Текст книги "Сварка, пайка и виды соединений"

Пайка

Пайка оловянным припоем

Этот способ обеспечивает соединение деталей путем осаждения легкоплавкого сплава.

При кузовных работах этот вид пайки применяют для соединения наконечника с концом электрического провода, для напайки олова на листовые детали, готовящиеся под покраску, а также для выполнения некоторых соединений, которые невозможно получить штамповкой листов.

Чистое олово не применяют, так как оно является не достаточно жидкотекучим, чтобы проникнуть (просочиться) между опорными поверхностями соединяемых деталей, а при охлаждении оно становится хрупким.

В качестве сварочного металла, или припоя, применяют сплав свинца с оловом. Процентное соотношение каждого из металлов зависит от выполняемых работ. В большинстве случаев припой, применяемый для пайки в жестяном деле, представляет собой сплав, содержащий 67 % свинца и 33 % олова.

Припой бывает в виде литых стержней различной толщины, проволоки диаметром 3 мм, навитой на катушку, и лудильного порошка. Температура плавления припоя 230-250°С.

Перед пайкой необходимо подготовить детали.

Среди металлов, применяемых для изготовления автомобилей, мягкая сталь или сталь с покрытием, медь, латунь, сталь подвергаются пайке оловом. Алюминий и его сплавы оловянным припоем не паяются, однако для их пайки есть специальные сплавы.

Детали должны быть идеально чистыми. Металл должен быть очищен от инородных частиц и собственных соединений. Следует удалить все жировые вещества, для чего детали промывают в бензине или трихлорэтилене.

Краску с соединяемых поверхностей удаляют шабером. Окислы или сам металл зачищают напильником начисто. Стеклянную шкурку для зачистки необходимо использовать с большой предосторожностью. Порошок стекла наклеен на поверхность ткани и пока шкурка новая, нет опасности осаждения порошка, но по мере ее износа трение вызывает образование теплоты, приводящее к расплавлению клея. Тогда клей начинает прилипать к деталям, частички клея, невидимые глазом, противодействуют соединению металла припоя с металлом детали. На производстве детали чаще всего подвергают очистке с помощью кислот.

Пайка встык не является прочной, так как припой обладает низкой механической прочностью. При пайке детали устанавливают друг на друга с перекрытием.

Для нагревания деталей и плавки припоя применяют паяльники или пламя сварочной горелки.

Рабочая часть паяльника является аккумулятором калорий, которые благодаря высокой теплопроводности меди передаются в зону пайки с того момента, когда паяльник находится в контакте с деталями. Боек паяльника не должен выполняться в виде острия, он должен иметь сплющенную форму.

Массивная медная головка паяльника устанавливается в державке из стали, на конце которой выполнена ручка из теплоизоляционного материала. Чтобы поддерживать в них нужную температуру, большинство паяльников выполняются самонагревающимися. Для выполнения небольших работ нагрев паяльников может осуществляться электрическими спиралями. Для выполнения крупных работ паяльники нагревают пламенем воздушно-газовой смеси (бытовой газ, ацетилен, бутан, пропан).

Паяльник не надо нагревать докрасна. При нагревании паяльника докрасна капельки оловянного припоя испаряются, медь окисляется, в результате чего ухудшаются условия пайки.

Перед пайкой лезвие паяльника необходимо залудить в припое.

Для нагрева паяльника можно использовать пламя сварочной кислородно-ацетиленовой горелки. Регулирование пламени осуществляют при небольшом избытке ацетилена. Можно также применять воздушно-газовые горелки.

Разогрев паяльника пламенем обычно применяют для залуживания больших поверхностей или в том случае, когда не хватает мощности паяльника. Однако применять сильно сконцентрированный источник теплоты нельзя.

Независимо от выполняемых работ, будь то соединение двух деталей либо нанесение припоя на листовые детали, необходимо сначала залудить поверхности, подвергаемые пайке.

Хотя поверхности, подвергаемые лужению, зачищаются до чистого металла, все равно, если не будут приняты специальные меры, в процессе нагрева поверхность металла, а также поверхность металлического припоя подвергаются окислению, а возникающая при этом окисная пленка противодействует схватыванию припоя с деталью.

При пайке оловянным припоем для предотвращения окисления перед нагревом и в процессе пайки поверхности, подвергаемые пайке, покрывают флюсом. В качестве флюсов может применяться хлористый цинк, который получают растворением цинка в соляной кислоте. Эту операцию выполняют в свинцовой емкости, в ее процессе происходит выделение водорода. После окончания реакции остается хлористый цинк.

