Выше, рассматривая ту или иную конструкцию, мы нередко упоминали о сварке как способе соединения элементов чего-либо в единое целое. По сути дела, как только речь заходит об изготовлении любой конструкции из металла, сварка выходит на передний план, как наиболее технологичный вид соединения конструкционных элементов. Поскольку в самодеятельном строительстве отвергать металл как материал в настоящее время просто недопустимо, не имеет смысла и лишать себя сварки как прогрессивного способа производства. Можно с уверенностью утверждать, что умельцу со сваркой открываются совершенно другие горизонты, чем самоделыцику без таковой. А потому и разговор о сварке отнюдь не является праздным.

В силу целого ряда причин наиболее широкое распространение получила дуговая сварка. И именно она рекомендуется для применения домашним умельцам. Виды дуговой сварки различают по нескольким признакам: по среде, в которой происходит дуговой разряд (на воздухе - открытая дуга, под флюсом - закрытая дуга в среде защитных газов); по роду применяемого электрического тока - постоянный, переменный; по типу электрода - плавящийся, неплавящий-ся. Наибольшее практическое значение для умельцев получила ручная дуговая сварка плавящимися электродами на переменном и постоянном токах, дающая возможность сваривать в непроизводственных условиях большинство сталей, включая нержавеющие.

Преимущества дуговой сварки перед газовой в большей скорости, меньших зоне теплового влияния и короблениях свариваемых деталей, возможности получения улучшенных механических свойств наплавленного металла за счет введения в покрытие электрода различных легирующих элементов.

Сварочная дуга представляет собой устойчивый электрический разряд в газовой среде между двумя электродами либо между электродом и изделием (дуга прямого действия). Ее отличает высокая температура, достигающая 6000-7000 "С, что дает возможность расплавлять все металлы (рис. 8.23).

Для возбуждения дуги необходимо коснуться свариваемого изделия торцом электрода и сейчас же отвести электрод от изделия на 3-4 мм (рис. 8.24). Во время горения дуги под электродом образуется углубление, в котором находится жидкая ванна металла - кратер. При обрыве дуги в процессе сварки кратер оказывается не заполненным металлом. Кратер ослабляет сечение шва, его надозаварить. Для этого дугу зажигают впереди кратера на основном металле, затем перемещают через кратер к валику шва и, заплавив кратер, вновь двигаются вперед. Расстояние между поверхностью основного металла и дном кратера называется глубиной провара или глубиной проплавления основного металла. Она тем больше, чем больше сварочный ток и меньше скорость перемещения дуги. Сварочную дугу, длина которой не превышает диаметра стержня электрода, называют нормальной, или короткой. Она обеспечивает наилучшее качество сварного шва. Дугу большей протяженности называют длинной. Чрезмерное увеличение длины дуги снижает все показатели качества сварки. Под действием электромагнитного поля сварочного тока наблюдается отклонение дуги от заданного направления. Это явление получило название магнитного дутья. Для уменьшения отклонения дуги меняют месторасположение токоподвода, наклоняют электрод в сторону отклонения дуги (рис. 8.25), уменьшают ее длину. Перенос металла всегда происходит от электрода малого сечения к металлу изделия. Капли металла с электрода в ванну расплава переходят при горении сварочной дуги во всех ее пространственных положениях.

При сварке на переменном токе безразлично, к какому зажиму сварочного трансформатора присоединены изделие и элект род. При сварке дугой переменного тока катодное и анодное пятна меняются местами. При этом дуга угасает, в силу чего она менее устойчива, чем дуга, питаемая постоянным током. Существенное преимущество сварки дугой переменного тока - относительная простота и меньшая стоимость сварочногооборудования. Сварку на постоянном токе выполняют при соединении «плюса» источника питания с изделием (прямая полярность) или электродом (обратная полярность). Во время горения сварочной дуги при прямой полярности больше нагревается свариваемое изделие, при обратной полезности - электрод. При этом скорость плавления электродов из низкоуглеродистой стали на 10-40% выше скорости их плавления при прямой полярности. Исходя из этого выбирают прямую или обратную полярность в зависимости от вида сварочных работ (прихватка или сварка), толщины свариваемых элементов (тонкие или толстые), электродов (углеродистая сталь, хромоникелевая) и др. При сварке тонких листовых деталей, а также некоторых специальных сталей, например коррозионно-стойких и жаропрочных, применяют соединение с обратной полярностью. Сварка. При сварке электрод перемещают в направлении его оси (для поддержания определенной длины дуги), вдоль и поперек сварного шва. При слишком быстром движении электрода шов получается узким, неровным и неплотным. Если движение электрода замедленно, возможны перегрев и пережог металла. Зигзагообразные движения конца электрода не только вдоль, но и поперек шва приводят к образованию широкого валика. Ширила широкого шва должна составлять 6- 15 мм, а ниточного - на 2-3 мм больше диаметра электрода. Сварные швы подразделяют: по форме - на стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные (рис. 8.26); по протяженности - на сплошные и прерывистые (рис. 8.27); по положению в пространстве - на нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные (рис. 8.28). Наиболее легко выполнять сварку в нижнем положении. Под-варка стыка с обратной стороны (ниточным швом) повышает надежность соединения. Качество сварки многослойного шва во многом зависит от тщательности выполнения первого слоя в его корне. Особое внимание должно уделяться обеспечению провара корня шва в конструкциях, исключающих возможность подварки обратной стороны стыка. Сварку вертикальных швов нужно выполнять снизу вверх. Сварка сверху вниз значительно труднее, т. к. при этом больше вероятность непровара. Для предотвращения вытекания жидкого металла из сварочной ванны при сварке вертикальных швов сварочный ток следует уменьшать на 10-15% по сравнению со сваркой в нижнем положении.


