§ 41. Сварка

В настоящее время существует много различных способов сварки, причем число их непрерывно возрастает. Однако в области производства художественных изделий большинство из них не применяют или применяют очень редко.

Наиболее распространенными способами сварки, которые применяют в художественной промышленности, являются: газовая и электрическая сварка, автогенная резка, а также кузнечная (или горновая), еще сохраняющая свое значение при художественных ковочных работах.

Газовая сварка. В качестве горючих газов для газовой сварки применяют ацетилен, водород, пары бензина, светильный газ и др. Все эти газы горят на воздухе, но при этом не развивают высокой температуры, необходимой для сварки, поэтому при сварке они сжигаются в струе кислорода. Наиболее удобен и распространен ацетилен. Он образуется действием воды на карбид кальция. При сгорании ацетилена в струе кислорода температура пламени достигает 3200-3400°С. Карбид кальция получается сплавлением негашеной извести с коксом в дуговых электропечах. Его хранят и перевозят в железных запаянных бочках по 50-100 кг. Для получения ацетилена служат специальные устройства - генераторы.

Кислород подается из специального кислородного баллона (окрашенного в светло-синий цвет); баллоны хранят в лежачем положении.

Для нормальной работы необходимо, чтобы кислород подавался в сварочную горелку равномерно, под небольшим давлением. Для этого служит редуктор, который регулирует подачу газа.

Сварочная горелка представляет собой прибор, в котором ацетилен смешивается с кислородом, и эта смесь сгорает.

К горелке при работе подводят шланги - ацетиленовый (от генератора или белого баллона) и кислородный (от синего баллона). Кислород подают под давлением 340-400 кПа в центральный канал, и затем через отверстие малого сечения он вырывается наружу с большой скоростью. Струя его создает большое разрежение и засасывает ацетилен, который попадает в горелку под меньшим давлением. Оба газа смешиваются между собой в смесительной камере и оттуда через наконечник выходят наружу.

Наконечники на горелке можно менять в зависимости от толщины свариваемого металла: чем металл толще, тем больше должен быть диаметр канала в наконечнике.

Перед сваркой производят подготовку шва. Для этого свариваемые поверхности очищают от грязи, ржавчины, масла и краски и выполняют следующие операции.

Для сварки тонких деталей толщиной до 1,5 мм края отбортовывают, высоту бортов делают от 1,5 до 2,5 мм и отбортованные кромки устанавливают плотно без зазора.

Для сварки металла толщиной 1,5 мм отбортовку не производят. Между кромками оставляют зазор от 0,5 до 1 мм.

При толщине от 5 до 15 мм кромки скашивают с одной стороны.

При толщине более 15 мм кромки скашивают с двух сторон.

Угол раскрытия шва устанавливают от 40 до 90°С. Скашивание кромок делают зубилом, на станке или газовой резкой. Между свариваемыми кромками оставляют зазор 1-3 мм.

Сварку производят так: кромки расплавляют горелкой, а затем в пламя вводят стальной присадочный пруток, который, расплавляясь, заполняет зазор. Двигая постепенно горелку вдоль шва, производят сварку.

При сварке тонких отбортованных деталей присадочный пруток не применяют, а оплавляют отогнутые кромки.

При сварке длинных полос сначала прихватывают шов в нескольких местах, а затем его проваривают. Это делается для того, чтобы избежать коробления изделия.

Автогенная резка стали. Этот процесс основан на свойстве стали, нагретой до высокой температуры, сгорать в струе кислорода. Для резки применяют специальную горелку - резак; устройство ее почти такое же, как и сварочной горелки, но режущий кислород выходит под большим давлением; иногда применяется "бензорез", основанный на горении паров бензина в струе кислорода; он удобен в переноске. Медь, а также алюминий, температура плавления которых ниже, чем температура плавления их окислов, не поддаются газовой резке.

Газовая резка и сварка стали в последнее время приобрела широкое распространение в области изготовления художественных изделий главным образом экстерьерного характера - различных декоративных и парковых скульптур, витражей и т. п. (рис. 98).

Рис. 98. Решетка, собранная на сварке. Автор Ю. И. Югов, 1977 г. МВХПУ

При изготовлении "Мужской маски" (рис. 99) применена кроме листовой также и прутковая сталь, из которой выполнены глаза.

Рис. 99. 'Вождь крестьянской войны'. Художник Янош Перц, 1962 г. Венгрия

Изображенный на рис. 100 декоративный кораблик осуществлен также техникой резки и сварки, но здесь поверхность стального листа частично обогащена наплавкой, которая придает поверхности некоторую рельефность.

Рис. 100. Декоративный кораблик. Художник Н. П. Пимонов

Интересно новое применение газовой резки - обработка поверхности кислородным пламенем вместо строгания, фрезерования и обточки. Оно заключается в снятии металла окислением. Процесс очень производителен, а получаемые поверхности характеризуются чистотой и гладкостью. Этот процесс основан на окислительном действии пламени.

Электрическая дуговая сварка. При дуговой сварке высокая температура, необходимая для расплавления металла, получается при помощи электрического тока, образующего вольтову дугу.

При постоянном токе на электродах вольтовой дуги выделяется неодинаковое количество тепла: на положительном электроде (аноде) температура достигает 4000°С, а на отрицательном (катоде) - 3500°С. При переменном токе температура на обоих электродах 3500°С. При сварке постоянным током положительный электрод (анод) присоединяется к детали, а отрицательный - к электроду.

Для возбуждения дуги необходимо электродом коснуться поверхности изделия - получается короткое замыкание, затем отвести его на небольшое расстояние (2-4 мм), при этом нагретый воздух становится проводником.

Для получения высокого качества работы пользуются обмазанными электродами. Назначение обмазки - давать шлак с металлическими окислами и защищать металл шва от соприкосновения с воздухом во время сварки. Кроме того, обмазка пополняет убыль элементов, выгорающих в вольтовой дуге, а также вводит в шов новые элементы. Наконец, обмазка повышает устойчивость дуги. Кроме того, шлаковый покров замедляет остывание металла, что способствует выделению из него газов, и шов получается более плотным.

При дуговой сварке создается сильный накал, поэтому коробление здесь меньше, чем при газовой сварке. Благодаря этому дуговая сварка допускает большее разнообразие сварных швов по сравнению с газовой.

Наиболее распространенный способ - сварка встык. Подготовка кромок для этой сварки производится так же, как и для газовой сварки.

Для усиления стыковых соединений в ответственных конструкциях применяют накладки с одной или с двух сторон. Накладки делают в форме вытянутого шести- или восьмиугольника. Накладки прямоугольные не рентабельны, так как в углах получается большое напряжение. Накладка должна перекрывать сварной шов не меньше чем на 100 мм. При установке накладок с двух сторон их следует брать разной величины, чтобы кромки их не совпадали и одна из них перекрывала другую на 20-30 мм.

При сварке внахлестку величина перекрытия должна быть не менее пятикратной толщины свариваемого металла. Часто употребляется сварка в тавр со скосом кромок и без него. Кроме сварки при сборке отдельных элементов применяют приемы клепки и сборки на резьбе. Причем головкам заклепок или винтов часто придают декоративную форму (звездчатую, пирамидальную и т. п.).