Детали, пайка которых выполняется с применением хлористого цинка, после пайки необходимо сразу промыть, чтобы избежать возможного воздействия кислоты.

В качестве флюса применяют также нейтральные вещества на базе хлористого цинка. В большинстве случаев достаточно протереть или при необходимости обезжирить места, подвергаемы пайке.

В качестве других флюсов применяют канифоль для пайки медных электрических проводов, стеарин и густую смазку-флюс для выполнения водопроводных работ.

Если лужение выполняется с помощью паяльника, то припой приближают к лезвию паяльника и выжидают, пока припой не начнет стекать на деталь, т.е. начнется смачивание. Затем постепенно перемещают паяльник в контакте с припоем, нанося тонкий слой припоя на поверхность детали. При этом необходимо периодически покрывать конец припоя флюсом.

Лужение с применением открытого пламени может выполняться с использованием припоя в виде брусков или, что более удобно, в виде лудильного порошка. В последнем случае деталь нагревают и протирают тканевым тампоном, на который насыпают немного лудильного порошка. При соприкосновении с деталью оловянный припой плавится и сцепляется с металлом. При лужении вертикально или наклонно расположенных деталей необходимо протирать поверхность в направлении снизу вверх.

Пайку двух деталей выполняют после лужения, предварительно покрыв сопрягаемые поверхности флюсом и окончательно установив их относительно друг друга. Детали слегка сжимают либо с помощью зажимов, либо другим способом, не мешающим нагреву деталей. Затем прикладывают боек паяльника к сопрягаемым поверхностям и прогревают их до расплавления припоя. При необходимости для добавки припоя расплавляют небольшой кусочек от пластинки припоя.

Итак, наносить припой на листовые детали можно двумя способами:

● с помощью паяльника. Конец бруска или проволоки припоя расплавляют и прижимают к детали. При этом необходимо следить, чтобы нагрев был не очень сильным и жидкий припой не стекал вдоль наклонных частей.

● с помощью открытого пламени. Лист нагревают до такой степени, чтобы при протирке поверхности бруском припоя на ней оставался пастообразный слой. После того, когда вся поверхность будет покрыта припоем, ее слегка подогревают для превращения припоя в пастообразное состояние, затем заглаживают, протирая поверхность тампоном из ткани, покрытым флюсом.

Для нанесения припоя на вертикальные участки или толстые стыки можно изготовить форму из металла, не соединяющегося с оловянным припоем. Форму прижимают к листам и припой стекает из формы на деталь. После нанесения припоя следы флюса следует удалить, затем обработать поверхность напильником с целью придания ей нужной формы. Окончательную доводку поверхности при необходимости осуществляют полировальной машинкой или вручную.

Пайка латунным припоем

При этом способе пайки жесткое неразъемное соединение достигается осаждением латуни с кремнием, которые в результате плавления растекаются на детали и сцепляются с ними. Затвердевший шов латуни закрепляет соединенные детали.

Пайка латунным припоем применяется при ремонте кузовов автомобилей для заглушивания отверстий после высверливания точек сварки; для соединения деталей, которые нельзя нагревать до плавления; при опасности возникновения трудно выправляемых деформаций; для соединения разнородных металлов, а также для пайки деталей, которые не подвергаются автогенной пайке.

В качестве припоя применяют сплав меди с цинком, т.е. латунь с добавками, которые предназначены для уменьшения испарения цинка и снижения текучести расплава. Припой выпускают в виде круглых прутков с обработанными торцами.

В кузовных работах соединение с помощью указанного припоя осуществляется при нагреве деталей до 650°С. Диаметр прутков припоя находится в пределах 1,6-8,0 мм. Перед моментом сварки нагретый конец прутка должен быть помещен в банку с порошкообразным флюсом на основе бората натрия. Роль флюса заключается в удалении окислов, образующихся при нагревании в зонах пайки.

Этот же металлический припой выпускается с покрытием флюсом, которое осуществляется протягиванием прутка на прессе. Такое исполнение исключает непроизводительные операции с порошкообразным флюсом.

Участки, подвергаемые пайке, должны быть тщательно очищены, металл должен быть обнажен путем опиливания напильником или шлифованием.