Для сварки горизонтальных швов подготовку кромок обычно выполняют с одним скосом у верхнего элемента соединения. Дугу при сваркс горизонтальных швов возбуждают на нижней горизонтальной кромке, а затем переходят на верхнюю, скошенную кромку. Сложность потолочной сварки заключается в умении удерживать плавящийся металл от вытекания из кратера вниз. Это достигается только при сваркс короткой дугой. Сварочный ток и диаметр электрода при сварке потолочных швов выбирают относительно меньшими - на 15-20% по отношению к сварке в нижнем положении. Различают способы заполнения сварных швов по длине и сечению. По длине их выполняют «напроход» и обратноступенчатым способом. Напроход швы, длина которых не превышает 300 мм, ведут от начала до конца в одном направлении. Сварные швы средней длины (300-1000 мм) сваривают либо напроход от середины к краям, либо обратноступенчатым способом. Последний способ применяют и при выполнении длинных (более 1000 мм) швов. Обратноступенчатый способ сварки заключается в том, что длинный шов делят на участки длиной 100-300 мм, кото рые проваривают в направлении, обратном общему направлению шва. При этом конец каждого участка сваривают с началом предыдущего.

По способу заполнения сечения различают однослойные и многослойные швы. В многослойном каждый слой можно выполнять за один или за два-три прохода. При этом во всех случаях в основу заполнения швов положен обратноступенчатый способ сварки. Стыковое соединение (рис. 8.29, 8.30) из элементов толщиной 4-8 мм выполняют однопроходным швом; элементы большей толщины сваривают многопроходным или многослойным швом. Многопроходную сварку обычно выполняют ниточными валиками электродами одного диаметра. В мсстс поворота шов надо заваривать без отрыва дуги. Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины соединяемых элементов, пространственного типа шва, свойств свариваемого металла.

Род и полезность тока выбирают в зависимости от марки и толщины свариваемого металла. Оптимальный сварочный ток корректируют и устанавливают опытным путем. Направление давления дуги можно измсиить наклоном электрода и тем самым повлиять на глубину провара. Для сварки элементов неодинаковой толщины диаметр электрода и сварочный ток подбирают по нижним параметрам режима сварки, рекомендуемым для элементов сварного соединения большей толщины. В таких условиях сварочную дугу направляют на элемент соединения большей толщины. Наибольшее распространение получили стыковые сварные соединения, в которых поверхность одного соединяемого элемента является продолжением поверхности другого. Различают следующие стыковые соединения: без скоса кромок, с отбортовкой, с односторонним скосом (V-образное) и с двусторонним скосом (Х-об-разное).

Преимущества стыкового сварного соединения по сравнению с соединениями других типов: возможность сварки элементов неограниченной толщины; более высокая прочность сварных соединений; минимальный расход металла на образование сварного соединения; надежность и удобство контроля. Недостатки - более точные соединения под сварку, что иногда сложно. В соединении с разделкой часть кромки оставляют нескошенной (притупление). При односторонней разделке притупление расположено внизу соединения, при двусторонней - в середине соединения. Отсутствие притупления приводит к образованию прожогов при сварке по стыку соединения. При толщине свариваемых элементов до 6 мм скос 1фомок не требуется.

