая сварка. Латунь успешно сваривают угольной дугой, присадка и флюсы – те же, что и при газовой сварке. Режимы сварки такие же, как и для сварки меди.

Существуют способы сварки латуни металлическим плавящимся электродом, но из-за токсичности расплава латуни и технологических сложностей электроды с покрытием не выпускаются. Можно также выполнять сварку неплавящимся (вольфрамовым) электродом в аргоне, электроконтактную сварку и сварку под флюсом.

Сварка бронзы

Обычно под бронзой понимают сплав меди с оловом в качестве основного легирующего компонента. Но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь) и никеля (это мельхиор). Как правило, в любой бронзе в незначительных количествах присутствуют добавки: цинк, свинец, фосфор и др. Такие включения и обусловливают проблемы со сваркой бронзовых деталей, а именно выгорание олова и цинка, высокая жидкотекучесть бронзы и порообразование.

Температура плавления бронзы – 950–1080 °C. Сварка бронзы в основном применяется для исправления дефектных отливок из бронзы, ремонта деталей и наплавки. Бронзы с большим содержанием алюминия почти не поддаются сварке обычными приемами. Например, бронзу марки БрАЖ9–4 невозможно сварить из-за тугоплавкой двуокиси алюминия.

Электросварка. Бронзу сваривают угольным, металлическим электродами, в среде аргона – вольфрамовым электродом по технологии, аналогичной сварке меди. Сварку бронзы нужно вести быстро, ограничивая нагрев основного металла и размеры ванны, ускоряя охлаждение и затвердевание ванны. В качестве присадки используют прутки из фосфористой бронзы. Флюсы и подогрев при сварке угольной дугой не обязательны.

Хорошие результаты дает сварка металлическим электродом – литым бронзовым стержнем.

Газовая сварка бронзы выполняется с предварительным подогревом до 450 °C, присадочные прутки ∅ 5–8 мм, близкие по химическому составу к свариваемому материалу. Бронзы очень жидкотекучие, поэтому их сваривают только в нижнем положении шва. При температуре 550–650 °C бронзовые детали становятся чрезвычайно хрупкими и малопрочными. Газовое пламя сварочной горелки строго нормальное. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 70–120 дм^3/ч на 1 мм толщины металла. Пламя «мягкое», без перегрева жидкой ванны.

Сварку проводят с применением тех же флюсов и присадочных материалов, которые используют при сварке меди. Работа ведется преимущественно левым способом в нижнем положении на подкладных элементах из асбеста или графита. Конец ядра пламени располагают на расстоянии 7–10 мм от поверхности свариваемого металла. При сварке следует перемешивать сварочную ванну присадочным прутком, периодически добавляя флюс в жидкий металл.

Для получения соединений алюминиевых и кремнистых бронз газовая сварка используется редко. Они лучше свариваются аргонодуговым способом.

После сварки литых деталей из оловянной или малокремниевой бронзы их отжигают при температуре 450–500 °C и охлаждают в воде.

Сварной шов проковывают при сварке только прокатной, но не литой бронзы. Газовая сварка бронз дает прочность 75–90 % от прочности основного металла.

Сварка свинца

Свинец отличается малой теплопроводностью и низкой температурой плавления (327 °C) с образованием тугоплавкого оксида РbО (температура плавления 850 °C). При сварке изделие должно иметь наклон не более 10–15°. Наиболее рационально нижнее положение. Рекомендуется использовать формирующиеся пластины-прокладки. Кромки деталей предварительно обезжиривают бензином и зачищают до металлического блеска на ширину 20–30 миллиметров.

Электродуговая сварка свинца может производиться с помощью угольного или вольфрамового электрода в среде инертных газов при постоянном токе прямой полярности (табл. 45). Электроды во время сварки располагают перпендикулярно детали или под углом 10° в направлении сварки.

При газовой сварке свинца применяют газы – заменители ацетилена: пропан-бутан, водород, природный и городской газы, пары бензина и керосина.

Наибольшее распространение получили нахлесточные и стыковые соединения. Листы толщиной до 1,5 мм сваривают встык без применения присадочного металла с отбортовкой кромок. Перед сваркой кромки тщательно зачищают до металлического блеска на ширину не менее 30 мм с обеих сторон шва. Детали толщиной до 6 мм сваривают встык без разделки кромок, а большей толщины – с разделкой под углом 30–35° с каждой стороны. Мощность сварочного пламени выбирают из расчета 15–20 дм^3/ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемого металла.

Сварку свинца можно выполнять левым способом в любом пространственном положении. Присадочным материалом являются полоски свинца или свинцовая проволока. Наконечник горелки должен быть наклонен к поверхности свариваемого металла под углом 45°. Для удаления оксидной пленки рекомендуется применять флюс, состоящий из равных частей канифоли и стеарина. Чтобы предотвратить протекание металла при сварке свинца, используют подкладки.

Сварка никеля и его сплавов

Эти материалы обладают высокой жаростойкостью и жаропрочностью, они устойчивы к действию коррозии. Основные трудности при сварке никеля и его сплавов – высокая склонность к образованию пор и кристаллизационных трещин, связанная с резким изменением растворимости кислорода, азота и водорода при переходе металла из твердого в жидкое состояние. Поэтому технология сварки должна обеспечивать надежную защиту зоны сварки от атмосферного воздуха, хорошее раскисление сварочной ванны и ее дегазацию.

Эффективная мера предотвращения пористости – сварка короткой дугой (до 1,5 мм), при которой резко уменьшается подсос газов из атмосферы, предварительный прогрев материала до 300 °C и охлаждение на воздухе. Для преодоления высокой склонности металла к образованию кристаллизационных трещин ограничивают содержание вредных примесей и вводят элементы, связывающие серу в более тугоплавкие соединения (до 5 % Мn и до 0,1 % Mg).

Для ограничения роста зерна сварку ведут на ограниченной погонной энергии и вводят в металл шва в небольшом количестве модификаторы (титан, алюминий, молибден), измельчающие его структуру.

Детали толщиной до 5 мм сваривают без разделки кромок, толщиной 6–12 мм – с V-образной разделкой, толщиной более 12 мм – с Х-образной разделкой. Угол раскрытия разделки – 60–70°, притупление – 2–4 мм. Перед сваркой кромки деталей обезжиривают ацетоном и зачищают до металлического блеска. Для формирования обратной стороны шва используют формирующие прокладки из меди или подушки из флюса.

Ручную дуговую сварку применяют для листов толщиной свыше 1,5 мм и выполняют электродами с основным покрытием на постоянном токе обратной полярности. Для предупреждения перегрева электрода и снижения напряжений в сварном соединении при сварке используют ток, пониженный по сравнению с током для сварки стали (табл. 46).

Сварку по возможности необходимо вести в нижнем положении со скоростью примерно на 15 % меньше скорости сварки сталей. Поперечные колебания электрода не должны превышать трех диаметров электрода. При смене электрода или случайных обрывах дуги ее возбуждают, отступая на 5–6 мм от кратера назад на зачищенном от шлака шве. Рекомендуется вести сварку за один проход, зазор между кромками должен быть 2–3 мм. При больших толщинах, когда многопроходная сварка неизбежна, рекомендуется сваривать после остывания соединения и тщательной очистки предыдущего слоя от шлака и брызг.

Для сварки никеля используют электроды, изготовленные из никелевой проволоки НП1 (Н-10, Н-37, «Прогресс-50» и др.). Для сварки никеля и медно-никелевых сплавов используют электроды с покрытием УОНИИ-13/45. Для сварки хромоникелевых (ХН78Т) сплавов используют электроды ЦТ-28, а для сплавов типа ХН80ТБЮ – электроды ИМЕТ-4, ИМЕТ-7, ИМЕТ-4П, ВЧ-2–6. Для снятия напряжений после сварки рекомендуется термообработка.

Ручную аргонодуговую сварку проводят постоянным током прямой полярности при надежной защите сварочной ванны от окисления струей аргона. Предупреждение пористости при этом способе достигается добавкой к аргону до 20 % водорода и использованием проволоки с добавками титана, алюминия, ниобия, которые связывают газы. Швы рекомендуется накладывать с минимальными поперечными колебаниями электрода, угол наклона горелки к оси шва должен быть 45–60°, вылет вольфрамового электрода 12–15 мм, присадочный материал подают под углом 20–30° к оси шва. Многослойное соединение выполняют после полного охлаждения металла, зачистки и обезжиривания предыдущих швов. Защита аргоном рекомендуется также со стороны подкладки.

Хорошие результаты дает полуавтоматическая сварка плавящимсяэлектродом в среде аргона на постоянном токе обратной полярности.

Сварка титана и его сплавов

Титан обладает высокой прочностью до температур 450–500 °C при малой плотности, высокой коррозионной стойкостью. Технический титан содержит примеси, в том числе газы – кислород, азот и водород, которые в различной степени повышают прочность и снижают пластичность и вязкость металла. В сварных швах они вызывают образование холодных трещин.

Особенности сварки титана – необходимость надежной защиты зоны сварки и обратной стороны корня шва от вредного воздействия атмосферного воздуха, обеспечения в процессе сварки минимального времени нагрева свариваемых деталей. Дополнительные затруднения при сварке создает большая склонность титана к росту зерна при нагреве до температур выше 880 °C и парообразование.

Качество сварных соединений во многом определяется технологией подготовки кромок деталей и титановой проволоки под сварку. Оксидно-нитридную пленку, которая образуется после горячей обработки полуфабрикатов, удаляют с помощью механической обработки и последующего травления металла в течение 5–10 мин при 60 °C в смеси 350 мл соляной кислоты, 50 г фтористого натрия и 650 мл воды.

Ручную сварку вольфрамовым электродом выполняют постоянным током прямой полярности с использованием специальных приспособлений, позволяющих защитить зону сварки, остывающие участки шва и околошовную зону, а также корень шва. Защиту корня шва можно осуществить плотным поджатием кромок свариваемых деталей к медной или стальной подкладке, подачей инертного газа в подкладку с отверстиями или изготовленную из пористого материала.

Сварку ведут без колебательных движений горелки, на короткой дуге, углом вперед. Угол между электродом и присадочным материалом поддерживают в пределах 90°, подачу присадочной проволоки осуществляют непрерывно. После окончания сварки или обрыва дуги аргон должен подаваться до тех пор, пока металл не остынет примерно до 400 °C.

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки титана вольфрамовым электродом приведены в табл. 47.

Для титана и его сплавов толщиной 0,5–2,0 мм применяют ручную и механизированную импульсно-дуговую сварку неплавящимся электродом. Сварку выполняют импульсами постоянного тока прямой полярности.

Особенности MIG/MAG-сварки различных материалов

Нелегированные и низколегированные стали. Такие стали хорошо свариваются сваркой MAG в среде газовых смесей М1, М2, М3 или в среде чистого CO_2. Исключение составляют высокоуглеродистые марки с содержанием углерода около 0,45 %. Из-за сильного провара металл шва при смешивании получает относительно много углерода, что угрожает возникновением горячих трещин. Средством против этого могут служить любые способы, уменьшающие провар: низкие значения силы тока, сваривание с несколько опережающим протеканием металла шва и т. п.

Порообразование у нелегированных и низколегированных сталей происходит большей частью из-за азота. Он может выделяться во время перемешивания при сварке сталей с высоким содержанием азота, например нитрированных сталей. Однако большей частью азот проникает из воздуха вследствие негерметичности колокола защитного газа. Надежную защиту обеспечивают правильно заданное количество защитного газа, а также отсутствие завихрений в потоке защитного газа, вызываемых, например, брызгами, попавшими в сопло, или нестабильностью процесса. Диоксид углерода менее восприимчив к этому виду порообразования, чем газовые смеси. У смесей восприимчивость снижается с увеличением доли СО_2.

Высоколегированныестали и никелевые сплавы. В качестве защитного газа для высоколегированных сталей используются смеси аргона и кислорода с содержанием кислорода 1–5 % или аргон с содержанием СО_2 до 2,5 %. При сваривании антикоррозионных сталей серьезной проблемой являются оксидные пленки, остающиеся на шве и рядом с ним после сваривания. Их следует полностью удалить с помощью щетки, облучения либо травления до того, как изделие пойдет в эксплуатацию, так как они снижают антикоррозионную защиту.

Смеси с содержанием углекислоты в этом отношении несколько лучше смесей с содержанием кислорода. Однако доля диоксида углерода в защитном газе не должна быть слишком большой, так как разлагающийся в дуге газ ведет к насыщению металла шва углеродом и, как следствие, к снижению антикоррозионной защиты. Максимально допустимое содержание СО2–5 %.

При сваривании антикоррозионных сталей следует избегать любого перегрева, так оно может привести к охрупчиванию и снижению антикоррозионной защиты из-за выделения карбида хрома. Поэтому процесс ввода тепла должен постоянно контролироваться, кроме того, следует делать паузы, чтобы изделие могло остыть. Для материалов группы полноаустенитных сталей рекомендована «холодная» сварка для предотвращения появления горячих трещин. Так как аустенитные стали не становятся хрупкими под воздействием водорода, для повышения мощности (увеличения скорости сваривания) к аргону можно примешать водород, но не более 7 % из-за возможности порообразования. Двухслойные стали, обладающие двойной структурой из аустенита и феррита, напротив, больше тяготеют к образованию трещин под воздействием углерода. Никелевые сплавы технологией MIG свариваются, как правило, в среде аргона. У чистого никеля и некоторых сплавов небольшие добавки водорода могут снизить поверхностные напряжения и улучшить этим рисунок шва.

Алюминийи его сплавы. Как правило, в качестве защитного газа при сварке MIG алюминиевых материалов используется аргон. Из-за высокой теплопроводности алюминия особенно эффективны в этом случае добавки гелия, который улучшает теплопроводность и содержание тепла в атмосфере защитного газа. Это ведет к более глубокому и широкому провару.

Если глубокий провар не нужен, например при сваривании тонких листов, процесс сварки при той же форме провара можно вести быстрее. Из-за высокой теплопроводности алюминия изделия с более толстым сечением можно предварительно нагревать. Это не только обеспечивает надежность провара, но и снижает риск порообразования, так как металл шва имеет больше времени для дегазации при застывании. При использовании защитных газов с содержанием гелия – его доля составляет обычно 25 или 50 % – предварительное нагревание можно сократить, а при более тонких стенках от него можно и совсем отказаться. Благодаря этому высокая цена газов, содержащих гелий, частично оправдывается.

Особенность MIG-сварки алюминия в том, что она проводится под действием постоянного тока обратной полярности.

При сварке MIG сложностей с удалением тугоплавкой оксидной пленки на сварочной ванне нет: на горелку c электродом подключается «—», а на деталь – «+». Это обеспечивает разрушение поверхностного слоя алюминия (происходит так называемая катодная очистка) и плавление детали. Необходимо помнить, что этот метод будет эффективным только в случае небольшой толщины защитной пленки. Так что в любом случае рекомендуется непосредственно перед свариванием удалить пленку с помощью скребка или щетки, так как пленка гигроскопична и из нее в металл шва может проникнуть водород.

Водород – это единственная причина порообразования при MIG-сварке алюминиевых материалов. В жидком состоянии алюминий обладает относительно высокой способностью растворять водород, а в твердом алюминии этот газ практически не растворяется. Поэтому, если порообразование недопустимо, весь водород, проникший в металл при сварке, должен быть удален до застывания. Это не всегда возможно, прежде всего у изделий большой толщины. Поэтому в толстых изделиях из алюминия невозможно добиться швов, совершенно не имеющих пор.

Алюминиево-магниевый сплав и силумины склонны к образованию при сварке горячих трещин, если содержание кремния составляет примерно 1 %, а содержание магния – около 2 %. Этой области легирования следует избегать с помощью соответствующей присадки. Чаще всего проволочный электрод, чье легирование на один уровень выше, чем легирование сплава изделия, лучше, чем электрод с таким же легированием.

MIG-сварка алюминия может проводиться в разных пространственных положениях детали. Если сварка выполняется в вертикальном положении, то горелку нужно двигать сверху вниз. Это обязательное правило, в противном случае шов не удастся. Сопло должно быть направлено несколько вверх. Вертикальные изделия нужно сваривать быстро, чтобы расплавленный металл не успевал стекать вниз.

Режимы полуавтоматической сварки плавящимся электродом алюминия в аргоне для металла толщиной 3 мм: диаметр электрода – 0,8 мм, сварочный ток – 120–145 А, скорость подачи проволоки – 900 м/ч, скорость сварки – 30 м/ч, расход аргона – 15–17 л/мин.

Прочие материалы. Кроме вышеназванных материалов, достаточно часто сваркой MIG свариваются также медь и медные сплавы. Из-за высокой теплопроводности чистая медь должна быть предварительно сильно нагрета во избежание дефектов сцепления.

Металл шва из бронзовой проволоки, например из алюминиевой или оловянной бронзы, обладает хорошими антифрикционными свойствами. Поэтому он используется для наплавки на поверхности скольжения. При таких работах на железных материалах провар должен поддерживаться небольшим с помощью соответствующих мер, так как железо обладает лишь незначительной растворимостью в меди. Оно включается в металл шва в виде шариков и снижает эксплуатационные характеристики. Схожие условия действуют и при пайке MIG. Эта технология используется, например, для соединения оцинкованных листов в автомобилестроении. В качестве присадки используются проволочные электроды из кремнистой или оловянной бронзы. Благодаря низкой точке плавления этих бронз снижается испарение цинка. Возникает меньше пор, а защитное цинковое покрытие сохраняется и рядом со швом, и на обратной стороне. Здесь тоже следует избегать проникания провара в стальной материал, а сцепление должно осуществляться, как и при высокотемпературной пайке, исключительно благодаря силам диффузии и адгезии. Это достигается правильной настройкой сварочных параметров и особенным положением горелки, благодаря которому дуга горит только на жидкой сварочной ванне.

Изготовление сварных конструкций в быту и мелкосерийном производстве

Любая теория немногого стоит, если она не подтверждена практикой. В этом разделе приводятся описания конкретных изделий, при изготовлении которых не обойтись без сварки. Но прежде чем вы собственноручно сварите какую-нибудь полезную в хозяйстве вещь, давайте рассмотрим основные способы монтажа, применяемые для изготовления металлоконструкций с помощью сварки.

Основные методы сварки металлоконструкций

Балки

Монтажные стыковые швы прокатных балок (рис. 47, а) выполняют сначала на толстом, а затем на тонком металле. Поэтому сначала накладывают швы полок [1] и [2], а затем – стенки [3].

При изготовлении сварных балок с совмещенным стыком угловые швы соединения стенки с полкой [4] выполняют в последнюю очередь (рис. 47, б). Продольные швы не доводят до конца балки на величину, равную одной ширине полки (для низкоуглеродистой стали) или двум (для легированной стали).

Если толщина полок разная, балка получается со смещенным стыком (рис. 47, в). Сначала выполняют стыковой шов полки с большей толщиной (1), а затем с меньшей (2). Желательно, чтобы угловые швы (4) накладывали одновременно два сварщика от концов к середине монтажного стыка.

Фермы

Узел фермы сваривают последовательно – от середины фермы к опорным узлам (рис. 47, г). Сначала выполняют стыковые, а затем угловые швы. Если швы разного сечения, то вначале накладывают швы с бóльшим сечением, а затем с меньшим.

Каждый элемент при сборке прихватывают швом длиной 30–40 мм. Близко расположенные швы нельзя выполнять сразу. Вначале дают остыть тому участку основного материала, где будет накладываться близко расположенный шов. Это снизит перегрев металла и пластические деформации. Конец продольного шва выводят на торец привариваемого элемента на длину 20 мм (рис. 47, д).

Рис. 47. Методы сварки металлоконструкций (цифры обозначают последовательность выполнения швов):

а – прокатные балки; б – сварные балки с совмещенным стыком; в – сварные балки со смещенным стыком; г – фермы; д – последовательность выполнения продольных швов; е – настил; ж – резервуар; з – газовая сварка труб левым способом; и – то же правым способом; к, л – газовая сварка неповоротных стыков; м, н – электродуговая сварка труб с поворотом на 180° (точками показано начало шва, стрелками – его окончание)

Листовые конструкции

Методы стыковых и нахлесточных соединений листовых материалов уже были рассмотрены довольно подробно. Но при изготовлении крупных конструкций, например металлических настилов, обшивок, цистерн и т. п., большое значение имеет порядок сваривания отдельных листов, имеющий целью снизить неизбежные деформации. Порядок выполнения швов при сварке таких элементов для плоских конструкций показан на рис. 47, е, а для цилиндрических – на рис. 47, ж.

Сварка трубопроводов на поворотных стыках

При газовой сварке трубопроводов на поворотных стыках трубы ∅ 14–48 мм с толщиной стенки до 3 мм сваривают левым способом (рис. 47, з), а трубы 57–159 мм с толщиной стенки более 3 мм – правым способом (рис. 47, и). При этом сварочная ванна должна располагаться ниже верхней точки трубы. В случае работы с неповоротными стыками сварку ведут встречными швами. При диаметре труб до 100 мм включительно таких швов два (рис. 47, к), на трубы толще 100 мм накладывают 4 шва (рис. 47, л). Сварку выполняют преимущественно правым способом. Во время сварки одного стыка не допускаются перерывы в работе. Присадочный пруток располагают более полого к изделию, а по окончании сварки пламя горелки отводят от расплавленного металла постепенно.

При электродуговой сварке трубопроводов стыки труб ∅ 219 мм и менее независимо от толщины стенки выполняет один сварщик. Стыки труб большей толщины сваривают одновременно два сварщика. При сварке толстых труб обязательна разделка шва, швы выполняются многопроходными. Корневой шов выполняют электродом ∅ 3 мм, а число слоев зависит от толщины стенки.

После каждого прохода обязательно зачищают поверхность предыдущего шва от шлака. Сварку ведут как можно более короткой дугой. Ширина шва должна перекрывать ширину разделки на 1,5–2 мм в каждую сторону. Облицовочный шов выполняют так, чтобы он имел плавное сопряжение с поверхностью трубы. В отличие от сварки газовой, при сварке дугой встречные швы выполняют так, чтобы сварка следующего шва велась на максимальном удалении от только что выполненного предыдущего (рис. 47, м – н).

Сварка трубопроводов на неповоротных стыках

Сварка неповоротного стыка привертикальном расположении трубы. Сварка трубы в данном положении приравнивается к сварке горизонтальных швов, но отличается тем, что при поступательном движении электрода необходимо постоянно изменять угол наклона электрода по отношению к шву вокруг периметра трубы. При этом можно использовать все приемы и рекомендации для сварки горизонтальных швов на вертикальной плоскости.

Сварка корневого валика на трубе (стык). Если требуется качественное формирование обратного валика без выборки и подварки, то сварка выполняется электродом ∅ 3 мм. Сварочный ток выбирается в зависимости от толщины основного металла, зазора между кромками и толщины притупления и лежит в минимальном или среднем диапазонах. Наклон электрода к вертикальной плоскости нижней трубы составляет 80–90° (рис. 48, а), а по отношению к направлению сварки должен выдерживаться в зависимости от проплавления обратной стороны корня шва. При сварке углом назад достигается максимальное проплавление; углом вперед – минимальное. Длину дуги необходимо выдерживать короткой при недостаточном проплавлении или средней при нормальном проплавлении.

Скорость сварки определяется по объему сварочной ванны. На рис. 48, б показаны дефекты в корне шва с обратной стороны при чрезмерной полноте валика. Чем больше полнота корневого валика, тем дольше в жидком состоянии находится металл шва и тем больше размеры дефектов. Скорость сварки необходимо подобрать такую, чтобы обе кромки хорошо сплавлялись, а валик был нормальным, не выпуклым. Если позволяет толщина металла и заложена выборка и подварка обратной стороны корня шва, рекомендуется применять электрод ∅ 4 миллиметра.

Рис. 48. Сварка неповоротного стыка при вертикальном расположении трубы

Второй корневой валик выполняют во всю ширину, проплавляя первый корневой валик и захватывая кромки обеих труб. Диаметр электрода зависит от ширины первого валика, который сварщик определяет путем промера торцом электрода. Торец электрода с покрытием должен касаться поверхности первого корневого валика. Сварочный ток в среднем диапазоне. Наклон электрода по отношению к вертикальной плоскости такой же, как при сварке корневого валика. Сварку производить углом назад. Скорость такая, чтобы валик был нормальным.

Заполнение разделки начинается с нижней кромки, которая является площадкой, что позволяет применить более производительные методы сварки.

Третий валик горизонтального шва (рис. 48, в – г) рекомендуется выполнять на повышенных режимах. Сварочный ток в среднем или максимальном диапазоне. Наклон электрода 70–80° к поверхности кромки нижней трубы. Сварку производят под прямым углом или углом назад, в зависимости от расположения шлака.

Скорость сварки надо выбрать такую, чтобы валик получился с выпуклостью («горбинкой»), как при сварке в нижнем положении, что создает полочку, которая и позволит следующий валик сваривать на повышенных режимах. Центром дуги (электрода) необходимо двигаться по нижнему краю второго корневого валика. Перед сваркой третьего валика необходимо, чтобы сварщик выбрал, каким должен быть по полноте третий валик, чтобы незаполненная разделка (между верхней кромкой разделки и выполненным швом) не получилась очень широкой для одного (четвертого валика) или очень узкой для двух валиков. Ширина от верхнего края третьего валика до верхней кромки должна остаться минимальной: в диаметр электрода с покрытием или чуть больше.

На рис. 48, в – г показан третий слой, выполненный в два валика (третий и четвертый). Сварка четвертого валика выполняется на этих же режимах, хотя валик является чисто горизонтальным. Поверхностная сила натяжения не дает стекать жидкому металлу вниз.

Наклон электрода при сварке четвертого валика составляет 80–90° к вертикальной поверхности нижней трубы. Основная масса шлака стекает в нижнюю часть шва, что позволяет производить сварку под прямым углом или под небольшим углом назад. Скорость сварки необходимо выбрать такую, чтобы сварочная ванна сплавляла верхнюю кромку разделки с вершиной третьего валика, проплавляя в центре второй валик.

Четвертый валик должен быть нормальным.

Последний слой при заполнении разделки выполняется как наплавка и описан выше в главе «Техника сварки и наплавки в нижнем положении».

Сварку в труднодоступных местах (например, на трубе со стороны стены) облегчит зеркало. Его нужно разместить так, чтобы было видно место шва. А если электрод изогнуть, то им можно достать до любого места на поверхности трубы.

Выполнение замков (начало и конец сварных валиков). Окончание сварки каждого валика необходимо производить после проплавления начала и захода на шов на расстоянии 20–30 мм. Каждый валик (слой) должен быть законченным по всему периметру без дополнительного перерыва. Каждый замок (начало каждого слоя) должен быть смещен один от другого не менее чем на 50 миллиметров.

При многопроходной и многослойной сварке труб больших толщин рекомендуется вести сварку по спирали, так как при этом уменьшается дефектность за счет сокращения количества замков (начало и конец сварки). На рис. 48, д показана сварка по спирали. При подходе к началу каждого валика рекомендуется произвести остановку сварки на расстоянии не менее 20 мм до начала валика, удалить шлак, при необходимости удалить поры, сточить высокое начало валика. Подойдя к началу валика, необходимо сделать задержку дуги, подплавляя начало. Зайти на валик и, не гася дуги, перевести электрод на верхний край предыдущего сварочного валика и продолжить изготовление уже второго валика и т. д., пока не закончится слой. Последний верхний валик каждого слоя необходимо выполнять после тщательной зачистки разделки от шлака, брызг и слоя нагара (выгоревших элементов).

Сварку лицевого слоя рекомендуется выполнять электродами того же диаметра, что и заполнение разделки, но не более ∅ 4 мм. Сварочный ток в среднем диапазоне. Обычная горизонтальная наплавка узкими валиками шириной в 1,5 диаметра электрода с покрытием (рис. 48, е). Последний верхний валик, для плавного перехода к основному металлу, выполнять на более высокой скорости, чтобы он получился узким и плоским.

Можно перейти на меньший диаметр электрода с соответствующим подбором сварочного тока.

Сварка неповоротногостыка при горизонтальном расположении трубы. Сварка этих швов является самой сложной по выполнению и требует особых навыков и высокого мастерства сварщика. При постоянном поступательном движении электрода необходимо постоянно изменять угол наклона электрода по отношению к поверхности периметра трубы (рис. 49, а – б). Периметр стыка условно делится вертикальной осевой линией на два участка. По положению сварного шва в пространстве каждый участок можно разбить на три положения:

● I – потолочное (позиции электрода с 1 по 3);

● II – вертикальное (позиции электрода с 3 по 8);

● III – нижнее (позиции электрода с 8 по 11).

При сварке труб диаметром более 150 мм и толщиной стенки более 6 мм рекомендуется величину сварочного тока подбирать для каждого положения согласно табл. 14. Сила сварочного тока при сварке в потолочном положении должна быть на 10 % выше, чем в вертикальном.

Сварка начинается с потолочного положения и заканчивается в нижнем.

При оптимальном подборе сварочного тока для каждого положения рекомендуется сварку производить непрерывно и только короткой дугой. Сварка любого участка начинается с другого участка за 10–20 мм от вертикальной осевой. Длина замка (20–40 мм) зависит от диаметра трубы. Чем больше диаметр, тем больше перехлест в замке, и наоборот. При начале сварки с потолочного положения сварку производят углом назад (рис. 49, а, 1–2), после перехода за осевую – углом вперед (3–7). При переходе за горизонтальную осевую электрод выравнивают до перпендикулярного положения (8). Сварку нижнего положения (верхняя часть трубы) выполняют углом назад (9–11). Заканчивать первую половинку шва надо в 10–15 мм за вертикальной осевой на другом участке.

Валик должен быть нормальным по всей длине шва, что достигается определенной скоростью поступательного движения электрода, манипулированием и задержкой на кромках, используя все методы и технику сварки потолочных, вертикальных и нижних швов.

Рис. 49. Сварка неповоротного стыка при горизонтальном расположении трубы:

а — работа на первом участке; б — работа на втором участке; в — сварка корневого валика; г — сварка лицевого слоя

Перед сваркой второй половины второго участка (рис. 49, б) следует зачистить начало сварки в потолочном положении и окончание в нижнем положении до плавного перехода к зазору или предыдущему валику. Сварку второго участка выполнить так же, как и первого.

Сварка корневого валика (рис. 49, в) выполняется электродом ∅ 3 мм. Величина сварочного тока в потолочном положении, в зависимости от толщины стенки, составляет 80–95 А. Выполнить корневой валик можно двумя вариантами.

1. При сварке труб малого диаметра, когда невозможна подварка обратной стороны корня шва, следует добиться качественного формирования обратного валика. Достичь проплавления, особенно в потолочном положении, можно путем постоянной подачи электрода в зазор. Добиваясь проплава внутрь трубы, можно получить шов с выпуклой поверхностью («горбатый» шов), что потребует последующей механической его зачистки в потолочном положении. При сварке вертикальной зоны сварочный ток рекомендуется уменьшить до 75–90 А. Здесь валик выполняют малого сечения, избегая чрезмерного проплавления внутрь трубы. При сварке верхней части трубы (нижнее положение) увеличение сварочного тока до 85–100 А производят в каждом конкретном случае, не допуская прожога или непровара.

После заварки второй половины трубы второй валик также выполняется электродом ∅ 3 мм, но на повышенном сварочном токе.

2. При сварке труб большого диаметра, где доступна подварка обратного корня шва, в целях производительности можно не обращать такого пристального внимания на формирование обратного валика. Рекомендуется корневой валик сформировать нормальным во всех положениях и с более полным сечением. Это позволит избежать зачистки по наружному шву и применить при сварке второго валика электрод ∅ 4 миллиметра.

При заполнении разделки необходимо применять все методы и технику сварки, описанные в предыдущих разделах. Сварку труб диаметром менее 150 мм рекомендуется выполнять электродом ∅ 3 миллиметра.

Заполнение разделки труб с толщиной стенки более 8 мм происходит неравномерно. Обычно отстает нижнее положение. Для выравнивания заполнения разделки необходимо проложить в каждом конкретном случае дополнительные слои в верхней части трубы. Предпоследний слой выполнить так, чтобы глубина незаполненной разделки была не более 2 миллиметров.

Сварка лицевого слоя (рис. 49, г), в зависимости от ширины разделки, выполняется за один или несколько проходов. Особое внимание следует обратить на поступательное движение электрода, задержку на кромках и шаг манипулирования.

Сварка труб диаметром менее 150 мм и толщиной стенок менее 6 мм, а также в сложных монтажных условиях при отдаленности источника питания от места сварки в основном выполняется при одной величине сварочного тока. Рекомендуется сварочный ток подбирать по потолочному положению, величина которого достаточна и для нижнего положения. Во избежание чрезмерного проплавления на подъеме с потолочного положения и в вертикальном положении сварку необходимо вести прерывистым способом. Дугу прерывать на одной из кромок. В зависимости от толщины стенки, зазора и притупления кромок рекомендуется выполнять прерывистую сварку «мазками» следующими способами.

1. Перегрев кромок не допускает длительной задержки электрода (рис. 50, а). Зажигание рекомендуется производить постоянно на одной из кромок, обрыв дуги (после соединения кромок металлом шва) – на другой кромке. Время между обрывом и новым зажиганием дуги должно быть таким, чтобы в месте начала зажигания дуги металл шва не успел полностью закристаллизоваться, а шлак – остыть. После обрыва дуги, описав как бы полукруг в обратном направлении, снова произвести зажигание чуть выше места предыдущего зажигания. Если проследить за торцом электрода, то получается манипулирование по спирали. Слева направо дуга горит, обрыв вправо и на себя, переход справа налево, дуга не горит, затем слева направо, одновременно приближая электрод к месту зажигания, и, пока шлак еще красный, происходит легкое возбуждение дуги и т. д.

2. Когда толщина металла позволяет, сделать два колебательных движения и более, затем прервать дугу и возобновить снова (рис. 50, б).

Рис. 50. Методы сварки тонких труб:

а – одиночными движениями; б – колебательными движениями; точка обозначает зажигание дуги, стрелка – обрыв дуги.

Не рекомендуется производить зажигание на месте, где только что был обрыв дуги, а также, не обрывая до конца дугу, уходить электродом вперед по разделке и затем возвращаться на валик. Такие методы приводят к большому перегреву и прожогу, к неровности валика по бокам, частому залипанию электрода во время нового зажигания.

Сварка неповоротного стыка (при расположениитрубы под 45°). Особенность сварки заключается в расположении шва в пространстве.

При сварке корня шва (рис. 51, а) первым выполняется узкий валик электродом ∅ 3 мм с потолочного положения. Сварочный ток – в диапазоне 80–95 А на все положения. Труба делится вертикальной осью на два участка, каждый участок – на три положения: I – потолочно-горизонтальное, II – вертикально-горизонтальное и III – нижнее. Замки выполняют так же, как описано выше. Наклон электрода при сварке потолочно-горизонтального положения следует выдерживать под 90° к обеим поверхностям трубы. Сварку начинать углом назад, дуга короткая. После прохода самой нижней части шва переходить на сварку углом вперед. При сварке вертикально-горизонтального положения (II) сварочную ванну поддерживать так, как при сварке вертикальных швов, только с постоянным смещением по горизонтали первого участка влево, второго участка вправо. Сварку производить углом вперед, как показано на рис. 49. Сварку положения III заканчивать, как нижнее положение, с наклоном электрода 90° относительно поверхности трубы.

Рекомендуются два варианта.

1. Второй валик (второй слой) выполняют в один проход электродом ∅ 3 мм на повышенном сварочном токе, проплавляя и соединяя нижнюю кромку (корневой валик) и верхнюю кромку. Скорость сварки меньше, чем при сварке корневого валика. Манипулирование электродом – поперечное, минимальное.