Детали можно соединять встык, внахлестку или под углом. Если предусматривается пайка встык, то припой должен не только просочиться между соединяемыми кромками, но и образовать шов, возвышающийся над основным металлом на величину около 10 % толщины металла. Чтобы обеспечить хорошее скрепление, шов должен быть симметричным, шириной равной трем толщинам металла. Отверстия, подвергаемые запайке, должны быть зачищены по всей периферии на ширину, равную трем толщинам металла.

Для нагрева наиболее часто применяют пламя кислородно-ацетиленовой горелки. При пайке стальных листов, что наиболее часто встречается при кузовных работах, расход сварочной горелки составляет 60л ацетилена в 1 ч при 1 мм толщины пайки. При повседневных работах обеспечивают небольшой излишек ацетилена, что дает возможность паяльщику быть уверенным, что пламя не будет вызывать окисление.

Первоначальное соединение деталей осуществляют короткими паяльными швами (точечная пайка). Горелку наклоняют под углом около 30°. Нагретый конец металлического припоя многократно погружают во флюс (если пруток без покрытия флюсом). Сварщик-«правша» держит горелку в правой руке и перемещает ее справа налево. Сварщик-«левша» выполняет пайку при симметричном расположении горелки и припоя.

После выполнения точечной пайки производят пайку непрерывным швом. При этом горелка наклонена в сторону охлаждающей части, конец пламени удерживают на расстоянии около 5 мм от плавящегося металла. Как только металл деталей покраснеет, расплавляют покрытый флюсом конец прутка. Жидкий припой растекается по участку, нагретому докрасна. Если возникает опасность скатывания припоя, надо слегка приподнять горелку на короткое время, которое обеспечит мгновенное затвердевание припоя. Так создается последовательность жидких участков, тщательно и равномерно связанных друг с другом. Если металл деталей недостаточно разогрет, припой не растекается. Если детали перегреты или они были недостаточно очищены, то металл припоя соскальзывает с деталей, не схватываясь с ними. При пайке без флюса возникают те же трудности.

После пайки латунным припоем флюс образует на паяной поверхности небольшие стеклянные капельки. Их можно удалить легким скалыванием или опиливанием напильником.

Пайка припоем легких сплавов. Этот способ применяется при пайке деталей кузова, материал которых известен, однако жестянщик может столкнуться с необходимостью пайки деталей из легких сплавов, состав которых ему не знаком, и тогда возникает вопрос подбора флюсов. Пайка этим припоем позволяет соединить края легких сплавов без их плавления, следовательно, без изменения их строения.

Широко распространенными припоями этого типа являются А-510 и аналогичные ему, температура плавления которых около 580°С. Для этих припоев необходимо применять специальные флюсы, которые вызывают коррозию алюминиевых сплавов, поэтому после пайки флюсы необходимо удалять промывкой.

Пламя горелки должно быть с избытком ацетилена, обеспечивающего приблизительно в 3 раза большую длину пламени, чем обычно. Соединяемые кромки деталей обрабатывают шабером или напильником. При стыковой пайке следует предусмотреть небольшой зазор (0,2-0,3 мм). Пруток припоя покрывают флюсом путем нагревания его и погружения в порошок, либо составляют пасту вода-флюс и погружают в нее пруток и прокручивают для получения покрытия.

Линию пайки предварительно просушивают. Расплавляют на ней часть флюса, не доводя до плавления металлический припой. Затем расплавляют припой и непрерывно притирают пруток припоя к поверхности пайки. Расплавленный металл стекает на деталь, которая, однако, не должна плавиться. Затем дается выдержка до окончательного затвердевания.

Охлаждение применяют плавное, а затем шов промывают в проточной воде, протирая щеткой.

Пайке такими припоями могут подвергаться все легкие сплавы за исключением тех, которые содержат более 1,5 % магния.

Фальцовые соединения

Фальцовые, или донные, швы – этот способы соединения листов встык некоторых панелей дверей и капотов с пустотелой рамой или арматурой.

Фальцовое соединение применяется для листов:

● 1,2 мм (максимально) для листов из мягкой стали;

● 1,5 мм (максимально) для алюминиевых листов.

Рассмотрим порядок выполнения соединения листов встык. Такое соединение называют продольным фальцем. Соединение выполняют в следующей последовательности.

На развертке детали необходимо предусмотреть припуск металла для выполнения фальцового шва, который определится по формуле: 3L + 2е, где L – ширина фальцового шва, е – толщина листа. Необходимо следить за тем, чтобы резы кромок были строго прямолинейными и на отбортовке кромок не было складок.