В элементах толщиной 5-30 мм и более применяют V-образную разделку с суммарным углом скоса 60-80°. Притупление при этом составляет 2-8 мм. Сварные соединения ответственного назначения с V-образ-ной разделкой сваривают с двух сторон (с подваркой). В тех случаях, когда не удается сделать подварку, например в сварных стыках труб малого диаметра и др., применяют остающиеся в сварном соединении подкладки. Элементы толщиной более 12 мм сваривают встык с двух сторон, когда имеется такой доступ, применяя Х-образную разделку (рис. 8.31). Различают несколько видов тавровых соединений Тавровые соединения применяют без скоса свариваемых кромок и со скосом с одной или двух сторон. Угол скоса кромок в тавровых сосдиисииях под прямым углом обычно принимают равным 55-60° (рис. 8.32). Схожи с тавровыми сосдиисииями соединения угловые (рис. 8.33).

В соединениях внахлестку элементы накладывают один на другой и выполняют шов по кромке верхнего элемента К преимуществам соединений внахлестку относятся простота подготовки элементов под сварку и их сборки в конструкцию, а также небольшие усадки и коробления. Недостатки - повышенный расход металла, необходимость сварки с двух сторон, возможность возникновения в соединении очагов коррозии, большие расход электродов и трудоемкость. Соединения внахлестку приемлемы для деталей толщиной от 1 до 10 мм из углеродистых, низколегированных и коррозионно-стойких сталей. Применяют еще соединения в кромку при толщине свариваемых элементов до 3 мм и прорезные соединения, имеющие прорезь в одной из деталей, прикрепляемой внахлестку.

Проплавной сварной шов (со сквозным проплавлением одного из соединяемых элементов) используют в нахлесгочном или тавровом соединении (рис. 8.34). Применение проплавных швов ограничивается деталями толщиной до 10 мм. Соединения деталей и узлов сваркой начинают с их взаимной фиксации прихватками («клепками»), В противном случае в процессе сварки соединяемые элементы может «увести» друг от друга. В местах резких переходов, в острых углах, на окружностях с малым радиусом и в других местах концентрации напряжений установка прихваток не разрешается. Прихватки также не следует устанавливать вблизи отверстий, на расстоянии менее 10 мм от отверстия или от края детали.

Для фиксации фланцев, цилиндров, шайб, трубчатых соединений (рис. 8.35) и т. п. прихватки следует располагать симметрично. В случае двухсторонней прихватки деталей следует располагать «клепки» в шахматном порядке. Прихватки следует ставить в такой последовательности, которая исключает или сводит до минимума коробление листов. Сварочный ток при прихватке должен быть на 20-30% больше сварочного тока, необходимого для сварки тех же материалов. Прихватку следует выполнять электродами меньшего диаметра, чем сварку того же соединения; длина дуги при прихватке должна быть короткой, не более диаметра электрода; дугу следует отрывать не в момент образования кратера, а после полного его заполнения. При прихватке соединений из элементов разной толщины дугу направляют на элемент большей толщины.

Электроды. О свойствах электродов судят по устойчивости горения дуги, защите металла сварочной ванны, пригодности их для сварки в различных пространственных положениях, качеству сварного шва и т. п. Основные технологические свойства электродов определяются следующими данными: родом тока (постоянным, переменным), для сварки которых предназначены электроды; полярностью (прямой, обратной) постоянного тока; рекомендуемым сварочным током для электродов разных диаметров. Технологические свойства электрода зависят от химического состава металла стержня, состава и качества электродного покрытия. Марка электрода характеризует состав его покрытия, материал стержня, технологические свойства электрода и механические свойства металла сварного шва, образуемого данными электродами. Тонкое покрытие электродов обеспечивает только устойчивое горение сварочной дуги при сварке. Электроды с толстой обмазкой (качественные) при плавлении образуют большое количество газов и шлаков, которые защищают капли металла во время перехода через дугу в шов, а также предохраняют сварочную ванну от вредного влияния кислорода и азота воздуха.

Источники питания. Выше было сказано, что дуга на постоянном токе более устойчива. Однако источник питания для нее требует дополнительного устройства - выпрямителя. Сильноточные (а именно такие нужны) полупроводниковые приборы для выпрямителя - сами не маленькие, да еще нуждаются в радиаторах для охлаждения. Иногда по лученный 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). И все это для получения постоянного тока добавляется к трансформатору, который сам по себе уже готовый источник для питания дуги переменного тока.