2. Второй слой выполняют электродом ∅ 3 мм следующим образом. Потолочную и нижнюю зоны выполняют в несколько проходов в зависимости от ширины разделки. Вертикальную зону выполняют в один проход. Первый валик (2) потолочного положения выполняют на нижнюю часть разделки, которая является как бы полочкой шириной 1–1,5 диаметра электрода с покрытием, как наплавка в потолочном или горизонтальном положении до положения, когда необходимо переходить на вертикальную сварку. Второй валик (3) начинают, отступив на 5–10 мм от начала первого валика, который является площадкой для второго. Техника сварки та же, что и для первого валика. Выйдя на горизонтальный уровень второго валика, начинают сварку по всей ширине разделки, проплавив кратер первого валика. В этом месте нежелательно делать остановку или замену электрода. Техника сварки – как для вертикальных швов, только с каждым шагом манипулирование электродом, помимо подъема, производят, смещая электрод по горизонтали, стараясь сохранить ширину слоя, набранную в потолочном положении двумя валиками. Таким способом сварку производят до нижнего положения, когда становится трудно управлять жидкой ванной по всей ширине. В этом случае необходимо перейти на сварку в несколько проходов – так же, как и в потолочном положении. Первый валик заканчивают за горизонтальной линией как можно дальше, но не допуская подтека и нависания на предыдущий шов другого участка. Последующий валик заканчивают чуть раньше (на 5–10 мм), чем первый. Каждый предыдущий валик является площадкой для последующего, это способствует нормальному управлению сварочным процессом.

В той же последовательности выполняют вторую половину стыкового соединения (второго участка), при необходимости предварительно зачистив, подрубив начало и окончание каждого прохода. Последующие слои (рис. 51, б) выполняют так же, не забывая оставлять в каждом слое незаполненную разделку на ширину электрода с покрытием между предпоследним валиком и верхней кромкой разделки в потолочной и нижней зоне. При сварке больших толщин вертикально-горизонтальная зона при большой ширине разделки выполняется тоже в несколько проходов.

Рис. 51. Сварка неповоротного стыка при 45° расположении трубы:

а – сварка корневого валика; б – заполнение шва; в – выполнение лицевого слоя

Рекомендуемый метод позволяет качественно и производительно (в связи с применением повышенной величины сварочного тока) выполнять стыковое соединение трубы, расположенной под углом 45°.

Лицевой слой выполняется с той же техникой сварки, что и заполнение разделки (рис. 51, в). Последний валик (7) выполняют электродом ∅ 3 мм, не допуская подреза в верхней части шва. Валики (1), (3), (4) и (6) являются как бы дополнительными для сохранения ширины шва в потолочном и нижнем положениях.

Приварка пластины к трубе вертикального положения

Эту работу следует производить углом назад. Первый валик должен быть по полноте нормальным с максимальным проплавом и минимальным по сечению (рис. 52).

Второй валик выполняют электродом ∅ 4 мм на сварочном токе в среднем или максимальном диапазоне в зависимости от толщины металла. Замок второго валика не должен совпадать с замком первого валика.

Рис. 52. Приварка пластины к трубе вертикального положения

В зависимости от заданного катета надо выбрать скорость продвижения электрода. Сварку производят без манипулирования, используя длину дуги (короткую или среднюю). Электродом ∅ 4 мм (марки УОНИИ, MP, АНО и др. со средним покрытием по толщине) равномерный катет на обе кромки в один проход можно выполнить максимум в 7–8 мм. Если требуется выполнить катет более 8 мм, необходимо произвести сварку в несколько проходов. Третий валик выполняют на основание, как в нижнем положении, добившись плавного начала валика. При подходе к началу валика сбивают шлак, а при крутом и высоком начале – производят механическую зачистку или подрубку. Остановка перед началом валика не должна быть менее 15 мм. Затем, переплавив начало третьего валика, надо, не обрывая дуги, подняться на третий валик и начать выполнять четвертый так, чтобы нижний край жидкой ванны соединялся с вершиной третьего валика и образовывал на наружной поверхности заданную форму шва (нормальный или вогнутый).

Техника сварки четвертого валика та же, что и третьего. При замене электрода вновь нужно подготовить площадку (обив от шлака) под сварку пятого валика. В зависимости от глубины и величины незаполненного катета между четвертым валиком и вертикальной стенкой трубы сварку выполняют в один или два валика. Последний – верхний валик (пятый или шестой) выполняют нормальным, без подреза на вертикальной стенке. Для этого необходимо, чтобы после предпоследнего валика (четвертого по рис. 52) оставалась минимальная площадка. Пятый валик выполняют почти как горизонтальный на сварочном токе в среднем диапазоне электродом ∅ 3–4 мм в зависимости от толщины металла, диаметра трубы и величины незаполненной разделки (незаполненного катета).

Приварка пластины к трубе горизонтального положения

Труба делится вертикальной осевой на два участка, а каждый участок – на три положения, или зоны (рис. 53):

● I – потолочное;

● II – вертикальное;

● III – нижнее.

Рис. 53. Приварка пластины к трубе горизонтального положения

Сварку каждого участка выполняют с потолочного положения. Первый корневой валик начинают с другого участка на расстоянии 10–20 мм от вертикальной осевой электродом ∅ 3 мм на максимальном токе короткой дугой углом назад. До вертикальной осевой сварку ведут на спуск, за вертикальной осевой – на подъем, сварку производят углом вперед до зоны III. Постепенно выравнивая угол наклона электрода до 90° по шву, переходят на сварку углом назад и заканчивают валик за вертикальной осевой на 10–20 миллиметров.

Корневой валик второго участка начинают с потолочного положения также с другого участка, за 10–20 мм за вертикальной осевой, и выполняют той же техникой, что и первый участок. Весь корневой валик – небольшого сечения, нормальной формы – надо выполнять на одном сварочном токе, добиваясь проплавления в угловом соединении.

Второй слой выполняют электродом ∅ 3–4 мм в зависимости от толщины металла, диаметра трубы и заданного катета, на сварочном токе среднего для электрода ∅ 4 мм или максимального для электрода ∅ 3 мм диапазона. Потолочное положение выполняют узкими валиками шириной 1–1,5 диаметра электрода с покрытием. Второй валик формируют на пластине и первом корневом валике до вертикального положения, когда на выбранном сварочном токе трудно сформировать узкий валик. Третий валик – между вершиной второго и трубой, с отступом от начала второго на 5–10 мм. Дойдя до окончания второго валика, переплавляют его кратер и выполняют вертикальное положение (зона II) одним валиком по всей ширине шва, сохраняя равномерное положение металла шва на обеих поверхностях.

Сварка по всей ширине вертикального положения позволяет выполнять валик на том же сварочном токе, что и в потолочном положении. Манипулирование электродом – как при вертикальной сварке, только со смещением влево на подъеме с потолочного положения до горизонтальной осевой и со смещением вправо за горизонтальной осевой при подходе к нижнему положению.

Такое манипулирование необходимо для того, чтобы поддерживать жидкую ванну в горизонтальном положении, что способствует формированию шва правильной формы.

Сварку в один проход производят до тех пор, пока не станет трудно сформировать по всей ширине (катету) валик на вертикальную и нижнюю поверхности. В этом случае, не обрывая дуги, переходят в два (три) валика, как и в потолочном положении. Но первый валик на трубе надо выполнить как угловой в нижнем положении и закончить его за вертикальной осевой на 10–20 мм другого участка, сохраняя размер (катет) валика на трубе.

Четвертый валик начинают ниже на 5 мм от места перехода с одного прохода на два и выполняют его, соединив вершину первого с пластиной, закончив в зените или на 5–10 мм (не более) за вертикальной осевой. Как правило, такой валик, во избежание зашлаковки и для сохранения формы и размера шва на вертикальной плоскости (пластине), приходится выполнять, манипулируя электродом как бы в вертикальном положении, только со смещением вправо и заходом вперед по первому валику, поддерживая жидкую ванну в горизонтальном положении. В зените нижнего положения (короткий участок на пластине) бывает сложно набрать вторым валиком заданный катет. После заварки второго участка по той же технике сварки продолжают дополнительный валик на пластину (пятый в нижнем положении), если необходимо набрать определенный катет шва.

Рекомендуется дополнительный, пятый, валик выполнить электродом ∅ 3 мм, подобрав сварочный ток как для горизонтального шва на вертикальной плоскости. Последующие и лицевые слои, если заложен большой катет, выполняют по рекомендуемой технике сварки второго слоя. Сварку всех видов валиков выполняют короткой дугой.

Приварка пластины к трубе вертикального положения в потолочном исполнении

Порядок выполнения валиков такой же, что в нижнем положении (рис. 54).

Первый (корневой) валик варят электродом ∅ 3 мм короткой дугой, под прямым углом или углом назад 70–90°; по отношению к поверхностям – под 45°. Сварочный ток в максимальном диапазоне.

Второй валик по возможности выполняют электродом ∅ 4 мм, как и первый, подобрав сварочный ток в среднем диапазоне.

Третий слой выполняют в несколько проходов, начиная первый (третий по рис. 54) на трубе и втором валике. Валик выполняют как горизонтальный, с полочкой. На расстоянии до начала валика не менее 10 мм необходимо остановить сварку, зачистить от шлака шов и продолжить сварку по спирали, как было описано выше. Используя полочку предыдущего валика, заполняя угол по заданному катету, производят сварку в виде наплавки, узкими валиками. Валики между первым в каждом слое и последним (шестым по рис. 54) выполняют под углом, как и корневой. Последний (шестой) – как потолочный нормальный без полочки.

Рис. 54. Приварка пластины к трубе вертикального положения в потолочном исполнении

Сварка на стройплощадке

Где же еще использовать сварочный аппарат, как не на стройплощадке! На самом деле, применение ему найдется в разных отраслях, и предложенные в данном разделе проекты – яркий тому пример. И все же обзор изготовления сварных конструкций мы начнем именно с тех работ, с которыми сварщику приходится сталкиваться чаще всего.

Оконная решетка

В качестве тренировки попробуем что-нибудь совсем простое. Например, решетку на окно садового домика или городской квартиры. Обычно она имеет прямоугольную форму с размерами 1045 × 1010 мм и изготовлена из арматурного прута. Но размеры вы выбираете, разумеется, исходя из параметров конкретного строения.

Шаг первый: размечаем и нарезаемзаготовки. Решетка может закрывать полностью оконный проем, тогда она крепится к внешней плоскости стены и имеет несколько больший размер, чем у проема. Но чаще ее делают такой, чтобы она помещалась внутрь проема, прилегая к оконной раме или находясь от нее на небольшом расстоянии. В таком случае она и крепится в оконном проеме, и имеет соответствующий ему размер.

Исходя из этого, размечаем арматурные прутья и нарезаем заготовки с помощью болгарки или обычной ножовки по металлу. Не спешите резать сразу все – подготовьте только 4 прута для внешней рамки. Может быть, когда вы закончите ее изготовление, у вас появятся новые идеи насчет того, какой именно решеткой ее заполнить.

Шаг второй: варим рамку. Разложите заготовки на земле и выровняйте их по угольнику. Желательно зафиксировать их положение, например, струбцинами, оставив не скрепленным только один узел, с которого будете начинать работу (рис. 55, а). Не спешите сразу варить: сделайте несколько швов на ненужном обрезке прута. «Пощупайте» этот конкретный металл электродом, почувствуйте, какой длины для него необходимо держать дугу.

Рис. 55. Простая сварная решетка:

а – прихватывание первого узла; б – обивка шлака и контроль прямоугольности; в – обваривание рамы; г – монтаж кронштейнов крепления решетки; д – ж – разные формы рисунка оконных решеток

Перед тем как сваривать изделие, необходимо прихватить его основные части. Переходим к первому узлу решетки и стыкуем один прут с другим. Не задерживайте дугу: просто поставьте крепкую каплю сварки. Сбейте молоточком шлак (рис. 55, б). Если после этого конструкция держится, можете смело прихватывать следующий прут. Оббейте шлак и переходите к следующему.

В результате получилась прямоугольная рамка. Теперь возьмите угольник и проверьте ровность конструкции. Полезно также замерить диагонали рамки – если они равны, то конструкция получилась действительно прямоугольной. Если же ее перекосило, подогните. Не бойтесь сломать рамку – даже одна капля сварки выдерживает нагрузку в 300 кг. А если и сломали, значит, плохо сварили, надо переделать. Проверьте снова, и если углы ровные, окончательно обварите прутья в узлах (рис. 55, в).

Шаг третий: развариваем решетку. Итак, получилась прочная прямоугольная рама. Теперь нужно разметить места, где будут прутья решетки. Они могут быть как ровными, так и фигурными (рис. 55, д – ж). Самая простая фигура – это дуга. Выгнуть прутья дугой несложно, особенно, если сделать шаблон. Можно гнуть пруты, зафиксировав один конец, вокруг пня или толстого ствола дерева. Главное, чтобы все заготовки получились одинаковыми.

Разметив сетку на раме с помощью мела, начинайте заполнять раму. Не приваривайте все прутья сразу. Прихватите один, сбейте шлак и только потом приваривайте. Так же со следующим. Вначале наварите все прутья одного направления, затем приступайте к заполнению в другом направлении, и уже после этого прихватите пересечения прутьев во внутренних узлах.

Шаг четвертый: привариваем кронштейны. Для закрепления к плоскости стены здания к решетке необходимо приварить кронштейны в виде стальных пластин с отверстиями для болтов (рис. 55, г, I). Если же решетка крепится в проеме, есть разные варианты ее закрепления.

В любом случае в проеме высверливают или выбивают отверстия, в которые вставляют отрезки тех же арматурных прутьев или аналогичный стальной крепеж. Далее можно приварить их просто к решетке (рис. 55, г, II), а можно – к кронштейнам. Как правило, последний вариант крепления смотрится более аккуратно. В таком случае отверстия в последних не нужны, а длина их должна быть достаточной (не менее 10 мм), чтобы приварить к ним закрепленный в стене крепеж, который будет прочно удерживать решетку (рис. 55, г, III).

В завершение работ отбейте с кронштейнов шлак и подождите, пока сварные швы остынут. После этого решетку можно покрасить.

Монтаж заземления

Заземляющим устройством называется конструкция из электропроводящих материалов, служащая для отвода электрического тока в землю. Ее основными конструктивными элементами являются заземлители и заземляющие проводники. При этом заземлителем называется проводник или совокупность металлических соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей. Заземляющим проводником называется проводник, соединяющий заземляемые части электрооборудования с заземлителем.

Заземлитель закапывают таким образом, чтобы он достигал влажных слоев почвы и находился на расстоянии не менее 5 м от дорожек или крыльца. Его обносят оградой не менее 4 м в радиусе для защиты людей от шагового напряжения, возникающего в момент отвода молнии в землю. Заземление надо выполнять на основании измерений удельного сопротивления грунта, на котором стоит дом, и соответствующих расчетов для определения количества и поперечного сечения электродов, глубины их залегания в грунт. При этом разброс в значениях удельного сопротивления почвы весьма значителен – от 150–200 Ом (смешанный грунт) до 3000 Ом (скальные грунты). Нужно помнить, что в летнее время верхний слой земли часто пересыхает, что увеличивает сопротивление заземлителя.

При устройстве заземления необходимо, чтобы защищенное помещение имело контур заземления, не выходящий за пределы этого помещения. Контур заземления должен быть замкнутым, т. е. охватывающим все помещение. В качестве контура заземления не рекомендуется использовать элементы отопления, металлические конструкции здания.

Если уровень подпочвенных вод низкий, грунт сухой, то конструкция заземлителя может представлять собой один, два или три металлических стержня длиной 2–3 м или трубы (лучше всего оцинкованные) такой же длины[28]. Стержни вбивают вертикально в землю и на глубине не менее 1,5 м с помощью сварки соединяют перемычкой, имеющей сечение 50–100 мм^2. К середине перемычки приваривают токоотвод (рис. 56). Сопротивление всей конструкции от потребителя до заземления не должно превышать 10 Ом.

Рис. 56. Монтаж заземления:

а – с одним заземлителем; б – с тремя заземлителями: 1 – грунт; 2 – траншея; 3 – заземляющий проводник; 4 – заземлители; 5 – перемычка

При высоте грунтовых вод менее 1,5 м, а также на торфяниках делают горизонтальные заземлители – на глубину не менее 0,8 м укладывают металлические трубы, уголки, полосовую сталь и пр.

Заземлителем может быть и сам токоотвод, уложенный на глубину не менее 1 м. Чем больше его длина в земле, тем надежнее будет работать молниезащита.

Соединения заземляющей проводки должны обеспечивать надежный контакт. Эти присоединения, а также соединения стальных проводников в земле необходимо осуществлять сваркой внахлестку. Длина нахлестки принимается равной двойной ширине при прямоугольном сечении и 6-кратному диаметру при круглом.

Болтовые соединения следует допускать лишь как исключение в местах, где при монтаже отсутствует электроэнергия, а также при присоединениях хомутами к трубопроводам.

Сварка монтажных соединений сборных железобетонных элементов

Примеры монтажных сборных сварных соединений железобетонных элементов приведены на рис. 57, а. В основном при выполнении сварочных работ на открытом воздухе используют ручную дуговую сварку покрытыми электродами. При выполнении стыковых соединений стержней при монтаже, а также при изготовлении каркасов монолитного железобетона применяют преимущественно ванную сварку. При этом между торцами свариваемых стержней ванна расплавленного металла сохраняет жидкое состояние на протяжении всей сварочной операции. Сварку можно выполнять при горизонтальном и вертикальном положениях стержней, расположенных под любым углом друг к другу. На рис. 57, б приведены примеры подготовки соединений для ванной сварки с остающимися стальными формами.

При сварке встык (рис. 57, б, I), под углом (рис. 57, б, II, III) и с пересечением стержней, расположенных в горизонтальной плоскости (рис. 57, б, IV), разделку торцов не проводят. Сварку, как правило, выполняют ручной дуговой сваркой покрытыми металлическими электродами.

Вертикальные стыки обычно выполняют также ручной дуговой сваркой с применением чашеобразных стальных форм. Торец верхнего стержня обязательно имеет скос (рис. 57, б, V). Сборка под сварку пересекающихся стержней показана на рис. 57, б [VI], [VII].

Для стыков горизонтальных стержней применяют формы с разъемом как в горизонтальной (рис. 57, в, I, III), так и в вертикальной (рис. 57, в, II, IV) плоскости. Закрепляют их на стержнях накидной скобой, шарнирно соединенной с одной из половин.

Для стыков вертикальных стержней используют формы из двух половин с разъемом в вертикальной плоскости (рис. 57, г).

Рис. 57. Cварка монтажных соединений сборных железобетонных элементов:

а – монтажные сварные соединения; б – сварные соединения арматуры, выполненные ванным способом; в – инвентарные медные формы для сварки стыковых соединений вертикальных стержней диаметром 20–36 мм; г – инвентарные составные медные формы с канавками для сварки стыковых соединений горизонтальных стержней

Соединение труб с трубной решеткой при ремонте водогрейного котла

Сварка соединений труб с трубной решеткой является весьма ответственной операцией. Приемы конструирования и выполнения сварных соединений «труба – трубная решетка» имеют целью:

● вывести зону сварного соединения из жесткого контура трубной доски (рис. 58, а, в, д, е);

● расположить сварное соединение ближе к середине толщины трубной решетки, где напряжения изгиба минимальны (рис. 58, г);

● сопроводить сварку технологическими приемами, снимающими остаточные напряжения, например развальцовкой соединения перед сваркой и после нее (рис. 58, б).

Иногда используют более простые виды соединений. В этих случаях, чтобы применить угловые швы, торцы труб располагают в плоскости зеркала решетки или с небольшими отклонениями от этой плоскости.

В зависимости от толщины трубы могут быть рекомендованы варианты соединений, показанные на рис. 58, ж.

Рис. 58. Варианты соединения труб с трубными решетками

Строительная техника

Какое бы строительство вы ни задумали, при капитальных работах без бетономешалки не обойтись. Пожалуй, самая тяжелая работа на стройке – это ручной замес раствора для кладки и особенно бетона, в который приходится добавлять довольно много щебня. Скорость возведения стен и отливки бетонных элементов конструкции определяется скоростью ручного замеса.

Конечно, сейчас несложно найти в продаже любую технику. Но при известных навыках можно соорудить весьма эффективную небольшую бетономешалку или даже подъемный кран, которые прослужат вам много лет. И будьте уверены: когда вы завершите строительные работы на своем подворье, многие соседи захотят взять вашу технику в аренду!

Дачная бетономешалка

Общий вид и сборочный чертеж дачной бетономешалки представлены на рис. 59. Основным узлом бетономешалки является барабан (рис. 60), который консольно располагается над каркасом (рис. 62) и опирается на два ролика (рис. 61). К каркасу крепят два колеса и рычаг (см. рис. 59). Рычаг предназначен для транспортировки бетономешалки и выгрузки готового раствора.

Крутящий момент на барабан передается от электродвигателя мощностью 0,55 кВт через стандартный червячный редуктор Р4У-40–20 с помощью силы трения между барабаном и шиной ролика. Ролик и шина изображены на рис. 63. Работает бетономешалка следующим образом.

Перемешиваемые компоненты помещают в нужной пропорции в барабан и включают электродвигатель. После перемешивания с помощью транспортного рычага барабан наклоняют и готовый раствор выливается в подставленную тару.

Использование бетономешалки позволяет механизировать процесс приготовления раствора и изготавливать его порционно, что очень удобно при индивидуальном строительстве.

Легкая бетономешалка

При конструировании данной бетономешалки (рис. 64) ставилась задача сделать ее не слишком большой и тяжелой, но в то же время достаточно производительной. Перевозить ее можно на прицепе легкового автомобиля, а на стройплощадке вдвоем ее нетрудно перенести и установить в любом удобном месте. Производительность – около 100 л (семь ведер по 15 л) готового бетона за один замес. Работает от сети 220 В и потребляет всего 200 Вт.

Несущую раму сваривают из прямоугольных и круглых труб, а поворотную платформу для бадьи – из стальных уголков. Бадья также сварная, из тонкостенных труб вентиляционных воздуховодов. Чтобы облегчить транспортировку бетономешалки к месту работы, бадью лучше сделать легкосъемной. В центре ее плоского днища нужно приварить фланец с втулкой, которая на шлицах просто насаживается на вылет вала редуктора.

Рис. 59. Бетономешалка дачная:

1 – барабан; 2 – ролик; 3 – вилка; 4 – каркас; 5 – стойка; 6 – ручка; 7 – рычаг; 8 – кронштейн; 9 – корпус; 10 – крышка; 11 – втулка; 12 – прокладка; 13 – втулка; 14 – кольцо; 15 – колесо; 16 – втулка; 17 – ролик; 18 – шина; 19 – шайба; 20–30 – болты крепежные; 31–37 – гайки крепежные; 38–49 – шайбы; 50 – опора; 51 – подшипник № 11205; 52 – редуктор Р4У-40–20–3–1–1; 53 – муфта; 54 – электродвигатель 4АМАЕ71В4

Рис. 60. Барабан:

1 – ось; 2 – диск; 3 – конус; 4 – цилиндр; 5 – лопасть; 6 – обечайка; 7 – конус; 8 – кольцо

Рис. 61. Ролик:

1 — корпус; 2 — ролик; 3 — ось; 4 — крышки; 5 — втулки; 6 — гайки; 7 — шайба; 8 — шплинт; 9 — винты; 10 — подшипник № 80201

Рис. 62. Каркас:

1–9, 12, 16–19 – уголки 32 × 32; 10 – бобышка; 11–13 – ребра; 14, 15 – плиты

Для привода бадьи можно применить готовый червячный редуктор типа 2Ч-63. Передача от электродвигателя к редуктору – клиноременная. Ремень и оба шкива – от стиральной машины «Сибирь». Скорость вращения выходного вала редуктора и бадьи – около 20 об/мин. Асинхронный трехфазный электродвигатель мощностью 200 Вт подключают к однофазной сети с помощью фазосдвигающего и пускового конденсаторов.

Рис. 63. Ролик и шина к нему

Рис. 64. Бетономешалка:

1 – редуктор механизма поворота бадьи; 2 – рама; 3 – электродвигатель; 4 – редуктор; 5 – бадья; 6 – поворотная платформа: I – рабочее положение; II – загрузка; III – выгрузка

Двигатель и редуктор привода установлены на болтах снизу поворотной платформы, которая служит для опрокидывания бадьи при выгрузке готового бетона. В механизме поворота платформы удобно использовать червячный редуктор для разведения тормозных колодок автомобиля КАМАЗ или аналогичный. Это позволит зафиксировать положение бадьи под любым углом наклона, необходимым для перемешивания, загрузки песка, цемента и гравия или выгрузки готового бетона.

Подъемный кран

Тот, кто сам строил жилой дом, дачу или садовый домик, знает, как трудно и сложно монтировать фундамент, стены, перекрытия и другие тяжелые элементы конструкции. Чтобы передвинуть блоки фундамента на несколько метров в сторону строительной площадки и опустить их в траншею, требуется усилие многих рабочих рук. А ведь можно при выполнении этих работ обойтись одним транспортабельным подъемным устройством.

Такой легкий строительный кран (рис. 65) предназначен для использования при ремонте жилых домов в сельской местности и при строительстве домика на садовом участке. С его помощью можно переносить груз на расстояние до 3 м, поднимать на высоту до 2 м и опускать на глубину 2,5 м. Механизм следует рассчитывать на монтаж конструкций весом до 300 килограммов.

Кран состоит из горизонтальной балки – стрелы (по ней движется крановая тележка) и вертикальных опорных стоек, выполненных из стальных труб, к которым прикреплены горизонтальные балки. Кран разборный, что позволяет передвигать его с места на место.

Рис. 65. Легкий строительный кран:

а – конструкция; б – схема механизма подъема и перемещения груза; 1 – блок; 2 – стрела крана; 3 – крановая тележка; 4 – телескопическая стойка; 5 – спаренные уголки; 6 – блоки основания стрелы; 7 – двутавровая балка; 8 – подкосы; 9 – лебедка перемещения крановой тележки; 10 – грузовая рама; 11 – лебедка подъемного механизма; 12 – электрический привод лебедки; 13 – уголок стойки; 14 – шпильки фиксации телескопической стойки; 15 – болты М16; 16 – подъемный крюк в сборке с блоком; 17 – блок конца стрелы; 18 – шпилька крепления троса на крановой тележке; 19 – блоки основания стрелы механизма перемещения крановой тележки; 20 – трос, перемещающий крановую тележку; 21 – барабан; 22 – лебедка подъемного механизма; 23 – блок основания стрелы подъемного механизма; 24 – блоки крановой тележки; 25 – блок крюка; 26 – узел закрепления подъемного троса

Стойки выполнены из труб ∅ 140 мм. Высоту их можно увеличивать до 3 м с помощью телескопических входящих труб. Последние фиксируются в направляющих трубах шпильками. Чтобы стойки не проваливались в грунт, к основанию приварены уголки. К верхней части опор приварена горизонтальная балка – два соединенных вместе уголка 100 × 65 × 10 мм. К ней снизу крепится на четырех болтах горизонтальная направляющая – двутавровая балка № 20, имеющая размеры 200 × 100 × 5,2 мм, длиной 3000 мм, по которой движется крановая тележка.

Вторая пара опор для направляющей состоит из двух вертикальных труб, соединенных сверху и снизу. Для большей устойчивости к ним приварены две наклонные опоры, связывающие, в свою очередь, стойки с прямоугольной рамой. Последняя препятствует опрокидыванию крана, так как служит основанием для укладывания противовеса – мешков с песком или бетонных блоков.

Важная особенность консольного крана – его управление. Вся система тросов и блоков подъемного устройства приводится в действие электродвигателем. Но тележку перемещают ручной лебедкой с помощью троса. Один конец его закрепляется на тележке, затем через блок трос подходит к барабану, делает пять витков и, вновь пропущенный через блоки у основания и у конца стрелы, закрепляется на крановой тележке.

Крюк поднимается тросом, закрепленным одним концом на лебедке и проходящим последовательно блоки основания, стрелы и крановой тележки; затем трос опускается вниз, образует петлю, на которую подвешен блок с крюком, и через блок крановой тележки закрепляется на конце стрелы.

Подобная конструкция подъемного устройства может быть смонтирована без опорных стоек в гараже. С помощью такого тельфера удобно вынимать двигатель автомобиля.

Для подъемного устройства привод можно осуществлять и обычной ручной лебедкой, что обеспечит крану полную автономию. В любом случае груз можно поднять или опустить ниже нулевой отметки (в котлован или траншею).

Перед тем как приступать к работе, следует тщательно проверить прочность узлов и опор. Стоять под стрелой не разрешается – это основное правило техники безопасности на любой стройке.

Сварка металлических лестниц

Металлические лестницы пользуются заслуженной популярностью, во многом превосходя деревянные конструкции. Они не гниют под дождем и снегом, не рассыхаются со временем, не подвержены истиранию, выдерживают значительные нагрузки и не скрипят.

Впрочем, есть у таких лестниц и недостатки: они подвержены коррозии и, с точки зрения эстетики дизайна, формируют во внутреннем пространстве холодную и несколько недружелюбную атмосферу. Существенным недостатком металлических ступеней является шум, издаваемый при ходьбе; кроме того, такие ступени могут быть скользкими.

К тому же для изготовления красивой и удобной лестницы из металла, которая удачно впишется в интерьер жилого помещения, кроме высококачественного материала, потребуется высокое мастерство и профессионализм исполнителя. Поэтому чаще всего железные лестницы расположены в хозяйственных помещениях, гаражах, подвалах или снаружи дома. Внешний вид лестниц, находящихся не на виду, может быть менее презентабельным, и выполнение такой работы вполне под силу менее квалифицированному сварщику.

В любом случае изготовление металлической лестницы – трудоемкий и ответственный процесс. Независимо от сложности выбранной конструкции необходимо обеспечить безопасность, надежность конструкции и уделить повышенное внимание сварочным швам, стыкам и углам.

Металлические косоуры крепят к закладным элементам с помощью анкерных болтов, а снаружи места расположения последних маскируют декоративными заглушками. Для изготовления косоуров или тетив лучше всего подходит швеллер или двутавр, но можно также применять уголковую сталь, прямоугольный или другие металлические профили (рис. 66). Косоуры и закладные элементы лестниц устанавливают на финальной стадии строительства, перед началом отделочных работ. Остальные элементы (ступени, балясины и т. д.) устанавливают уже после завершения отделки.

Рис. 66. Профили для изготовления косоуров и тетив:

а – тетива пилообразной формы; б – тетивы из металлического листа; в – тетивы коробчатого сечения; г – тетивы из швеллеров; д – косоуры коробчатого сечения; е – косоуры из Т-образных двутавров; ж – один косоур без кронштейнов; з – один косоур с кронштейнами

Ступени должны быть надежными, удобными, со специальной защитой от скольжения и гармоничным внешним видом. Поверхность металлической ступени обязательно должна быть ребристой или покрытой материалом, противодействующим скольжению, например резиной. Категорически не рекомендуется применять для изготовления ступеней гладкую листовую сталь – в зимнее время она покроется льдом, а летом даже обычная вода сделает их скользкими. Идеальный вариант для уличной лестницы – колосниковые проступи из арматуры, которая монтируется с небольшим зазором (5–7 мм). На таких ступенях плохо задерживается снег, а образовавшуюся наледь легко убрать. Можно использовать рифленую листовую сталь и гладкую сталь с прорезями. В крайнем случае на гладкую металлическую поверхность ступеней нужно наварить рубцы или прорезать в ней бороздки. Типовые схемы ступеней металлической лестницы показаны на рис. 67.

Помимо проступей, нужно обезопасить все элементы конструкции. Все острые углы желательно зашлифовать или скруглить, на поручнях устранить различные зазубрины и заусенцы, которые могут нанести повреждения.

Особое внимание надо уделить крепости сварных швов. Разрушение хоть одного элемента конструкции может быть опасно для здоровья и даже жизни. Для работы лучше выбрать электродуговую сварку как самую надежную.

Рис. 67. Схемы типов ступеней металлической лестницы:

а – Z-образный профиль; б – C– и U-образный профиль; в – ступени из комбинированной фасонной стали (уголка); г – профильная сталь с ребристой или рифленой площадкой; д – колосниковые ступени (профильная сталь, полосовая сталь, сталь круглого сечения)

Простая приставная лестница

Простейшей конструкцией будет, пожалуй, переносная приставная лестница из труб. Ее можно использовать для того, чтобы взобраться на крышу, чердак или дерево, спуститься в погреб или колодец. Такие лестницы устанавливают с уклоном 65–80° и более. Согласно правилам техники безопасности, тетивы приставных лестниц и стремянок для обеспечения устойчивости должны расходиться книзу. Ширина вверху должна быть не менее 300 мм, внизу – не менее 400 мм. Расстояние между ступеньками лестниц и стремянок должно составлять от 250 до 350 мм, а расстояние от первой ступеньки до уровня поверхности установки (пола, земли и т. п.) – не более 400 миллиметров.

Общая длина одноколенной приставной лестницы не должна превышать 5 м. Однако сразу стоит оговорить, что делать лестницы такой длины из черного металла не стоит – изготовленные из обычных водопроводных труб, они будут прогибаться (особенно если ваш вес выше среднего). В противном случае вес длинной железной лестницы вряд ли позволит с легкостью ее перемещать по участку. Зато небольшая лестница (не длиннее 3 м) хорошо послужит при работах на подворье, а ее создание станет неплохой практикой сварочных работ.

Чтобы сварить приставную лестницу, понадобится стальная газо– или водопроводная труба диаметром не менее ¾˝ либо стальная квадратная труба сечением не менее 20 × 20 мм. Определить погонаж трубы вам придется самостоятельно. Для лестницы нужно две тетивы, длина которых определяет не только высоту лестницы, но и количество ступенек, а следовательно – и общую длину трубы, из которой предстоит эти ступеньки нарезать. Не забудьте, что для узкой лестницы ширина ступеней будет уменьшаться с высотой. Впрочем, при небольшой длине иногда можно обойтись и без сужения кверху.

В качестве примера рассмотрим приставную лестницу длиной 2 м из стальной квадратной трубы 20 × 20 × 1,2 мм (рис. 68).

Рис. 68. Простая приставная лестница из металла

Для снижения массы шаг ступеней выбран с небольшим превышением максимально допустимых параметров. Общая длина материала составит 6 м, при этом вес всей лестницы будет равен 4,5 кг. Для устойчивости лестницу можно снабдить опорной площадкой из доски, обработанной составом против гниения. В этом случае к нижним концам тетив следует приварить пятаки с отверстиями под саморезы, которыми будет прикручена опора. Верхними трубами-крючками лестницу можно подвесить на стену или забор высотой до 1,5 м, чтобы опора не соскользнула под весом человека. Следует отметить, что даже при такой небольшой длине лестница под весом человека среднего роста будет чуть прогибаться, но вместе с тем она достаточно надежна. Если же понадобится лестница длиной до 3 м, вертикальные стойки нужно делать из трубы сечением минимум 30 × 30 × 1,5 мм, а расстояние между ступенями уменьшить до рекомендованных выше (для ступеней можно использовать трубу меньшего сечения – 30 × 20 мм). Разумеется, вес лестницы при этом возрастет. И даже при высоте в 2 м, если вас не обеспокоят лишние пара килограммов, стоит сделать не 4, а 6 ступеней, расположив нижнюю на расстоянии 400 мм от земли, а для остальных сделав интервал 300 миллиметров.

