Сварка и пайка стальных рам.

С завидной регулярностью у коллег возникают вопросы по ремонту покалеченых рам или небольшим доработкам, вроде установки бонок. Попробуем разобраться на популярном практическом уровне, не углубляясь в околонаучные дебри.

Сразу отбросим разного рода эпоксидные, полиэфирные и т.п. материалы - стеклопластик и "холодную сварку", как не вполне надёжные (или вполне ненадёжные), некошерные и не относящиеся к теме.

Для получения неразъёмных соединений в нашем случае существует две основных технологии : сварка и пайка твёрдым припоем.

Сварка

Смысл сварного соединения в том, что края сопрягаемых деталей прогреваются до температуры плавления (для стали это около 1500°С), туда же вводится присадочный материал, как правило, близкий к свариваемому, который тоже плавится. Всё это сплавляется воедино, и после остывания превращается в монолит.

Электродуговая сварка знакома нам, в основном, как ручная электродная (переменного или постоянного тока) и полуавтомат. Реже удаётся воспользоваться сваркой в среде инертного газа - как правило, аргона. Высокая температура получается за счёт горения электрической дуги. Тонкости для нас с вами не имеют большого значения, более важен результат.

Ручная дуговая сварка переменного тока (просто транформатор с проводами) - наиболее доступная, но и самая грубая из всех. Без навыка сложно получить качественный и красивый шов (особенно на мелких и тонких деталях), зона прогрева вокруг шва максимальная. Шов требует последующей механической обработки.





То же, постоянного тока (трансформатор дополнен выпрямителем) позволяет сделать шов более ровным, не таким "бурлящим". Применяя специальные электроды, можно сваривать нержавеющую сталь и другие металлы, недоступные сварке переменного тока.



Полуавтомат, как правило, работает на постоянном токе. Вместо подаваемого вручную электрода используется специальная проволока, которая подается электродвигателем. Отличается от ручной электродной сварки ещё тем, что вместо плавящейся обмазки на электроде (которую потом приходится удалять со шва), место сварки защищено от воздействия воздуха подающимся туда углекислым газом. Шов получается более качественным и аккуратным. При известном навыке может даже не требовать зачистки. Зона прогрева свариваемых деталей несколько меньше, чем при ручной электродной сварке.



Сварка в среде инертного газа (аргона) отличается тем, что электрическая дуга получается от восльфрамового неплавящегося электрода, а плавящаяся присадка вводится в дугу отдельно. Это напоминает газовую сварку, только высокую температуру обеспечивает электрическая дуга, а не пламя. Место сварки защищено от атмосферы аргоном. Шов получается максимально качественным и аккуратным. Зона прогрева свариваемого металла минимальна. Этот способ позволяет сваривать некоторые легированные а так же нержавеющую сталь (соответствующими присадками).



Газовая сварка. Края деталей и присадка плавятся при помощи горелки, работающей на смеси газа (пропан, ацетилен, МАФ- или МАРР-газ) с кислородом. Когда-то ограниченно применялась на некоторых велозаводах, но сейчас не рекомендуется даже для ремонта не очень нужных рам. Да и смысла нет - её с успехом заменяет пайка и электросварка.

Пайка твёрдыми припоями.

Твёрдыми припоями условно считают составы, температура плавления которых превышает 500°С. Т.е. пайка оловом (точнее, оловянно-свинцовым припоем, ПОС) сюда не относится. Да и прочность ПОС для наших целей, как правило, недостаточна. В отличие от сварки, при пайке сопрягаемые детали прогреваются до значительно меньшей температуры, чем их температура плавления, только до температуры плавления припоя.

Для нагрева обычно используют газовые горелки. Как правило, они работают на пропане. В качестве окислителя используется подсасываемый эжекцией атмосферный воздух (пропан-воздушная горелка) или кислород из баллона (пропан-кислородная). Для повышения температуры в зоне пайки применяют различные экраны-пламеотражатели, это снижает потребную мощность горелки.





Припои

Не залезая в премудрости, назову целевые припои, которые нам с вами больше всего подходят, их температуру павления и применяемость.

Латунь Л62, 905°С , дорожные, складные и детские рамы.

Латунь Л68, 938°С , дорожные, складные и детские рамы.

Серебряный припой ПСР-10, 822-850°С , любые массовые рамы уровня до "Старт-Шоссе" включительно, мелкие детали любых рам с небольшой поверхностью для пайки, например бонки.