Стремление как-то ограничить габариты аппарата приводит к размещению его компонентов в тесном корпусе, что плохо для их охлаждения. В то же время при некоторых навыках работы со сваркой и достаточно мощном трансформаторе дуга переменного тока практически не отличается от таковой на постоянном токе. Следующим наиважнейшим свойством источника питания является его вольтамперная характеристика (ВАХ). Дело в том, что для поддержания устойчивой дуги она должна быть падающей (рис. 8.36). Косвенно судить о ней 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. Конечно, крутизну ВАХ

можно увеличить включением в сварочную цепь балластного сопротивления, но лучше, если у аппарата этот параметр уже в порядке.

Наконец весьма важно, какую собственно мощность имеет источник. Нередко в паспорте можно увидеть явно заниженное ее значение - дескать, «во варит, а потребляет энергии всего ничего». Со школьной скамьи известно, что произведение тока на напряжение и есть мощность (в нашем случае, правда, приблизительно). Расхождение же этого произведения с паспортной мощностью должно насторожить, и вот почему. Режим работы источника питания характеризуется продолжительностью его нагрузки ПН или продолжительностью включения ПВ, что практически одно и то же. Эти величины выражаются в процентах и означают долю непосредственно рабочего времени (собственно процесса сварки) в полном цикле (например, сварка плюс пауза). К этому параметру надо отнестись очень внимательно, если есть желание поберечь аппарат.

Опять же про безопасность. Вопрос совсем не так банален, как может показаться. Давайте разбфемся, тем более что в случае со сваркой есть с чем разбираться. Предположим, вы купили сварочный аппарат. Зачем? А затем, чтобы извлечь из него пользу, которая может быть весьма велика. Но по незнанию или неосторожности вы получили травму удар током, ожег электродом или горячим металлом, ослепление дугой... да мало ли еще какую - возможностей хоть отбавляй. А теперь спросим себя: «нам это нужно?» Ответ совершен но очевиден, тем более что травмы, полученные при сварке, могут иметь самые тяжелые последствия. Объясняется это присущим сварке сосредоточением опасных факторов: наличием в источнике питания высокого напряжения, высочайшей температурой дуги и нередко не самыми благоприятными условиями работы (если выражаться очень мягко), избежать которых просто невозможно.

Первое, что надо неукоснительно выполнять, это правила электробезопасности. Следует тщательнейшим образом следить за целостностью изоляции всех электрических цепей. Корпус источника непременно должен быть заземлен, а лучше и «занулен» (рис. 8.37). Всякие работы с источником: профилактика, ремонт, перемещения и т. п.-должны производиться при отсутствии на нем напряжения (при отключении его от сети). Особое внимание следует уделять электропроводам, сечение которых выбирают из расчета 5-7 А млг. Элсктрододсржатсли также должны соответствовать всем предъявляемым к ним требованиям (рис. 8.38). Наконец, настоятельно рекомендуется знать правила и приемы оказания первой помощи при поражении электрическим током.

Теперь об обращении с дугой как таковой. Особую опасность она представляет для глаз. Неумеренное воздействие дуги на глаза приводит к развитию катаракты. О том, чтобы работать без маски, не может быть и речи. Другое дело, каким светофильтром пользоваться, ведь плотность у них разная (они различаются по величинам сварочных токов, маркируются и имеют классификационный номер). «Всезнающие» оценивают пригодность «стеклышка», глядя через него на солнце. А каким оно должно быть через подходящий фильтр? А если солнца в данный момент нет? Можно рекомендовать следующее. Проведите пробную сварку: если в свете дуги через фильтр виден подлежащий сварке стык (ясно, куца вести электрод ближайшие 1-2см), все в порядке. Если видимость меньше (что-то там светится) - стекло чрезмерно темное. Если же уж слишком далеко видно, фильтр недостаточно плотный.

Редко какому новичку удается избежать перебора в разглядывании дуги без маски (на профжаргоне - «наловить зайчиков»). Мало сказать, что явление это неприятное. К вечеру или ночью вы вдруг ощущаете, что глаза полны крупнозернистым песком, который еще и куда-то движется. В таких случаях хорошо помогает компресс из спитого чая, но все-таки лучше вообще избегать подобной ситуации. Поскольку дуга излучает мощный поток ультрафиолета, возможны ожоги (аналогично солнечным) открытых частей тела. Одежда сварщика (брюки и куртка) и рукавицы должны быть изготовлены из брезентовой ткани. В комплект спецодежды сварщика также входят сапоги или ботинки. Брюки надевают поверх обуви для предохранения ног от ожогов брызгами металла и горячими огарками. Изложенное в данном разделе статьи вовсе не означает, что лучше «держаться подальше», но ориентирует на то, что надо поберечься. И если все это достигнет цели, наверняка окажется, что со сваркой можно «свернуть горы», не причиняя себе никакого вреда.