Марш цельнометаллической лестницы

Для изготовления одного марша входной или междуэтажной лестницы можно воспользоваться простой цельнометаллической конструкцией. Ее тетивы выполнены из швеллера № 8–14, установленного на ребро. Выбор швеллера зависит от длины марша, материала, из которого будут изготовлены ступени, и предполагаемых нагрузок на лестницу. Вместо швеллера можно использовать и другой профиль черного металла, лучше всего – трубу прямоугольного сечения. Нижние концы тетив приваривают к анкерам, зацементированным в фундамент лестницы (в случае, если конструкция устанавливается на улице или в подвале), к силовому каркасу лестничной площадки (для второго марша Г– или П-образной лестницы) или к опоре из стального уголка, которая будет прикреплена к балкам перекрытия (для первого марша междуэтажной лестницы). Верхние концы тетив могут быть приварены к силовому каркасу лестничной площадки (рис. 69, а). Для верхнего марша лестницы к верхним концам тетив приваривают опору в виде швеллера, уголка или другого профиля, которая будет крепиться в проем перекрытия (рис. 69, б).

Ступени лестницы могут быть изготовлены любым вышеприведенным способом. Приваривать их к швеллерам-тетивам следует после установки и фиксации последних в рабочем положении, контролируя горизонтальность ступеней с помощью уровня. Однако чтобы варить с нижним положением сварного шва, последний придется вести снаружи, на лицевой поверхности лестницы (поз. 2 на рис. 69, а). Для спуска в погреб это, может быть, и не критично, но вид лестницы, установленной в помещении, все-таки портит. В случае же установки декоративных накладок или деревянных проступей такой шов будет выступать над плоскостью металлической ступени и не даст ровно установить накладку. Если же делать шов, не видимый снаружи, он получится потолочным (рис. 69, 2*), что весьма неудобно для малоопытного сварщика. В таком случае имеет смысл развернуть тетивы так, чтобы и угол наклона лестницы сохранился, и «изнанка» оказалась сверху. Тогда шов в нижнем положении как раз и окажется под ступенью, что даст возможность обеспечить надежное и не бросающееся в глаза соединение.

Рис. 69. Марш цельнометаллической лестницы:

а – общий вид с креплением к лестничной площадке; б – крепление к перекрытию; в – варианты крепления ступеней; 1 – лестничная площадка; 2 – металлические ступени; 3 – тетива; 4 – стойка ограждения; 5 – нижняя опора; 6 – анкерные крепления; 7 – верхняя опора; 8 – косынки; 9 – гнутая опора из полосы; 10 – деревянная проступь; 11 – болты или шпильки крепления проступи

Эту же лестницу можно выполнить и по другой схеме – не с тетивами, а с косоурами, в качестве которых будут использованы те же швеллеры. В этом случае к ним необходимо приварить косынки из листовой стали толщиной 4–5 мм с кронштейнами для крепления ступеней, которые могут быть как стальными (в этом случае кронштейны не нужны, ступени крепятся к косынкам сваркой), так и деревянными (в этом случае они крепятся к кронштейнам болтами). Варианты такого крепления представлены на рис. 69, в. Вместо сплошных косынок можно выгнуть опоры для ступеней из полосовой стали 25 × 5 мм (рис. 69, в, 9).

Перильное ограждение проще всего сделать из уголка с шириной полки 45 мм, а стойки для него выполнить из арматурного прута ∅ 16 мм или квадрата 20 × 20 миллиметров.

Комбинированная лестница на одном косоуре

Из предыдущего примера понятно, что, кроме цельнометаллических, могут быть и комбинированные лестницы: их каркас сварен из металла, а сверху обшит деревом – полностью или частично. Такая конструкция достаточно легкая и прочная. Под нее не нужно специальное основание, но она способна выдерживать большие нагрузки. Единственное слабое место – деревянная обшивка; зато при необходимости ее можно легко заменить новой.

Вот один из простейших вариантов такой конструкции. Особенность данной лестницы в том, что деревянные проступи укреплены на одном косоуре (рис. 70, а – г).

Рис. 70. Простая металлическая лестница на косоуре:

а – вид спереди; б – вид сбоку; в – каркас; г – общий вид; д – каркас с двумя косоурами; 1 – нижняя опора; 2 – косоур; 3 – основа для деревянных ступеней; 4 – косынки-подкосы; 5 – верхняя опора; 6 – деревянная проступь

Для изготовления такой лестницы понадобятся следующие заготовки:

● прямоугольная труба 70 × 50 × 5 длиной 1600 мм – 1 шт.;

● прямоугольная труба 70 × 50 × 5 длиной 570 мм – 2 шт.;

● прямоугольная труба 40 × 25 × 3 длиной 570 мм – 14 шт.;

● косынки из листового металла толщиной 4–5 мм – 14 шт.;

● деревянные ступени 50 × 250 × 890;

● крепеж ступеней (саморезы по металлу).

Сварить такой каркас несложно. После подготовки и разметки всех деталей к косоуру с обеих сторон приваривают подкосы для основы ступеней, выполненные в виде косынок. Затем к горизонтальным ребрам косынок приваривают короткие трубы, к которым будут крепиться деревянные ступени.

Верхний и нижний упоры приваривают к косоуру в зависимости от условий монтажа лестницы – либо до приваривания косынок, либо в конце сварочных работ. Швы после сварки обрабатывают абразивным кругом, стараясь максимально сгладить все неровности. Затем каркас нужно загрунтовать и вскрыть лаком или краской, чтобы избежать коррозии металла.

Деревянные ступени крепят саморезами по металлу. Отверстия в дереве под крепеж можно закрыть цилиндрическими деревянными пробками. В завершение работ поверхность ступеней шлифуют и покрывают лаком.

Эту же конструкцию можно слегка модернизировать и выполнить с двумя косоурами. Такая лестница получится более надежной, а добавить понадобится только еще одну трубу 70 × 50 × 5 длиной 1600 мм (рис. 70, д).

Комбинированная междуэтажная лестница

Выгодным решением для благоустройства загородных апартаментов является каркас междуэтажной лестницы из прямоугольных металлических труб с наварными косоурами. Самая простая и в то же время наиболее распространенная и компактная форма лестницы – прямая двухмаршевая с одной переходной площадкой (рис. 71). При правильном подборе материалов конструкция будет нести значительные нагрузки без дополнительного крепления.

С учетом того, что для постройки понадобится большое количество однотипных заготовок, за ширину ступени можно принять 300 мм, а за высоту подступенка – 150 мм. В случае крайней необходимости можно слегка изменить эти параметры: ширина ступени 280–300 мм, высота 140–160 миллиметров.

Прежде всего нужно выкопать котлован в том месте, куда будет опираться первый лестничный марш. Его глубина около 800 мм, длина – 400 мм, а ширина – немного больше ширины самого лестничного марша. Заливаем бетон, не доходя до верха котлована 150 мм. Сверху укладываем заранее сваренную сетку из арматуры с двумя торчащими из нее анкерами ∅ 12–14 мм и длиной 250 мм. Затем полностью заливаем котлован бетоном. Таким образом, получился пеньковый фундамент с двумя анкерами, к которым и будет приварен лестничный марш.

Рис. 71. Двухмаршевая прямая лестница:

а – вид сверху; б – вид спереди; в – изготовление каркаса ступеней; 1 – фундамент; 2 – анкеры крепления конструкции; 3 – косоур; 4 – каркас ступени; 5 – промежуточная лестничная площадка; 6 – верхняя опора; 7 – перекрытие второго этажа; 8 – уровень чистого пола; 9 – проступь; 10 – горизонтальное ребро ступени; 11 – вертикальное ребро ступени; 12 – образующий подступенок; 13 – переднее ребро ступени

Следующим этапом станет сооружение переходной лестничной площадки. Она делается из швеллера № 14 (шириной 140 мм) и по форме напоминает букву П с удлиненной с одного конца верхней перекладиной. Выступающие концы площадки необходимо завести в стену, для чего в последней выбирают соответствующие гнезда. Если внутренние стены сделаны из мягких материалов (ракушечник, газобетон, пенобетон, арболит и т. п.), желательно в процессе их возведения в тех местах, куда будет заводиться швеллер, заранее оставить отверстия, а под ними выложить прочные опоры из кирпича.

Поскольку площадка соприкасается с двумя стенами дома, в них необходимо сделать три гнезда. В результате получаются три консоли, закрепленные в смежных стенах и соединенные вместе. Такая конструкция переходной площадки не требует установки дополнительной опорной колонны на свободно висящем краю (впрочем, никто не мешает ее поставить). Залить бетоном швеллер в стене можно и в конце работ, после того как лестница будет полностью сварена.

Теперь можно приступать к постройке лестничных маршей. Два швеллера № 14 верхними концами приваривают к переходной площадке, а нижние их концы опираются на пеньковый фундамент и привариваются к анкерам. Ступенчатый каркас формируют из уголка с шириной полки 50 мм. Здесь важно выдержать одинаковые размеры всех заготовок, а в процессе сварки обеспечить одинаковую высоту всех ступеней.

Лестничный марш не обязательно монтировать вплотную к стене. Лестницу строят до этапа финишной отделки, и так как стены в дальнейшем будут штукатуриться или обшиваться гипсокартоном, между стеной и ближним к ней швеллером следует оставить соответствующий зазор. Когда строительство будет завершено, щель между отделанной стеной и лестницей легко закрыть декоративной накладкой.

Таким же образом делают и второй марш, но нижние концы швеллеров приваривают к переходной площадке, а к верхним, в зависимости от фактуры перекрытия, приваривают либо крепежную площадку, которая будет крепиться анкерами к бетону, либо опорные крючья из швеллера или прямоугольной трубы.

Все работы выполняют электросваркой. В тех местах, где дерево обшивки будет касаться металла, лучше всего проварить шов изнутри, чтобы не было выступов.

Полностью готовый каркас лестницы можно обшить деревом. Если из дерева сделать только проступи, получится открытая, воздушная конструкция. Такой каркас стоит покрасить под цвет дерева. Если же заменить черный прокат аналогичным из нержавеющей стали, необходимость в антикоррозионной обработке отпадет, а лестница будет выглядеть очень красиво и стильно. Правда, стоить такая конструкция будет значительно дороже.

Кроме уголка и швеллера, для формирования каркаса можно воспользоваться профильными трубами соответствующего сечения. Квадратная или прямоугольная форма труб позволяет получить более эффективные узлы конструкций, чем при использовании другой профильной арматуры, а замкнутость поперечного сечения повышает их стойкость к серьезным статическим нагрузкам, кручению и изгибу. С помощью таких труб можно изготовить лестничные марши даже без отдельных косоуров или тетив (рис. 72). Решетчатая конструкция из профильной трубы вполне справится с нагрузкой. Конечно, к качеству сварки здесь предъявляются высокие требования, а все соединения деталей должны быть обварены по контуру.

Рис. 72. Конструкция каркаса лестничного марша из профилированной трубы

Винтовая лестница

Теперь рассмотрим, как создать винтовую лестницу. При ее использовании в качестве основной проступь выполняют длиной не менее 900 мм, а проем в перекрытии должен иметь диаметр от 2000 мм, чтобы поместилась и сама лестница, и ограждение с поручнем. Если же лестница предназначена для доступа в чердачное помещение, то диаметра проема 1400 мм и длины проступи 550–600 мм будет вполне достаточно. Форма проема может быть квадратной или круглой. Главное условие – размер оставляемого или выпиливаемого проема должен быть больше диаметра лестницы как минимум на 20 см, т. е. по 10 см с каждой стороны.

Поскольку расчет винтовых лестниц довольно объемен, желающим спроектировать такую лестницу можно посоветовать обратиться к специальной литературе (в частности, из списка литературы, приведенного в конце данной книги). Здесь же мы рассмотрим (без расчета) процесс изготовления металлической винтовой лестницы ∅ 2 м, высотой 3 м (от пола 1 этажа до пола 2 этажа) и углом поворота 360° (т. е. вы закончите движение по ней в той же точке на горизонтальной проекции, откуда его и начали).

Для удобного и безопасного передвижения по такой лестнице потребуется 16 ступенек плюс площадка. Ширина проступи составит 262 мм, а высота подъемов – по 177 мм, причем первый подъем будет на 9 мм ниже – 168 мм (168 + 16 × 177 = 3000 мм).

Все ступеньки здесь забежные и делаются открытыми (без подступенков), т. е. ступеньки «забегают» друг под друга.

Ширина ступени в узкой части (в месте крепления к обсадной трубе) обычно не превышает диаметра гильзы, к которой, собственно, и приварена ступень. В данном случае расчетные размеры проступи составляют в узкой части 150 мм, в широкой части – 393 мм. Конструкция ступеней может быть разной в зависимости от условий эксплуатации и места расположения лестницы (рис. 73), в том числе и с установкой на металлический каркас деревянной проступи.

Рис. 73. Устройство стальных ступеней винтовой лестницы и их вид в разрезе:

а – консольная U-образная ступень; б – ступень с опорной консолью; в – ступени, соединенные с внешней стороны; г – ступень в форме «перевернутой коробки»; д – ступень в форме «открытой коробки» для внутреннего бетонирования; е – ступени Z-образного профиля, ж – литые ступени с решетчатой поверхностью

Центральную стойку лестницы делают из стальной толстостенной трубы диаметром не менее 50 мм. Ее устанавливают строго вертикально, контролируя по отвесу. Особое внимание необходимо уделить креплению центральной стойки к полу, поскольку место крепления воспринимает сжимающие и изгибающие нагрузки от веса лестницы и перемещающихся по ней людей. Возможны два способа крепления: непосредственно к конструкции перекрытия и к поверхности пола. Второй вариант применяется тогда, когда разборка пола нежелательна. В этом случае пяту центральной опорной стойки крепят к перекрытию через пол, предотвращая горизонтальное смещение лестницы, а второй узел, принимающий на себя изгибающие моменты, размещают в верхней части лестницы, прикрепляя ее к перекрытию.

Крепление к конструкции перекрытия более надежно: такой узел, спрятанный в пол, почти не нуждается в креплении лестницы в верхней точке. Пята, сделанная в виде крестовины и спрятанная в пол, примет на себя изгибающие моменты, возникающие в лестнице, и за счет длинных опор будет хорошо гасить выдергивающие силы, стремящиеся опрокинуть конструкцию. На железобетонных плитах перекрытия ее можно пристрелять строительными дюбелями или присверлить; в монолитных перекрытиях – утопить в бетон в период изготовления конструкции. На деревянных перекрытиях большие консоли узла позволят перенести вес лестницы на 2–3 балки.

Крестовину сваривают из стальных профилей: швеллеров или уголков. Можно этот узел сделать и из стального листа круглого или прямоугольного очертания. Длина консолей крестовины зависит от надежности крепления всего узла к перекрытию, но в любом случае должна составлять не менее половины радиуса лестницы.

Обсадную трубу можно крепить к пяте тоже двумя способами – непосредственно сваркой или вставляя ее в опорную трубу, которая, в свою очередь, приварена к пяте. Внутренний диаметр опорной трубы должен соответствовать наружному диаметру обсадной (этот вариант и показан на рис. 74, узел Г). Весь опорный узел устанавливается строго вертикально и с максимально возможной точностью в центр подготовленного под лестницу проема.

Верхняя часть обсадной трубы должна заканчиваться резьбой. После сборки лестницы на эту резьбу нужно навернуть муфту и обжать ступени для придания им статической устойчивости. Однако обжимную муфту зачастую не ставят, заменяя ее еще одной трубой, наворачиваемой на резьбу. Такая труба служит и обжимной муфтой, и стойкой ограждения, а при слабом нижнем опорном узле – еще и деталью верхнего узла крепления лестницы. К ней крепится пластина, соединяющая верхнюю часть лестницы и верхнее ограждение проема. Эта пластина также выполняет двойную функцию – служит поручнем ограждения и силовым элементом (связью) верхнего узла.

Резьба в верхней части трубы должна начаться под нижней плоскостью лестничной площадки или в ее теле и закончиться на 10–15 витков выше верхней пласти. Резьбу нарезают клуппом или приваривают к концу трубы готовый сгон. При этом виде работ нужно обязательно снимать фаску с обеих стыкующихся поверхностей. Если фаска не была снята, сварной шов нельзя будет обработать (снять наплывы напильником или наждаком), следовательно, с установкой ступеней возникнут проблемы, их можно будет надеть на трубу только снизу, а это не всегда удобно. Чтобы при сварке деталей опорной стойки соблюсти их соосность, обе детали насаживают на деревянный кол и прихватывают сваркой. Потом кол вынимают и проваривают весь шов.

Рис. 74. Винтовая лестница:

а – общий вид; б – ступень; в – план лестницы (вид сверху); 1 – фланец; 2 – крестовина; 3 – опорная труба; 4 – обсадная труба (центральная стойка); 5 – регулировочная шайба; 6 – металлическая ступень с втулкой; 7 – гильза; 8 – деревянная ступень; 9 – сгон со снятой фаской; 10 – верхняя площадка; 11 – обжимная труба (стойка ограждения); 12 – крепление поручня (площадка с приваренным болтом); 13 – декоративное навершие; 14 – поручень

Высоту опорных гильз нужно скорректировать в зависимости от того, утоплен узел в конструкцию пола или установлен на его поверхности. Лучше гильзы сделать чуть ниже, чем нужно, тогда высоту, равную подъемам ступеней, можно добрать шайбами. Диаметр гильз подбирают таким, чтобы центральная опорная стойка (обсадная труба) входила в них без видимого зазора, а лучше – внатяг. Например, на бесшовную толстостенную трубу с внешним диаметром 50 мм можно надеть трубу ∅ 57 мм с толщиной стенок 3 или 3,5 мм (ГОСТ 8732–78). Это относится к любой винтовой конструкции лестницы – как с металлическими, так и с деревянными ступенями (на рис. 74 для примера показаны оба варианта). Если ступени сделаны из древесины, общая высота гильзы и регулировочных шайб должна быть чуть выше высоты вертикального шага ступенек – примерно на 1–2 мм. Тогда при обжиме лестницы шайбы слегка сомнут древесину ступеней и обеспечат плотное соединение, способствующее прочности ступенек и всей лестницы.

Все гильзы изготавливают одинакового размера, за исключением нижней, при изготовлении которой следует учитывать особенности места крепления опорной стойки к полу и высоту установки первой ступеньки. Перед установкой гильзы окрашивают, хромируют, никелируют или оклеивают самоклеящимися обоями под дерево. Регулировочные шайбы вытачивают на токарном станке.

Вместо точеных регулировочных шайб можно применить стандартные сантехнические фланцы. Практически все стальные трубы можно состыковать на фланцевых соединениях, и эти стандартные фланцы могут быть использованы не по прямому назначению, а в качестве шайб.

Обжимная труба (стойка перил) делается из той же трубы, что и гильзы, с внутренней резьбой на нижнем конце. Резьба может быть и внешней, тогда соединение производится через сантехническую муфту.

Вверху лестницу можно прикрепить двумя способами: напуском площадки на перекрытие и жесткого ее закрепления либо жестким прикреплением к обжимной трубе поручня ограждения лестничного проема. Если крепление лестницы будет осуществляться через площадку (верхнюю ступеньку), то поручень ограждения можно прикрепить к обжимной трубе через саморез, накрывая узел декоративной деревянной крышкой. Если же лестницу нужно крепить к ограждению проема, то к обжимной трубе изнутри привариваем стальную перекладину с приваренным болтом М6 – М8 и крепим поручень красивым навершием с гайкой (рис. 74, узел А).

Ограждение лестниц и балконов

Удобство и внешний облик лестницы в значительной мере определяются ограждением – перилами, которые должны быть не только прочными, но и архитектурно выразительными. Ими должны быть оснащены все лестницы, имеющие более пяти ступеней. При ширине марша 1,25 м поручень может быть с одной стороны, а при ширине марша от 1,25 до 2,50 м поручни должны быть с обеих сторон, причем с одинаковым уклоном. Галереи и балконы, начиная с перепада высот 1 м, также обязательно ограждаются. Высота перил на высоте менее 12 м должна быть 90 см, более 12 м – 110 сантиметров.

Ограждения можно разделить на две группы: сплошные и решетчатые. Первые зрительно уменьшают помещение, поэтому такое решение подходит только для обширных площадей и очень широких лестниц. Решетчатые ограждения состоят из вертикальных металлических или деревянных стоек либо декоративных решеток и прикрепленного к ним поручня. Перильное ограждение из металла применяется достаточно широко. Всем известны однообразные металлические ограждения лестничных маршей в стандартных многоэтажках. Перила таких лестниц обычно изготовлены из вертикальных металлических стоек с деревянным поручнем (рис. 75, а) и не отличаются высокими эстетическими качествами. Но практика показывает, что из одного и того же материала можно изготовить совершенно разные конструкции. Технологичность металла и мастерство исполнителя позволяют создать самые разнообразные формы перильного ограждения даже из прямолинейных элементов, не прибегая к технологии ковки и гнутья. Металлические промежуточные стойки могут устанавливаться не только вертикально, но и параллельно оси лестничного марша и даже под некоторым углом. В таком случае верхний элемент заполнения играет роль перил или их основания, а нижний элемент является составным и вваривается между несущими стойками (рис. 75, б).

Поскольку нагрузка на ограждение не очень велика, разумно варить его не из сплошного квадрата, а из пустотелого профиля квадратного сечения, полосы или уголка. Вариантов здесь может быть много. Нетрудно скомбинировать металлическую решетку с деревянными вставками или с декоративным стеклом. Не менее интересно сочетание металла с камнем и позолотой. Чаще всего комбинируют столбы и поручни из дерева с металлической решеткой.

Согласно СНиП 31–02–2001 «Дома жилые одноквартирные», для расчета внутриквартирной лестницы нужно принять за высоту поручня 900 мм от линии гребня ступени. Расстояние между стойками заполнения лестничных ограждений не рекомендуется делать больше 160 мм. Если же лестницей будут пользоваться маленькие дети, вертикальные элементы в ограждении должны иметь просвет не более 0,1 м (горизонтальные элементы не допускаются, чтобы ребенок не мог по ним перелезть через перила).

Балясины и стойки расставляют равномерно. Чаще всего на каждую ступень приходится по одной или две стойки, приваренные к каркасу. Причем начинать ограждение с первой ступени лестницы не обязательно. Если оно начинается с заходного столба, то можно поставить его и на вторую, а то и на третью ступень. Но выходной столб должен стоять и за ступенями, на площадке с балюстрадой.

Рис. 75. Ограждения лестниц:

а – с заполнением вертикальными элементами (квадрат); б – с заполнением продольными элементами (квадрат); в – заполнение простыми волнистыми элементами (полоса); г – заполнение ажурной спиралью (полоса); д – с заполнением вертикальными элементами (квадрат) и фигурными деталями (полоса); е – заполнение узором (полоса); 1 – квадрат 20 × 20 или труба профильная 20 × 20 × 1,5 мм, 2, 4 – полоса 25 × 5 мм, 3 – квадрат 10 × 10 мм, 5 – перила деревянные

Особенной красоты перильного ограждения лестницы добиваются, заполняя проем между опорными стойками гнутыми металлическими элементами. Примеры такого ограждения показаны на рис. 75, в – е. На рисунке 75, д показано, как простейший завиток, выполненный из полосы 20 × 4…25 × 5 в 4 экземплярах, образует изящную розетку. Монтируют такие элементы к стойкам с помощью сварки.

Ограждения и перила для балконов и террас имеют свои особенности. Их устанавливают как можно ближе к краю несущей плиты, чтобы сохранить максимум полезной площади. Несмотря на требования ГОСТ, ограждения балконов лучше устраивать высотой 1200–1500 мм. Причем горизонтальные элементы ограждения здесь тоже недопустимы – разрешается применять только вертикальные перемычки с просветом не более 110 миллиметров.

Дерево или пластик применять для таких ограждений нецелесообразно. Дерево недостаточно прочное для противодействия атмосферным явлениям, а пластик быстро выцветает на солнце и провисает, нагреваясь. Поэтому балконные перила лучше всего изготавливать из металлического профиля – круглой, квадратной или прямоугольной трубы. И если материалом выбрана не нержавейка, особо тщательно следует отнестись к окраске готового ограждения.

Сварка металлических заборов, ворот, калиток, козырьков

В местах расположения частных домовладений и садово-огородных делянок, пожалуй, наиболее часто сварка используется для создания защитных решеток, заборов и их элементов – ворот и калиток. И это не случайно: металлическая ограда обычно имеет большие сквозные площади и поэтому мало заметна на фоне природы. Она всегда выглядит аккуратно и стильно и при этом хорошо сочетается с зеленью, особенно вьющейся.

У металлического ограждения много достоинств: оно долговечно, устойчиво к механическим повреждениям и требует минимального ухода. Делают его из сетки-рабицы, профнастила, сварных или кованых решеток, а также из решеток, выполненных методом художественного литья. Монтаж выполняется, как правило, с помощью сварки на каркасе из металлических, кирпичных или каменных столбов и продольных силовых элементов.

Забор из металлической сетки

Заборы из сетки-рабицы, пожалуй, наиболее популярны, просты и доступны (особенно для владельцев маленьких участков). Это легкое, но прочное и долговечное ограждение, не препятствующее проникновению на дачный участок воздуха и солнечного света. По форме ячеек сетка-рабица подразделяется на ромбическую и квадратную. Сырьем для ее изготовления служит низкоуглеродистая стальная проволока. Наряду с этим, используется проволока с антикоррозионным слоем из полимерного материала и оцинкованная. Производят рабицу в рулонах с шириной полотна 1,5; 1,8 и 2,0 м и длиной 10 или 15 м. Размеры ячейки могут колебаться от 15 до 100 мм. Диаметр проволоки также бывает различным – от 1 до 8 мм. Стандартной считается продукция с ячейкой 50 × 50 мм в рулоне высотой 1,5 м. Именно такая сетка находит широчайшее применение для формирования изгородей.

Забор из прозрачной сетки-рабицы визуально увеличивает участок

Самым простым типом ограждения, возводимого из сетки-рабицы, является натяжной забор, в котором сетка привязана к натянутым между столбами двум рядам стальной проволоки ∅ 3–6 мм (рис. 76, а). Но такая конструкция не лишена недостатков: со временем столбы расшатываются, а сетка провисает. Гораздо надежнее будет служить ограждение, несущая конструкция которого вместо проволоки содержит жесткие продольные элементы.

Первый вариант – сделать забор секционным. Такой способ особенно хорош, если сетка искусственно утяжелена массой декоративных растений и ей приходится выдерживать немалую нагрузку. Для этого сетку крепят внутри сварных металлических рам, которые потом и крепят к столбам (рис. 76, б). Не менее надежен другой вариант: ограждение делают сплошным, а в качестве прожилин используют либо традиционные деревянные слеги, либо стальной уголок (прочнее и долговечнее, разумеется, последний).

Рис. 76. Забор из металлической сетки:

а – натяжной забор; б – секционное сетчатое ограждение из металлических рам; в – крепление сетки к прожилинам из стального уголка

Кроме сетки-рабицы, для забора потребуются металлические столбы ∅ 40–50 мм и высотой 2,0–2,5 м. Необходимое количество столбов вычисляют, исходя из условия, что их устанавливают с шагом, не превышающим 3 м. Для крепления рам нужны стальные пластины длиной 150–200 мм и толщиной 3–4 мм (по 2 шт. на каждый столб). Для изготовления прожилин требуется металлический профиль, а для рам – стальной уголок (впрочем, он подойдет и для прожилин). Выбирают обычно равнобокий уголок с полочкой 32 мм и более или разнобокий – 40 × 25 мм и более.

Исходя из стандартной длины уголка 9 м, секции получаются длиной 3 м: одного уголка как раз хватает на одну секцию (два отрезка по 3 м и два по 1,5 м). Кроме того, надо запастись стальной проволокой ∅ 6 миллиметров.

Чтобы сделать секционную ограду, вначале изготавливают секции пролетов. Уголок распиливают на отрезки нужной длины и запиливают под углом 45° их концы (разметку угловых запилов проще всего сделать в столярном стусле). Заготовки выравнивают по угольнику и сваривают обрамления секций.

Изнутри к стальным уголкам рам по периметру приваривают отрезки проволоки ∅ 6 мм длиной 6–7 см с шагом 8–10 см. Это будут крючки крепления сетки. Вначале к ним цепляют сетчатое полотно с одной из коротких сторон. Сетку натягивают и цепляют к крючкам на другой короткой стороне обрамления. Подтягивая сетку, ее зацепляют в середине одной длинной стороны, потом другой, а затем и по всему периметру.

Когда все секции готовы, можно приступать к разметке забора. Для этого потребуется шнур необходимой длины, рулетка и колышки. Как говорилось выше, металлические столбы ∅ 40–50 мм и высотой 2,0–2,5 м устанавливают с шагом, не превышающим 3 м, заглубляя в землю на треть высоты. Предварительно к каждому из них приваривают по 2 стальные пластины длиной 150–200 мм для крепления рам.

Столбы либо устанавливают по отвесу в вырытые или пробуренные ямы и бетонируют, либо забивают в землю. Угловые стойки, несущие максимальную нагрузку, укрепляют подкосами. А чтобы дождевая вода не попадала внутрь, верх столбов необходимо закрыть. Для этого можно приварить к их торцам стальные пятаки или точеные шишки.

Теперь к соединительным пластинам столбов крепят рамы или прожилины. Стальные рамы с закрепленной сеткой можно приварить к пластинам или использовать для крепления болты. То же самое делают со стальным профилем (уголком), используемым в качестве прожилин в случае сплошного ограждения. К прожилинам, как и к рамам, предварительно приваривают крючки.

В завершающей фазе работы рулон раскатывают вдоль забора во всю длину, выравнивают и вешают на крючки. Затем через ячейки сетки чуть ниже крючков пропускают пруток-струну из проволоки ∅ 8 мм, полотно немного приподнимают и вешают на крючки уже не за ячейки, а за пруток. Концы крючков загибают молотком (рис. 76, в).

После этого в ячейки сетки чуть выше нижних крючков пропускают другой пруток, который оттягивают вниз до крючков и фиксируют. Натягивать сетку нужно последовательно (или строго слева направо, или наоборот – справа налево). Перетягивать сетку нежелательно, так как это может привести к перекосу полотна. В начале первого и в конце последнего пролета сетку нужно натянуть не только сверху и снизу, но и сбоку. Для равномерного натяжения сетки по всей высоте в крайний ряд ячеек вставляют металлическую полосу, которую крепят потом к столбу.

После того как полотно натянуто, раскручивают следующий рулон и повторяют все операции в той же последовательности.

Ажурные заборы

Ажурные сварные заборы изготавливают из металла различного сечения (профильные трубы, прут квадратного или круглого сечения, полоса и др.). Решетчатые элементы смотрятся необыкновенно декоративно как на участке, так и со стороны улицы. Летом они деликатно оттеняют и подчеркивают естественную красоту цветов, деревьев, кустарников, а зимой вносят разнообразие в окружающий пейзаж.

Обычно секции сварных заборов состоят из горизонтальных профилей 25 × 25 мм или полос 40 × 4 мм и вертикального набора из профиля 15 × 15 мм, кованого квадрата 10 × 10 мм или прутьев ∅ 10–15 мм, приваренных с двух сторон. Сверху забор зачастую украшен литыми или коваными пиками. Типовые секции имеют длину 2–3 м, высоту 1,5–2 м, при этом их внешний вид может отличаться большим разнообразием (рис. 77). Украшения секций могут быть изготовлены как методом художественной ковки, так и с помощью холодного деформирования металла – сгибанием, скручиванием и прочими слесарными методами.

Пример несложной ажурной ограды представлен на рис. 78. Металлические решетчатые пролеты установлены между металлическими столбами, закрепленными в бетонном цоколе. Впрочем, от цоколя можно отказаться и бетонировать каждый столб отдельно. Вертикальные прутья приварены к двум металлическим полосам, из которых нижняя – ровная, а верхняя изогнута волной. Расстояние между вертикальными элементами в пролетах не должно превышать 15 см. Если промежуток между прутьями будет слишком большим, сквозь решетку легко будет проникнуть. Как следствие, ограда либо совсем утратит свою защитную функцию, либо станет капканом для людей и животных.

Заполнить пролеты можно и сетчатыми секциями. Поможет в этом все та же рабица, которую крепят внутри сварных металлических рам и используют в качестве пролетов.

Рис. 77. Внешний вид секций распространенных металлических сварных заборов

Рис. 78. Ажурная решетка:

1 – бетонный цоколь; 2 – столб (прямоугольная труба с сечением 60 × 40 мм); 3 – металлическая полоса 3,5 × 0,2 × 204 см; 4 – прутья ∅ 10 мм, приваренные с интервалом 120 мм

Плетение из металла

Интересную плетеную изгородь можно изготовить из отходов штамповочного производства, обрезков полосовой стали и прочего металлолома. Выпрямите обрезки, нарежьте на равные куски. Для того чтобы получилась плетеная изгородь, полосы нужно разложить, как показано на рис. 79, а, и сварить между собой. Концы наклонных полос по краям каждой секции приварите к прямым полосам, имеющим три пластины для крепления к столбу.

Рис. 79. Изгороди из металлических полос:

а – плетеная изгородь; б – решетка с узором «пчелиные соты»

Рисунок секции может быть и более интересным. Последовательность работ при этом следующая. Сначала задумывают узор. Потом для формовки частей узора изготавливают кондуктор. Например, чтобы сделать фигурные детали решетки с узором «пчелиные соты», нужен всего один кондуктор (рис. 79, б). Эти детали и отрезки полосы в процессе сборки сваривают друг с другом.

Такую ограду можно поставить на летних террасах, беседках, палисадниках. Из стальных полос можно делать и различные декоративные решетки для окон дач, гаражей, сараев и т. д.

Металлические ворота

Распашные ворота строят, как правило, по одной схеме – из двух половин (створок) высотой 1,6–1,8 м. Общая ширина ворот должна составлять 3,2–3,5 м для въезда во двор грузовых автомашин и 2,4–2,6 м – для легковых. Каждая створка представляет собой раму из металлической трубы 60 × 40 × 1,5–2 или 40 × 40 × 1,5–2, обшитую каким-либо материалом. Чаще всего это профнастил (профлист), поликарбонат, прокатный или оцинкованный лист. Вместо глухой обшивки створка может быть заполнена металлической сеткой либо решеткой из профилированного или кованого металла.

Приступая к изготовлению ворот, первым делом необходимо снять точные размеры проема: ширину и высоту. Не стоит забывать, что снизу должен оставаться технический просвет: расстояние между уровнем дороги и нижней кромкой ворот или калитки. Он должен составляет не менее 50 мм. Если же этот зазор оставить в пределах 100–150 мм, то ворота без затруднения откроются при достаточно толстом снежном покрове.

Если проем распашных ворот не превышает 3 м, то можно сделать их и одностворчатыми, но это создаст чрезмерно большую нагрузку на подвес.

Исходя из полученных размеров, надо сделать эскиз конструкции и подсчитать количество необходимого материала. Для ворот шириной 4 м (общий проем) и высотой 2 м вам понадобится примерно 24 м профильной трубы, допустим, 60 × 40 (при условии, что внутренние перемычки будут выполняться из той же трубы). Примерный чертеж рам таких ворот представлен на рис. 80. Левая створка на этом рисунке изображает обычную раму. Но иногда по разным соображениям раму ворот делают усиленной (правая створка на рис. 80). Тогда вам понадобится еще около 16 м трубы 40 × 20 или 20 × 20. Обычно профильная труба продается длиной 6 м, так что вам потребуется 4 трубы 60 × 40 и 3 более тонкие.

