Сварка и пайка ленточных пил

Сложность соединения концов ленточных пил обуславливается различием параметров разных пил (по размеру и материалу) и тяжелыми условиями, в которых работает инструмент, испытывающий многократные циклические растягивающие и изгибающие нагрузки. В идеале место соединения должно быть таким же прочным, как и целое полотно, однако добиться этого непросто.

Существует два основных способа соединения ленточных пил: контактная стыковая сварка на специальных сварочных аппаратах и пайка.

Сварка ленточных пил на специальных сварочных аппаратах

Сущность контактной стыковой сварки ленточных пил состоит в том, что через соединенные встык и сжатые с определенным усилием концы пилы пропускается электрический ток, приводящий к разогреву, оплавлению и свариванию торцевых кромок полотна. Ток подводится через электроды, подсоединенные к зажимам.

Выпускается большое количество моделей станков для контактной сварки ленточных пил. Самые продвинутые из них обеспечивают автоматизированный цикл сварки и отжига, исключающий возможность ошибки оператора при выдерживании времени подачи электрического импульса во время сварки и отжига. В наиболее простых устройствах время сварки и отжига контролируются оператором.

Простейший аппарат для сварки ленточных пил показан на фото ниже. Он состоит из корпуса (1), сварочного трансформатора (2), зажимного механизма с электродами и рычагами зажима (3), пусковой кнопки (4). Зажимной механизм в свою очередь состоит из неподвижного (5) и подвижного (6) зажимов. Последний обладает свободным ходом, необходимым для осуществления осадки - движения концов пилы навстречу друг другу с образованием сварочного валика. Под действием пружины, создающей давление осадки, концы пилы с определенным усилием прижимаются друг к другу.

Процесс сварки ленточных пил включает в себя следующие операции:

• резка пилы;
• зачистка соединяемых концов;
• установка полотна в сварочный аппарат, выбор токового режима, установка необходимых усилия и хода осадки;
• сварка полотна;
• отжиг пилы;
• зачистка шва.

Резка. Резку полотна лучше всего производить на гильотинных ножницах, однако можно резать отрезным кругом или рубить зубилом. Если полотно уже было сварено раньше, при повторной сварке нужно отрезать около 5 мм с каждого конца.

В любом случае при резке должны быть выполнены следующие условия:

• место соединения должно располагаться между вершинами зубьев;
• при резке должен быть оставлен припуск на осадку (примерно 1,5 мм для каждого конца ленты);
• линия реза должна быть ровной, перпендикулярной спинке пилы.

Последнее необходимо для того, чтобы полотно сваренной пилы не имело изгиба в месте соединения (по линии спинки).

Есть довольно простой способ точной резки свариваемых ленточных полотен. Он состоит в том, чтобы уложить пилу так, как показано на рисунке ниже (среднее изображение) и обрезать или зачистить оба торца полотна одновременно (в сборе). При такой обработке концов, даже если линия реза будет не перпендикулярна спинке пилы, ее концы все равно состыкуются так, как положено, и ровность полотна после сварки будет обеспечена.

Зачистка. Концы пилы очищаются от загрязнений и обезжириваются ацетоном или спиртом. Соединяемые кромки зачищаются абразивом. Они должны быть ровными, без заусенцев.

Установка полотна в аппарат. Подготовленная пила устанавливается в зажимной механизм (один конец в неподвижный зажим, другой - в подвижный) таким образом, чтобы ее кромки встречались посредине свободного пространства между зажимами. При этом должно быть обеспечено их полное совпадение.

Соответствующими управляющими ручками устанавливаются усилие и ход осадки, режим сварки. Все эти параметры зависят от размеров свариваемых пил. Чем больше сечение пилы, тем больший требуется сварочный ток и более высокое усилие осадки.

В инструкциях к сварочным аппаратам имеются таблицы, содержащие все необходимые установки в зависимости от размера свариваемой пилы. Часто режимы сварки задаются без указания конкретного значения сварочного тока и напряжения. Для сварки определенной пилы необходимо просто установить управляющую рукоятку в определенное положение (I, II или III, например).

Сварка. Процесс сварки включается нажатием кнопки или поворотом рукоятки. При этом осуществляется подведение тока к зажимам, а от них к концам пилы, в результате чего происходит расплавление металла в зоне стыка. Под действием пружины подвижный зажим начинает смещаться в сторону неподвижного на величину хода осадки, в результате чего в зоне стыка образуется сварной валик, соединяющий концы пилы.

Кроме значения силы тока, важнейшим параметром является время подачи токового импульса. Сварочные аппараты, имеющие автоматический режим сварки, отключают подачу тока по прошествии определенного времени (обычно 1-2 сек). При работе на машинах, не имеющих автоматического режима, время сварки должно контролироваться оператором.

Вся сложность сварки ленточных пил заключается в различии размеров их полотен и материалов, из которых они сделаны. Поэтому нередко после первой сварки, закончившейся неудовлетворительно, сварщик вынужден экспериментально подбирать подходящие режимы. Это лучше делать на ненужных обрезках полотна. После того, как оптимальный режим будет подобран, желательно записать его параметры, чтобы можно было применять правильный режим для всех пил с такими же параметрами.

Очень важно содержать в чистоте поверхности электродов, контактирующие с пилой. Наличие между полотном и электродами посторонних веществ увеличивает сопротивление цепи и нарушает режим сварки.

Отжиг. Отжиг необходим для того, чтобы металл, приобретший повышенную твердость и хрупкость в результате сварки, возвратил свою исходную (или близкую к ней) структуру, т.е. снова стал пластичным и вязким. Отжиг производится в тех же зажимах, что и сварка, но при отсутствии усилия осадки и в другом токовом режиме.