На соединяемых кромках проводят линии сгибов, затем отгибают кромки листов до получения U-образного профиля. Далее вставляют отбортованные кромки листов друг в друга, скрепленные листы укладывают на массивную наковальню и производят обжимку фальцового шва с помощью фальцовой обжимки, представляющей собой стальной инструмент, на одном конце которого выполнен паз шириной, несколько большей ширины фальца. При нанесении ударов молотка по противоположному концу оправки происходит деформация шва, который входит в паз оправки. В результате образуется заплечик, препятствующий раскрытию листов.

Сначала производят обжимку листов с двух концов, а затем последовательными проходами обжимают остальную часть фальца. Соединения донным фальцем.

В этом варианте соединяемые детали образуют между собой угол, близкий к 90°. Одна из деталей является опорой, на кромках которой выполнены заплечики либо гибкой, либо отгибкой (например, некоторые короба дверей). Другая деталь является дном, она согнута или отогнута под углом 90° для вхождения в опору (например, панели дверей, предназначенные для бывшего дверного короба). Соединение выполняют в следующей последовательности:

● устанавливают дно (панель) на массивную наковальню;

● прикладывают опорную деталь к дну;

● последовательными проходами молотком отгибают заплечики дна на отбортовку опоры.

Заклепочные соединения

Соединение заклепками используется в тех случаях, когда соединяемые детали нельзя сварить по различным причинам.

Это может быть несвариваемость деталей, сложности устранения деформации, возникающей при сварке, либо соединение заклепками оказывается более быстрым и экономичным по сравнению со сваркой.

Этот способ соединения заключается в скреплении двух (и больше) листов, предварительно просверленных, с помощью стержней цилиндрической формы, концы которых заканчиваются головками. Одна из головок выполняется заранее, а вторую формируют после вставления заклепки в отверстие. Головки заклепок стягивают листы друг с другом и противодействуют их отрыванию. Стержень заклепки противодействует боковому смещению листов и подвергается действию боковых (перерезывающих) сил.

В производстве кузовов заклепочные соединения применяются при сборке некоторых рам, для закрепления листов из легких сплавов, для закрепления некоторых деталей из пластических материалов, при ремонте листовой обшивки, поврежденной коррозией, если сварка оказывается ненадежной, в особенности при ремонте полов путем замены поврежденного куска новым.

Заклепки изготовляют из любых ковких металлов. Наиболее распространены заклепки из мягкой стали, алюминия и легких сплавов, меди, латуни и др. Различают два типа заклепок: простые и специальные.

Простые заклепки имеют сплошной стержень. Выполненная головка заклепки может быть круглой, цилиндрической или, как говорят, плоской, потайной. Эти заклепки применяют в тех случаях, когда имеется хороший доступ к двум поверхностям соединяемых листов, так как вторую головку формируют ручным или пневматическим молотками.

Специальные заклепки имеют трубчатый стержень и одну сформованную головку с центральным отверстием. Вторую головку формируют либо протягиванием и отрывом стержня-оправки с утолщенным концом, что приводит к образованию второй головки в форме толстого заплечика, либо проталкиванием цилиндрического стержня, который раздает внутренний заплечик, преобразуя его в наружный. Эти заклепки применяются в том случае, если задняя поверхность листов труднодоступна или недоступна, а также для соединения деталей из слоистого пластика с металлом или крепления некоторых декоративных деталей.

Специальные заклепки могут быть изготовлены из алюминия, легких сплавов, стали или из пластических материалов.

Несколько слов о сверлении листов под заклепки. Сверлят отверстие немного большего диаметра, чем диаметр тела заклепки. При этом надо учитывать, что чем меньше зазор, тем меньше возможность к изгибу простых заклепок и тем лучше получается завальцовка специальных заклепок. Практически диаметр отверстия под заклепку определяется диаметрами имеющихся сверл.

Для заклепок малого диаметра, применяемых в жестяном деле, суммарный зазор не должен превышать 0,5 мм. При возможности с внутренней поверхности отверстия надо снять заусенцы, образованные при сверлении.

Перед началом сверления листов необходимо выбирают диаметр и длину применяемых заклепок. Например, для установки листовой панели толщиной 1,0 мм на пол из листа толщиной 0,6 мм диаметр заклепки будет равен примерно 4,0 мм.