Рис. 80. Рамы металлических створок:

1 – внешняя рама из профилированной трубы 60 × 40 × 1,5–2 или 40 × 40 × 1,5–2; 2 – внутренние перемычки (из такой же или более тонкой трубы); 3 – навесы; 4 – усиление рамы трубами 40 × 40 × 1,5 или 20 × 20 × 1,5; I – усиление стенок рамы в месте крепления навесов; II – стыковка уголка

При изготовлении ворот можно использовать не только профиль, но и водопроводные трубы ½ – 1˝, а также уголок с полкой от 40 мм. При использовании уголка в заготовках перед сваркой следует вырезать полки для стыковки их в одной плоскости (рис. 81, II).

Затем необходимо отшлифовать весь металл, который вы будете резать и варить. Для этого вам понадобится болгарка с шлифовальным диском (нулевкой) или обычной шкуркой. С поверхности металла необходимо удалить всю ржавчину. Если вы покупали новый, чистый профиль, то он обычно бывает смазан маслом, которое необходимо вытереть тряпочкой, смоченной бензином.

Рис. 81. Ворота из профнастила

После того как вся профильная труба будет очищена от ржавчины, необходимо нарезать весь металл согласно разметке. Будьте внимательны, когда вымеряете необходимые куски. Если не уверены, оставьте небольшой запас по длине заготовок, затем разложите на земле или сварочном столе все части, измерьте общий размер и после этого подгоните профили к нужному размеру. Но в любом случае сваривать раму нужно только на идеально ровной поверхности, не допуская ни малейших перекосов в плоскости створки, выверив ее по горизонтали уровнем и проверяя каждое соединение угольником как до, так и после сварки.

Когда все отрезки профиля будут правильно стыковаться, зафиксируйте их струбцинами и приступайте к сварке внешней рамы. Затем измерьте и сравните диагонали рамы, чтобы убедиться в ее прямоугольности, после чего можно приварить укосины или поперечины. Их рисунок может быть разным, главное – обеспечить створкам жесткость. Дополнительно по углам рамы можно наварить треугольные косынки из листовой стали толщиной 3 мм. Затем еще раз пройдитесь болгаркой с шлифовальным диском и очистите шлак и места сварки.

В распашных воротах створки навешиваются на петли амбарного типа, которые крепятся к воротным столбам по краям проема. В зависимости от тяжести ворот на каждой стойке приваривают две или три петли. Створки распахивают на улицу или во двор в зависимости от места крепления петель и наличия свободного пространства перед забором или за ним. А для частого прохода во двор, как правило, делают небольшую калитку, обычно шириной около 1 м. Она может быть как отдельно стоящей, так и встроенной, составляя с одной из створок ворот единую конструкцию. Кованая калитка – это ворота в миниатюре. Обычно ее выполняют из тех же материалов, что и забор с воротами.

Если ворота будут устанавливаться в уже имеющийся забор с бетонными или кирпичными столбами, то еще на этапе проектирования следует учесть размеры боковых стоек ворот, которые нужно будет прикрепить к заборным столбам. Такие стойки изготавливают из профилированной трубы 60 × 60 × 2 или 40 × 60 × 2 мм. Если есть возможность вплотную к столбу вырыть котлован, стойки надо забетонировать, приварив к ним внизу отрезки арматуры или полосы (рис. 81). Стойки строго вертикально выставляют с помощью отвеса или уровня и крепят к столбу с помощью анкеров, после чего заливают котлован бетоном. Если же забетонировать стойки невозможно (например, из-за имеющегося фундамента, который нежелательно взламывать), придется обойтись только анкерным креплением. В любом случае стойки должны иметь длину немного меньшую, чем высота столба, – вровень с верхним обрезом ворот.

Если же работа ведется с новым забором, целесообразно установить стойки ворот из профилированной трубы 80 × 100 мм с толщиной стенок 7 мм. При желании впоследствии их можно обложить кирпичом с трех сторон или скрыть за настилом забора.

Стойки ворот сооружаются на фундаменте, заложенном ниже глубины промерзания грунта. Обычно шурф для установки столба бурят глубиной 1,5–1,7 метра.

После того как бетон застынет, можно приварить к опорам петли и навешивать створки.

Для того чтобы стопорить ворота в закрытом, а при необходимости – и в открытом положении, понадобятся задвижки в виде шпингалета – по одной на каждую створку, если у ворот не предусмотрена верхняя перемычка, или по две, если ворота сверху перекрыты. Задвижки можно купить готовые, а можно сделать самостоятельно, приварив к раме отрезки оцинкованной трубы ½˝ и вставив в нее стальной пруток ∅ 12 мм с загнутым концом. В землю в соответствующем месте нужно вбить или забетонировать другой отрезок трубы, для того чтобы шпингалет прочно фиксировал створку.

Для крепления створок к ним и к стойкам ворот нужно приварить петли. Так как стальная труба створки имеет толщину стенки 1,5–2,0 мм, для усиления крепления под каждую нижнюю часть цилиндрической воротной петли нужно приварить отрезок уголка с полкой 25 мм (рис. 80, I). Такое же усиление нужно и для стойки, если она сделана из профилированной трубы с толщиной стенки 2 мм. Но вначале надо приварить петли к створкам.

Обшивать раму профлистом или листами поликарбоната можно как до монтажа, так и после, когда они уже будут стоять в проеме. Крепятся эти материалы саморезами по металлу. Постарайтесь так подобрать направление обшивки, чтобы листы не имели швов в пределах одной створки. Предварительно раму следует покрыть грунтом и покрасить. Если же створки обшиваются не профнастилом, а листовой сталью или кровельным железом, то целесообразно вначале зашить раму листами с помощью сварки, а уже затем монтировать на ней навесы и задвижки. Разумеется, грунт и краска наносятся после сварочных работ.

Готовые створки поставьте к стойкам на кирпичи, выставьте их по горизонтали и вертикали, зафиксируйте относительно стоек мягкой проволокой, после чего приваривайте петли.

Ворота из сетки-рабицы

При изготовлении створок ворот можно использовать и сетку-рабицу. В этом случае обе половины ворот делают так же, как и секции забора (разумеется, соответствующей ширины), но обязательно ставят раскосы. Петли приваривают к секциям и закрепляют их на столбах. Петли для замка приваривают в середине обеих створок ворот. Внешний вид такого забора с калиткой и воротами из металлической сетки приведен на рис. 82.

Рис. 82. Забор, калитка и ворота из металлической сетки

«Вечная» калитка

Ворота и калитку загородного дома очень часть делают деревянными, даже если ограда выполнена из металла или камня. Но такие конструкции, как правило, недолговечны: не выдерживают приходящихся на них нагрузок. Особенно калитка, постоянно пребывающая в работе: она встречает пришедшего и обязательно провожает его. А ведь сделать прочную красивую калитку не так уж и сложно.

Лучше всего использовать для этого металл, причем подойдет даже металлолом, например рама от старой металлической кровати. К ней нужно только приварить петли и украшения – узоры из стального прутка.

Если же есть возможность приобрести необходимый материал, то вот перечень того, что потребуется для работы: стальные уголки 40 × 40 мм, полоса 5 × 30 мм, пруток ∅ 8 мм и стержень ∅ 16 мм, пластинка толщиной 5 мм и лист толщиной 1 мм. Из инструментов – в первую очередь бытовой сварочный аппарат. Ножовка по металлу, стальные щетки для зачистки поверхности деталей, а также дрель и сверла ∅ 3,3 мм и ∅ 4,2 мм, метчики М4 и М5 понадобятся тоже.

Изготовление и сборку калитки (рис. 83) начинают с рамы. Ширина ее может ограничиться одним метром. Из уголков нарезают заготовки соответствующей длины, стыкуемые углы срезают под 45° и все заготовки сваривают.

Опытный сварщик никогда не работает без защитного стекла и никогда не варит сразу весь шов – прихватит в нескольких местах, выверит конструкцию и лишь затем пройдет электродом ∅ 3,25 мм остальные части швов.

Готовую раму заполняют декоративной решеткой, собираемой из S-образных прутковых заготовок, выгнутых с помощью простого трубогиба (рис. 84). Его сваривают из двух отрезков труб: одной длинной (рукоятки) и одной короткой, длина которой равна 1,5–2 ее диаметрам. Прут, который нужно изогнуть, вставляют в короткую трубу и прижимают ногой. Наклоняя рукоятку на себя, немного сгибают прут, затем сдвигают на небольшое расстояние и снова немного сгибают. Такими последовательными движениями можно придать изгибу плавный профиль. Несложно обеспечить изгибаемым элементам решетки одинаковый рисунок. Для этого потребуется лишь вставлять в приспособление заготовки из прутка с одним и тем же отступом от их конца.

Чтобы не нарушать стиль получившейся ажурной конструкции, не стоит приваривать к калитке обычные дверные ручки и замки. Показанное на рисунке запорное устройство действует не хуже и даже более надежно и долговечно. Для него потребуются отрезки металлической полосы и стержень: последний будет двусторонней ручкой, а из полосы получатся щеколда и ее кронштейн.

Не поленитесь изготовить шарнирный узел щеколды – этим вы избавитесь от лязга и скрипа калитки. Втулка узла приваривается к кронштейну на сгибе, а ось с резьбовым отверстием под крепежный болт – к концевику планки щеколды. Хорошо смазанный узел работает бесшумно и не требует дополнительного ухода.

Подобные же втулки могут служить и петлями для навески калитки: приваренные к раме, они надеваются на Г-образные осевые стержни, закрепленные на врытой в землю металлической или деревянной стойке, столбике.

Чтобы калитка запиралась и с внутренней стороны, приварите дверной замок, задекорировав его металлической пластиной с отверстием для ключа. Запорную планку для ригеля замка приварите к уголку ограждения.

Рис. 83. «Вечная» калитка:

а – общий вид; б – рама; в – замковое устройство; г – узел щеколды; 1 – крюк щеколды; 2 – щеколда; 3 – уголок ограждения; 4 – направляющая щеколды; 5 – уголок рамы калитки; 6 – кронштейн; 7 – шарнир щеколды; 8 – обрамление замка; 9 – замок; 10 – запорная планка; 11 – ручка

Ее размеры зависят от конструкции и размеров ригеля (поэтому на чертеже они не приведены).

После окончания всех сварочных работ швы тщательно очищают от окалины металлическими щетками; ими же обрабатывают и поверхность деталей калитки перед окраской.

Рис. 84. Простой трубогиб

Подготовленную поверхность в сухую погоду грунтуют, после просушки зачищают наждачной шкуркой и окрашивают битумным лаком или масляными красками, согласуя цвет с цветом забора и имеющихся дворовых построек.

Бронедвери

Противоударные двери, в обиходе часто называемые бронедверями, не гарантируют абсолютной безопасности. Однако благодаря усиленной структуре, специальным замкам и блокирующим деталям они способны длительное время противостоять попыткам несанкционированного вторжения.

У вора-любителя внушительный вид таких дверей может отбить охоту к проникновению в жилище. Если же он все-таки решит преодолеть это препятствие, то столкнется с большими трудностями. Обычного лома и простых инструментов для их преодоления недостаточно, поэтому он либо откажется от продолжения начатой работы, либо будет рисковать тем, что кто-то его увидит или услышит. Вор-профессионал, конечно, бронедверей не испугается, но будет вынужден затратить на их открывание больше времени. Следовательно, возрастают шансы на то, что он будет замечен и пойман на горячем. Поэтому установить в доме надежную защитную дверь все же стоит, поскольку любое средство защиты имеет значение, и чем их больше, тем лучше.

В соответствии с ДСТУ Б В.2.6–11–97 конструкция входных противоударных дверей должна обеспечивать надежную защиту квартир от взлома с помощью специальных приспособлений и инструментов и исключать возможность демонтажа коробки, полотна и запирающих устройств с наружной стороны.

Требования по прочности – это еще не все, чего ожидают от бронедверей. Они должны защищать от холода и шума, легко открываться, обладать стойкостью к атмосферным воздействиям и иметь привлекательный вид.

Наружная облицовка дверного полотна должна быть изготовлена из цельного стального листа толщиной от 1,0 до 1,5 мм. При толщине облицовки 1,0 мм дверное полотно нужно выполнять с внутренним силовым металлическим каркасом, с ячейками в просвете не более 220 см^2. Каркас соединяется с металлической обшивкой с помощью сварки, благодаря чему створку невозможно разобрать (рис. 85, а).

В дверной раме, со стороны петель, должны быть установлены противосъемные штыри. После закрытия двери они входят в соответствующие отверстия в дверной коробке и в результате не позволяют выломать дверь или снять ее с петель. Петли должны быть дополнительно предохранены специальными металлическими накладками.

Вес таких дверей зависит от их структуры, высоты и толщины (последняя обычно равна 45–65 мм) и составляет от 60 до 115 кг. Дверная коробка должна быть стальной с толщиной листа не менее 2 мм, а в месте установки запирающего устройства иметь дополнительные усиливающие элементы (пластины, скобы и т. п.). Коробка монтируется в дверном проеме с использованием стальных штырей или анкерных болтов, размещаемых в отверстиях, просверленных в дверной коробке и стене, или анкеров, стационарно соединенных с дверной коробкой (они вмуровываются в процессе сооружения стен). Более качественный монтаж получится с помощью приваренных «ушек» (рис. 85, в).

Щель между стеной и дверной коробкой заполняется бетоном класса В1 с добавлением пластификатора.

Противоударная дверь должна быть оснащена как минимум двумя замками разных типов. Центральный замок может быть многоригельным. Врезанный в створку, он блокирует дверь по меньшей мере в трех пунктах по периметру, находящихся на расстоянии как минимум 60 см друг от друга. Чем больше пунктов блокировки, тем сложнее взломать дверь. Дополнительные вспомогательные замки могут быть открывающимися только изнутри с помощью засова или ручки.

Для повышения изолирующих характеристик бронедверь заполняют изнутри теплоизоляционным материалом, чаще всего минеральной ватой, пенополистиролом или пенополиуретаном.

Рис. 85. Противоударная (бронированная) дверь:

а – общий вид; б – структура двери; в – монтаж дверной коробки; 1 – створка; 2 – глазок; 3 – ручка; 4 – накладка; 5 – ригели замка; 6 – плита МДФ или отделка другого типа; 7 – центральный замок; 8 – отверстие для противосъемного штыря; 9 – петля (навес); 10 – металлический лист; 11 – тепло-, звукоизоляционный материал; 12 – дверная коробка; 13 – стальная сварная рама; 14 – плоские анкеры; 15 – распорки, придающие жесткость двери на время монтажа; 16 – наружная стена

Козырек своими руками

Козырек – это небольшая конструкция, призванная защитить крыльцо и людей на нем от таких явлений природы, как снег, дождь, град, сосульки, яркий солнечный свет, пыль. Но козырек не только выполняет защитную функцию. Он является таким же украшением фасада здания, как окна или балкон. Независимо от внешнего вида, это должна быть функциональная, прочная и долговечная конструкция. Козырек должен полностью гармонировать с внешним видом дома и вписываться в его архитектуру.

Козырек должен быть немного шире, чем вход, чтобы обеспечить защиту от осадков. Его глубина может быть разной, в зависимости от ваших пожеланий и архитектуры дома, и обычно составляет от 0,5 до 2 м. Конструкция козырька должна предусматривать систему водоотвода.

Популярным материалом для производства козырьков является металл: он долговечен, прочен и легко поддается обработке. Основным недостатком стальных каркасов является их сильная подверженность коррозии. Поэтому важно все узлы и детали конструкции после сварки тщательно зашкуривать, обязательно грунтовать и покрывать специальными красками, предназначенными для обработки металлических поверхностей.

Довольно популярно и дерево, но оно требует регулярного ухода. К тому же при выборе материала для козырька необходимо учитывать не только его конструктивные свойства, но и стилистическое решение, т. е. обязательно учитывать соответствие стиля разрабатываемого навеса общему стилю фасада здания. А деревянное изделие подойдет не ко всем фасадам. Поэтому лучше всего использовать металлическую профильную, квадратную или круглую трубу сечением 20 × 20, 20 × 40, 25 × 25 мм и толщиной 1,5–2 мм. Материалов для покрытия каркаса козырьков можно найти довольно много – это сотовый поликарбонат, ПВХ, триплекс, стекло, профнастил, оргстекло, шифер. Наиболее практичным и надежным покрытием является поликарбонат – гибкий, легкий, светопроницаемый универсальный материал. Очень красивы стеклянные покрытия, но с ними без должной подготовки и оборудования весьма сложно работать. Шиферная крыша весьма надежна, но малоэстетична. Для кованых козырьков в качестве покрытия в основном применяют листовой металл. Базовые виды каркасов козырьков представлены на рис. 86.

Для создания несложного козырька вам понадобится сотовый поликарбонат толщиной не менее 10 мм и профильные металлические трубы 20 × 20 миллиметров.

Вначале нужно сделать эскиз будущей конструкции и рассчитать размеры. При расчете ширины козырька добавьте по 30 см с каждой его стороны, чтобы навес не позволял дождю и снегу попадать на крыльцо. Измерив расстояние от входной двери до того места, которое должно быть под защитой козырька, получите длину конструкции. Высота односкатного козырька рассчитывается на основе архитектуры вашего коттеджа. Не нужно забывать, что козырек должен иметь уклон, составляющий примерно 20°. Длина стропил из уголков равна высоте ската. С такими данными можно создавать эскиз и подсчитать количество необходимого материала для работы. Пример подобного расчета для простого односкатного козырька приведен на рис. 87, а.

Рис. 86. Основные виды конструкций навесов и козырьков:

а – односкатный; б – односкатный с подзором; в – двухскатный; г – прямой; д – вогнутый; е – маркиза; ж – купол; з – купол удлиненный; и – арочный; к – арочный удлиненный

Соберите каркас козырька из металлического профиля. Для этого отрежьте трубы необходимой длины, разложите их в виде отдельных узлов, зафиксируйте струбцинами и сварите в местах соединения. Затем готовые узлы сварите между собой в единую конструкцию. Сварка, согласно ГОСТ 5264–80, производится электродами Э-42 (ГОСТ 9467–75). Катет сварных швов назначают по наименьшей толщине свариваемых элементов.

Чем длиннее каркас, тем больше должно быть перемычек, чтобы обеспечить устойчивость и жесткость поликарбонатного перекрытия.

По окончании сварки с помощью зубила и абразивного материала нужно зачистить сварные швы. В готовом каркасе сделайте отверстия для болтов крепления и выполните разметку над входом, отмечая места крепления каркаса. После этого загрунтуйте и покрасьте каркас. Когда изделие полностью высохнет, можно приступать к монтажу листов поликарбоната. Для этого установите на торцы каркаса герметизирующую ленту, уложите поликарбонатное перекрытие и прикрутите саморезами по металлу. При этом следует использовать амортизационные шайбы и не усердствовать чрезмерно, чтобы не повредить материал.

Рис. 87. Изготовление козырьков:

а – простой односкатный козырек; б – простой изогнутый козырек; в – козырек с полукруглой крышей; г – каркас полукруглого козырька; д – фасад полукруглого козырька с фигурными вставками

Готовую конструкцию зафиксируйте на стене в размеченных местах. Пристенную балку фиксируют посредством нержавеющих шурупов перед входом, а для крепления подкосов нужно использовать анкеры.

В завершение работы загерметизируйте швы в местах соприкосновения со стеной дома. Снимите защитную пленку с поликарбоната, и козырек готов к эксплуатации.

Если вы желаете, чтобы козырек выглядел более изысканно, задачу можно слегка усложнить. Представленный на рис. 87, б козырек лишь немногим отличается от вышеприведенного. Основное отличие заключается в необходимости изгибать профили.

Полукруглый козырек, представленный на рис. 87, в, достойно украсит любой фасад. Для его создания вам потребуются: профильные металлические трубы 20 × 20 мм для каркаса, квадрат 10 × 10 мм, чтобы сделать фигурные вставки, и оцинкованный лист в качестве кровельного покрытия.

Из профиля нужно выгнуть одинаковые полукруглые арки и приварить к ним нижние и центральные перемычки. Это основа каркаса (рис. 87, г). Две арки соединяют перемычками, после чего к ним приваривают подкосы, согнутые из того же профиля, и опорные кронштейны из профильной трубы или уголка. Теперь нужно выгнуть фигурные элементы из квадрата или арматурного прута (форма этих элементов зависит только от предназначенного для них места и вашей фантазии). Полученные вставки размещают в проемах арки и приваривают во всех точках соприкосновения с каркасом (рис. 87, д).

Остальная работа по созданию козырька почти та же, что и в предыдущем варианте: грунтовка каркаса, облицовка оцинковкой и фиксация последней саморезами по металлу, окрашивание конструкции в необходимый цвет и закрепление ее на фасаде здания над входом.

Сварка для сада и огорода

Частное домовладение предоставляет сварщику поистине безграничное поле деятельности. И она вовсе не ограничивается изготовлением забора. На подворье для сварочного аппарата найдется уйма работы.

Инструменты для бурения грунта

При прокладке водопроводных труб, установке столбов и посадке растений часто приходится работать в стесненных условиях – рядом с забором или стеной. В таких случаях гораздо удобнее просверлить отверстие в грунте, а не копать траншею или яму. Для этого подойдет простой почвенный бурав.

Бурав сварен из двух отрезков стального арматурного прутка ∅ 16 мм (рис. 88, а). Короткий пруток служит рукояткой. Его концы следует обмотать изолентой или оснастить ручками от велосипеда. На нижнем заостренном конце длинного прутка под углом 15° к вертикальной оси бурава приварены два стальных лезвия толщиной 4 мм с остро заточенными передними режущими кромками. Задние кромки лезвий скруглены.

При работе бурав углубляют в землю и поворачивают на 5–6 оборотов. Затем его вынимают вместе со срезанным грунтом. Операции повторяют до достижения необходимой глубины отверстия. В плотных грунтах может потребоваться промежуточная штыковка дна ямы узкой лопатой с длинным черенком.

Рис. 88. Инструменты для бурения грунта:

а – простой почвенный бурав; б – перфоратор

Незаменимым помощником на участке станет и перфоратор. Подкормить деревья, взять почву для анализа, проделать отверстие для кола – во всех этих и других случаях без перфоратора не обойтись. Работать им несложно: одним движением инструмент всаживают в землю, затем проворачивают вокруг вертикальной оси и вынимают вместе со столбиком грунта.

В конструкции перфоратора могут быть использованы любые подходящие металлические трубы. Часть цилиндрической поверхности трубы стачивается на точиле или срезается болгаркой. Затем края разреза несколько разводят и затачивают напильником. Сверху на трубу надета и приварена подножка (на нее наступают ногой при работе). Верх перфоратора венчает Т-образная перекладина – ручка (рис. 88, б). Длину рабочей части подбирают по своему росту.

Мотыги

Мотыга – древнейшее ручное орудие для обработки земли, известное с каменного века. Она представляет собой нечто среднее между киркой и лопатой и состоит из налопатника (рабочего полотна) и длинной рукоятки, с которой образует угол от 60 до 90°. При насадке под углом в 60° мотыга при ударе о землю срежет лишь тонкий слой земли. Для изготовления налопатников хорошо подходят сломанные дисковые пилы или лемешная сталь от старых плугов.

Для разных видов работ используются разные мотыги, поэтому стоит заготовить целый комплект мотыг.

Основной мотыгой производят посадку, а иногда и окучивание картофеля. Ширина рабочей части основной (большой) мотыги (рис. 89, б) – около 210 мм. Радиус образующей рабочей кромки – порядка 140–160 мм. Внутренний диаметр металлической втулки, соединяющей рабочую часть с деревянной рукоятью, должен быть не менее 4 см. Этим достигается необходимая жесткость инструмента при весьма длинной (порядка 2 м) рукояти. Металлические детали соединяют с помощью сварки. При этом необходимо обеспечить угол между рабочей частью и втулкой в горизонтальной плоскости порядка 5–10°, а в вертикальной – около 8°. Наличие таких углов в сочетании с длинной рукоятью обеспечивает большее удобство при работе мотыгой.

Рис. 89. Комплект самодельных мотыг:

а – средняя мотыга; б – большая мотыга; в – малая мотыга; г – мотыга для липкого грунта

Среднюю мотыгу (рис. 89, а) используют исключительно при окучивании. У нее увеличены размеры рабочей части: ширина около 25–30 см, а радиус образующей рабочей кромки – около 20 см. Рукоять значительно короче, чем у основной (около 1,5 м), но не менее 4,5 см в диаметре. Такой мотыгой можно быстро подсыпать землю под кусты картофеля на необходимую высоту, перемещаясь по дну борозд, образованных после предыдущих окучиваний. Разумеется, почва при этом должна быть достаточно рыхлой. Тяжелую или очень уплотненную почву предварительно разрыхляют с помощью малой мотыги или тяпки.

Размер рабочей части малой мотыги – 100 × 100 мм (рис. 89, в). Режущая кромка, как и у «старших сестер», тоже имеет полукруглую форму. Рукоять относительно небольшой длины. Это удобный инструмент для работы в промежутках между кустами картофеля в рядах (гребнях) и под кронами деревьев или кустов.

Мотыга для липкого грунта, больше похожая на тяпку, отличается окошком, расположенным выше полотна (рис. 89, г). Окошко можно прорезать в рабочей плоскости или приварить полотно к кронштейнам, сходящимся у тулейки. При работе этим инструментом влажная земля не налипает на поверхность лезвия, поскольку при каждом последующем ударе она сдвигается в проем.

Ремонт лемехов

Сварка может применяться не только для создания различного сельскохозяйственного оборудования, но и для его ремонта. Например, лемеха плугов сильно изнашиваются, особенно на тяжелых почвах. И поскольку покупка нового оборудования обходится недешево, с помощью ручной электросварки лемех ремонтируют следующим образом.

Обрубают изношенную часть лезвия и кузнечным способом изготавливают полосы для лезвия сечением 4 × 30 мм для трапециевидного лемеха или 5 × 30 мм для долотообразного лемеха соответствующей длины. Полосу приваривают к лемеху (рис. 90, а), после чего зачищают сварные швы с лицевой и тыльной сторон и проверяют размеры. Затем закаливают по всей длине на 2/3 от края лезвия до температуры 780–820 °C (светло-вишневый цвет каления). Поскольку закаленное лезвие имеет повышенную хрупкость, его подвергают отпуску – нагревают до 300–350 °C (серый цвет побежалости) и охлаждают на воздухе. После этого проверяют твердость лезвия, которая должна быть не менее НВ 440–653 на участке 25–45 мм от края лезвия по всей его длине. Проще всего проверить твердость напильником, который должен скользить по лезвию, не оставляя на нем заметных для глаза следов.

Рис. 90. Ремонт лемеха:

а – наваркой полосы; б – наваркой зубьев

В некоторых случаях на сухих и сильно абразивных почвах к изношенным лемехам приваривают зубья, после чего подвергают их закалке и отпуску. Зубья изготавливают кузнечным способом из выбракованных автомобильных рессор и электросваркой приваривают к лицевой стороне три-четыре зуба на одинаковом расстоянии друг от друга. В некоторых случаях первый зуб приваривают с тыльной стороны, а два других – с лицевой. Размеры и размещение приваренных зубьев на лемехе показаны на рис. 90, б. Такие изделия работают в 7–10 раз дольше обыкновенных заводских лемехов.

Садовая тачка

Садоводу, огороднику, строителю непросто обойтись без такого древнего транспортного средства, как тачка. При перемещении самых различных грузов она значительно облегчает тяжелый труд – экономит силы, время, а возможно и здоровье, когда объемы перевозок значительны. Тачка незаменима даже для тех, у кого имеется мини-трактор или мотоблок с прицепом. Главные ее достоинства – экологичность и бесшумность, а потому тачку можно использовать даже внутри помещений. Чтобы тачкой было удобно пользоваться на небольшом приусадебном участке, она должна проходить по узким и неровным дорожкам, через достаточно узкие калитки. Поэтому ее целесообразно сделать одноколесной. При этом тачка должна иметь грузоподъемность порядка 80–120 кг, расстояние между ручками должно быть 60–65 см, а расстояние от ручек до земли в транспортном положении – порядка 70–75 см. Эти базовые параметры и заложены в конструкцию металлической одноколесной тачки (рис. 91).

Любая тачка состоит из кузова или платформы, ходовой части – колеса или колес – и шасси, объединяющего кузов, ходовую часть и «органы управления» – ручки. Основным и наиболее сложным в изготовлении элементом тачки является кузов – емкость или платформа для размещения соответствующего груза. В предлагаемой тачке кузов имеет очень простую форму – это половина параллелепипеда. Сделать такой кузов очень легко. Для этого берем прямоугольный лист стали толщиной 1,6–2,0 мм, шириной 500 мм и длиной 1900 мм и разрезаем так, как показано на рис. 91, в. Заметим, что по линии ДЕ лист можно согнуть на угол ABC, равный приблизительно 100°. Из получившихся заготовок сваривают кузов (рис. 91, г). При указанных размерах объем кузова составляет 82 л, его глубина – 360 мм, а вес – 10–15 кг, в зависимости от толщины стального листа.

После того как изготовлен кузов, привариваем к нему элементы шасси. Конструктивная схема шасси (рис. 91, д) выбрана исходя из геометрии кузова. Кроме того, при такой компоновке минимизирован вращающий момент, действующий в транспортном положении на линии «ось колеса – ручки», т. е. груз в кузове располагается как можно ближе к оси колеса.

Для рычагов и рукояток используются стальной уголок 32 × 32 мм и отрезки водопроводной трубы ¾˝. Чтобы конструкция тачки была достаточно прочной и жесткой, применены ребра, стойки и накладки из стального уголка 25 × 25 мм. Основание тачки изготовлено из уголка 40 × 40 мм. Оси колеса фиксируются стальными планками.

Рис. 91. Простая одноколесная тачка:

а, б – компоновочная схема, виды сбоку и сверху (1 – рычаг; 2 – рукоятка; 3 – ребро; 4, 5 – основание; 6 – накладка; 7 – стойка; 8 – планка; 9 – стояночная стойка; 10, 11 – поперечная косынка; 12 – опора; 13 – кузов; 14 – колесо); в – раскрой заготовок для кузова; г – компоновка кузова; д – сборочная схема шасси; е – чертеж колесного узла (1 – резиновый обод; 2 – крышка; 3 – обойма; 4 – подшипник № 204; 5 – ось; 6 – втулка; 7, 8 – винты М5; 9 – гайка М20; 10 – гайка М5)

К боковым стенкам кузова приварены стояночные стойки из уголка 25 × 25 мм. Они усилены треугольными продольными и поперечными косынками, изготовленными из остатков раскроя кузова. При сборке тачки необходимо обеспечить зазор около 10 мм между ободом колеса и передней стенкой кузова.

Чтобы тачка имела хорошие ходовые качества, имеет смысл сделать колесо с осью на подшипниках. Колесо можно взять готовое ∅ 280–350 мм, желательно с обрезиненным ободом и с подшипниками, или же сделать его самому. Конструкция колесного узла показана на рис. 91, е. Под подшипники № 204 нужно выточить обоймы на токарном станке.

Предлагаемая конструкция тачки очень удобна для разгрузки как лопатой, так и опрокидыванием от себя с помощью переднего выступа основания.

Платформенная тачка

В тех случаях, когда приходится часто перевозить крупногабаритные предметы, имеет смысл сделать платформенную тачку. Ось колес проходит здесь поперек грузовой платформы под ее серединой (рис. 92). При такой компоновке практически вся масса груза приходится на колеса, поэтому толкать тачку с грузом не тяжело. Особенностью этой тачки является ровная площадка (платформа) для перевозки крупных грузов, расположенная на удобной погрузочной высоте. Такая конструкция практична при перевозке сена, тюков, мешков, мебели.

Рис. 92. Двухколесная тачка с центральным расположением оси:

а – вид сбоку; б – вид спереди; в – вид сверху; г – приставной борт тачки; 1 – колесо (от сеялки, 2 шт.); 2 – ручка (труба ∅ 32 мм); 3 – рамка платформы-кузова (уголок № 4,5); 4 – стойка (труба ∅ 22 мм, 2 шт.); 5 – подкос (труба ∅ 22 мм, 4 шт.); 6 – откидная ножка (труба ∅ 22 мм); 7 – кронштейны для установки бортов при перевозке сыпучих грузов (стальной лист s3, 8 шт.); 8 – настил платформы (шпунтованная доска-вагонка s16); 9 – трубчатая балка (труба ∅ 42 × 5 мм); 10 – щит (шпунтованная доска-вагонка s16); 11 – стойка (деревянный брусок 50 × 25 мм, 2 шт.)

Колеса в сборе (шины, диски с ободьями, ступицы и даже оси) можно использовать от сельскохозяйственной сеялки или любые другие, подходящие по габаритам. А для изготовления шасси, прежде всего из труб и уголков, следует нарезать необходимые детали согласно эскизу (впрочем, их можно изменить в небольших пределах под собственные нужды).

Сборка начинается с приварки осей колес к трубчатой балке ∅ 42 × 5 мм. Затем нужно сварить раму кузова – грузовой платформы. Выставляете ее на стойках на необходимую высоту над собранными колесами и закрепляете с помощью подкосов.

Наконец, из трубы ∅ 32 мм выгибаете ручку и привариваете к раме кузова на удобной высоте (под свой рост) таким образом, чтобы грузовая площадка в рабочем положении была наклонена вперед на 5–10°.

По завершении сварочных работ устанавливается откидная ножка и устраивается деревянный настил площадки кузова (грузовой платформы). В приведенном варианте настил устроен из вагонки (шпунтованной доски) толщиной 16 мм поперек платформы. Если же перевозить предстоит по большей части сыпучие грузы, настил лучше сделать вдоль – легче будет сваливать их с тачки. Кроме того, для сыпучих грузов и длинномеров (дров, досок и т. п.) стоит приварить кронштейны, в которые будут вставляться стойки бортиков. Последние легко и быстро можно сколотить в виде щитов из такой же вагонки, что и настил, скрепив между собой парой поперечин-стоек из деревянных брусков подходящего сечения. Стойки надо выполнить с выступающими концами, которые и вставляются в кронштейны.

Универсальные санки

В зимнюю пору тачка не всегда может служить по назначению, особенно после хорошего снегопада. И порой выясняется, что в хозяйстве нет такого нужного грузового зимнего транспортного средства, как сани. Старые детские санки мало у кого сохранились в исправности, да и слабоваты они были бы для перевозки тяжестей. А современные яркие пластиковые изделия тоже вряд ли подойдут для хозяйственных целей. Между тем сделать крепкие и приспособленные для транспортировки грузов сани совсем не сложно.

При довольно небольших размерах такие сани справятся с перевозкой не только массивных, но и габаритных грузов (рис. 93). Для этого их платформа должна быть выполнена в одной плоскости с передней перемычкой – траверсой. Если же предполагается перевозить сыпучие или упакованные грузы, траверса должна быть приподнята, чтобы служить передним упором для грузового короба. Для универсальных саней траверсу можно слегка приподнять – на 2–3 см, тогда и длинномеры будут лежать довольно устойчиво, и упаковке будет куда упираться. Чтобы перевозить слегка перекошенные и свешивающиеся грузы, платформа должна находиться довольно высоко.

Делать платформу сплошной нежелательно. Лучше выполнить ее решетчатой, чтобы легче и надежнее крепить грузы, пропуская веревку не только по краям, но и посередине. Для перевозки же сыпучих грузов (снега, песка) все равно придется использовать короб или ящик.

Сначала надо разметить и заготовить отдельные детали: полозья из трубы ∅ 30 мм, стойки-порталы из трубы ∅ 20 мм. Важно, чтобы все стойки были одинаковыми по размерам. Это же относится и к полозьям. Трубы лучше всего изгибать с помощью роликового трубогиба. Если их гнуть в тисках, то даже с использованием песка вы не получите гладкого изгиба, и труба в этих местах будет немного сплющена и ослаблена. В таком случае места изгибов необходимо усилить подкосами из трубы меньшего диаметра или стальными косынками. Задние концы полозьев желательно тоже немного загнуть кверху – тогда при необходимости можно будет легко сдавать санки назад.

