Основные положения

Как и в любой конструкции из металла, при ремонте автомобильного кузова сварка выходит на первый план, как наиболее технологичный вид соединения конструкционных элементов. Можно с уверенностью сказать, что со сваркой открываются совершенно другие горизонты, чем без таковой. Однако эффективность сварки вовсе не означает автоматически ее простоту и безопасность. А потому резонно остановиться на сварке несколько подробнее.

Чтобы не путаться в дальнейшем в различных понятиях (например, в сварке и пайке), для начала определимся в терминологии. Сваркой называется процесс соединения деталей путем местного нагрева свариваемых частей до температуры плавления (сварка плавлением) или пластичного состояния (сварка давлением, известная еще и как контактная сварка). Заводская сборка кузовов производится в настоящее время преимущественно контактной сваркой, а вот ремонт по давно сложившимся канонам еще и сваркой плавлением, к которой относится и газовая сварка. В нынешние времена для использования при самостоятельном ремонте автомобильного кузова практически доступна любая (и газовая, и дуговая, и контактная) сварка. Следовательно, появляется возможность выбора, а это требует сравнения.

Очень проста и технологична контактная сварка. В продаже уже давно появились аппараты для нее. Для самостоятельного ремонта не было бы ничего лучше, если бы не один ее крупный недостаток — необходимость расположения электродов по обе стороны от места соединения. Но как раз кузовной ремонт далеко не всегда предоставляет такую возможность: крыло заварить, например, может быть и можно, а замкнутую полость (порог) нельзя. Проведение же контактной сварки там, где это возможно, никаких трудностей не вызывает.
Широкое распространение получила ацетилено-кислородная газовая сварка. Ацетилено-кислородное пламя имеет три зоны (рис. 65). Первая — ослепительно белого цвета ядро пламени с резкими очертаниями; во второй (бесцветной) зоне температура достигает 3100–3200 °С. Третья зона имеет желтовато-красный цвет и температуру около 2000 °С. При ремонте кузова газовой сваркой необходимо работать с нейтральным пламенем горелки, образующимся при смешивании кислорода и ацетилена в соотношении 1,1:1. Нейтральное пламя характеризуется четким, коротким зеленоватоголубым внутренним слабо светящимся конусом. Оранжевое (восстановительное) пламя, образующееся при избытке ацетилена (С2Н2) науглероживает металл, а сварочный шов становится твердым, хрупким и трудно поддается проковке.
Оптимальным является режим сварки, когда конец зеленовато-голубого конуса пламени удерживают на расстоянии 2–5 мм от места сварки, в котором образуется сварочная ванна. Чаще всего в ванну вводят присадочный материал (проволоку), расплавляемый в том же пламени горелки. Различают правый и левый способы газовой сварки.
При правой сварке горелку помещают впереди присадки и наплавленного валика (рис. 66); движение и горелки, и проволоки вдоль сварного шва — слева направо. При левой сварке горелку помещают между присадочной проволокой и наплавленным валиком (рис. 67), а сварку ведут в направлении справа налево. При сварке элементов кузова автомобиля одни литературные источники рекомендуют примененять левый способ перемещения горелки, а другие — правый: окончательный выбор, по-видимому, здесь за непосредственным исполнителем. Горелку наклоняют к плоскости свариваемых листов на тем больший угол, чем больше толщина свариваемых листов.
Наиболее простой является сварка горизонтальных швов в нижнем положении. Вертикальные швы при толщине металла до 3 мм ведут сверху вниз левым способом. Горелку при этом располагают под углом 45…60’ к шву, а присадочную проволоку — под углом 90 °. Сварку вертикальных швов снизу вверх ведут правым способом (рис. 68) с зигзагообразным движением горелки и сварочной проволоки. При горизонтальном шве на боковой поверхности применяют сварку сквозным (двойным) валиком (рис. 69). При этом соединяемые элементы стыкуют с зазором, в идеале равным половине толщины металла. Сварку рекомендуется начинать с нижней кромки зазора с заплавлением присадочным материалом на всю толщину свариваемого металла. Затем оплавляют верхнюю кромку зазора с направлением жидкого металла на нижнюю кромку. Таким образом выполняют весь шов. При выполнении горизонтальных швов давление газов сварочного пламени препятствует вытеканию расплавленного металла из шва, что облегчает процесс сварки. Очень облегчает самостоятельный ремонт возможность сварить соединяемые детали с отбортовкой внутрь — по отношению к лицевой стороне (рис. 70).
В этом случае, сваривая отбортовки по их кромкам, сварку можно вести без присадки, с минимальными термическими деформациями (поводками). Линию стыка с лицевой стороны можно запаять или зашпатлевать, о чем речь пойдет далее.