Разогрев до температуры отжига (около 600°C) и медленное охлаждение иногда осуществляется нажатием, удержанием и отпусканием кнопки, подающей ток отжига на электроды, при этом для замедления охлаждения периодически нажимается кнопка подачи тока отжига. Если аппарат не оснащен пирометром, температуру контролируют по цвету металла - при выходе на температуру отжига он должен быть вишнево-красным. Нельзя разогревать до оранжевого или желтого цвета, свидетельствующего о более высокой температуре. Постепенное охлаждение во время отжига может длиться около 3-5 минут. Некоторые полотна требуют двух циклов отжига. Иногда сварку и отжиг совмещают в один процесс, увеличивая время охлаждения шва после сварки периодическими включениями подогревающего тока.

Зачистка полотна. При зачистке с полотна должен быть удален наплыв в зоне сварного шва и придана правильная геометрия межзубовой впадине в месте соединения. Зачищать можно практически любым абразивным инструментом. Главное, чтобы обработанная поверхность получилась ровной и заподлицо с соседними областями. При зачистке круг нужно направлять вдоль шва, а не поперек его.

Контроль качества сварки и отжига. При сварке ленточных пил могут иметь место следующие дефекты.

• Сваренные кромки полотна оказываются смещенными друг относительно друга (поверхности концов полотна находятся не в одной плоскости). Это бывает при слишком большом ходе осадки или недостаточной силе тока.
• Выброс расплава на поверхность полотна. Наблюдается при слишком большом токе.
• Непровары. Случаются из-за низкого давления и малого хода осадки или слишком малого тока.

В качественно сваренных пилах сварной шов должен выступать над поверхностью полотна не менее 1,5 мм.

Качество отжига можно проверить следующим образом - согнуть полотно по окружности с радиусом изгиба 20-25 см и посмотреть на его поведение. Если дуга изгиба близка по форме к окружности, и шов не трескается, значит, сварка и отжиг проведены хорошо. Если изогнутое полотно принимает V-образную форму, значит, металл в зоне сварки получился слишком мягким из-за чрезмерного отжига. Возникновение в зоне сварки трещин говорит о недостаточном отжиге (слишком быстром охлаждении).

Пайка ленточных пил

Высокотемпературная пайка ленточных пил также является приемлемым способом соединения, обеспечивающим, при условии качественного выполнения, достаточную прочность полотна. А для домашних условий пайка является наиболее доступным способом соединения порванной ленточной пилы.

Подготовка полотна. Перед пайкой соединяемые кромки полотна должны быть очищены от загрязнений.

Соединение концов пилы осуществляется встык по скошенным граням, получаемым заточкой на абразивном круге. Форма скоса показана на рисунке ниже, его величина (в) колеблется в зависимости от ширины полотна и составляет от 8 до 12 мм, но часто величину скоса делают значительно меньше. Очень важно, чтобы скошенные поверхности были ровными плоскостями, и обеспечивалось их плотное прилегание друг к другу. Необходимо также обеспечить значение шага зубьев в зоне соединения характерное для данной пилы.

Припои. Наилучшими припоями для пайки ленточных пил считаются серебряные (ПСр-45, а еще лучше - ПСр-65). Не стоит использовать серебренные припои с меньшим содержанием серебра, например ПСр-25 не годится.

Флюсы. Лучше всего приобрести какой-нибудь специальный пастообразный флюс, предназначенный для высокотемпературной пайки легированных сталей. Пастообразная форма флюса наиболее удобна для данной работы.

Если специальный флюс отсутствует, можно приготовить пастообразный состав самостоятельно. Взять 10 частей буры и смешать их с одной частью хлористого аммония. К полученной смеси добавляется вода до получения густоты пасты.

В принципе, в качестве флюса можно использовать и одну буру, но её неудобно наносить на стык.

Оборудование и приспособления. Нагрев при пайке можно осуществлять разными способами, но наиболее обычный - нагрев различными газовыми горелками. Пламя газовой горелки должно быть либо с небольшой нехваткой кислорода (если это возможно), либо нейтральным.

Температура пайки зависит от марки припоя. Если используется припой ПСр-45, имеющий интервал плавления 660-725°C, то будет достаточно температуры нагрева около 800°C. Не следует излишне перегревать соединение во избежание нежелательных структурных изменений в металле.

Необходимо иметь приспособление, в котором можно зажать концы пилы в нужном положении, точно совместив полотна по скосу и спинке полотна. Чертеж одного из возможных вариантов такого приспособления приведен на рисунке ниже.

Но возможны более простые варианты сделанные своими руками.

Процесс пайки. Пайка ленточных пил не отличается по своей сути от пайки высокотемпературными припоями других изделий (для получения большей информации по пайке см. статьи Пайка металлов и Пайка твердыми припоями). Она выполняется в такой последовательности.

Скошенные кромки покрываются флюсом, и концы пилы зажимаются в приспособлении таким образом, чтобы кромки плотно прилегали друг к другу, а спинки концов полотна прижимались к выступу в приспособлении. При нанесении флюса нужно стараться, чтобы он не покрывал никакие другие поверхности пилы, кроме самих скосов. Это исключит затекание припоя на те плоскости, где он не нужен, и откуда его придется убирать после пайки.

Производится нагрев соединения с помощью горелки до нужной температуры и подача припоя в стык соединения. Расплавившийся припой самопроизвольно, благодаря капиллярным силам, затягивается в стык между полотнами, о чем свидетельствует появление его полоски по всему периметру стыка. Припоя требуется совсем немного, поэтому нет необходимости в расплавлении его избытка.

Нужно дать время для остывания соединения в течение нескольких минут, и только потом снимать пилу с приспособления. Если все сделано правильно, то наплывы припоя на полотне должны практически отсутствовать. Если же они есть, их нужно убрать аккуратной зачисткой.

Литература