Заготовки выставляют на ровной плоскости, зажимают струбцинами и сначала лишь слегка прихватывают дугой. После тщательной рихтовки по выставлению параллельности полозьев нужно проварить стыки окончательно.

В задние срезы полозьев нужно вставить и заварить заглушки, чтобы не набивался снег. Передние концы полозьев закрывает поперечина – траверса из стальной полосы или уголка. По ее краям, немного отступив от мест сварки с полозьями, просверлите отверстия под вожжи и раззенкуйте кромки. В завершение слесарных работ все сварные швы обточите на наждаке и доработайте напильником.

Рис. 93. Хозяйственные санки общего назначения:

1 – полоз (стальная труба ∅ 30 мм); 2 – траверса (стальной прокатный уголок 40 × 40 мм); 3 – петля для вожжей (стальная проволока ∅ 6 мм, 2 шт.); 4 – стойка-портал (стальная труба ∅ 20 мм, 3 шт.); 5 – планка платформы (доска 100 × 20 мм, 3 шт.); 6 – саморез (18 шт.); 7 – вожжи (веревка ∅ 7 мм); 8 – косынка (стальной лист s4 мм, 6 шт.)

Далее надо покрасить все стальные детали. Сначала очистите их от ржавчины с помощью металлической щетки и наждачной бумаги, затем обезжирьте уайт-спиритом и загрунтуйте. После этого можно покрыть стальной каркас эмалью НЦ в два слоя с промежуточной сушкой.

Платформу можно изготовить из трех продольно расположенных деревянных планок сечением 100 × 20 мм. Подойдет любая не смолистая древесина, но в крайнем случае можете использовать сосну, вырезав смоляные кармашки и обессмолив поверхность с помощью скипидара, ацетона или уайт-спирита. Скрепите доски со стойками саморезами через предварительно просверленные одновременно в обеих деталях соответствующие отверстия. На этом изготовление универсальных грузовых саней можно считать законченным.

Однако бывают случаи, когда такой транспорт не очень удобен. Например, если регулярно приходится возить издалека воду, к тому же по неровной местности, емкость с водой на таких санях будет довольно неустойчива. В таком случае можно сделать специальные водовозные сани. Размером они поменьше предыдущих и проще по конструкции (рис. 94). Вместо стоек здесь установлены ограничители из более тонкой трубы – ∅ 14 мм. Площадка тоже отсутствует – 40-литровая алюминиевая фляга опирается прямо на полозья. Последние, как и у универсальных санок, выполнены из стальной трубы ∅ 30 мм. Они плавно переходят во вваренную между ними траверсу из такой же трубы, к которой привязывают вожжи.

Рис. 94. Водовозные санки (на виде сзади фляга условно не показана):

1 – полоз (стальная труба ∅ 30 мм, 2 шт.); 2 – траверса (стальная труба ∅ 30 мм); 3 – упор (стальная труба ∅ 14 мм, 2 шт.); 4 – вожжи (веревка ∅ 7 мм); 5 – фляга для воды объемом 40 л

Сани на колесах

Дачники по достоинству оценят тележку-сани, изображенную на рис. 95. Ведь ею можно с успехом пользоваться круглый год. Надо, скажем, летом перевезти какой-то груз – кладите его на тележку, поставленную на колеса, и катите ее за собой по земляной дорожке, траве, асфальту. А вот зимой наступает черед полозьев: переверните тележку, и она опять готова к работе.

Чтобы сделать такое универсальное средство перевозки, понадобится несколько стальных труб разных диаметров и колеса, допустим, от пришедшей в негодность детской коляски.

Две трубы ∅ 20–30 мм пойдут на полозья (при желании можно применить уголки). Их надо согнуть, как показано на рисунке. Еще две трубы такого же диаметра послужат рамой грузовой площадки.

Рис. 95. Тележка-сани:

1 – полоз; 2 – колесо; 3 – труба рамы; 4 – трубки грузовой площадки; 5 – ось колес

Сама площадка состоит из труб ∅ 10–12 мм. Две из них – оси колес, вставленные в сквозные отверстия основания. На концы осей надеты колеса и, чтобы последние не соскакивали, стопорные шайбы в специальных пазах. Остальные элементы грузовой площадки и полозья привариваются к трубам рамы газовой сваркой.

Возможны иные варианты конструктивного выполнения тележки. Например, при отсутствии стальных трубок ее можно сделать из алюминиевых или дюралюминиевых. Правда, сварить алюминий в домашних условиях несколько сложнее. Если сварное соединение у вас не получится, можно попробовать сделать по-другому. Три средние трубки грузовой площадки вставляются в отверстия, просверленные с внутренней стороны труб рамы. А крайние трубки и полозья скрепляются с ними болтами. Для этого все концы сплющиваются и в них сверлятся отверстия. Оси же колес устанавливаются так, как и в первом варианте.

Тележка-раскладушка

Представленную на рис. 96 тележку удобно хранить: она просто висит на стене, не занимая много места. В то же время это целый «ручной грузовичок», предназначенный для перевозки любых хозяйственных грузов в пределах 50 кг и даже больше. Например, на ней удобно транспортировать надувную лодку или другие габаритные грузы.

Рис. 96. Универсальная складная тележка:

а – общий вид; б – вид в сложенном состоянии; в – устройство откидного упора; г – конструкция выдвижной ручки; 1 – выдвижная ручка (изображена в убранном положении); 2 – втулка выдвижной ручки; 3 – рама тележки; 4 – поперечины рамы; 5 – колесо; 6 – откидной упор; 7 – грузовая площадка; 8 – поперечины площадки; 9 – цепь-фиксатор; 10 – ось; 11 – втулка грузовой площадки; 12 – втулка рамы

Все основные соединения каркаса сделаны с помощью сварки. Чтобы сделать рамки, сначала нужно вычертить на бумаге шаблон в натуральную величину и воспользоваться им при сгибании труб. Для сгибания заготовок рамы лучше всего использовать ручной трубогиб с диаметром роликов 30 миллиметров.

При стыковке элементов тележки детали следует сначала прихватывать друг к другу двумя-тремя точками, а затем сваривать окончательно. В противном случае раму «поведет», а рихтовка может существенно нарушить ее внешний вид.

Сварку откидной грузовой площадки производят в следующем порядке: втулки шарнира надевают на оправку – стержень ∅ 15 мм, прихватывают сваркой к рамке площадки, а затем окончательно приваривают. После этого втулки рамы тележки с помощью оправки – металлического стержня с длиной и диаметром, как у оси, – прихватывают к основной раме тележки, проверяют узлы на легкость вращения и производят окончательную сварку. Все швы и заусенцы тщательно зачищают и полируют. Следует заметить, что конструировалась тележка в расчете на колеса ∅ 160 мм. Соответственно, если они окажутся больше или меньше этого размера, придется доработать полуоси.

Также стоит обратить внимание на прочность упора. Имеет смысл делать его из трубы с толщиной стенки не менее 2 мм, чтобы он не сломался. Например, при поездке с груженой тележкой в автобусе на крутых поворотах слабый упор может просто скрутить боковой нагрузкой.

Парничок

Для выращивания рассады и ранних овощей садоводы и огородники издавна используют парники. Они позволяют на 1,5–2 месяца продлить вегетацию растений и выращивать многие теплолюбивые культуры с длительным периодом роста. Вариантов постройки парников очень много – от простейших укрытий из пленки до целых зданий «из стекла и бетона». Могут они быть и металлическими, как довольно сложными, так и простыми в изготовлении.

Чаще всего парники и теплицы имеют прямоугольную форму – так их легче строить. Но с функциональной точки зрения укрытия в виде сферы привлекают лучшим соотношением площадей, занятых растениями и необходимых для проходов. Они экономичны, так как на единицу объема требуют минимум площади ограждения, а значит, и минимум конструкционных материалов. До сих пор куполообразные постройки не имели сколько-нибудь широкого распространения в индивидуальных хозяйствах, однако их вполне возможно построить в условиях домашней мастерской, используя сварной металлический каркас.

Такой решетчатый парничок, покрытый полиэтиленовой пленкой, сделать совсем не сложно (рис. 97). Его основание и дужки сварены из металлических прутьев ∅ 8 мм. Размеры сооружения подбираете по своим грядкам – какого-либо стандарта здесь придерживаться бессмысленно. Для ориентира можете принять ширину парничка 1 м, а длину – 2–2,5 м. Для основания достаточно всего трех прутьев, а чтобы пленка на каркасе не провисала, дужки можно переплести капроновым шнурком или увеличить число продольных прутьев. Пленку натягиваете на парник, края подворачиваете под основание и прошиваете капроновой нитью (на рисунке шов показан пунктиром).

Температура в парнике регулируется просто: когда солнце начинает пригревать, поднимаете одну сторону, подложив под основание пару кирпичей. На ночь кирпичи убираете и опускаете конструкцию. Зимует парничок просто на участке. А чтобы он не ржавел, не забудьте покрасить готовый каркас.

Рис. 97. Парничок:

1 – рама; 2 – дуги; 3 – капроновый шнур; 4 – прошивка пленки

Долговечная опора

Для подвязки высокорослых помидоров и огурцов в теплице обычно забивают в землю деревянные шесты. Однако во влажной земле дерево быстро загнивает, и шесты приходится часто менять. К тому же в легкой почве подпорки быстро перекашиваются, да и случайно задеть и повалить их очень легко.

Чтобы навести в теплице порядок и продлить срок службы шестов, изготовьте для них металлическую опору (рис. 98).

Рис. 98. Металлическая опора для тепличных овощей:

1 – стержень; 2 – патрубок; 3 – стальная труба; 4 – опора; 5 – шест-подпорка

Для этого подберите длинную (почти на всю длину теплицы) старую стальную трубу ∅ 3,5–4 см, уложите ее на ровную поверхность и приварите к ней с одной стороны три патрубка длиной по 10–12 см, отрезанные от такой же трубы, – два по краям и один по центру. Забейте поглубже в землю на соответствующем расстоянии друг от друга три металлических трубы или прутка, наружный диаметр которых чуть меньше внутреннего диаметра патрубков, и наденьте на них металлическую опору. Далее потребуется приварить сверху к трубе несколько патрубков длиной по 20–25 см (они могут быть потоньше), в которые и будут установлены деревянные шесты-подпорки. Эти патрубки должны быть ориентированы строго вертикально, поэтому вначале пару патрубков приваривают по концам трубы, затем натягивают между ними тонкую проволоку или шпагат и равномерно, через каждые 0,5 м, ориентируясь на шпагат, приваривают остальные патрубки. Если все сделано точно, установленные в патрубки деревянные шесты будут стоять вертикально и располагаться по прямой линии. Для защиты металлической конструкции от коррозии опору лучше окрасить битумным лаком.

Зеленая ротонда

Сколько бы ни было работы, отдых необходим даже самому трудолюбивому дачнику. Беседка, увитая плющом, виноградом или другими вьющимися растениями, может стать излюбленным местом отдыха для членов вашей семьи. А изготовить ее совсем не трудно. Фактически ее конструкция мало отличается от рассмотренной в начале этого раздела оконной решетки или вышеописанного парничка.

Цилиндрическая беседка-ротонда сделана из отрезков арматурной проволоки ∅ 8 мм, нижние концы которых вертикально закреплены в кирпичах кольцевого основания, а верхние, изогнутые к центру и соединенные вместе, образуют своеобразный купол (рис. 99). Прочность конструкции придают горизонтальные переплетения из той же арматурной проволоки. Вход в беседку – через проем сводчатой формы. Для такого ажурного шатра потребуется около 50 шт. красного полнотелого кирпича и 310 м арматурной проволоки ∅ 8 миллиметров.

Начинают постройку с выбора подходящей площадки и разбивки основания. В центре будущей беседки вбивают в землю колышек и, привязав к нему шпагат или бечевку, размечают на земле две концентрические окружности с радиусами 1,75 м и 1,90 м. Затем из получившегося кольца вынимают верхний слой грунта на глубину 15–20 см, вместо которого засыпают слой песка толщиной 10–15 см, обильно поливая и утрамбовывая его.

Уложив на подготовленное основание кирпичи с небольшими промежутками и подсыпав и уплотнив песок в зазорах между ними, получают фундамент основания будущей беседки. Кирпичи должны лежать горизонтально, а их верхние постели – находиться вровень с площадкой.

Для установки арматурных стержней в центре каждого кирпича сверлят отверстие ∅ 8–10 мм. Сделать это лучше электродрелью с твердосплавным сверлом. При установке прутьев не забудьте пропустить 4 кирпича – в этом месте будет находиться вход в беседку. Если вы желаете сделать проход шире или уже, чем 1 м, пропустите больше или меньше кирпичей, исходя из того, что длина каждого – 250 миллиметров.

Рис. 99. Зеленая ротонда:

1 – кирпичи фундамента; 2 – прутья из арматурной проволоки ∅ 8 мм; 3 – места сварки пересечений

Чтобы кирпичи не раскололись, вначале просверлите отверстия более тонким сверлом (∅ 3–4 мм), а затем рассверлите их до необходимого диаметра.

Заделав в отверстиях на цементном растворе отрезки арматурной проволоки длиной примерно по 4 м каждый, их изгибают к центру беседки на высоте 2,0–2,2 м. От радиуса изгиба будет зависеть форма купола беседки. Сведенные в центре концы арматуры приваривают к центральному кольцу ∅ 200 миллиметров.

Затем приступают к формированию центральной обвязки. Горизонтальные ряды располагают на расстоянии 275 мм друг от друга. Места пересечений прутьев арматуры прихватывают сваркой, предварительно зафиксировав струбцинами.

Готовую беседку покрывают грунтовкой по металлу, например ПФ, и красят в неброский цвет. В завершение следует посадить вокруг беседки вьющиеся и плетистые растения. Уже к концу первого летнего сезона они обовьют каркас и сделают его практически незаметным и непродуваемым, создавая впечатление невесомого зеленого купола. Даже во время самой сильной летней жары в этой беседке будет прохладно и свежо, а простая, скрытая красивыми цветами и листвой конструкция беседки будет вызывать восхищение гостей.

Сварка в помощь автолюбителю

Сварочное оборудование является непременным атрибутом каждой приличной автомастерской. Серьезные автолюбители тоже стремятся завести у себя в гараже сварочный аппарат. Ведь при грамотном использовании сварка способна значительно продлить жизнь железному коню и позволяет существенно сэкономить на ремонтах. Конечно, новичку не стоит сразу приниматься за ремонт кузова или ходовой части автомобиля. В этом случае можно потренироваться на менее ответственных сварочных работах. Даже неквалифицированный сварщик может сварить для гаража простой стеллаж или верстак. При хорошем запасе материала можно собственноручно сделать даже металлический гараж. А когда вы начнете чувствовать характер расплавленного металла, когда уверенно и ровно начнете получать прочные и красивые швы, можно будет приступать к кузовным работам.

Навес для автомобиля

Вопрос о размещении машины на загородном участке может встать даже раньше, чем начнется постройка дома. Идет строительство или уже закончено, а железному коню нужна защита от дождя, града и прочих погодных катаклизмов. Но строительство гаража – дело не быстрое, а навес из поликарбоната полностью справится с этой задачей.

Размеры навеса зависят от количества и габаритов машин, которые будут под ним находиться:

● для одной машины достаточно будет навеса размером 3 × 4 м;

● для двух небольших машин подойдет навес размером 5 × 6 м;

● если планируется размещение гостевых машин – можно устроить навес любых размеров; лучше всего для гостевой стоянки на подворье подойдет навес размерами 11 × 7 метров;

● для пары габаритных внедорожников лучше устроить навес размером 6 × 6 м.

Навес можно построить как отдельно стоящий, так и пристроенный к дому. Отдельно стоящий навес должен быть достаточно отнесен от дома, чтобы сходящий с крыши дома снег не повредил легкую кровлю. Пристроенный навес должен иметь угол ската 12–14°, чтобы снег с кровли, не задерживаясь, соскальзывал вниз.

Если планируется постройка навеса для легкого автомобиля, никаких проблем с особым обустройством площадки обычно не возникает. Подойдет и бетонная плита, и георешетка, плитка, брусчатка на укрепленном основании, просто утоптанная площадка. А вот если в семейном автопарке, к примеру, пара «лендроверов», каждый из которых весит около 3 тонн, этими мерами уже не обойтись. Для тяжелых машин необходимо устройство армированной бетонной монолитной плиты на подушке из щебня и песка. При нормальных условиях, т. е. хорошей температуре и влажности окружающего воздуха, набор бетоном прочности займет примерно четыре недели. Но если залитую площадку не эксплуатировать по назначению, то работы по установке навеса можно начинать уже дней через десять. За это время вы вполне успеете подготовить детали каркаса.

При расчете конструкций навеса нельзя экономить на фермах и поперечинах. Вся нагрузка от снега зимой должна приходиться на каркас, а не на поликарбонат. Особенно если в силу каких-либо архитектурных особенностей угол наклона поверхности кровли мал. Нормальная ячейка спасет покрытие навеса от разрушения при сильной снеговой нагрузке.

Традиционно каркас навеса делается из профильной трубы. Для стоек подходит труба сечением 80 × 80 мм или 100 × 100 мм; для поперечин – 40 × 80 мм; для гнутых ферм – 40 × 40 миллиметров.

Расчет нагрузок на конструкции достаточно сложен и проводится не только на основании математических вычислений, но и с учетом региональных особенностей. Для индивидуального расчета можно обратиться к специалисту, а можно воспользоваться опытом ваших соседей по установке навесов.

Конструктивно навес состоит из опор, ферм, лаг и кровли (рис. 100, а). При монтаже обычных автомобильных навесов общепринятой[29] является установка ферм с шагом примерно 1 м и с поперечными стропилами с шагом 0,5 м. При этом следует учесть, что стыки листов поликарбоната должны приходиться на обрешетку.

Фермы (рис. 100, б) сваривают отдельно от всей конструкции, поскольку варить такой крупный узел на высоте довольно проблематично. Нарезают в размер остальной материал.

Сначала монтируют и выравнивают по уровню опорные стойки. Устанавливать их можно по-разному. При работе на площадке с полностью устоявшимся бетонным основанием стойки навеса с приваренной пяткой можно крепить анкерами. Если же бетон площадки еще не полностью набрал прочность, буром делают скважину, в которую устанавливают стойку и заливают бетоном. Расстояние между опорами может варьироваться от двух до трех метров.

Рис. 100. Схема изготовления навеса для автомобиля:

а – общий вид; б – схема закрепления профильных труб у фермы; 1 – бетонное основание; 2 – пятки под стойки 30 × 30 × 6 мм; 3 – опорные стойки из профилированной трубы 60 × 60 × 3 мм; 4 – балка (профильная труба 60 × 60 × 3 мм); 5 – прогоны (профильная труба 40 × 25 × 2 мм, 50 × 25 × 2 мм); 6 – ферма арочная (профильная труба 30 × 30 × 2 мм); 7 – сотовый поликарбонат 8–16 мм; 8 – нижний пояс; 9 – верхний пояс; 10 – раскосная решетка. Пунктиром показаны возможные места усиления жесткости каркаса с помощью арок

На стойки приваривают верхний пояс, к которому, в свою очередь, приваривают фермы. Если конструкция большая и массивная, допустимо для усиления жесткости между опорами приварить дополнительно арки (на рисунке их расположение показано пунктиром).

После этого сверху монтируют обрешетку. На приведенной здесь иллюстрации прогоны обрешетки выполнены из металлической профилированной трубы, но это имеет смысл лишь для большой гостевой стоянки. При изготовлении стандартного навеса для одного-двух автомобилей обрешетку можно делать деревянной, хотя весь остальной каркас выполняют из металла. По обрешетке настилают кровельный материал.

Для кровли нужно брать поликарбонат толщиной от 8 мм. Известно, что во время зимы снег с поликарбоната очень легко ссыпается. Но весной, когда таяние чередуется с заморозками, на мокрой крыше могут задержаться глыбы снега. Поэтому для более пологих крыш лучше остановиться на поликарбонате толщиной 10–12 мм, а если уклон совсем маленький, то даже 16 мм. При такой толщине гарантированно не будет провисаний во время оттепелей.

Тщательно нужно выбирать и цвет поликарбоната. При выборе цветного поликарбоната нужно учитывать, что все предметы под навесом будут окрашены тем же цветом. Молочный поликарбонат лучше задерживает ультрафиолет, а бронзовый дает качественную хорошую тень. Важно покупать поликарбонат проверенных брендов с ультрафиолетовой защитой. Дешевый поликарбонат продержится от силы года три и со временем разрушится от солнечных лучей, потеряет прочность и потрескается от первого града. Важна и правильная укладка листов: их кладут стороной с защитным слоем от ультрафиолета вверх, а ребра жесткости должны быть направлены вдоль ската.

При монтаже поликарбоната следует использовать термошайбы, рекомендованные производителем. Поликарбонат при нагревании расширяется, соответственно, расширяется и отверстие для крепежа. Если лист был закреплен на обрешетке саморезами, маленькая шляпка самореза может провалиться в отверстие. Само отверстие должно быть на 2–3 мм больше диаметра крепежа, чтобы при сужении во время морозов поликарбонат не треснул.

Для стыкования кровельных листов нужно использовать качественные соединительные профили. Листы должны плотно входить в профили и там крепиться, чтобы порывами ветра лист не вырвало из конструкции. Верхние торцы плотно и герметично закрываются торцовыми профилями или силиконовым герметиком, нижние торцы – перфорированной алюминиевой лентой.

Изготовление металлического каркаса

Как известно, наиболее простыми для сварки пространственными положениями являются нижнее положение и «в лодочку». Всех остальных положений для сварки можно избежать, если сооружаемый объект будет разбит на отдельные сборки, которые в процессе изготовления могут занимать любое пространственное положение. Затем отдельные сборки можно собрать в единую конструкцию на болтах, заклепках и т. п. и, разумеется, с помощью сварки, если ее можно применить в удобном положении. Такие виды сварки не являются сложными, однако и они требуют предварительной тренировки на образцах, и только при устойчивых положительных результатах можно переходить к изготовлению задуманной конструкции.

Для иллюстрации сказанного рассмотрим процесс возведения металлического каркаса размером (по наружному обмеру) 6 × 4 м. Предлагаемый каркас при сплошной облицовке наружных стен можно использовать как сарай или гараж, а при наличии внутренней облицовки и окон – как кухню-столовую или жилье в летнее время (рис. 101).

Рис. 101. Металлический каркас:

А – боковая сторона; Б – глухой торец; В – лицевой торец с воротами; Г – стропильная ферма, два варианта

Материал, из которого сварен каркас, – труба прямоугольная 50 × 20 мм и лист толщиной 3 мм для изготовления косынок. Для предотвращения проникновения влаги из почвы пол, на котором будет установлен каркас, должен быть приподнят над землей на 15–20 см и иметь слой гидроизоляции по всей площади строения. Учитывая, что пол будет служить площадкой, на которой будет производиться сварка и по которой будет проверяться плоскостность сваренной конструкции, его выравнивают по уровню.

Каркас состоит из четырех секций «А», одной секции «Б», одной секции «В» и пяти стропильных секций «Г». Для сварки элементы секции выкладывают на полу в соответствии с чертежом.

Особое внимание уделяют прямоугольности углов. Углы считаются прямыми (равными 90°), если диагонали секций равны. Для измерений лучше воспользоваться не мягким метром, а деревянной рейкой. Собранную секцию обваривают прихватками с обеих сторон попеременно, после чего проверяют на плоскостность по прилеганию к ранее выверенному полу и на прямоугольность углов по равенству диагоналей.

В случае деформации секцию рихтуют и только после этого обваривают полностью, располагая сварные швы в нижнем положении. Окончательную обварку секций целесообразно вести, тоже периодически меняя стороны. После этого секцию еще раз проверяют, и если требуется, рихтуют. Другие секции обваривают аналогичным образом.

Все секции, кроме стропильных, собирают на болтах. Вертикальные наружные стены и ворота покрывают оцинкованным листом на саморезах по металлу или на заклепках с помощью заклепочника. Покрытие крыши производят тем же листом. Но для этого к угольникам, приваренным к верхнему брусу стропильной фермы, сначала должна быть привернута доска, к которой потом прибивают обрешетку.

Металлический гараж

Металлические гаражи давно и хорошо известны автомобилистам благодаря невысокой стоимости и простому и удобному монтажу. Каркас нужного размера сваривают по месту из профильной трубы сечением не меньше 30 × 30 мм или уголка с ребром 40 мм (рис. 102). Нижнюю раму, на которой собраны стойки каркаса, можно выполнить из той же трубы или использовать швеллер и заводить стойки внутрь его полок. Затем каркас обшивают листовым металлом толщиной 2–3 мм. Листы обшивки можно крепить саморезами (в таком случае стоит использовать оцинкованный метиз, чтобы избежать коррозии) или приваривать к каркасу. Все листы конструкции желательно соединять между собой внахлест, что повышает водонепроницаемость помещения.

Двускатную крышу укладывают на поперечные сварные балки-фермы, которых должно быть не менее трех (два фронтона и одна – посередине). В верхней точке фермы между собой скрепляет конек из того же уголка или трубы, которые использовались для создания стен. Для устройства односкатной крыши по длине гаража крепят поперечные несущие балки, которые затем обшивают стальными листами или профлистом.

Рис. 102. Конструкция металлического гаража:

а – с односкатной крышей; б – формирование уклона односкатной крыши; в – с двускатной крышей

Все металлические конструкции грунтуют с обеих сторон и окрашивают масляной краской два раза.

Для металлического гаража не обязателен мощный фундамент. Ленты шириной 30 см и глубиной 30–40 см вполне достаточно. Чтобы ускорить работы, полы и фундамент выполняют одновременно. Для этого по периметру будущего гаража выкапывают траншею, а снаружи выставляют опалубку, чтобы залитый бетон выступал над уровнем грунта как минимум на 10 см. Укладывают бетон сразу по всей площади. Размеры бетонной площадки вместе с фундаментом принимают такие, чтобы снаружи гаража выступало 10 см бетона.

Впрочем, даже такую ленту делать не обязательно. Вполне достаточно просто заасфальтировать площадку нужного размера или уложить бетонную плиту толщиной от 100 мм. Можно залить площадку бетоном такой же толщины, предварительно уложив для прочности металлическую сетку. Но в любом случае площадка должна быть приподнята над уровнем окружающей местности, чтобы дождевая вода не заливала пол гаража.

Металлические конструкции гаража крепят к бетону с помощью анкеров. Проще всего анкеры изготовить из арматуры ∅ 12–14 мм и длиной 15–20 см. Их забивают в просверленные перфоратором отверстия, точно соответствующие по диаметру размерам анкера. К забитому стержню электросваркой приваривают нижний пояс металлического гаража. Полтора десятка таких анкеров, установленных по периметру, надежно фиксируют гараж размером 6 × 4 метра.

Самодельные гаражные ворота распашного типа изготовить под силу любому мастеру. Понадобится металлический уголок, лист оцинкованной стали, толщина которого составляет 1–3 мм, и профиль.

Вначале следует собрать крепежную раму, которая включает в себя внутренний и внешний каркас. Основа рамы выполняется из металлического уголка 65 × 65 мм. Всю конструкцию сначала формируют на плоской горизонтальной поверхности. Для удобства монтажа следует использовать подкладки, например из целых кирпичей одного размера. Углы рамы выставляют по угольнику и проверяют диагонали сформированной конструкции, которые должны быть одинаковым по длине. Детали рамы фиксируют струбцинами, а затем прихватывают сваркой. Струбцины снимают и обязательно еще раз проверяют диагонали и общие габариты конструкции. Только убедившись в том, что все размеры выдержаны, швы проваривают окончательно.

Для обшивки ворот обычно используют листы оцинкованной стали толщиной 2–3 мм. Для усиления конструкции изнутри на высоте 1 м горизонтально приваривается металлический пояс. Полезно также приварить и дополнительную вертикальную стойку.

После того как рама ворот полностью собрана, делают каркас для створок из профиля. Направляющие вставляются в раму и тщательно выравниваются. При этом обязательно оставляют зазор не более 20 мм между рамой и направляющими, он необходим для свободного движения створок. После проверки прямых углов каркаса профиль можно сваривать.

Ворота навешивают на силовые петли и оснащают засовом с вертикальным штырем. Когда конструкция полностью собрана, ворота следует покрыть грунтовкой и окрасить.

Прицеп для «Нивы»

Излюбленный автомобиль в селе – это, бесспорно, полноприводный, повышенной проходимости ВАЗ-2121 «Нива», он же «Lada 4 × 4». Правда, прицеп к этой модели, имеющий большую грузоподъемность и способность эксплуатироваться в условиях бездорожья, стоит довольно дорого. А потребность в нем у сельского жителя огромная: и стройматериалы привести, и удобрения, и доставить на рынок продукцию своего огорода. Поэтому владелец сварочного аппарата, не желающий выкладывать кругленькую сумму за прицеп, может попытаться сделать его самостоятельно.

Собственная масса прицепа, предлагаемого к изготовлению, – 250 кг. Откидной задний борт и гладкий пол кузова обеспечивают удобство погрузки и разгрузки (рис. 103).

За основу ходовой части выбрана задняя ось с рессорами и ступицами от списанного передвижного компрессора ПР-10. Ширина колеи подогнана под колею тягового автомобиля. Для этого толстостенная труба оси наружным диаметром 80 мм разрезана и укорочена на токарном станке со снятием фаски под сварку. Затем ось сварена электродуговой сваркой. Количество листов рессор уменьшено с каждой стороны на два. Подобным же образом для прицепа можно приспособить и другую подходящую тележку.

Диски колес и шины – от автомобиля УАЗ 30 × 8,5 R15. Проушины рессор надо приварить к раме из швеллера и стальных труб прямоугольного сечения 25 × 50 мм. Для подачи смазки болты крепления рессор должны иметь внутренний канал и круглую головку со срезанной гранью. Вращение болтов исключается приваренными к проушинам пластинами размером 15 × 25 мм из стали толщиной 2 миллиметра.

Дышло прицепа сделано из гнутого равнополочного швеллера, пол кузова – из стального листа толщиной 2 мм, для стоек кузова, верхнего обрамления боковых и переднего бортов нужен стальной уголок 32 × 3 мм. Для плоскостей бортов подойдут стальные листы толщиной 1,2 мм. Навесы заднего борта ∅ 16 мм вытачивают из стального кругляка. Указатели поворотов, габаритов, стоп-сигналы используйте готовые, подбирая их по своему вкусу и толщине кошелька. Для крепления номерного знака с левой по ходу стороны прицепа предусмотрена пластина. Не забудьте позаботиться и о его освещении. Защита сигнальных фонарей обеспечивается сварной конструкцией из трубы сечением 25 × 25 мм. Грязезащитные щитки можно вырезать из транспортерной ленты; для их крепления к раме приварите пластины размером 30 × 270 мм из стали толщиной 2 мм. Крепятся щитки к пластинам с помощью болтов.

Запасное колесо располагается в передней части прицепа над дышлом и фиксируется на кронштейне тремя гайками М14.

После того как вы подберете все комплектующие и заготовки, можно начинать изготовление рамы прицепа. К основе из двух швеллеров приварите сначала три поперечины – трубы сечением 25 × 50 мм, затем – проушины для крепления рессор.

После этого к основе рамы можно крепить рессоры с осью и ступицами. В задней части крепления рессор предусмотрена деталь, компенсирующая их удлинение при движении.

Далее необходимо изготовить дышло прицепа и буксировочное устройство к автомобилю.

Рис. 103. Грузовой прицеп к автомобилю «Нива»:

а – вид сбоку; б – вид сверху (по сечению А – А); в – вид сзади; 1 – скоба (сталь, пруток ∅ 20 мм); 2 – пластина усиливающая (сталь, толщина 10 мм); 3 – перегородка усиливающая (сталь, 4 × 100 × 125 мм); 4 – дышло (сталь, швеллер № 12); 5 – пластина усиливающая (сталь, 5 × 50 × 90 мм); 6 – стойка кронштейна запасного колеса (сталь, труба 20 мм); 7 – окантовка кузова (сталь, уголок 32 × 32 мм); 8 – зашивка кузова (сталь, толщина 1,2 мм); 9 – днище (сталь, толщина 2 мм); 10 – замок; 11 – петля; 12 – бампер (сталь, труба 25 × 15 мм); 13 – лонжерон (сталь, швеллер № 16); 14 – проушина (сталь); 15 – продольная связь (сталь, труба 25 × 25 мм); 16 – поперечная связь (сталь, труба 25 × 25 мм); 17 – окантовка заднего борта (сталь, труба 25 × 50 мм); 18 – пластина грязезащитная (сталь, 2 × 150 × 280 мм); 19 – пластина опорная (сталь, 14 × 140 × 160 мм); 20 – подкос (сталь); 21 – ось (от компрессора ПР-10)

Наиболее приемлемый вариант сборки рамы с дышлом такой: зацепить дышло прицепа за буксирный крюк автомобиля, затем основу рамы с рессорами и осью на колесах поставить в горизонтальное положение; вставить дышло в основу рамы и приварить электродуговой сваркой согласно чертежу. Затем собирайте и сваривайте остальные детали кузова. По завершении сварочных работ все детали прицепа окрасьте автомобильной эмалью, а когда она высохнет, смонтируйте электропроводку и установите на место фонари.

Буксировочное устройство состоит из жесткой балки кронштейна, хомута, накладки, раскосов, пластин и буксирного крюка (рис. 104). Буксирный крюк лучше взять готовый – от автомобиля УАЗ или аналогичный.

Конструкция закреплена на кузове автомобиля в четырех точках. Передний конец через накладку притянут четырьмя болтами М8 × 30 к полу багажника и охватывает поперечину пола. Задний фиксируется на бампере двумя болтами М8 × 25 и двумя болтами М10 × 25.

Балка выгнута из трубы ∅ 45 мм с толщиной стенки 3,5 мм. Хомут и накладка сделаны из листовой стали толщиной 4 мм; задний кронштейн – из угловой равнополочной стали 75 × 8 мм. В последнем для крепления крюка просверлены отверстия ∅ 13 мм. Края кронштейна снизу обрезаны на фрезерном станке. Раскосы изготовлены из угловой равнополочной стали 32 × 3 мм. Пластины вырезаны из стали толщиной 6 мм. В них следует согласно чертежу разметить и просверлить отверстия ∅ 8,6 мм и нарезать резьбу М10 × 1,25.

Теперь можно приступать к монтажу. По хомуту тщательно разметьте и просверлите отверстия в полу багажника. При этом необходимо учитывать, что буксировочное устройство должно располагаться строго по оси автомобиля. Хомут и накладку стяните болтами М8 × 30. Просверлив по месту отверстия в заднем бампере, закрепите кронштейн болтами М10. Буксирные петли автомобиля замените пластинами.

Рис. 104. Буксировочное устройство:

а – вид сбоку; б – вид сверху; 1 – балка продольная (сталь, труба 45 × 3,5 мм); 2 – кронштейн задний (сталь, уголок 75 × 8 мм); 3 – хомут (сталь, толщина 4 мм); 4 – раскос (сталь, уголок 32 × 3 мм); 5 – пластина крепежная (сталь, толщина 6 мм); 6 – крюк буксирный; 7 – болт М12 × 40 (4 шт.); 8 – бампер

Электродуговой сваркой прихватите балку к хомуту и кронштейну, а раскосы – к кронштейну и пластинам. А чтобы не испортить сваркой детали автомобиля, всю конструкцию следует демонтировать и обварить на сварочном столе. После этого тщательно зачистите швы и покрасьте собранную конструкцию. Когда краска высохнет, установите буксирное устройство на автомобиль и прикрепите четырьмя болтами буксирный крюк.