Но изложенное (в очень сжатой форме) — лишь основные принципиальные характеристики ацетилено-кислородной сварки. Для ее проведения нужно иметь внушительное хозяйство: газовые баллоны (которые надо периодически наполнять), редукторы, шланги, горелку, присадочную проволоку. Все это в период между ремонтами (желательно не частыми) надо где-то хранить, причем весьма тщательно. Следует изучить, а главное неукоснительно соблюдать инструкции по обращению с сосудами под давлениями, каковыми являются баллоны. Для кузовного ремонта, безусловно, важным является то, что при газовой сварке нагрев и величина термических деформаций намного больше, чем при электродуговой. Для проведения даже сравнительно небольшого ремонта нужно тщательно готовить зону работ в том смысле, что следует убрать (разобрать) все, что может сгореть в пламени газовой сварки, что по трудоемкости может превысить собственно сварочные работы. Ремонт окрашенных частей кузова газовой сваркой приводит к большому объему малярных восстановительных работ, ибо окраска сгорает на большом удалении от места сварки. В то же время техника выполнения газовой сварки, особенно тонкого металла проще и ее легче освоить начинающему сварщику.

В силу целого ряда причин наибольшее распространение получила дуговая сварка. 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 электричес: кого тока — постоянный, переменный; по типу электрода — плавящийся, неплавящийся. В последние годы именно для кузовного ремонта достаточно широко стала использоваться полуавтоматическая дуговая сварка в среде защитного газа. Но наиболее доступна все-таки для индивидуального использования ручная дуговая сварка (рис. 71) 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.

Для возбуждения дуги необходимо коснуться свариваемого изделия торцом электрода и сейчас же отвести электрод от изделия на 3–4 мм (рис. 72). Во время горения дуги под электродом образуется углубление, в котором находится жидкая ванна металла — кратер.
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 протяжённости 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. 73), уменьшают её 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 электрод. Сварку на постоянном токе выполняют при соединении «плюса» источника питания с изделием (прямая полярность) или электродом (обратная полярность). Во время горения сварочной дуги при прямой полярности больше нагревается свариваемое изделие, при обратной полярности — электрод. При этом скорость плавления электродов из низкоуглеродистой стали на 10–40% выше скорости их плавления при прямой полярности. Исходя из этого, выбирают прямую или обратную полярность в зависимости от вида сварочных работ (прихватка или сварка), толщины свариваемых элементов (тонкие или толстые), электродов (углеродистая сталь, хромоникелевая) и др. При сварке тонких листовых деталей, а также некоторых специальных сталей, например коррозионно-стойких и жаропрочных, применяют соединение с обратной полярностью.

При сварке электрод перемещают в направлении его оси (для поддержания определенной длины дуги), вдоль и поперёк сварного шва. При слишком быстром движении электрода шов получается узким, неровным и неплотным. Если движение электрода замедленно, возможны перегрев и пережог металла. Ширина широкого шва должна составлять 6–15 мм, а ниточного — на 2–3 мм больше диаметра электрода. Сварные швы подразделяют: по форме — на стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные (рис. 74); по протяженности — на сплошные и прерывистые (рис. 75); по положению в пространстве — на нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные (рис. 76).
Наиболее легко выполнять сварку в нижнем положении. Подварка стыка с обратной стороны (ниточным швом) повышает надежность соединения. 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.
Дугу при сварке горизонтальных швов возбуждают на нижней горизонтальной кромке, а затем переходят на верхнюю кромку. Сложность потолочной сварки заключается в умении удерживать плавящийся металл от вытекания из кратера вниз. Это достигается только при сварке короткой дугой. Сварочный ток и диаметр электрода при сварке потолочных швов выбирают относительно меньшими — на 15–20% по отношению к сварке в нижнем положении. Различают способы заполнения сварных швов. По длине 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. Обратносту-пенчатый способ сварки заключается в том, что длинный шов делят на участки длиной 100–300 мм, которые проваривают в направлении, обратном общему направлению шва. При этом конец каждого участка сваривают с началом предыдущего.