Если применяются специальные заклепки, их можно использовать для склепывания более толстых листов, чем это допускается для простых заклепок. Это справедливо, если на заклепки действуют небольшие усилия. Однако листы кузовной обшивки подвергаются действию вибраций, напряжений изгиба и кручения, возникающих при движении автомобиля по неровной дороге, которая заставляет заклепки «играть». В случае больших действующих усилий следует принимать диаметр заклепки заведомо больше расчетного. Так что для нашего примера диаметр заклепки должен быть 5,0 мм.

Длину заклепок выбирают в зависимости от их типа. Для простых заклепок длина определяется длиной стержня. Длина заклепки равна суммарной толщине соединяемых деталей плюс толщина металла, необходимого для заполнения зазора между заклепкой и отверстием и образования второй головки.

Для круглых замыкающих головок длина стержня, добавляемая к суммарной толщине листов, равна l,5d.

Для определения параметров специальных заклепок следует пользоваться таблицами, которые прилагают изготовители. Независимо от типа следует применять заклепки из того же материала, что и соединяемые листы. Следует помнить, что алюминиевые заклепки будут разрушаться медленно при их применении для склепывания стали, меди, латуни, коррозионно-стойкой стали, и этот эффект будет более заметен в более влажной атмосфере, которая приводит к образованию электролитической пары.

При заклепочном креплении важна величина шага и расстояния от центра заклепки до края листа. Шагом называется расстояние между осями двух последовательно расположенных заклепок, установленных по одной линии (заклепочный шов). Размер шага изменяется в зависимости от назначения заклепанной детали. Шаг выбирается кратным диаметру заклепки.

Если вернуться к нашему примеру, заклепка диаметром 4 мм будет иметь длину стержня 8 мм. Шаг заклепок будет находиться в пределах 40 мм. Расстояние от оси шва до края листа будет 8 мм.

Установка простых заклепок производится в следующем порядке:

● предварительно листы скрепляют несколькими болтами, устанавливая их через каждые 5-6 отверстий. Если некоторые отверстия не совпадают, их необходимо обработать либо повторным сверлением сверлом, либо с помощью развертки;

● устанавливают заклепку головкой к наиболее тонкому листу;

● устанавливают головку заклепки на массивную наковальню. Для круглых головок применяют клепальную подставку, предохраняющую головку от деформации;

● на стержень заклепки надевают оправку и наносят несколько ударов молотком по оправке. Листы поджимаются к головке заклепки;

● снимают осаживающую оправку и наносят удары по оси стержня заклепки, которая, сминаясь, сначала заполняет отверстие, а затем образует заготовку второй головки;

● наносят удары под углом по краям заклепки, оформляя головку;

● устанавливают на головку клепальную оправку и заканчивают оформление головки заклепки; при расклепывании заклепок с потайными головками расплющивание, производимое молотком, сминает и заполняет входную зенковку;

● снимают монтажные болты и устанавливают на их место заклепки.

Установка специальных заклепок:

● скрепляют листы несколькими болтами, устанавливая их через каждые пять-шесть отверстий. При необходимости производят правку отверстий;

● вставляют заклепку в отверстие и вводят в протяжное устройство завальцовочный стержень;

● с усилием прижимают головку заклепки к листам, а листы друг к другу;

● приводят в действие растяжное устройство до момента отрыва стержня заклепки.

● Заклепывание с помощью стержня-прошивки производится следующим образом:

● стержень-прошивку в большинстве случаев вгоняют молотком; при этом необходимо следить за плотностью прилегания листов между собой, прикладывая усилие около головки заклепки;

● сама головка прижимается к листам под действием продвижения с сильным трением стержня-прошивки, по которому наносят удары молотком;

● снимают монтажные болты и на их место устанавливают заклепки.

Для установки простых заклепок применяются пневматические молоты. Нанесение последовательных коротких ударов вызывает формирование головки заклепки.

При использовании заклепок из алюминия или легких сплавов вместо молотов применяют пневматические пистолеты, которые оформляют головку за один удар. Если завальцовочный стержень тянущего типа, то установка специальных заклепок производится механически.

Дефекты, возникающие при заклепывании.

Простые заклепки могут залегать, может возникать утолщение между листами, что приводит к уменьшению размера головки. Специальные заклепки плохо развальцовываются, если имеют недостаточную длину. Если зазор между вставленной заклепкой и отверстием слишком большой, то они не раздаются настолько, чтобы заполнить отверстие и остаются подвижными.