В последнюю очередь необходимо подключить к бортовой сети автомобиля световую сигнализацию прицепа. В качестве страховочного устройства следует обязательно установить стальной трос ∅ 8–10 мм или цепь.

Прицеп для мопеда

Современные мопеды мало похожи на те «Риги», «Дельты», «Верховины», о которых мечтали многие советские мальчишки. Но до сих пор старые мопеды выручают жителей села, когда нужно съездить в магазин за хлебом, на ближайшую железнодорожную станцию или подбросить приятеля к дому. А если требуется перевезти какой-либо груз, например громоздкий газовый баллон, мешок картошки или пятидесятикилограммовый пакет цемента? Стоит ли тащить их на ручной тележке, в то время как ваши полторы «лошадиные силы» отдыхают в сарае? Ведь и эти хозяйственные работы можно возложить на мопед, если оснастить его боковым прицепом (рис. 105). Более того, при желании к раме последнего можно приспособить и удобное сиденье, превратив таким образом грузовой прицеп в пассажирский. Усовершенствовать «стального пони» несложно, главное, чтобы под рукой был сварочный аппарат.

Работу следует начать с подбора заготовок. Для рамы потребуются отрезки стальных труб ∅ 30–32 мм с толщиной стенки 2–2,5 мм. Для заготовок подкосов подойдут более тонкие трубы ∅ 20 мм. Для стыковочных узлов подберите болты М10 длиной 70 миллиметров.

Размечать заготовки проще по месту. Поставьте мопед на ровную площадку, закрепите его в строго вертикальном положении деревянными подпорками и наметьте места расположения осей стыковочных узлов. Болт заднего стыковочного узла располагается на пластине толщиной 4 мм, вваренной между правым пером задней вилки мопеда и подкосом. Болт переднего стыковочного узла приваривается к вертикальной стойке рамы на той же высоте, что и ось заднего узла. А болт верхнего узла закрепляется сваркой в месте соединения хребтовой трубы рамы и вертикальной стойки. В комплект каждого стыковочного узла входит резиновая втулка, диаметр которой почти такой же, как и внутренний диаметр соответствующей трубы.

Зафиксируйте на переднем узле трубчатую заготовку рамы. Для этого наденьте трубу на резиновую втулку стыковочного узла и туго затяните внешнюю гайку. Резина при этом сожмется и накрепко захватит трубу изнутри. Чтобы определить длину трубы, надо учесть, что колея будущей трехколесной машины должна составлять около 900 мм. Обрежьте заготовку, ориентируясь на этот размер.

Затем установите в трубе ось бокового колеса с помощью втулки-приставки и зафиксируйте сваркой. После этого в соответствии с рис. 105 разметьте и обрежьте остальные заготовки рамы.

Подгоняя подкосы, убедитесь, что после установки бокового колеса мопед сохранит вертикальное положение. Приваривать подкосы к раме и верхнему стыковочному узлу лучше всего в два приема: сначала слегка прихватить их, а затем, отсоединив раму, окончательно заварить стыки.

Установите сваренную раму на место. Колесо бокового прицепа должно быть слегка развернуто влево, если смотреть сверху (рис. 105, б), т. е. передняя часть колеса должна быть ближе к оси симметрии мопеда приблизительно на 10 мм, чем задняя. К тому же сам мопед должен быть слегка наклонен влево (если смотреть сзади). Такого рода настройку можно осуществить, перемещая раму относительно болтов стыковочных узлов.

Рис. 105. Боковой прицеп для мопеда:

а – общий вид (вид сбоку); б – вид сверху (здесь и в поз. «а» грузовой кузов показан пунктиром); в – рама (1, 3 – трубчатый подкос; 2 – стальная втулка; 4 – ось бокового колеса; 5, 8 – продольные элементы рамы; 6 – передняя поперечина; 7 – задняя поперечина); г – нижний (передний или задний) стыковочный узел (1 – шайбы; 2 – гайка зажимная; 3 – резиновая втулка; 4 – стыковочный болт; 5 – регулировочная гайка; 6 – трубчатая поперечина рамы прицепа); д – верхний стыковочный узел (1 – внутренняя шайба; 2 – стыковочный болт; 3 – вертикальная стойка рамы; 4 – стальная втулка; 5 – внешняя шайба; 6 – гайка с контргайкой; 7 – трубчатый подкос; 8 – резиновая втулка); е – устройство подвески (1 – днище кузова; 2 – продольный лонжерон кузова; 3, 7 – соединительные болты; 4, 6 – упоры-ограничители; 5 – амортизатор – теннисный мяч; 8 – поперечина рамы прицепа; 9 – хомут; 10 – гайка); ж – кузов, вид сзади и элементы конструкции (1 – фанерная стенка; 2 – лонжероны; 3 – уголок; 4 – винт с гайкой М4; 5 – винт крепления грязевого щитка; 6 – грязевой щиток; 7 – рейка-окантовка)

Следует учесть также, что, какой бы прицеп вы ни делали – грузовой или пассажирский, – без подрессоривания коляски или кузова обойтись невозможно. Иначе инерционные силы, вибрация и повышенная нагрузка быстро приведут раму в аварийное состояние, да и на состоянии мопеда они скажутся не лучшим образом. Проще и надежнее всего установить кузов на четырех пневматических амортизаторах из обычных теннисных мячей ∅ 65 мм. Располагаются они в полостях продольных лонжеронов платформы кузова и фиксируются от смещения деревянными упорами (рис. 105, е). Лонжероны сделаны из реек сечением 20 × 75 мм и соединены попарно с помощью поперечин, вырезанных из таких же реек. К основанию кузова лонжероны крепятся эпоксидным клеем и шурупами. По оси каждого из амортизаторов, которые совпадают с осями поперечин рамы, прорежьте выемки под трубы поперечин на глубину 35 мм. К числу элементов подвески относятся также четыре хомута из стальной полосы толщиной около 3 мм и шириной 20 мм. Крепятся хомуты к лонжеронам болтами с резьбой М6.

Грузовой кузов можно сделать из фанеры. Дно-основание вырезано из 12-миллиметрового листа, а стенки – из листа толщиной 8–10 мм. Соединять между собой стенки, равно как и соединять стенки с днищем, лучше всего дюралюминиевыми уголками, причем располагать их следует как изнутри кузова, так и снаружи. Лишь тогда соединение у вас получится прочным. Кромки кузова усилены дюралюминиевыми уголками и деревянными рейками, приклеенными к боковым стенкам.

Деревянные элементы грунтуются горячей олифой и покрываются двумя-тремя слоями эмали. Такой кузов, окантованный блестящими дюралюминиевыми уголками, получится удобным и красивым. Но в принципе, для перевозки грузов, особенно сыпучих (песка, мешка с цементом и т. п.), подойдет и обычное корыто, которое устанавливается на раму по той же методике.

Если же прицеп будет использоваться для перевозки пассажиров, на раму устанавливается любое подходящее сиденье. Главное требование к нему – прочность. Отлично подойдет, например, металлический стул со спинкой. У него надо удалить ножки, приделать вместо них лонжероны, по бокам прикрепить глухие боковины (для защиты от грязи) и оснастить подножкой.

Учтите, что мопед не рассчитан на эксплуатацию с прицепом и может «не потянуть», особенно при преодолении подъемов. Поэтому есть резон установить на него еще одну звездочку с бÓльшим числом зубьев, чем на звездочке заднего колеса. Для этой цели подойдет большая звездочка от дорожного велосипеда. Крепить к заднему колесу лучше всего сразу обе звездочки – и штатную, и новую, как на гоночном велосипеде. При трансформации мопеда из двухколесного в трехколесный цепь перебрасывают на большую звездочку, удлинив ее при этом дополнительным отрезком.

В процессе эксплуатации обратите внимание на работу тормозов и регулировку положения бокового колеса прицепа относительно колес мопеда. В идеальном случае трехколесный мопед должен ехать строго по прямой даже при кратковременном отпускании руля. Если мопед рыскает по курсу, его надо отрегулировать, юстируя крепежные резиновые втулки относительно поперечных труб прицепа.

Газовая сварка в ремонте автомобиля

Как было сказано ранее, тонкий металл лучше варить газом, а листы толщиной, равной или более 2 мм, обычно сваривают дуговой сваркой. Но в любом случае сварочные работы применительно к автомобилю имеют ряд особенностей. Их мы и рассмотрим.

Способ левой продольной (кузовной) сварки

При кузовных автомобильных работах газовая сварка выполняется на тонких листах.

Подготовка таких листов под сварку очень проста. Кромки листов обрезают ножницами или пилой, обеспечивающими прямой рез. Листы плотно состыковывают друг с другом.

Чтобы после сварки можно было произвести рихтовку, свариваемые листы необходимо выставить в одной плоскости и варить левым способом. Если сварщик держит горелку в правой руке, то горелка располагается вдоль оси сварного шва и наклонена так, чтобы пламя было направлено налево. Конец пламени удерживают на расстоянии около 1 мм от зеркала расплавленного металла. Горелку перемещают справа налево, сопло наклонено в сторону выполненного сварного шва, а струя пламени прогревает линию сварки.

Если сварной шов должен быть расположен в углу, то в зависимости от формы детали предпочтительнее выполнять сварку встык отогнутой кромки одного листа с прямой кромкой другого листа и последующей рихтовкой.

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

В кузовных жестяных работах сварку обычно проводят без присадочного металла. Один из свариваемых листов при этом является неподвижным, а другой приваривают сразу, держа горелку в одной руке и направляя второй рукой привариваемый лист так, чтобы кромка листа была точно установлена для сварки.

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

На несъемных деталях автомобиля, особенно в том случае, когда деталь невозможно расположить так, чтобы произвести горизонтальную сварку, применяется левая сварка по месту. В этом случае сварной шов может располагаться в наклонной или вертикальной плоскости. Для выполнения такой сварки устанавливают сопло с производительностью приблизительно на 30 % меньше той, которая необходима для горизонтальной сварки листов такой же толщины.

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, и в то же время не должны быть 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 не более 30 толщин свариваемого листа.

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, вызывающей либо их перекрещивание, либо изменение уровня расположения.

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

При сварке без присадочного металла расплав каждой кромки может с трудом соединяться друг с другом. В таком случае 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. При слишком толстых не соединенных точками кромках необходимо полностью охладить последнюю точку, что приведет к максимальной усадке металла. Если и этого окажется недостаточно, следует произвести сварку более близко расположенными точками, расплавляя небольшие капли присадочного металла.

После точечного прихвата следует произвести подрихтовку всей линии стыка, соединенного сварочными точками.

Сварка на горизонтально располагаемых деталях кузова

Для выполнения такой сварки, так же как и для прихватки точками, на горелку устанавливают сопло, соответствующее толщине сварки. Нормальным расходом газа считается 100 л/ч на 1 мм толщины сварки. Для меньшей горелки принимают и меньший расход. На практике стандартный расход составляет 50–70 л, ведь листовая обшивка кузовов легковых автомобилей имеет толщину менее 1 миллиметра.

Чтобы удлинение зоны жидкого расплава, расположенного с ним в непосредственной близости, не вызывало расхождения металла, начинают сварку с внутренней части шва и непрерывным швом направляются к краю листа, т. е. выполняют закраину. Затем производят сварку от начала закраины в направлении второго конца свариваемых листов. Если требуется заварить трещину, то конец трещины играет роль закраины.

Если вырез, который подлежит сварке, имеет форму угла, сварку начинают с вершины угла и ведут ее в направлении одного края, а затем другого. Если сваривают детали, образующие отверстие посередине панели, то сваривают попарно две противоположные стороны. Перед сваркой производят тщательную регулировку пламени, а затем подводят его на расстояние около 1 мм до поверхности металла. Сопло наклоняют под углом ≈45° к оси сварного шва. Как только металл расплавится, горелку равномерно перемещают без смещения в боковом направлении. Поддерживают нормальное плавление металла путем изменения скорости подачи 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 сварной шов должен представлять собой тонкую линию непрерывно расплавленного металла. Сварной шов должен иметь небольшую ширину (в пределах 3–4 толщин свариваемого листа). После сварки металлу дают охладиться, не смачивая его. Сварные швы и их закраины необходимо затем отрихтовать, следя за тем, чтобы металл сильно не вытягивался.

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 отличие от других способов, сварку здесь 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 сварной 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.

Для равномерной плавки двух соединяемых кромок можно корректировать расположение сопла горелки. Для облегчения работы каждый раз, как только возможно, свариваемые детали располагают так, чтобы поверхность жидкого металла сварного шва располагалась горизонтально.

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. При возможности 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. Но сварной шов трудно подвергается рихтовке, следовательно, кромка шва останется деформированной.

Сварка металлических печей

Печь в частном домовладении – вещь незаменимая. Даже при возможности подключения к центральному отоплению наличие очага делает жизнь намного комфортнее. Причем печи могут быть разные. В доме самое уютное место – у камина. В садовых печах сжигают мусор, сухие ветки и траву. На мангале жарят шашлыки. Ну и какое же подворье без баньки? А главный элемент бани – печь-каменка.

Возможно, камин для гостиной варить из железа и не стоит. Что же касается остальных разновидностей печей и печурок, то здесь сварщику есть где приложить электрод.

Дровяная двухконфорочная печь для летней кухни

В этой печи максимально полно используется энергия горящих дров, повару не мешает дым, а при известной сноровке можно в каких-то пределах регулировать тепловой режим готовки. Эффективность печи достигается в результате того, что печные газы имеют только один выход – через конфорки, так что, обтекая котелок или чайник, газы отдают им солидную долю своей теплоты. Правда, при этом приходится мириться с закопченной посудой. Вышедшие через конфорки печные газы в дальнейшем через улавливающий колпак уходят в дымовую трубу.

Печь сварена из листового металла толщиной 3 мм (рис. 106). Специального зольника нет – в днище прорезаны отверстия, через которые зола ссыпается в бункер из жести, стоящий под колосником. Конфорочная плита – съемная, она лежит на рамке из стальных уголков размером 50 × 50 мм. Рамка приваривается к внутренним стенкам печи по всему периметру, что придает всей конструкции жесткость и не позволяет прорываться между рамкой и стенками печи части печных газов. Но во избежание утечки газов при изготовлении печи следует тщательно проконтролировать плотность прилегания конфорочной плиты к рамке.

В плите вырезаны две конфорки: основная и резервная. Подставки для посуды выполнены в виде трехлучевой звезды. У основной конфорки подставка приварена к плите, у резервной – съемная. Когда резервная конфорка не используется, подставка с нее снимается и конфорка закрывается крышкой, что увеличивает поток теплоты через основную конфорку. Таким образом, в процессе приготовления пищи удается в какой-то мере регулировать тепловой режим приготовления, манипулируя крышкой резервной конфорки, перемещая кочергой дрова в топке под ту или другую конфорку и, конечно, контролируя при этом количество и качество сжигаемых дров.

Как видно из рисунка, кроме топливной дверцы, печь имеет спереди еще две дверцы. Одну перед конфорками – для защиты посуды от холодного ветра, другую в дымоулавливающем колпаке – для установки объемной посуды, например ведра. Дымовая труба может быть изготовлена из жести или кровельного железа. Она должна иметь достаточную площадь сечения – не менее 100 см^2.

Печь можно с успехом использовать и в качестве мангала для шашлыков. Для этого снимают конфорочную плиту и прикрывают колосниковые отверстия металлическим листом. Шампуры укладывают на рамку. Из подготовленной таким образом плиты получается вполне удовлетворительный гриль для запекания маринованной курицы, рыбы и т. п.

Рис. 106. Дровяная двухконфорочная печь для летней кухни:

1, 2 – открывающиеся стенки; 3 – конфорочная подставка; 4 – конфорка; 5 – крышка; 6 – рамка из уголка (внутри корпуса); 7 – дверца топки; 8 – днище, оно же колосниковая решетка; 9 – ящик для золы

Печь потребляет сравнительно мало дров, во всяком случае, по сравнению с кострами или открытыми очагами.

Простая печь-каменка

Металлическая печь, изображенная на рис. 107, имеет габариты 50 × 60 × × 100 мм, вес без камней – 80 кг. Ее можно ставить прямо на бетонный пол. Топочная часть сварена из 5-миллиметровой стали, все остальное – из стального листа толщиной 2,5 мм. К топочной части с трех сторон крепится экран из стали толщиной 2 мм, он защищает от теплового излучения печи и обеспечивает конвекцию воздуха. Экран не доходит до пола примерно на 10 см – в этот зазор втягивается холодный воздух, а сверху выходит теплый поток. Циркуляция воздуха в несколько раз увеличивает теплоотдачу печи.

Рис. 107. Печь-каменка:

1 – топка; 2 – зольный ящик; 3 – дымоход; 4 – экран; 5 – водонагревательная труба; 6 – контейнер для камней; 7 – ограждающие кулисы; 8 – козырек; 9 – колосник

В верхней части топки просверлены два отверстия, в них вставлены водопроводные трубы ¾˝. К ним на сгонах через гибкий подвод подсоединяется бак, который находится в душевой. При топке печи вода в трубе нагревается и поднимается в бак, ее место благодаря естественной циркуляции занимает более холодная.

Дымовая труба может быть из черного железа, но самый дешевый и в тоже время надежный способ – использовать канализационную чугунную трубу ∅ 100 мм. Она долговечна и имеет с одной стороны раструб ∅ 120 мм, который подходит ко всем печкам и трубам. Труба проходит перекрытие потолка через засыпанный керамзитом короб, согнутый из оцинкованного кровельного железа.

Универсальная печь-каменка

Эта конструкция рассчитана как на сауну, так и на русскую баню. Предлагается два варианта печи, которые отличаются, в частности, расположением выходного отверстия дымохода. В первом варианте (рис. 108, а) отверстие расположено со стороны, противоположной топочной дверце, во втором (рис. 108, б) – в верхней части боковой стенки. Это позволяет изменить расположение трубы. Кроме того, во втором варианте возможно установить рядом с печью имеющий с ней общий дымоход камин, обращенный в сторону места отдыха.

В первой конструкции вода нагревается с помощью труб, вваренных в саму печь. Во второй на свободную верхнюю часть печи устанавливают бак из нержавейки. В этом месте, в кладке, разделяющей сауну и моечную, выполняют соответствующее размерам бака отверстие. Бак на 20–25 см выступает в моечную, где установлен кран и горловина для заправки водой.

Обе печи – непрерывного действия. Камни изолированы от дымовых газов и нагреваются за счет передачи тепла металлическими коробами.

Печи имеют достаточно просторную топку с наклоном для лучшего сгорания дров. Поды печей также сделаны с наклоном для улучшения тяги и препятствуют выходу дымовых газов – «дымлению» через открытую топочную дверцу. В первом варианте горячие газы, охватывая с трех сторон короб с камнями, совершают полный оборот и выходят в трубу. Во втором – газы проходят между боковинами печи и наклонными стенками короба (в этом случае короб прогревается более интенсивно), далее наклонным листом отражаются к верхней передней части печи и через стальную трубу направляются в кирпичную трубу. Золу выгребают из ниши, расположенной ниже топочной дверцы, чистка находится выше.

Материал для печей – листовая сталь толщиной 6 мм. В качестве колосников используют стальные арматурные прутки ∅ 22 мм, установленные с зазором 3–5 миллиметров.

На рис. 109 приведена раскладка листового материала. Номера листов соответствуют позициям на рис. 108.

Рис. 108. Универсальная печь-каменка:

а – первый вариант конструкции печи; б – второй вариант конструкции печи; 1 – передняя стенка корпуса; 2 – отражатель; 3 – верхняя панель корпуса; 4 – передняя стенка каменки; 5 – задняя стенка каменки; 6 – задняя стенка корпуса; 7 – под; 8, 9 – панели днища топливника; 10 – колосники (пруток ∅ 22 мм, 17 штук); 11 – днище зольника; 12 – задняя стенка зольника; 13 – ножки корпуса (труба ∅ 50 мм, 2 шт.); 14 – пята ножки (2 шт.); 15, 16 – боковые стенки каменки; 17, 18 – боковые стенки корпуса; 19 – заглушка; 20 – скоба; 21 – дверца топливника; 22 – дверца зольника; 23 – асбестовая прокладка; 24 – болт М10

Металлическую печь устанавливают непосредственно в сауне, куда направляется основное тепло. Топка обращена в сторону комнаты отдыха, которую отапливает своей передней поверхностью. Боковая стенка корпуса печи прогревает моечную.

Рис. 109. Раскрой листового материала

Для пожаробезопасности печь обкладывают защитной стенкой толщиной в полкирпича, установив ее на едином с печью фундаменте. Кладку выполняют из красного кирпича на цементном растворе.

Стенка, отделяющая моечную от сауны, отстоит от боковой поверхности печи на расстояние не более 1 см. Кирпич укладывают в шахматном порядке в зоне боковой стенки печи, а не доходя 5–6 см до ее верха кладка переходит в сплошную до потолка. Образованные в шахматной кладке проемы позволяют печи прогревать моечную излучением. Поверхность кладки со стороны моечной можно обложить керамической плиткой, не перекрывая проемы.

Со стороны комнаты отдыха для предотвращения ожогов печь заглублена в стену на 10 см и полностью открыта. На уровне верха корпуса печи кладку стенки переводят в сплошную до потолка. При кладке нужно оставлять между кирпичом и печью тепловые зазоры: боковые – 5 мм, а вертикальные – 10–20 миллиметров.

В сауне для предотвращения ожогов и уменьшения прямого излучения раскаленной печи до ее верхней части выкладывают стенку кирпичом, располагаемым в шахматном порядке, с отступом на полкирпича от корпуса печи. Кладку связывают со стенкой, примыкающей к топке.

Расстояние от корпуса металлической печи до любой деревянной стены с учетом защитного слоя кирпича должно быть не менее 250 мм. Так как мощное тепловое излучение верха печи сопровождается еще и высокой температурой восходящего воздуха, деревянный потолок над печью также необходимо защитить. Можно это сделать тем же кирпичом, уложенным плашмя над зоной печки на металлических уголках, закрепленных, например, между балками перекрытия или на специальных, приваренных к печи, стойках. Размеры экрана над печью должны превышать ее собственные размеры в плане не менее чем на 250 миллиметров.

Так как металлические печи очень производительны и рассчитаны на быстрый прогрев бани, чрезмерная неконтролируемая топка после достижения заданной температуры может привести к перегреву сауны и загоранию деревянных конструкций.

Печь установлена на фундамент, сверху которого кладут по всему периметру двойной слой гидроизоляции и два ряда кирпичной кладки на цементном растворе. Со стороны топки кладка на четверть кирпича должна быть смещена в сторону сауны для удобства выгребания золы.

Пол в комнате отдыха желательно расположить на 2 слоя кирпичей ниже днища корпуса печи. Перед печью на пол укладывают 1 слой кирпичей размером не менее 51 × 51 см, так как стального листа недостаточно из-за сильного теплоизлучения.

Пол в сауне нужно поднять на 2–3 слоя кирпичей выше, что обеспечит ему лучший прогрев. Высота сауны – не более 220 сантиметров.

После установки печи приступают к кладке защитных кирпичных стен и трубы. При наличии камина выходной патрубок печки наращивают соответствующей стальной трубой, которую вводят в отдельный дымоход (сечением в ½ кирпича) в кладке камина, объединяющийся затем с основным его дымоходом (сечением не менее чем в кирпич) в верхней части камина. Зазоры между кирпичной кладкой и металлической трубой печи должны быть не менее 5 мм по горизонтали и не менее 20 мм по вертикали для компенсации теплового расширения деталей печи при топке. Зазоры следует уплотнить асбестом или стекловатой. Печная труба не должна перевязываться с другой кладкой. С камином кирпичный экран можно перевязать 2–3 раза. В местах стыковки труб необходимо предусмотреть чистки. Задвижки печей устанавливают в кладке трубы.

При разогреве сауны печь топят интенсивно, далее для поддержания необходимой температуры оставляют гореть не более 4–5 поленьев.

Мангал

Мангал – переносная металлическая жаровня в виде продолговатого ящика на ножках – пользуется огромной популярностью не только у любителей выезда на природу, но и у дачников. Его можно увидеть и на частном подворье, и даже на балконе многоэтажки.

Основная часть мангала – жаровня – имеет форму ящика, днище и стенки которого приварены друг к другу непрерывным швом. Длина ящика зависит от того, какое максимальное количество шампуров вы намереваетесь одновременно размещать на жаровне, но надо помнить, что от этой длины очень зависит расход дров. Ширина жаровни выбирается по длине рабочей части шампуров. Высота стенок (глубина жаровни) тоже может быть разной. И здесь подсказка кроется в одном нехитром секрете. Он состоит в том, что днище мангала должно быть выложено красным кирпичом (лучше – жаростойким). Кирпичи укладывают плашмя без раствора, впритык один к другому. Этот керамический слой не мешает ни розжигу, ни горению дров, а лишь вбирает в себя тепловую энергию, не допуская перегрева днища и нижней части стенок металлического короба. Когда же дрова прогорят, хорошо прогретые кирпичи равномерно распределяют жар углей по всему коробу мангала, что улучшает качество и скорость приготовления блюд, полуфабрикат прожаривается более равномерно как по поверхности, так и по глубине. К тому же экономятся дрова.

При выезде на пикник кирпичи вместе с мангалом везти не обязательно. Можно засыпать днище соответствующим слоем местного песка или глины. Это хоть и не так эффективно, как кирпичный слой, но все же лучше, чем его отсутствие.

С учетом вышеизложенных соображений высота стенок мангала должна составлять приблизительно 200 мм, размеры короба тоже подгоняют под кирпичную закладку[30]. Его сваривают из листовой стали толщиной 3–4 мм согласно чертежу (рис. 110, а – б). В длинных стенках мангала просверлены по 5–6 отверстий ∅ 15 мм на расстоянии 80 мм от днища. Эти отверстия выполняют функции поддувала в печке – способствуют доступу кислорода, необходимого для горения дров.

Снизу к днищу ящика-жаровни приварены по углам четыре ножки, выполненные из одинаковых отрезков старой водопроводной трубы ¾˝. К нижним торцам ножек приварены подпятники из обрезков стального листа. Примерно на четверти высоты от низа ножки попарно (по длинной стороне) скреплены отрезками полудюймовой водопроводной трубы или уголка 20 × 20. В свою очередь между собой они соединены двумя поперечинами из того же материала. На получившуюся раму, необходимую прежде всего для устойчивости мангала, можно натянуть проволочную сетку и укладывать на нее для просушки запасную охапку дров. А если есть лишние отрезки трубы или уголка, можно увеличить число поперечин, как показано на рис. 110, в.

Рис. 110. Типовой мангал, сваренный из стальных листов, и аксессуары к нему:

а – вид сбоку; б – вид сверху (в сечении показана нижняя сетка); в – устройство ножек на колесиках; г – крышка жаровни (оцинкованный стальной лист ∅ 0,9 мм); д – совок; е – опахало; ж – кочерга; з – шампур; 1 – ручка с крючками (проволока ∅ 10 мм из нержавеющей стали, 2 шт.); 2 – под (печной кирпич); 3 – жаровня (стальной лист s4); 4 – ножка (труба ¾˝, 4 шт.); 5 – запас дров; 6 – продольная связь (труба ½˝, 2 шт.); 7 – поперечина (труба ½”, 2 шт.); 8 – сетка (проволока ∅ 2 мм); 9 – ручка со столиком; 10 – веер опахала (дюралюминиевый лист s1,5); 11 – ручка опахала (дерево)

Если дорожки на вашем участке ровные, можно на две ножки мангала установить колесики (рис. 110, в). Это позволит передвигать его в одиночку. Но не забывайте о пожарной безопасности – двигать мангал можно лишь тогда, когда дрова не горят, а угли уже остыли.

Может возникнуть необходимость сделать ножки съемными для зимнего хранения или перевозки в багажнике автомобиля. В этом случае к дну жаровни по углам приварите резьбовые водопроводные муфты на ¾˝, а на верхних концах ножек нарежьте соответствующую резьбу. Однако в таком случае сложнее будет жестко связать ножки между собой внизу, чтобы обеспечить устойчивость конструкции.

Другой вариант – сделать съемной жаровню. Для этого надо сварить по верху ножек обвязку из отрезков подходящих уголков по размерам днища, чтобы на него можно было устанавливать короб жаровни. Тогда конструкцию ножек можно оставить как в основном варианте.

С боков короба к днищу и стенкам приварены ручки для переноски, изготовленные из прутка нержавеющей стали ∅ 10 мм. Если их концы со стороны короба загнуть полукольцом, как показано на чертеже, то получатся удобные крючки, чтобы подвесить кочергу и другие аксессуары. Одну из ручек можно сделать длиннее другой и прикрепить к ней сверху металлическую пластину – столик, на котором удобно держать, допустим, соусы во время приготовления шашлыка.

В готовом мангале следует зачистить все сварные швы и покрасить все изделие, кроме ручек, кузбасс-лаком. После высыхания лака мангал устанавливают во дворе, а днище жаровни выкладывают насухо печным кирпичом. Но работу на этом считать законченной еще нельзя! Коль скоро вы сами сделали мангал, надо к нему сделать и необходимые аксессуары.

Поскольку мангал обычно стоит в саду под открытым небом, имеет смысл для жаровни изготовить крышку (рис. 110, г). Она же необходима и в случае, когда надо срочно передвинуть еще не остывший мангал. Для крышки нужен стальной оцинкованный лист толщиной 0,9 мм. Крышка немного длиннее мангала, чтобы дождевая вода не попадала в жаровню. Длинные кромки крышки загнуты так, чтобы они немного пружинили и плотно прижимались к передней и задней стенкам. Тогда крышку не сдует даже сильным ветром.

Мангальная кочерга (рис. 110, ж) по форме такая же, как и печная, но шире последней, поскольку служит для разгребания и равномерного распределения углей. Делают ее из стальной полосы сечением 15 × 4 миллиметра.

Совок тоже напоминает печной. Отличие лишь в том, что у него ручка приподнята над совком, чтобы не пачкались руки при очистке жаровни (рис. 110, д). Сам совок изготовлен из такого же оцинкованного стального листа, что и крышка, а ручка – из такой же полосы, что и кочерга.

Главное приспособление для шашлыка – шампуры. Их делают из полосы нержавеющей стали 8 × 2 мм. На одном конце делают острие для накалывания мяса, на другом – загибают ручку-кольцо. Чтобы можно было поворачивать шампур на небольшой угол для равномерного прожаривания шашлыка, небольшой отрезок шампура возле ручки завивают, как показано на рис. 110, з.

И последняя принадлежность – опахало. Это совсем простое изделие, представляющее собой квадратную (200 × 200 мм) пластину из 1,5-миллиметрового дюралюминия с приклепанной к ней накладной деревянной ручкой (рис. 110, е). Для того чтобы подвешивать опахало на крючок, просверлите отверстие в одном из его углов.

Садовая буржуйка

После обрезки деревьев, при строительстве и ремонте хозяйственных построек на приусадебном или садовом участке скапливается мусор. Как правило, его сжигают на костре, но можно поступить более цивилизованно, если изготовить специальную печь. К тому же такая садовая буржуйка может послужить и для обогрева осенними вечерами. Сделать ее совсем несложно. Для этого понадобятся всего-то железная бочка с прохудившимся дном, 32 керамических кирпича, немного листового и пруткового железа и сварочный аппарат.

В бочке – корпусе печки – размечаем отверстия под поддувало и дверцу топки и вырубаем или выпиливаем их болгаркой (рис. 111, а). К верхнему обрамлению бочки привариваем с равным шагом 4–6 стоек из прутка ∅ 10–12 мм. Из такого же прутка сгибаем кольцо и привариваем к стойкам. Высота стоек должна быть такая, чтобы кольцо отстояло от верха бочки на 30–40 мм. На это кольцо опирается зонт с дымоходом, трубой и флюгаркой. Последняя представляет собой колпак из жести, который крепится на кронштейнах для предотвращения попадания в трубу осадков.

Зазор между корпусом и зонтом, обеспечиваемый кольцом, необходим для хорошей тяги. После розжига топки в этот зазор устанавливаем крышку из листового железа толщиной 5–6 мм c отверстием дымохода в центре ∅ 140–150 миллиметров.

Печку изнутри футеруем керамическим кирпичом на глиняном растворе. Схема футеровки показана на рис. 111, б. Кирпичи укладываем на дно бочки стоймя и швы между ними заделываем глиняным раствором. При этом между кирпичом и металлической стенкой не должно быть пустот. После укладки первого ряда на кирпичи кладем колосниковую решетку, изготовленную из обрезков металлических прутков ∅ 8–10 мм. Затем кладем второй и последующие ряды кирпича.

Теперь надо дать раствору высохнуть. За это время изготовим вытяжной зонт с дымоходом. Он может иметь вид или усеченного конуса, соединенного с цилиндрическим дымоходом, или усеченной пирамиды с дымоходом квадратного сечения. К двум граням зонта крепим ручки.

Рис. 111. Садовая печь:

а – общий вид; б – схема футеровки; 1 – корпус (бочка); 2 – топочная дверца; 3 – поддувало; 4 – стойки; 5 – кольцо-опора; 6 – крышка; 7 – ручка; 8 – вытяжной зонт; 9 – дымовая труба; 10 – кронштейны; 11 – флюгарка; 12 – первый ряд футеровки; 13 – второй ряд футеровки; 14 – колосниковая решетка; 15 – глина

Топить печь можно через сутки. После розжига по мере сгорания мусора и разогрева печи снимаем зонт, крышку и загружаем печь сверху полностью, затем устанавливаем крышку и зонт на место.

Подобная печь может пригодиться и в качестве топки для садовой коптильни. В этом случае дымовая труба выводится в коптильную камеру. А если трубу к буржуйке приделать сбоку, то сверху на крышку (которую в этом случае нужно сделать сплошной) можно ставить котелок, чайник, сковороду и прочую посуду для приготовления пищи.

Мини-коптильня

Представленную на рис. 112 мини-коптильню вполне реально изготовить самому. Все детали корпуса выполняют из тонколистовой стали толщиной 1–1,5 мм (например, из нержавеющей пищевой стали), но ни в коем случае не из луженого железа.

Рис. 112. Мини-коптильня:

1 – емкость для копчения; 2 – крышка; 3 – ручка крышки; 4 – бортик; 5 – упругая прокладка; 6 – держатель шампуров; 7 – дымовой штуцер; 8 – термометр спиртовой; 9 – защелка крышки; 10 – шампур; 11 – крючок для мяса; 12 – поддон коптильный; 13 – ручка поддона; 14 – поддон для жира; 15 – ножка поддона

Основная коптильная емкость и крышка должны быть герметичными. По внутреннему контуру крышка имеет бортики, между которыми укладывают уплотнительную прокладку из пищевой резины или силикона толщиной 5 мм. Бортики выгибают из той же нержавейки и приваривают к крышке любым удобным способом. Плотное закрывание крышки, необходимое для того, чтобы коптильная масса (щепки или опилки) дымила, а не горела, обеспечивают четыре защелки типа «лягушка».

Продукты, предназначенные для копчения, можно нанизывать на шампуры, подвешивать на крючках или раскладывать на поддонах. Высота бортиков поддонов не должна превышать 10 мм, расстояние между поддонами – 50–60 мм. Для удобства использования поддоны должны быть решетчатыми и иметь зазоры. Кроме того, необходимо предусмотреть поддон для жира, без которого не обойтись при копчении мясных продуктов и рыбы.