Род и полярность тока выбирают в зависимости от марки и толщины свариваемого металла. Оптимальный сварочный ток корректируют и устанавливают опытным путем. Направление давления дуги можно изменить 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 большой толщины. В таких условиях сварочную дугу направляют на элемент соединения большей толщины.
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. Применяют ещё соединения в кромку при толщине свариваемых элементов до 3 мм и прорезные соединения, имеющие прорезь в одной из деталей, прикрепляемой внахлестку.

Соединения деталей и узлов сваркой начинают с их взаимной фиксации прихватками («клёпками»). 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. 77) и т. п. прихватки следует располагать симметрично. В случае двусторонней 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; дуга при прихватке должна быть короткой; 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

Об их свойствах 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 которым 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. Для начального определения диаметра стержня электрода и сварочного тока при сварке тонкой стали можно воспользоваться табл. 20. Окончательно же диаметр электрода и сварочный ток подбираются в процессе работы.

Источники питания
Дуга на постоянном токе более устойчива. Однако источник питания для неё требует дополнительного устройства — выпрямителя. Сильноточные (а именно такие нужны) полупроводниковые приборы для выпрямителя — сами не маленькие, да еще нуждаются в радиаторах для охлаждения. Иногда полученный на выходе выпрямителя ток имеет слишком большой коэффициент пульсации и плохо поддерживает дугу на постоянном токе. Тогда применяют ещё и сглаживающий дроссель, а он по массе может быть сравним с трансформатором (самой тяжелой частью). И всё 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 вольт-амперная характеристика (ВАХ). Дело в том, что для поддержания устойчивой дуги она должна быть падающей (рис. 78). 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 её 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 мощность имеет источник. Нередко в паспорте можно увидеть явно заниженное её значение — дескать, «во варит, а потребляет энергии всего ничего». 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.

Теперь о сварке применительно к кузовному ремонту. Варить приходится при этом либо фрагменты восстанавливаемых деталей, либо соединения новых или восстановленных деталей с остальной частью кузова. И в том, и в другом случаях, чаще всего, производится сварка тонкого металла. В этом и есть основная специфика кузовной сварки. Сварить тонкую сталь, например, ручной электродуговой сваркой намного труднее, чем стандартный стальной уголок. Априори легче это делать газовой сваркой. Лучше всего — полуавтоматом (дуга в среде защитного газа). Можно варить и ручной электродуговой сваркой, хотя это, пожалуй, самый трудный вариант. Правда и параметров настройки процесса здесь предостаточно: величина сварочного тока, диаметр электрода, марка электрода, полярность подключения источника, длина дуги и др. технологические приемы. Так что выбирать есть из чего и, в конце концов, потренировавшись, настроиться можно. Вторым важным моментом является выбор типа сварного соединения: встык или внахлест. Соединение встык предпочтительнее по многим причинам, но намного сложнее в исполнении. Правда сложность эта, как правило, с лихвой окупается на последующих стадиях ремонта: зачистка и антикоррозионная обработка швов, чистовая обработка поверхности и т. д. Тут опять есть выбор: более сложную работу можно заменить большим объемом работы менее сложной, что является типичным во многих случаях.