Подвес для шампуров и крюков, представляющий собой две параллельные пластины с отверстиями, можно приварить или приклепать к крышке. Но есть и третье решение, изображенное на рис. 112: пластины делаются изогнутыми и крепятся к крышке с помощью тех же болтов, которыми крепится ручка. Желательно под головки болтов установить прокладки, а сами болты расположить таким образом, чтобы гайки накручивались снаружи крышки, а не со стороны емкости. Тогда резьба не покроется толстым слоем жира и копоти, и при необходимости крышку легко будет разобрать.

Чтобы создать дым для копчения, на дно коптильной емкости кладут небольшое количество стружки или щепы плодовых деревьев. Коптильню ставят на регулируемый нагрев газовой или электрической плиты, контролируя температуру термометром, а дымление – дымовым штуцером с пробкой. Дымовой штуцер на резьбе вворачивается в крышку; пробку к нему можно сделать из пищевой резины, а еще лучше выточить из нержавейки. Пробка должна свободно входить в отверстие штуцера, чтобы выпускать излишнее давление пара. Кроме того, через штуцер из коптильни выводится ненужная влага.

Конструкция гнезда для термометра зависит от его вида и размеров. В крайнем случае можно обойтись и без него, подбирая режимы опытным путем.

Сварка на спортплощадке

Движение – это жизнь, говорили древние мудрецы. Занятия физкультурой дарят нам самое дорогое – здоровье. И если потратить совсем немного времени на создание несложного спортивного оборудования, то станут ненужными многие лекарства, а выполнение гимнастических упражнений будет более эмоциональным и привлекательным на собственноручно изготовленных тренажерах.

Турник на подворье

Одним из наиболее известных и в то же время простых спортивных снарядов является турник – упругая перекладина, установленная на стойках. В спортивных залах перекладина для возможности регулировки ее положения по высоте устанавливается на телескопических стойках, а сами стойки закрепляются растяжками. В жизни же можно часто увидеть перекладину, установленную на двух столбах или между двумя деревьями.

Конструкция данного турника напоминает стойку детских качелей (рис. 113). Здесь вместо прямых стоек – две пары подкосов, установленных под одинаковыми углами к вертикали, поддерживающих друг друга и перекладину. Каждая пара соединена между собой распором.

Подкосные стойки изготовлены из стальной водопроводной трубы ∅ 42 мм с толщиной стенки 2,5 мм. В верхней части концы подкосных стоек соединены приваренным к ним уголковым кронштейном, в средней части – распором (отрезком такой же трубы), а ближе к нижним концам, в фундаментной части, еще и перемычкой из стального арматурного стержня ∅ 16 мм. Уголковые кронштейны изготовлены из равнополочного уголка 40 × 40 × 5 мм, у которого профрезерован внутренний радиус, чтобы кронштейны перекладины плотно стыковались с кронштейнами подкосных стоек. Отверстия под крепежные болты в стыкуемых кронштейнах следует сверлить одновременно.

Перекладина отрезана в размер (1500 мм) от толстостенной водопроводной трубы наружным диаметром 30 мм. Эта толщина оптимальная. Если взять трубу потоньше, то может оказаться недостаточной ее прочность и жесткость, а более толстую трудно будет обхватить пальцами «в замок». К концам трубы приварены кронштейны из уголка 35 × 35 миллиметров.

Для монтажа подкосных стоек на облюбованном месте для каждой из пар устраивают отдельный фундамент. Под фундамент выкапывают небольшие траншеи размером 1000 × 500 × 200 мм, а их дно по краям заглубляют еще на штык лопаты – устраивают квадратные приямки под нижние концы подкосных стоек. Надо постараться, чтобы расстояние между стойками внизу было равно верхнему промежутку при подстыкованной перекладине, а сама перекладина расположилась строго горизонтально. Приямки после установки в них стоек вновь заваливают грунтом, щебнем, кирпичным боем и т. п. В это время выверяют положение подкосных стоек в вертикальных плоскостях, обратную засыпку трамбуют. Далее траншеи заливают бетонной смесью, которую для экономии раствора бутят – заполняют крупными камнями.

Начинать пользоваться турником можно только через две-три недели, когда бетон наберет достаточную прочность, чтобы не позволять стойкам смещаться под нагрузками.

Рис. 113. Садово-огородный турник:

1 – перекладина (стальная труба 30 × 2,5 мм); 2 – подкосная стойка (стальная труба 42 × 2,5 мм, 4 шт.); 3 – распор (труба 42 × 2,5 мм, 2 шт.); 4 – перемычка (стальной арматурный стержень ∅ 16 мм, 2 шт.); 5 – фундамент (монолитный бетон); 6 – обратная засыпка приямка (грунт, щебень, кирпичный бой); 7 – кронштейн перекладины (уголок 35 × 35 мм, 2 шт.); 8 – кронштейн подкосных стоек (уголок 40 × 40 мм, 2 шт.); 9 – крепление кронштейнов перекладины и подкосных стоек (болт М8, 4 шт.); 10 – естественный грунт

Такой спортивный снаряд можно использовать не только по прямому назначению. К перекладине на канатах легко подвесить детские качели. Можно даже изготовить отдельную сменную перекладину с подшипниками качения для более солидных качелей. Пригодится турник и для хозяйственных нужд – на нем удобно подвешивать ковры и паласы для чистки, просушивать на вешалках зимнюю одежду в солнечную погоду и т. д.

Турник для узкого коридора

В малогабаритных квартирах, где проживает, пожалуй, большинство нашего населения, не так много свободного места для спортивных тренажеров. Предлагаемый вариант турника представляет собой вращающуюся в подшипниках перекладину. Ее устанавливают в коридоре, ширина которого не более 2 м. Высота установки определяется высотой потолка. На перекладину можно подвесить качели, трапецию, кольца, веревочную лестницу, грушу, канат. Она состоит из узла труб и подшипникового узла. Изготовить такую конструкцию можно с помощью ручного инструмента (тиски, ножовка, напильники, электродрель, сверла, электросварка) в домашних условиях.

Для изготовления узла труб использованы обыкновенные газо– и водопроводные трубы ¾˝, наружный диаметр которых 26,8 мм, и трубы 1˝, наружный диаметр которых 33,5 мм, толщина стенки 3,2 мм, внутренний диаметр 27,1 мм. Труба ¾˝ легко вставляется в трубу 1˝, так как зазор между наружным диаметром первой и внутренним диаметром второй составляет 0,3 мм. Трубы на изгиб будут работать совместно и при длине менее 2 м могут выдержать без остаточной деформации нагрузку 100 кг при приложении нагрузки в двух точках, как это показано на рис. 114.

Подшипниковый узел (на рис. 114, б представлен его разрез) мало нагружен, поэтому во избежание станочных работ предлагаем выполнить его слесарным путем. Корпус, являющийся наружным кольцом подшипника, выполнен из трубы 1,5˝, наружный диаметр которой равен 48 мм, с толщиной стенки 3,5 мм и внутренним диаметром 41 мм. Зазор между трубой 1˝ и внутренним диаметром трубы 1,5˝ составляет 7,5 мм, и следовательно, возможно заполнение этого зазора роликами ∅ 3,75 мм. Учитывая возможность отклонения сопряженных деталей от расчетных диаметров (наличие допуска и близость сварного шва), заполнение подшипника проведем роликами, изготовленными из прутка ∅ 3,5 мм и длиной 35 мм. Промежуточные шайбы толщиной 10 мм, установленные с торцов роликов, изготавливают слесарным путем из контргаек 1˝. Внутренние шайбы приваривают в трех точках.

Перед сборкой детали узла необходимо обильно смазать невысыхающей консистентной смазкой «ЦИАТИМ-201».

Рис. 114. Вращающаяся в подшипниках перекладина для узкого коридора:

а – схема размещения; б – подшипниковый узел; 1 – труба прямоугольная 50 × 25 мм; 2 – труба 1½˝; 3 – шайбы из контргаек 1˝; 4 – ролик ∅ 3,5 мм; 5 – труба 1˝; 6 – труба ¾˝

Простой велотренажер

В отличие от импортных велотренажеров со всевозможными приборами, спидометрами и датчиками, предлагаемый тренажер предельно прост. Зато и цена такого спортинвентаря несопоставима с покупным. К тому же в условиях городской квартиры он имеет несомненные преимущества перед «фирменным»: малые габариты – его можно хранить под диваном, возле стенки за ковром, в ванной, в туалете; малый вес – 3–4 кг, что позволяет брать тренажер с собой практически в любое место – на дачу, в санаторий; возможность «кататься» на нем где угодно – перед телевизором, на кухне, на балконе.

При наличии необходимого материала и инструмента собрать его можно за пару часов. Понадобятся две металлические трубы 1–1½˝ длиной 140 см. Их концы изгибают под прямым углом на расстоянии 20 см и сваривают между собой в четырех местах (рис. 115, а). Верхние загибы будут ручками будущего велотренажера, а нижние – боковыми упорами. Чтобы на сгибе не было резко сжатого перехода (он должен быть плавным и красивым), сгибать начинают на расстоянии 30 см от конца трубы, постепенно перемещая другую трубу большего диаметра на 1–2 см вверх.

Поскольку удерживать тренажер надо от наклона не только вбок, но и вперед/назад, потребуется продольная опора. Ее роль будет исполнять еще одна труба того же диаметра и длиной 1,2–1,5 м. Для ее присоединения в самом низу рамы между трубами в месте их изгиба вваривают втулку такого диаметра, чтобы труба продольной опоры в нее проходила. Например, если использовать для рамы водопроводные трубы, то в качестве втулки отлично подойдет отрезок трубы 1½˝. Длина втулки должна быть не менее двух диаметров трубы-опоры.

Рис. 115. Простой велотренажер:

а – рама; б – крепежная пластина для оси педалей; в – крепление прута-оси педалей к раме; г – прут-ось педалей; д – педаль на оси; е – общий вид; 1 – трубы рамы; 2 – крепежная пластина; 3 – втулка для продольной опоры; 4 – болт М5; 5 – пластмассовая втулка; 6 – прут-ось педалей; 7 – педаль деревянная; 8 – гайка; 9 – шплинт; 10 – ручка; 11 – пружина; 12 – амортизатор; 13 – продольная опора (показана условно)

На сваренные вместе трубы – раму тренажера – на расстоянии 40 см от нижнего конца приваривают стальную пластинку толщиной 2 мм с выгнутым в тисках овалом (рис. 115, б). Таких пластинок изготавливают сразу две, собирают в пакет и просверливают по углам четыре отверстия ∅ 5,5 мм для того, чтобы потом стянуть эти пластины болтиками. Верхняя пластина будет прижимать к приваренной пластмассовую втулку диаметром чуть больше диаметра стального прута для оси педалей. Втулка – это любая подходящая пластмассовая трубка со стенками толщиной 2–3 мм, распиленная вдоль пополам (для замены, когда со временем сотрется) (рис. 115, в).

Ось педалей выгибают из стального прута ∅ 12 мм (рис. 115, г).

Педали изготавливают из твердого дерева в виде параллелепипеда 14 × 8 × 4 см. Вдоль педали по центру просверливают отверстие ∅ 15 мм для оси, а в центре педальной площадки надо сделать поперечную прорезь для прохода пружины, которая будет зацеплена за прут-ось. В соответствующем месте оси для крепления пружины выбрана кольцевая фаска (рис. 115, д). Чтобы педали не слетали с оси, их фиксируют гайкой с шайбой, для чего на концах прута-оси нужно нарезать резьбу длиной 15 мм. Для предотвращения самоотвинчивания гаек при «езде» их шплинтуют. А если есть педали от старого велосипеда, то можно приспособить и их.

Теперь остается подобрать пружины – не слишком жесткие, чтобы хватило силы их растянуть, но и не слишком слабые, чтобы мышцы получали нагрузку.

Внизу пружины крепят к раме через отверстия ∅ 5 мм, просверленные на расстоянии 7 см от конца трубы. Сверху их надевают на ось педали. Чтобы не поцарапать пол, на нижние упоры рамы надевают отрезки мягкой трубки длиной 2 сантиметра.

В нижнюю втулку продевают продольную опору, на которую тоже надевают трубчатые амортизаторы. Для фиксации трубы-опоры во втулке в ней можно соосно просверлить небольшое отверстие и фиксировать трубу, вставив в это отверстие, например, отрезок гвоздя. Можно сделать проще – надеть на продольную опору не пару трубчатых амортизаторов, а четыре, по два с каждой стороны. Тогда внутренняя пара, придвинутая вплотную к втулке, будет препятствовать сдвигу опоры.

На верхние загибы – ручки – также надевают трубки, желательно белого цвета, так как при быстрой и длительной «езде» ладони могут вспотеть и от черной трубки окраситься в тот же цвет. Лучше всего, конечно, подойдут ручки велосипедного руля. На деревянные педали маленькими гвоздиками крепят кожаные ремешки для фиксации ног. Остается покрасить тренажер подходящей краской – и он готов к эксплуатации. Общий вид его представлен на рис. 115, е.

Велосипед в чемодане

Складным велосипедом сегодня никого не удивишь. Однако его габариты даже в сложенном виде велики, и хранить его дома, а тем более транспортировать в автобусе или трамвае не всегда удобно. Двухколесная машина, представленная на рис. 116, после трансформации помещается в чемодане или сумке с габаритами 650 × 450 × 150 миллиметров.

В основу конструкции положены колеса-дутики от детского велосипеда или самоката с шинами, имеющими обозначение 250 × 56. Если же у вас окажутся другие колеса, в конструкцию придется внести изменения.

Рама велосипеда – хребтового типа, согнута из трубы с внешним диаметром 40 мм и толщиной стенки 2–2,5 мм. Спереди рамы располагается шарнирно-стыковочный узел, состоящий из двух фигурных 3-миллиметровых стальных пластин. К раме пластины их прикрепляют сваркой. Отверстия под шарнир и болт-фиксатор сверлят в пластинах и разделывают после сварки. С противоположной стороны хребтовой трубы приваривают подшипниковый узел ведущей звездочки – корпус каретки. Делать его самому совсем не обязательно – подойдет каретка практически от любого велосипеда.

Около каретки к раме приваривают фиксирующее устройство, с помощью которого задняя вилка надежно стыкуется с рамой. Этот узел лучше всего монтировать по месту в процессе сборки велосипеда. Это позволит достичь того, что ответные части – и та, что на раме, и та, что на задней вилке, – четко совпадут при складывании велосипеда.

Передняя вилка состоит из неподвижной и поворотной частей. Поворотная часть сварена из велосипедной рулевой колонки (отрезается от рамы старого велосипеда) и двух перьев, каждое из которых сварено из двух труб, телескопически входящих друг в друга. Внешний диаметр большей трубы – около 30 мм, толщина стенки – 2 мм; диаметр внутренней – около 20 мм, толщина стенки – 2–2,5 мм. Концы перьев расплющивают, в них засверливают отверстия в соответствии с диаметром оси колеса, выбранного для велосипеда. Рулевую колонку сваривают с перьями с помощью двух мостиков – пластин из листа толщиной около 3 мм с просверленными в них отверстиями под колонку и перья.

Неподвижная часть передней вилки – это стальная труба, внешний диаметр которой такой же, как у вваренной в поворотную часть вилки велосипедной рулевой колонки. В последнюю вставлена и закреплена сваркой еще одна труба – такого диаметра, чтобы на нее можно было надеть подшипники велосипедной рулевой колонки. На неподвижной части передней вилки закрепляют узел поворота, относительно которого складывается передняя часть велосипеда, а также «ухо» под болт-фиксатор, удерживающий переднюю вилку в рабочем положении.

На верхнем мостике передней вилки закрепляют два хомута, которыми крепятся полудуги руля, – их можно выгнуть самостоятельно из листовой стали или приобрести в магазинах, где продаются запчасти для мопедов и мотоциклов.

Задняя вилка сварена из двух перьев – отрезков стальных труб ∅ 20–22 мм с толщиной стенки около 2,5 мм. В задней ее части вваривают две фигурные стальные пластины толщиной 3 мм с продольным пазом – в них закрепляют заднее колесо велосипеда. Спереди приваривают два стальных кольца, совместно с кареткой выполняющих функцию шарнира. Правое и левое перья соединяют в единый сварной узел с помощью двух трубчатых поперечин.

Рис. 116. Подростковый складной велосипед (вверху – в чемодане, внизу – в рабочем положении):

1 – хомуты крепления полудуг руля; 2 – фиксирующий узел; 3 – узел поворота передней вилки при складывании; 4 – руль; 5 – рама; 6 – барашковые гайки с болтами центрального фиксирующего узла; 7 – седло; 8 – подседельная труба; 9 – заднее колесо; 10 – задняя вилка; 11 – поворотный узел задней вилки; 12 – педальный узел (от любого велосипеда); 13 – передняя вилка; 14 – переднее колесо. Размеры «а» и «б» выбираются в соответствии с размерами применяемых колес, размер «в» определяется по используемой в конструкции каретке

Шарнирное соединение задней вилки и рамы – неразъемное. Выполнять его лучше так. Для начала подготавливают правое и левое перья вилки, т. е. к трубам приваривают кольца шарнира и фигурные пластины. Далее перья устанавливают на каретку и временно соединяют с помощью деревянного бруска и стяжки из стальной проволоки. Необходимо тщательно проверить функционирование шарнира – рама и задняя вилка должны легко поворачиваться друг относительно друга и не иметь больших люфтов. Далее к перьям подгоняют поперечины и прихватывают двумя-тремя сварочными точками. Сняв проволочную стяжку и удалив деревянный брусок, убедитесь в надежной работе шарнира и окончательно заварите стыки узла.

Руль велосипеда состоит из двух полудуг, закрепляемых двумя хомутами на верхнем мостике передней вилки. Для руля подойдут тонкостенные стальные трубы ∅ 22 × 1,5 мм. Сгибать их следует, предварительно набив песком и разогрев паяльной лампой или в горне.

Седло обычное, велосипедное. Подседельная труба удлиненная, ее длина составляет около 400 мм. Ее фиксируют в разрезной трубе, к которой приварены два «уха» со сквозным отверстием ∅ 8 мм. Получается своего рода цанга, которая затягивается болтом М8 с барашковой гайкой.

Сборка. Сначала закрепите на раме и задней вилке фиксирующее устройство. Оно состоит из двух ответных частей, соединяемых при раскладывании велосипеда в рабочее положение двумя болтами и барашковыми гайками. Первая представляет собой две сваренные в виде буквы Т стальные пластины толщиной 6 мм. Вторая – отрезок стального швеллера П-образного профиля с толщиной стенки также около 6 миллиметров.

Фиксирующее устройство закрепляют на велосипеде, как уже упоминалось, по месту. Для этого после изготовления его ответных частей их соединяют болтами и подгоняют к раме и задней вилке, установленным в показанном на чертеже положении. После этого фиксирующее устройство прихватывают к раме и задней вилке, проверяют его работоспособность и окончательно приваривают.

Для хранения или перевозки складного велосипеда понадобится чемодан с габаритами, как уже говорилось, 650 × 450 × 150 мм. Если подобрать его не удастся, сумку таких размеров можно сшить самостоятельно – из искусственной кожи или брезента. Чтобы она держала форму, по периметру (на виде сбоку) вшивается стальная проволока ∅ 5 мм, а в верхнюю часть (под ручку) – фанерная пластинка.

Складывают велосипед следующим образом. Сначала откручивают барашковую гайку с болта-фиксатора, закрепляющего переднюю вилку в рабочем положении. Так же отсоединяют полудуги руля и снимают седло. Далее переднюю вилку поворачивают по часовой стрелке до упора. После этого отворачивают барашковые гайки центрального фиксирующего устройства и поворачивают по часовой стрелке до упора заднюю вилку. Седло отсоединяют от подседельной трубы. Педали выворачивают и завинчивают с внутренней стороны рычагов. Все детали и узлы велосипеда свободно размещаются в том же чемодане. Сборка и разборка велосипеда занимают не более десяти минут.

Велотандем

Какое же удовольствие от путешествия, если не с кем поделиться впечатлениями? Как раз для этого и существуют двухместные велосипеды – тандемы. Но найти в продаже такое транспортное средство довольно сложно, да и стоит оно немало. Что нужно, чтобы сделать его самому? Обычный велосипед и рама с кареткой от другого такого же. После доработки и соединения получается жесткая, прочная и надежная конструкция. Кроме этих двух основных компонентов, нужны еще дополнительное ведущее зубчатое колесо, вторая цепь, седло, руль и некоторые другие детали, изготовить которые придется самостоятельно (рис. 117).

Для начала разберите одноместный велосипед: снимите колеса, узел каретки, крылья, седло, переднюю вилку и руль. Переделка рамы первого велосипеда состоит в том, что отрезают заднюю вилку и прямые трубки около гнезда оси большой передачи (вид Б). У второй рамы надо отрезать рулевую колонку (узел Д).

Обе рамы соединяют таким образом, чтобы их верхние трубы составляли одну прямую линию (сечение А – А), а наклонные сходились в точке, усиленной щечками. Передний конец трубы 8 располагают так, чтобы он точно входил между отрезанными трубками задней вилки первой рамы (вид Б), а задний упирался в гнездо каретки второй рамы, при этом расстоянием L необходимо обеспечить правильное нормальное натяжение цепи. Это вызвано тем, что в примененной системе передняя передача – нерегулируемая.

Руль (а вернее, опора для рук) велосипедиста, сидящего сзади, приваривается готовый или выполненный самостоятельно.

При сборке рам сначала приваривают трубку 8 к гнездам кареток обеих рам, а затем наклонные трубки. В последнюю очередь сваривают части заднего руля 3, 4, 12. Если имеется готовый руль с осью, то к задней раме приваривается только элемент 3.

После окончания сварочных работ места сварки выравнивают напильником, а затем зачищают наждачной бумагой, причем снимают также и лак, сгоревший при сварке.

Если лак на рамах не поврежден, то окрашивают только места сварки. В противном случае лаком покрывают всю раму тандема. Когда лак просохнет, тандем собирают: вставляют переднюю вилку и руль, ставят крылья, седла и колеса. Цепную передачу собирают в соответствии с кинематической схемой. Как видно из чертежа, на второй оси педалей собраны две одинаковые звездочки: к одной из них подводится цепь передней передачи, а с другой вращение передается уже на ведущий узел заднего колеса.

Рис. 117. Велотандем:

1 – рама первого велосипеда; 2 – накладка; 3 – стойка второго руля (труба ∅ 22 мм); 4 – второй руль (труба ∅ 20 мм); 5 – косынка; 6 – рама второго велосипеда; 7 – второе седло; 8, 11 – цепи; 9, 12 – каретки; 10 – лонжерон (труба ¾˝)

На передней зубчатой передаче цепь не натягивают. На задней передаче натяжение цепи регулируют обычным способом. При этом надо следить за тем, чтобы было выдержано одинаковое расстояние колеса от боковых трубок вилки.

Сварка в интерьере

Мода на предметы мебели и детали интерьера из металла постоянна. Кружево металла в сочетании с деревом, стеклом и другими материалами органично вписывается в современный интерьер, открывает новые возможности в создании самых разнообразных, в том числе и стилизованных, композиций и гарнитуров. Полосовой металл и пруток, пластик, фанерованная ДСП или простая фанера плюс фантазия мастера рождают красивые и удобные вещи, которые с одинаковым успехом могут служить в городской квартире, в сельском доме, на даче.

Сварные этажерки для цветов

Цветы еще больше украсят ваш интерьер, если сделать для них этажерки из металла. Квадратный или круглый пруток, тонкие трубки, небольшие уголки – все пойдет в дело. Конструкция таких изделий настолько проста, что в особых пояснениях и не нуждается. Угловая этажерка, изображенная на рис. 118, а, сварена из круглого прутка ∅ 14 мм. Между боковыми стойками вварены опоры для полок из того же прутка. Сами полочки сплетены из лозы и покрыты бесцветным лаком.

Цветы, поставленные на ажурную этажерку со стеклянными полками (рис. 118, б), словно парят в пространстве. Четыре ножки-опоры выгнуты из толстого прутка по шаблону. Вверху они собраны в одной точке и сварены вместе. Держатели полок нарезаны из тонкого уголка. Они же скрепляют ножки, к которым приварены.

На рис. 118, в изображена простая этажерка, для изготовления которой использован только металл. Стойки сделаны из труб (можно водопроводных ½˝). Полки вырезаны из перфорированного металлического листа. Края полок нужно отбортовать. Причем противоположные стороны можно загнуть в разных направлениях, например лицевую и заднюю вниз, а боковые – вверх. Углами полки приварены к стойкам. При этом нужно тщательно выставлять по уровню свариваемые детали, чтобы не было перекосов.

Для изготовления этажерки, изображенной на рис. 118, г, понадобятся трубы ½ – ¾˝, арматурный пруток и многослойная фанера для полок. Трубы образуют жесткий каркас, заполнение которого выполнено из прямых и изогнутых отрезков прутка. Из прутка сделаны и опоры под легкие верхние полки. Для нижних полок, где будут стоять большие и тяжелые горшки, нужны опоры посолиднее, поэтому их делают из тех же труб, что и каркас. Все элементы соединяют с помощью сварки.

Рис. 118. Этажерки, сваренные из металла:

а – угловая этажерка; б – этажерка со стеклянными полками; в – простая металлическая этажерка; г – ажурная этажерка с фанерными полками; д – этажерка из квадратного прутка

Последняя из предложенных этажерок (рис. 118, д) сделана из квадратного прутка сечением 10 × 10 мм. Все элементы соединены сваркой. Держателями полок служат уголки сечением 10 × 15 мм. Сами полки вырезаны из многослойной фанеры. Этажерка окрашена водостойкой эмалью.

Сварной стол

Стол из металла со столешницей, облицованной керамической плиткой или покрытой росписью, – излюбленный предмет мебели многих владельцев загородных домов. Обычное его место – открытая терраса дома или укромный уголок сада. Изготовить стол под силу любому умельцу даже при небольшом опыте работы с металлом.

Каркас стола сделан из стальных труб прямоугольного сечения и прутковой стали. Столешницу выпиливают из плиты МДФ толщиной 19 мм. Кромки скругляют фрезерной машинкой. Столешницу нужно загрунтовать, а потом оклеить плиткой или нанести на ее поверхность рисунок (который может имитировать ту же плитку). Расписывают столешницу перед креплением ее к стальному каркасу.

Для изготовления каркаса нужна стальная профилированная труба 30 × 30 мм и стальной пруток ∅ 18 мм. Кроме того, потребуются 3 стальных шарика ∅ 60 мм; 6 шурупов 6 × 50 мм (для скрепления столешницы с каркасом); 6 шурупов 3,5 × 30 мм (для соединения двух деталей столешницы); водостойкий клей для дерева.

Из трубы, согласно чертежу (рис. 119), нарежьте 3 одинаковые детали длиной 400 мм для рамы стола. Три ножки стола длиной по 730 мм и три поперечины длиной по 385 мм сделайте из прутка.

Скрепленные струбцинами детали рамы по углам сначала прихватывают сваркой в нескольких точках, затем проваривают стыки непрерывным швом. После охлаждения металла струбцины удаляют, удаляют шлак и зачищают сварные швы.

Теперь нужно накернить точки сверления отверстий ∅ 6 мм под шурупы для соединения столешницы с каркасом. Отверстия на нижней части деталей раззенковывают под потайные головки шурупов, которыми будет крепиться столешница.

Стальные прутки для ножек изгибают с использованием молота и тисков так, чтобы из заготовок длиной 730 мм получились изогнутые ножки высотой 650 мм. Чтобы все они были одинаковыми, можно изготовить шаблон из толстого деревянного бруска или поискать подходящую криволинейную поверхность большого диаметра (например, колодезное кольцо).

Подготовленные ножки приваривают изнутри к вершинам рамы каркаса. Раму кладут плашмя, в угол ставят ножку, выравнивают по угольнику и прихватывают, а затем приваривают окончательно. После того как все ножки приварены, между ними устанавливают поперечные связи (проножки). Намечают места их расположения с помощью линейки или деревянного бруска, поставив каркас ножками на ровную поверхность, от которой отмеряют равные отрезки по высоте. По этим отрезкам делают метки и прихватывают проножки.

Стальные шарики на концах ножек призваны обеспечить устойчивость каркаса даже на неровной поверхности. Их сначала прихватывают сваркой, а затем приваривают окончательно.

Рис. 119. Металлический стол с деревянной столешницей:

а – разрез по А – А; б – вид сверху; 1 – столешница; 2 – рама; 3 – ножки; 4 – поперечина; 5 – шарики-опоры

После окончания сварочных работ все швы надо аккуратно зашлифовать, зачистить поверхность металла и окрасить готовый каркас нитролаком. Теперь можно крепить столешницу саморезами к каркасу и устраивать торжественное чаепитие.

Вешалка для одежды

Для создания такой симпатичной вешалки (рис. 120) потребуется металлический пруток ∅ 6, 8 и 10 мм, квадратная труба 16 × 16 мм, листовой металл толщиной 2 и 3 мм, фанера толщиной 14 мм, болты М6 × 50, грунтовка по металлу, краска. Из инструментов следует достать дрель, сверла ∅ 4 и 6 мм, ножовку, напильник, ручную пилу с узким полотном, напильник по дереву полукруглый, сварочный аппарат, метр, кисточку.

Рис. 120. Вешалка для одежды:

1, 2 – детали рамы (по 2 шт.); 3 – поперечины рамы (3 шт.); 4 – деревянное основание вешалки (4 шт.); 5 – декоративный элемент заполнения рамы (12 шт.); 6 – декоративное кольцо (4 шт.); 7 – круглая пластина (6 шт.); 8 – длинные крючки (4 шт.); 9 – короткие крючки (8 шт.); 10 – соединительная планка для крючков (4 шт.); 11 – петли для подвески (2 шт.)

Детали рамы отпиливают под углом 45° от квадратной трубы. Необходимо проверить правильность полученного угла; если он не соответствует 45°, придется доработать его напильником.

Три поперечных прутка рамы (3) и три коротких для крючков вешалки (8) и (9) отрезают от круглого прутка и гнут в тисках. Детали вешалки из толстой фанеры (4) выпиливают ручной пилой.

Спиральные детали (5) гнут с помощью любых вспомогательных устройств. Декоративное кольцо (6) гнут на роге наковальни или трубе подходящего диаметра.

Круглые пластины (7) выпиливают ножовкой или вырезают большими ножницами для металла.

Заготовив все детали, приступают к сборке. Детали рамы (1) и (2) сваривают под углом 90°, места соединения обрабатывают напильником. Поперечные прутки (3) приваривают к раме на одинаковом расстоянии: сверху в местах стыка – круглые пластины (7). К нижней части рамы приваривают спиральные декоративные украшения. В верхней части на болтах, приваренных к раме, крепят деревянные детали. Крючки вешалки (8) и (9) приваривают к соединительным планкам (10), а к крючкам – декоративные кольца (6).

Вешалка для прихожей

Эта вешалка тоже представляет собой плоскую раму, сваренную из стального прутка 15 × 15 мм и полосовой стали 15 × 3 мм. Но в ее левую часть встроено зеркало размером 100 × 420 мм и полочка для перчаток размером 320 × 120 мм. Для крепления зеркала по углам соответствующей секции рамы спереди приваривают декоративные элементы ((9) на рис. 121).

Сзади зеркало проще всего закрепить штифтами или винтами М3, вкрученными в проем рамы (на рисунке не показаны). Чтобы стекло держалось плотнее и не треснуло, позади него помещают лист оргалита такого же размера, а на передние декоративные элементы наклеивают прокладки из войлока, мягкой ткани или кусочки матерчатого лейкопластыря.

Основную секцию рамы заполняют фигурными элементами (8), сваренными в скругленные ромбы. Пара таких же элементов служат опорой для полочки, расположенной под зеркалом.

В данной конструкции предложены оригинальные и удобные крючки для одежды. Их нужно согнуть из стального прутка ∅ 5 миллиметров.

Вешалка особенно хорошо смотрится, если смонтировать ее на листе линолеума или другого пластика яркого цвета, отличающегося от цвета стены.

Рис. 121. Вешалка для прихожей:

1 – поперечина рамы (3 шт.); 2 – перемычка рамы (1 шт.); 3 – крючки вешалки; 4 – дуга крючка (3 шт.); 5 – элементы рамы (2 шт.); 6 – вертикальная перемычка (3 шт.); 7 – полочка; 8 – элементы орнамента (26 шт.); 9 – декоративные элементы крепления зеркала (4 шт.)

Подставка для газет и журналов

Чтобы газеты и журналы не валялись в беспорядке на столе, сварите для них изящную подставку (рис. 122). Вам понадобится: кованый пруток ∅ 5 мм, металлическая полоса толщиной 1 мм и шириной около 40 мм, фанера толщиной 1 мм, бесцветный лак по дереву, грунтовка и краска.

Для деталей ручек (1) берут два прутка длиной 1000 мм и сгибают в соответствии с чертежом. Рамке основания (2) придают форму, показанную на рисунке, затем ее края сваривают и напильником обрабатывают место сварки. Ножку (3) зажимают в тисках и сгибают с помощью молотка. Поперечные детали основания (4) отрезают от прутка ножовкой, торцы сглаживают напильником. В соответствии с рисунком необходимую форму придают и деталям боковин (5), (6). Круглые пластинки (7) нарезают из металлической полосы и обрабатывают напильником.

Рис. 122. Подставка для журналов и газет:

1 – ручки (2 шт.); 2 – рамка основания; 3 – ножки (2 шт.); 4 – поперечины (7 шт.); 5 – спиральные детали спинки (2 шт.); 6 – детали спинки (2 шт.); 7 – декоративные пластинки (2 шт.); 8 – фанерные полоски (5 шт.)

Из фанеры с помощью острого ножа нарезают полоски (8) и тщательно зачищают наждачной бумагой. С двух сторон фанера покрывается бесцветным лаком или олифой.

К рамке основания (2) приваривают поперечные детали (4) и ножки (3), затем ручки (1). К деталям боковин (6) с одного конца приваривают круглые пластинки (7), а другими концами их соединяют друг с другом и приваривают к рамке основания под небольшим углом. После этого к ним приваривают спиральные детали (5) и оставшиеся пластины (7). После сборки подставка окрашивается, а когда краска высохнет, в решетчатое основание вплетают фанерные полоски.

Подставка для цветов

Чтобы сделать такую подставку для цветов (рис. 123), потребуется стальной пруток ∅ 5 мм, листовой металл толщиной 2 мм, грунтовка по металлу и краска.

Рис. 123. Подставка для цветов:

1 – основная деталь кронштейна; 2, 3 – кольца для установки горшка; 4 – кольцо подвеса; 5 – подвес; 6 – соединительный пруток для нижних колец; 7 – спиральный элемент кронштейна (2 шт.); 8 – декоративный кружок (2 шт.)

Ножовкой отрежьте от прутка детали кронштейна (1), (5), (6), (7) и колец (2), (3), (4). С помощью подручных приспособлений для гибки придайте им необходимую форму. Деталь кронштейна (6) зажмите в тисках и ударами молотка согните под углом 90°.

Декоративные кружки (8) из листового металла вырежьте ручными ножницами, края обработайте напильником.

Теперь к лирообразной детали (1) кронштейна приварите декоративные кружки (8) и пруток (5) с кольцом (4). Затем к ней же в удобной для вас последовательности приварите спиральные детали (7), пруток с уголком (6) и кольца (2) и (3).

После зачистки швов законченную подставку для цветов покройте грунтовкой для металла и покрасьте зеленой или другой яркой краской.

Торшер

В отличие от большинства светильников такого типа, в конструкции которых применяются главным образом трубки разных диаметров, центральная стойка этого торшера изготовлена из квадратного прутка 16 × 16 мм. С одной стороны пруток надрезают крест-накрест ножовкой и разгибают края разреза. Все остальные детали приваривают к нему газовой или электрической сваркой после очень несложной предварительной обработки в соответствии с приведенными на рис. 124 эскизами.

Рис. 124. Комнатный светильник – торшер:

1 – верхняя опора стойки; 2 – центральная стойка торшера; 3, 4 – декоративные элементы стойки (по 4 шт.); 5, 6 – элементы опоры (по 2 шт.); 7 – фигурные элементы опоры (4 шт.); 8 – кронштейн; 9 – нижний обруч абажура; 10 – прутья крепления кронштейна к абажуру (4 шт.); 11 – ребра абажура (12 шт.); 12 – верхний обруч абажура

К верхней опоре стойки через переходник (1) приваривают болт М10, на который надевают центральную шайбу собранного абажура и прикручивают соответствующей гайкой. К этому же болту с помощью еще одной гайки крепят кронштейн, в который, в свою очередь, вкручивают или иным образом крепят патрон электрической лампочки (на рисунке не показан). Конструкция кронштейна в данном случае будет зависеть от вида и количества патронов.

Абажур можно сделать из любого подручного материала или купить в магазине, однако наиболее интересным решением для данной конструкции может стать металлический абажур. Для него подойдет листовая латунь или сталь толщиной 0,8–1,0 мм в соответствии с эскизом. Отдельные детали абажура предварительно обрабатывают молотком для чеканки, чтобы придать их поверхности немного «мятый» вид. Затем их сваривают или спаивают между собой.

Окончательная отделка торшера – окраска под старый металл с помощью эпоксидных эмалей, молоткового лака или масляно-смоляного лака типа 6Т с добавлением алюминиевом или бронзовой пудры.

Фонарь над крыльцом

Фонари подобного типа (рис. 125) чрезвычайно популярны. Их применяют для освещения в ансамблях индивидуальной застройки – над крыльцом или входной лестницей и даже внутри дома, например в прихожей, холле, коридоре. Ограничение только одно: такой светильник не должен располагаться под открытым небом, чтобы его не заливало дождем.

В основе конструкции заложен сварной каркас в виде четырехгранной рамки, к наружным граням которой приваривают декоративные детали в виде дужек и завитков из полосовой стали. Снизу эти детали образуют «дно» фонаря, а сверху – подвес. Изнутри в каркас вставляют достаточно прочные стекла, на поверхность которых можно нанести декоративную сетку (решетку) какой-либо водостойкой темной краской. Можно применить цветное стекло или прозрачную пластмассу.

Источник света может быть любым – обычная лампа накаливания, галогенная лампа, светодиодный светильник. Патрон для лампы крепят на двухпроводном кабеле с двойной изоляцией.

Рис. 125. Уличный фонарь:

1 – кольцо подвески; 2 – подвес; 3 – дуги подвески (4 шт.); 4 – элемент рамки (4 шт.); 5 – элемент рамки (8 шт.); 6 – элемент орнамента (4 шт.); 7 – элемент орнамента (8 шт.); 8 – элемент орнамента (4 шт.); 9 – элемент рамки (4 шт.)

Книжная полка

Круглый пруток ∅ 4 мм, квадратный пруток 10 × 10 мм, металлическая полоса 15 × 3 мм, фанера толщиной 10 мм, клей для дерева, бесцветный лак, грунтовка по металлу, краска – вот то, что потребуется для создания стильной книжной полки (рис. 126).

Спиральные детали (1) на боковины полки отрезают от металлической полосы и изгибают. Вертикальные детали кронштейна (2), горизонтальные (3) и продольную (4) отпиливают от квадратного прутка по размерам, указанным на чертеже.

Кольца для подвески (5) гнут из круглого прутка в тисках. Декоративные и ограничительные кружки (6) можно вырезать из металлической полосы ножницами или ножовкой по металлу. Все металлические заготовки обрабатывают напильником и наждачной бумагой.

Саму полку (7) отпиливают от листа 10-миллиметровой фанеры. Края обрабатывают рубанком и наждачной бумагой. После этого ее оклеивают декоративным шпоном или вскрывают лаком.

Пока сохнет лак, можно сварить каркас полочки. Детали кронштейна (2) и (3) соединяют под прямым углом и сваривают, затем к ним присоединяют продольную деталь (4). К вертикальным деталям кронштейна (2) приваривают кольца (5) и спиральные боковины (1), к горизонтальным – декоративные кружки (6).

Рис. 126. Книжная полка:

1 – спиральные боковины (2 шт.); 2 – вертикальные детали кронштейна (2 шт.); 3 – горизонтальные детали кронштейна (2 шт.); 4 – продольная соединительная планка; 5 – кольца для подвески (2 шт.); 6 – декоративные кружки (2 шт.); 7 – деревянная полка

Всю металлическую часть книжной полки покрывают черной матовой краской. После высыхания на кронштейн укладывают деревянную полку (можно без крепления).

Полка под телефон

В том же стиле, что вышеописанные поделки, можно сделать ажурную полочку для телефона (рис. 127). Понадобится фанера толщиной 10 мм, клей для дерева, металлическая полоса толщиной 2 мм, стальной пруток ∅ 6 мм, грунтовка по металлу, краска.

Ножовкой по металлу отрежьте заготовки элементов кронштейна (2), (3), (5), (7), (8), (10), (11) и ажурной полки (1), торцы сгладьте напильником. Затем придайте деталям необходимую форму в соответствии с чертежом.

Рис. 127. Полка под телефон:

1 – фигурные детали нижней полки (6 шт.); 2 – спиральные детали спинки (2 шт.); 3 – переднее ограждение; 4 – декоративный кружок (2 шт.); 5 – детали бокового ограждения (2 шт.); 6 – верхняя полка (фанера); 7 – дужка спинки; 8 – нижний кронштейн; 9 – ушки для крепления на стену; 10 – горизонтальные детали каркаса (2 шт.); 11 – вертикальные детали каркаса (2 шт.)

Деталь бокового ограждения (4) отрежьте от металлической полосы ножовкой или ножницами, затем углы обработайте напильником до получения округлости.

Ушки для подвески полки (9) также отрежьте от полосы. Дрелью просверлите в них отверстие ∅ 4 мм, после чего обработайте края напильником или наждачной бумагой.

Верхнюю полку (6) вырежьте из фанеры ручной пилой, все шероховатости сгладьте наждачной бумагой. Нижнюю и боковые поверхности полки можно покрасить темной краской, верхнюю – оклеить декоративным шпоном.

Фигурные детали (1) ажурной полки уложите на ровной поверхности и сварите между собой. Под прямым углом приварите друг к другу детали кронштейна (10) и (11), а к ним – соединенные детали ажурной полки и опорную деталь (3) деревянной полки. Затем в соответствующей последовательности приварите остальные детали (5), (8), (9), (2), (4).

Места сварки обработайте напильником и наждачной бумагой. Поверхность собранной конструкции загрунтуйте и после сушки покройте краской в несколько слоев.

Телефонный столик

Для телефона, перчаток и других мелочей вместо полочки можно установить небольшой изящный столик. Предлагаем вашему вниманию два варианта подобных изделий, подкупающих своим элегантным видом и простотой изготовления.

Отрезки металлической трубы ∅ ¾˝, сваренные под углом, составляют основу первой конструкции (рис. 128, а). Полочкой служит керамическая или зеркальная плитка, которую поддерживают подваренные в углах каркаса кусочки металлической полосы или уголка.

Рис. 128. Телефонные столики для прихожей

Закрепить такой столик у стены можно с помощью дюбелей и шурупов. К ножкам приварены шайбы, к которым приклеивают и обрезают по диаметру кусочки резины или пластика толщиной 1–3 мм. Окрашивают столик цветной эмалью в два-три слоя с промежуточной сушкой каждого.

Другой столик для телефона сварен из толстой холоднокатаной проволоки ∅ 5 и 8 мм (рис. 128, б). Полочка может быть сделана из многослойной фанеры или ламинированной ДСП. Чтобы не царапать пол, на ножки столика следует надеть пластиковые или резиновые наконечники.

Сварка в спальне

Этот проект, возможно, понравится тем многодетным семьям, которые не могут похвастаться избытком жилплощади. Он представляет собой относительно простой в изготовлении комплект на три спальных места, состоящий из двухэтажной кровати и кушетки, которая прячется под нее. Основной материал – стальные трубы различного диаметра, пруток и уголок.

Элементы конструкции и основные размеры этого комплекта приведены на рис. 129.

Рама кровати – сварная. По ее углам приварены штыри[31], а на боковых стойках – ответные части, представляющие собой отрезки труб соответствующего штырям диаметра. Эти простые узлы служат для сборки кровати.

После установки рам к верхней из них крепят дуги безопасности, которые обеспечат максимальный комфорт и уберегут от падения во время сна. Причем легкосъемными (вставляющимися в гнезда) эти дуги-поручни делать не рекомендуется. Лучше всего их прикрутить болтами к раме, как и показано на рисунке. Стоит потратить лишнюю минуту на прикручивание или откручивание болтовой пары, зато ребенок такой поручень спросонья не вытащит из гнезда.

Затем устанавливают лесенку. Лесенка сварена из труб ∅ 20 мм с толщиной стенки 2 мм. Ее тетивы своими концами вставляются в соответствующие гнезда верхней и нижней рам. На расстоянии 40 мм от нижнего края каждой тетивы надето и зафиксировано сваркой упорное кольцо, которое удерживает лесенку в гнездах нижней рамы.

Затем на каждую раму укладывают жесткий настил из четырех панелей 1920 × 200 мм. Панели могут быть изготовлены из фанеры толщиной не менее 10 мм, из ДСП или доски толщиной 18–20 мм. Если настил кровати выполняется из фанерных листов или деревоплиты, для вентиляции матраса такой материал следует обязательно перфорировать отверстиями ∅ 15–25 мм, расположенными в шахматном порядке.

Поверх настила укладывают матрасы или матрасные подушки, которые могут быть или стандартными покупными, или изготовленными из различных подручных материалов.

Раму кушетки делают аналогичным способом. Боковые стойки крепят с помощью болтов М8 длиной 60 мм и крепежных уголков, выступы которых вводят в прорези, предварительно пропиленные в угольниках рамы. К заднему угольнику крепят два ролика, благодаря которым кушетка легко задвигается под кровать. На рисунке не указан способ крепления роликов – он зависит от конкретной конструкции.

Рис. 129. Трехэтажная стальная кровать:

1, 9 – боковые стойки кровати (прямая и зеркальная); 2, 3 – рамы; 4, 7 – боковые стойки кушетки; 5 – крепежный уголок; 6 – рама кушетки; 8 – лесенка; 10 – дуги безопасности (2 шт.); 11 – ролик (2 шт.); 12 – гнездо для лесенки (2 шт. на каждой раме); 13 – сборочный штырь (4 шт.); 14 – гнездо для штыря (4 шт.)

Если вам требуется не трехэтажная, а двухэтажная кровать, то можно ограничиться вышеописанным вариантом в усеченном виде – без кушетки. Но если взять за основу ту же конструкцию и разделить кровати, дизайн спального места станет гораздо интереснее. В варианте, представленном на рис. 130, взбираться на верхнюю койку можно и без лесенки. К тому же застилать или поправлять постель намного удобнее, а под верхнюю койку можно поставить шкафчик для игрушек или постельного белья, или ночной столик.

Рис. 130. Двойная стальная кровать

Расстояние между матрасом и верхом спинок и поручней должно составлять не менее 150 миллиметров.

Если предполагается возможность расположения верхнего спального места не у стены, то предохранительные поручни следует расположить с обеих сторон верхней койки.

И еще один совет. Трубы необходимо выбирать без изъянов, забоин, раковин. Имеющиеся шероховатости перед окраской следует тщательно зачистить разными шкурками – от грубой до тонкой. В этом случае ваше изделие будет иметь весьма привлекательный вид.

Вместо заключения: Металл требует ухода

Металл по своей сути – материал очень прочный, внушающий доверие. Однако стоит ему попасть под влияние воды и электрохимических процессов (которые сам же и порождает), и признаки разрушения не заставят себя долго ждать. Не дать случиться катастрофе можно очень простым способом – поставить преграду на пути влаги, проще говоря, покрасить конструкцию.

Если процесс уже запущен и результат коррозии в виде ржавчины налицо, работы надо начинать с ее удаления. Первоначально стоит поработать металлической щеткой и снять отслоившиеся куски. Затем в ход идут преобразователи ржавчины, в состав которых входит ортофосфорная кислота. Она превращает ржавчину в стабильные соединения фосфатов железа. Еще один компонент – дубильная кислота – преобразует последние в танат железа, имеющий прочное сцепление со сталью. Такие составы не только уничтожают саму ржавчину, но и становятся защитой для металла. Правда, в Европе преобразователи не выпускают, так как стандарт DIN 55 928 «Коррозионная защита конструкции лакокрасочными покрытиями» не допускает их применения.

Работая с преобразователями ржавчины, внимательно посмотрите на их состав. В основе бытовых преобразователей – вода, и их можно смело использовать, особого вреда здоровью они не принесут. Если же вы приобрели профессиональную химию, то, скорее всего, понадобится защищать глаза и органы дыхания, а работы производить в хорошо проветриваемом помещении. Не стоит усложнять себе жизнь, преобразователи ржавчины, предназначенные для бытового применения, нисколько не хуже справятся с поставленной задачей. Наносятся они кистью, валиком или краскопультом.

После того как состав высохнет (а это довольно быстрый процесс), поверхность грунтуют и красят.

Грунтовка – это тот материал, обязательность использования которого не отрицают ни те, кто ратует за применение преобразователей ржавчины, ни их оппоненты. Основная задача грунтовок – остановить процесс коррозии, предотвратить контакт металла с водой и обеспечить хорошее прилипание (адгезию) краски к основанию. Конечно, они недостаточно атмосферостойки и ударопрочны, имеют низкие декоративные показатели. Но от них этих качеств и не требуется, так как любая грунтовка предполагает нанесение в дальнейшем краски, которая и красива, и стойка, и прочна. Грунтовка же отвечает за свою сферу. Обладая выраженными антикоррозионными свойствами, она продлевает металлу жизнь, поэтому выбирайте ее тщательно, отдавая предпочтение производителям, гарантирующим длительный срок службы состава. Надо искать такой, в который введены ингибиторы (специальные замедлители коррозии) либо вещества, способные преобразовать ржавчину в иное, более прочное соединение. Выпускаются и составы, которые можно наносить непосредственно по ржавому основанию. Главное: грунтовка должна быть специально изготовлена для корродирующего металла и иметь указания по месту применения (для внутренних или наружных работ либо универсальная).

Еще один момент, на который стоит обратить внимание при выборе грунтовок, – это анализ самого основания. Если оно шероховатое (например, кованые изделия), то сцепление с грунтом произойдет хорошо и можно использовать любые грунты. Если же возникла необходимость красить оцинковку, сталь, алюминий, медь – материалы с гладкой поверхностью, – надо использовать специальную грунтовку, предназначенную для проблемных оснований.

Грунтовки наносятся кистью, валиком либо краскопультом. Что касается цвета, то он должен быть практически таким, как декоративное покрытие, чтобы в дальнейшем не пришлось излишне тратиться на краску, ограничившись одним слоем.

Краски по металлу лучше всего приобретать у того же производителя, что и грунт. Такие составы хорошо взаимодействуют между собой, а значит, и служить будут долго.

Если речь идет о покрытии уличных элементов из металла, то поверх грунтовок можно использовать алкидные эмали на растворителях, в доме лучше отдать предпочтение водорастворимым акриловым эмалям. Использовать же слабоатмосферостойкие материалы, коими являются популярные в прошлом масляные краски, нерентабельно. Образуемая масляной краской пленка не способна работать в унисон с температурным расширением или сужением металла и в конечном итоге трескается и слущивается.

Для тех, кто не любит долго возиться с покраской, придуманы многофункциональные краски. Такой сложный состав сочетает в себе качества преобразователя ржавчины, грунта и декоративного покрытия одновременно. Рынок подобных лакокрасочных материалов весьма широк, поэтому выбирайте производителя, которому доверяете.

Перестраховщики же дополнительно могут воспользоваться акриловым или цапонлаком, который наносится поверх краски, увеличивая степень защиты поверхности.

Не пренебрегайте этими средствами защиты и ухода, и тогда металлическое изделие будет служить вам долго и надежно.

Приложения

Условные изображения и обозначения швов сварных соединений

Согласно Единой системе конструкторской документации (ЕСКД), изображения и обозначения швов сварных соединений на чертежах изделий должны соответствовать ГОСТ 2.312–72 «Условные изображения и обозначения швов сварных соединений». Независимо от вида сварки видимый шов сварного соединения условно изображают сплошной основной линией (рис. 131), а невидимый – штриховой. Обозначение шва отмечают линией-выноской, заканчивающейся односторонней стрелкой.

Рис. 131. Изображение сварных швов на чертежах

Характеристика шва проставляется над полкой линии-выноски (для лицевой стороны шва) или под полкой (для обратной стороны шва). Структура условного обозначения стандартного шва приведена на рис. 132.

Рис. 132. Структура условных обозначений сварных швов

Следующими стандартами, в зависимости от толщины металла, устанавливаются формы поперечного сечения и конструктивные элементы подготовленных кромок и выполненных швов, которым присваивают условные буквенно-цифровые обозначения: ГОСТ 8713–79 «Сварка под флюсом. Соединения сварные»; ГОСТ 5264–80 «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные»; ГОСТ 14771–76 «Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные»; ГОСТ 15164–78 «Электрошлаковая сварка. Соединения сварные».

Для обозначения сварных швов используют также вспомогательные знаки (табл. I).

Таблица I

Вспомогательные знаки для условного обозначения сварных швов

Все элементы условного обозначения располагаются в указанной последовательности и отделяются друг от друга дефисом. Буквенные обозначения способа сварки необходимо проставлять на чертеже только в случае применения в данном изделии нескольких видов сварки, например П – механизированная дуговая сварка, А – автоматическая дуговая, У – дуговая в углекислом газе и др. Ручная дуговая сварка не имеет буквенного обозначения. Можно не указывать на полке выноски обозначения стандарта, если все швы в изделии выполняются по одному стандарту. В этом случае следует сделать соответствующее указание в примечаниях на чертеже (рис. 133). Примеры условного обозначения сварных швов приведены в табл. II.

Рис. 133. Обозначение повторяющихся сварных швов на чертеже:

а – с выносом одного из них на чертеже; б – со сводом всех сварных швов в таблицу

Таблица II

Примеры условного обозначения сварных швов

Справочные материалы

Таблица 1

Типы электродов для дуговой сварки конструкционных сталей и механические свойства металла шва

Примечания:

1. Число в обозначении типа электрода соответствует временному сопротивлению разрыву σВ в кгс/мм^2.

2. KCU – ударная вязкость.

Таблица 2

Маркировка электродов согласно требованиям к электропитанию дуги

Примечание: цифрой 0 обозначают электроды, предназначенные для сварки или наплавки только на постоянном токе обратной полярности.

Таблица 3

Характеристики наиболее распространенных электродов для сварки углеродистых и низколегированных сталей

Примечание: ОП – обратная полярность, ток постоянный(=) или переменный (~).

Таблица 4

Показатели свойств прочности и растяжения металла шва (согласно DIN EN 499)

Таблица 5

Показатели работы развития трещины металла шва (согласно DIN EN 499)

Таблица 6

Показатели сварочного тока для электродов согласно DIN EN 499

Таблица 7

Показатели положения электрода при сварке (согласно DIN EN 499)

Таблица 8

Технические характеристики баллонных редукторов

* Первая буква определяет назначение редуктора, вторая – редуцируемый газ, третья – число ступеней редуцирования; первое число после буквенного обозначения – максимальное значение пропускной способности при наибольшем рабочем давлении, м^3/ч; второе число – модификация редуктора; МГ – малогабаритные редукторы.

Таблица 9

Правила выбора горелки

* Предельное отклонение ±10 %.

Таблица 10

Правила выбора наконечника горелки

Таблица 11

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки

Таблица 12

Зависимость сварочного тока от диаметра электрода

Примечание: при сварке тавровых соединений силу тока принимают на 10–15 % больше, чем при сварке встык.

Таблица 13

Правила подбора сварочного тока

Таблица 14

Зависимость силы сварочного тока от толщины свариваемого металла и положения сварки в пространстве

Таблица 15

Влияние величины сварочного тока на качество и форму сварного шва

Таблица 16

Рекомендованные размеры валика

Примечание: диаметр электрода брать с покрытием.

Таблица 17

Режимы сварки угольными электродами соединений из низкоуглеродистой стали

Таблица 18

Режимы сварки графитовыми электродами соединений с отбортовкой кромок

Таблица 19

Режимы резки стали угольными или графитовыми электродами

Таблица 20

Режимы ручной дуговой резки низкоуглеродистой (числитель) и коррозионно-стойкой (знаменатель) стали металлическим электродом

Таблица 21

Классификация защитных газов для электродуговой сварки и резки

Таблица 22

Удельный расход углекислого газа или смеси Аr + СO_2 при сварке MIG/MAG

Таблица 23

Сварочные проволоки для сварки MIG/MAG малоуглеродистых и легированных сталей

Таблица 24

Основные режимы сварки полуавтоматом в среде углекислого газа

Таблица 25

Режимы механизированной дуговой сварки в углекислом газе стыковых соединений без разделки кромок. Ток постоянный, обратная полярность

Таблица 26

Рекомендуемые расстояния от сопла горелки до изделия

Таблица 27

Техническая характеристика инжекторного резака «Пламя-62»

Таблица 28

Мундштуки для резки на заменителях ацетилена

Таблица 29

Расстояние между мундштуком резака и разрезаемым металлом

Примечание: при работе на газах – заменителях ацетилена указанные расстояния между мундштуком и поверхностью разрезаемого металла увеличивают на 30–40 %.

Таблица 30

Соответствие диаметра сварочного карандаша ЭЛЬКАС толщине свариваемых листов

Таблица 31

Соответствие диаметра карандаша для резки ЭЛЬКАС-термит толщине разрезаемых листов/прутков

Таблица 32

Свариваемость сталей

Таблица 33

Цвета побежалости углеродистой стали

Таблица 34

Цвета побежалости нержавеющей стали

Таблица 35

Цвета каления стали

Таблица 36

Содержание компонентов флюсов для горячей и холодной сварки чугуна, %

* Флюс содержит 4 % керосина (сверх 100 %).

Таблица 37

Флюсы для низкотемпературной сварки и пайкосварки чугуна

Таблица 38

Состав присадочных чугунных прутков для низкотемпературной пайкосварки

Таблица 39

Содержание компонентов флюсов для газовой сварки алюминия и его сплавов, %

Таблица 40

Режимы автоматической сварки алюминия вольфрамовым электродом

Таблица 41

Режимы ручной аргонодуговой сварки алюминия неплавящимся электродом

Таблица 42

Режимы сварки стыковых соединений меди и ее сплавов графитовым электродом

Таблица 43

Ориентировочные режимы ручной однопроходной сварки меди покрытыми электродами

Таблица 44

Содержание компонентов флюсов для газовой сварки меди и ее сплавов, %

Таблица 45

Режимы электродуговой сварки свинца

Таблица 46

Режимы сварки никеля и никелевых сплавов

Таблица 47

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки титана вольфрамовым электродом ∅ 1,5–2 мм и присадочной проволокой ∅ 1–2 мм

Таблица 48

Минимальные размеры стальных заземлителей и заземляющих проводников

Таблица 49

Минимальные размеры изгиба стальных труб

Таблица 50

Наименьшие радиусы гибки листового материала в холодном виде

Примечание: значения соответствуют гибке листового материала вдоль волокон проката. При гибке поперек волокон радиусы гибки можно уменьшать примерно вдвое.

Литература и другие источники

Васильев В. И., Ильященко Д. П., Павлов Н. В. Введение в основы сварки. – Изд-во Томского политехнического ун-та, 2011.

Жегалина Т. Н. Сварщик. Технология выполнения ручной дуговой сварки. – М.: Академкнига, 2006.

Колганов Л. А. Сварочные работы. Сварка, резка, пайка, наплавка: Учебное пособие. – М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2003.

Конструктивные детали жилых и гражданских зданий. – М.: Гос. архитектурное изд-во, 1949.

Лашко Н. Ф., Лашко-Авакян С. В. Металловедение сварки (некоторые вопросы). – М.: Машгиз, 1954.

Лупачев В. Г. Общая технология сварочного производства. – Минск: Вышэйшая школа, 2011.

Николаев А. А., Герасименко А. И. Электрогазосварщик. – Ростов-н/Д.: Феникс, 2005.

Нойферт Э. Строительное проектирование. – М.: Стройиздат, 1999.

Ольшанский Н. А. Сварка в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1978.

Подольский Ю. Ф. Сварочные работы. – Харьков: Книжный клуб «Клуб семейного досуга», 2013.

Сапиро Л. С. Справочник сварщика. Пособие для сварщиков, мастеров, технологов, конструкторов. – Донецк: Донбасс, 1978.

Стрелюк М. И. В помощь электромонтеру. – Минск: Беларусь, 1971.

Тудвасев В. А. Рекомендации сварщикам по ручной дуговой сварке сосудов и трубопроводов, работающих под давлением. – М.: АРВИК, 1996.

Федосов С. А., Оськин И. Э. Основы технологии сварки: учебное пособие. – М.: Машиностроение, 2011.

Шмаков В. Г. Кузница в современном хозяйстве. – М.: Машиностроение, 1990.

Журналы «Делаем сами», «Murator», «Мастер на все руки», «Мастерская. Строим дом», «Моделист-конструктор», «Сам», «Сварщик», «Сделай сам» (изд-во «Знание»), «Сделай сам» (изд-во «Огонек»), «Советы профессионалов», «Юный техник для умелых рук».

http://belkovka.com

http://delostroika.ru

http://garmet.pp.ua

http://moyasvarka.ru

http://mysteps.ru

http://navesmaster.ru

http://ostroykevse.ru

http://stroykaguru.ru

http://stroyrom.ru

http://technologyk.ru

http://weldingsite.com.ua

www.ewm-group.com

http://www.ilw.by

http://www.perilaglavsnab.ru

http://www.wssm.ru

http://elkas.biz

Примечания

1

Электрошлаковая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная сварки, равно как и виды сварки термомеханического и механического классов, в рамках данной книги не рассматриваются, поскольку их применение пока возможно только в промышленных условиях.

2

Разделка кромок – придание кромкам, подлежащим сварке, необходимой формы.

3

Эвтектика – тонкая смесь твердых веществ, одновременно выкристаллизовывающихся из расплава при температуре более низкой, чем температура плавления отдельных компонентов; а также – жидкий расплав или раствор, из которого возможна такая кристаллизация.

4

В англоязычной литературе именуется shielded metal arc welding (SMA welding, SMAW) или manual metal arc welding (MMA welding, MMAW). Чаще всего употребляется аббревиатура MMA.

5

В англоязычной литературе этот вид сварки известен как gas tungsten arc welding (GTA welding, TGAW) или tungsten inert gas welding (TIG welding, TIGW), в немецкоязычной литературе – wolfram-inertgasschweiβen (WIG).

6

В англоязычной литературе именуется SAW.

7

В англоязычной литературе именуется gas metal arc welding (GMA welding, GMAW), в немецкоязычной литературе – metallschutzgasschweiЯen (MSG). Разделяют сварку в атмосфере инертного газа (metal inert gas, MIG) и в атмосфере активного газа (metal active gas, MAG).

8

Силикагель – гигроскопическое вещество, представляющее собой специально обработанную окись кремния (кварцевый песок).

9

Напряжение холостого хода источника сварочного тока – напряжение между его выходными зажимами в момент, когда внешняя сварочная цепь разомкнута.

10

Номинальный сварочный ток – ток источника сварочного тока в режиме стандартной нагрузки при соответствующем номинальном (стандартном) напряжении нагрузки.

11

Магнитный усилитель (трансдуктор) – это электромагнитное устройство, работа которого основана на использовании нелинейных магнитных свойств ферромагнитных материалов, предназначенное для усиления или преобразования электрических сигналов.

12

Справочные материалы (таблицы) размещаются в разделе «Приложения» в конце книги.

13

Обычно озона при сварке выделяется до 0,1 мг на 1 м^3 воздуха, а при том же режиме сварки проволокой с РЗМ – практически в два раза больше.

14

Для сварки большинства металлов пригодно пламя с температурой не ниже 2500–3000 °C.

15

Пиролизным называют ацетилен, вырабатываемый из природного газа.

16

Основные характеристики сварочных флюсов приведены выше в соответствующей главе. Характеристики флюсов, применяемых при газовой сварке различных металлов, приведены ниже в разделе «Особенности сварки различных металлов».

17

Иногда этот метод сварки обозначают GMA (Gas Metal Arc).

18

От англ. to pinch – отщипывать.

19

Толщина свариваемых карандашом листов должна быть указана на листке-вкладыше к конкретному экземпляру сварочного изделия. Таблица соответствия диаметра карандаша ЭЛЬКАС толщине свариваемых листов указана в табл. 30 Приложения.

20

Раскисление – процесс удаления из расплавленных металлов растворенного в них кислорода, ухудшающего механические свойства металла.

21

Так как параметр этот эмпирический, то применяемые для его расчета формулы могут несколько различаться.

22

Температуру разогрева стальной закаленной детали при отпуске можно определить по изменению цвета оксидной пленки (цвета побежалости) или цвету свечения раскаленного металла (цвета каления). Данные приведены в табл. 33 и 34.

23

Бурой называется тетраборат натрия – натриевая соль борной кислоты. Это основной компонент флюсов для газовой сварки большинства металлов.

24

Показательно, что у металлургов нет разграничения на среднелегированные стали, а у сварщиков – есть, так как для последних важна свариваемость металла.

25

Феррит (от лат. ferrum – железо) – фазовая составляющая сплавов железа, представляющая собой твердый раствор углерода и легирующих элементов в α-железе (α-феррит). Имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую решетку. Является фазовой составляющей других структур, например перлита, состоящего из феррита и цементита.

26

При отсутствии рекомендованного флюса применяется плавленая бура.

27

Сварочная проволока МСР1 содержит 0,8–1,2 % серебра.

28

Минимальные размеры стальных заземлителей и заземляющих проводников приведены в табл. 48.

29

Для более сложных конструкций существуют специальные расчеты стропил и ферм.

30

Стандартные размеры одинарного кирпича 250 × 120 × 65 мм.

31

На рис. 129 рама для наглядности изображена перевернутой вверх штырями.

Content

Сварочные работы. Практическое пособие
Сост. Ю. Ф. Подольский

Введение

Основы теории сварочных процессов

Виды сварки

Сварочная терминология

Сварные соединения и швы

Химический состав сварного шва

Сварочные флюсы

Основы электродуговой сварки

Свойства сварочной дуги

Магнитное дутье

Образование сварочной ванны

Газы для защиты сварочной ванны

Оборудование для дуговой сварки

Источники сварочного тока

Виды сварочных аппаратов

Электроды для дуговой сварки

Маркировка импортных электродов

Характеристика, классификация и назначение сварочной проволоки

Держатели электрода и сварочные кабели

Экипировка сварщика

Основы газовой (газопламенной) сварки

Материалы, применяемые при газовой сварке

Горючие газы

Присадочные материалы

Оборудование для газовой сварки

Ацетиленовые генераторы

Баллоны

Газовые редукторы и манометры

Рукава

Сварочные горелки

Предохранительные устройства

Техника выполнения сварных швов

Технология ручной дуговой сварки

Выбор режимов сварки

Зажигание дуги

Угол наклона электрода

Скорость сварки

Длина дуги

Манипулирование электродом

Заварка кратера и обрыв дуги

Сварка металла малой толщины

Техника сварки и наплавки в нижнем положении

Техника сварки и наплавки на вертикальной и потолочной плоскостях

Сварка угольными электродами

Электродуговая резка металлов

Технология дуговой сварки полуавтоматом

Принципиальная схема и особенности полуавтоматической сварки

Варианты дуги

Применяемые материалы

Выполнение сварки

Техника безопасности при дуговой сварке

Технология газовой сварки

Подготовка кромок

Способы и техника сварки

Сварка в различных пространственных положениях

Кислородная резка металла

Сущность процесса кислородной резки

Режимы резки

Техника ручной резки металла

Деформация металла при резке

Техника безопасности при газопламенной обработке

Термитная сварка и резка металла

Работа сварочным карандашом

Самодельный сварочный карандаш

Пожарная безопасность

Деформации при сварке

Особенности сварки различных металлов

Понятие свариваемости металлов

Сварка сталей

Трещинообразование при сварке

Сварка низкоуглеродистых и углеродистых сталей

Сварка высокоуглеродистых сталей

Сварка легированных сталей

Технология сварки низколегированных сталей

Особенность сварки среднелегированных сталей

Сварка высоколегированных сталей

Сварка чугуна

Сварка алюминия и его сплавов

Сварка меди и ее сплавов

Сварка латуни

Сварка бронзы

Сварка свинца

Сварка никеля и его сплавов

Сварка титана и его сплавов

Особенности MIG/MAG-сварки различных материалов

Изготовление сварных конструкций в быту и мелкосерийном производстве

Основные методы сварки металлоконструкций

Балки

Фермы

Листовые конструкции

Сварка трубопроводов на поворотных стыках

Сварка трубопроводов на неповоротных стыках

Приварка пластины к трубе вертикального положения

Приварка пластины к трубе горизонтального положения

Приварка пластины к трубе вертикального положения в потолочном исполнении

Сварка на стройплощадке

Оконная решетка

Монтаж заземления

Сварка монтажных соединений сборных железобетонных элементов

Соединение труб с трубной решеткой при ремонте водогрейного котла

Строительная техника

Дачная бетономешалка

Легкая бетономешалка

Подъемный кран

Сварка металлических лестниц

Простая приставная лестница

Марш цельнометаллической лестницы

Комбинированная лестница на одном косоуре

Комбинированная междуэтажная лестница

Винтовая лестница

Ограждение лестниц и балконов

Сварка металлических заборов, ворот, калиток, козырьков

Забор из металлической сетки

Ажурные заборы

Плетение из металла

Металлические ворота

Ворота из сетки-рабицы

«Вечная» калитка

Бронедвери

Козырек своими руками

Сварка для сада и огорода

Инструменты для бурения грунта

Мотыги

Ремонт лемехов

Садовая тачка

Платформенная тачка

Универсальные санки

Сани на колесах

Тележка-раскладушка

Парничок

Долговечная опора

Зеленая ротонда

Сварка в помощь автолюбителю

Навес для автомобиля

Изготовление металлического каркаса

Металлический гараж

Прицеп для «Нивы»

Прицеп для мопеда

Газовая сварка в ремонте автомобиля

Способ левой продольной (кузовной) сварки

Сварка точками

Сварка на горизонтально располагаемых деталях кузова

Вертикальная сварка двойным швом

Сварка по внутреннему углу

Сварка по наружному углу

Сварка металлических печей

Дровяная двухконфорочная печь для летней кухни

Простая печь-каменка

Универсальная печь-каменка

Мангал

Садовая буржуйка

Мини-коптильня

Сварка на спортплощадке

Турник на подворье

Турник для узкого коридора

Простой велотренажер

Велосипед в чемодане

Велотандем

Сварка в интерьере

Сварные этажерки для цветов

Сварной стол

Вешалка для одежды

Вешалка для прихожей

Подставка для газет и журналов

Подставка для цветов

Торшер

Фонарь над крыльцом

Книжная полка

Полка под телефон

Телефонный столик

Сварка в спальне

Вместо заключения: Металл требует ухода

Приложения

Условные изображения и обозначения швов сварных соединений

Справочные материалы

Литература и другие источники

Примечания