Следующий важный вопрос — варить ли сплошным швом или можно обойтись прихватками («клепками»)? Заметим, что вся заводская сборка кузова производится «на точках». Следовательно, прочности клепок хватает. Но это абсолютно справедливо лишь для сварки внахлест. Сварку же встык все-таки имеет смысл вести сплошным швом. В начале сварки цель прихваток — зафиксировать соединяемые элементы, исключив возможность их взаимного перемещения. Это и определяет расположение, например, первой пары «клепок» на максимальном удалении друг от друга, в частности, по противоположным краям сварного соединения. Если сварка только «клепками» и ограничивается, то заканчивается она установкой требуемого по условиям прочности соединения числа «клепок», а уж расстояние-то— как получится. Но вот что действительно очень важно и при сварке, и при постановке «клепок», так это плотное прилегание соединяемых элементов друг к другу: в противном случае можно все пожечь и ничего не сварить. Строго говоря, это должно достигаться на этапе подгонки деталей друг к другу еще до начала сварки, но бывает по разным причинам в этот момент крайне затруднительно. В этой ситуации может выручить такой прием: сначала тщательно подгоняются отдельные места соединения, в которых ставятся «клепки», а затем, пока металл еще горячий от только что произведенной сварки, он рихтуется стальным молотком до плотного совмещения других мест соединения (горячая рихтовка). Прием этот очень эффективный, но не всесильный, т. е. он имеет свои границы применимости. Тем не менее, набив руку, таким образом можно существенно упростить иногда очень сложную взаимную подгонку деталей перед сваркой. Вообще этот этап и начальный момент сварки часто сопровождаются сожалением об отсутствии «третьей руки», но всегда так или иначе эта проблема решается. Поскольку молоток уже был упомянут, остается отметить его значимость в процессе сварки. Этот инструмент самый важный после всего, чем производится непосредственно сварка. Молотком обязательно проковываются сварные швы, при ручной электродуговой сварке, например, и шва-то без проковки не увидать под расплавом покрытия электрода. Еще не известно, чем придется при сварке работать больше, молотком или всем остальным. Вот почему молоток (обыкновенный слесарный) должен быть всегда под рукой.

Про безопасность. Вопрос совсем не банален, как это может показаться. Давайте разберёмся, тем более что в данном случае есть, с чем разбираться. Приобретается сварочный аппарат затем, чтобы извлечь из него пользу, которая может быть очень велика. Но по незнанию или неосторожности можно получить травму: удар током, ожог электродом или горячим металлом, ослепление дугой… да мало ли ещё какую — возможностей хоть отбавляй. А теперь спросим себя: «нам это нужно»? Ответ совершенно 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 (выражаясь очень мягко), избежать которых просто невозможно.
Первое, что надо неукоснительно выполнять, это правила электробезопасности. Следует самым тщательным образом следить за целостностью изоляции всех электрических цепей. Корпус источника непременно должен быть заземлен, а лучше и «занулен» (рис. 79). Всякие работы с источником — профилактика, ремонт, перемещения и т. п. должны производиться после отключения его от сети. Особое внимание следует уделять электропроводам, сечение которых выбирают из расчета 5–7 А/мм2. Электрододержатели также должны соответствовать всем предъявляемым к ним требованиям. Наконец, настоятельно рекомендуется знать правила и приёмы 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, куда вести электрод ближайшие 1–2 см), всё в порядке. Если видимость меньше (что-то там светится) — стекло чрезмерно темное. Если же уж слишком далеко видно, фильтр не достаточно плотный.

Редко какому новичку удаётся 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 ещё и куда-то движется. В таких случаях хорошо помогает компресс из спитого чая или сырого картофеля, но всё-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.

Наконец, сварочные работы чрезвычайно пожароопасны, а потому любые предосторожности в этом плане не могут оказаться лишними. Лучше всего, пожалуй, при проведении сварки иметь под рукой углекис-лотный огнетушитель, разумеется заряженный, поскольку дело тут далеко не в проформе. Крайне важной является уборка рабочего места после проведения сварочных работ — пожары от закатившейся искры давно превратились в явление «классическое».

Принцип «не навреди» имеет прямое отношение и к сварке в процессе ремонта главным образом потому, что сварные соединения нуждаются в надежной антикоррозионной защите. Тут все определяется местом расположения этих соединений, а значит, их дальнейшей судьбой. Если сварные швы расположены на лицевых поверхностях, то они в обязательном порядке зачищаются, затем лудятся или шпатлюются, а затем еще покрываются различными лакокрасочными покрытиями, так что вопрос борьбы с коррозией так или иначе решается. Изнаночная сторона швов или швы, расположенные на днище кузова лучше всего защищаются все той же оконной замазкой-пластилином, поверх которой прекрасно ложатся все прочие необходимые в этом случае покрытия.

Как может повлиять изложенное в данном разделе на выбор вида сварки в каждом конкретном случае, неизвестно. Все может определиться поговоркой: «Чем богаты, тем и рады». Здесь же решалась другая задача: помочь наилучшим образом распорядиться тем, что окажется в наличии.