Серебряный припой ПСР-40, 590-610°С , любые рамы, в т. ч. спортивные высокого уровня, мелкие детали любых рам с небольшой поверхностью для пайки, например бонки, ответственные детали любых рам.

Импортные серебряные припои могут несколько отличаться от советских по составу, в этом случае ориентируемся по процентному содержанию серебра - на него указывает цифра в маркировке.

Серебряные припои дóроги, однако у них есть два важных преимущества перед латунями: значительно ниже температура плавления (что предохраняет металл от ряда неприятностей) и сам шов получается более прочным. Как видим, припои с незначительно отличающимися цифрами на маркировке имеют серьёзную разницу в температуре плавления - на это нужно обращать внимание и выбирать более легкоплавкий, по возможности. При пайке металл нужно нагревать только до той степени, когда припой плавится и свободно затекает в шов - не более. Ну и естественно, желательно чётко знать марку применяемого припоя - "хороший", "латунь", "с танкового завода вынесли" и т. д. - это не марки припоя. Ошибка может стоить дорого: латунь Л96, например, имееет температуру плавления 1070°С, а для некоторых даже недорогих рам (В-541, В-542) это уже совсем плохо.
Вообще, велосипеды типа "Турист" лучше паять припоем ПСР-10 (об этом ниже). Другие припои (например, медно-фосфорные) применять для велосипедов нежелательно - шов может потрескаться при остывании, получиться хрупким после и т. п.

Следует также помнить, что абсолютно безопасная для любой стали температура - до 768°С, дальше начинаются структурные изменения (правда, обратимые), причём при прогреве до температуры плавления, их поисходит несколько.

↓Продолжение↓

_________________
Крокодиловодство 2.0

Рамы

Рассмотрим особенности сварки и пайки разных типов рам в зависимости от материалов, из которых они изготовлены. В любом случае, предпочтение следует отдавать пайке, как процессу минимально влияющему на свойства стали. Названия конкретных моделей даны для примера.

"Украина", "Салют" - дорожные и складные велосипеды. Их рамы полностью изготовлены из обычной углеродистой стали, обычно Ст10-Ст20. Собраны на пайке латунью с ограниченым применением электросварки (дорожная "Десна" ЖВЗ, усиление узлов складных велосипедов, мостики на электроконтактной сварке ).
Совершенно свободно поддаются электросварке - нужно помнить только, что трубы имеют толщину стенок около 1 мм, поэтому желательно выбирать электроды потоньше (лучше пользоваться полуавтоматом) и ток, соответственно, поменьше. Несущая труба рамы складных велосипедов ("хребет") отличается внушительной толщиной стенки, так что при сварочных работах с ней можно быть смелее.
Для пайки таких рам хорошо применять латунь. Серебряные припои в этом случае неоправдано дóроги.

"Старт-Шоссе", "спецзаказ" - спортивные велосипеды. Трубы этих рам изготовлены из легированых сталей: "спецзаказ" из стали 30ХМА (хром-молибденовая, "хромоль"), "Старт-Шоссе" - из стали 30ХГСА ("хромансиль" - предположительно, достоверно неизвестно). Трубы отдельных рам "спецзаказ" импортные, но сталь их подобна отечественной 30ХМА. Узлы рам, дропауты, коронка вилки и бонки выполнены из обычной углеродистой стали Ст10-Ст30Л. Рама "Старт-Шоссе" собрана на серебряном припое ПСР-10, "спецзаказ" - на ПСР-40. Вилки собираются пайкой латунью.
Если перегреть легированую сталь (а при порядке температур пайки и сварки роль играет каждый десяток градусов), из неё выгорают легирующие присадки, и свойства её в этом месте локально становятся хуже, чем у пресловутого "водопровода". Поэтому очевидно, что при ремонте и дооборудовании такой рамы нужно применять припой "не хуже" заводского. Категорически нельзя допускать электросварку труб спортивной рамы! Даже пайка ПСР-10 или, тем более, латунью вместо ПСР-40 на раме "спецзаказ" может оказаться фатальной. И гораздо более бюджетную раму "Туриста" можно загубить, казалось бы, незначительным перегревом. Грустный пример ниже.
Узлы рамы электросварку переносят спокойно, но нужно помнить, что под ними - припой, на котором держатся трубы. Если уж совсем нет возможности припаять бонки для вывода манеток на руль, и нет желания устанавливать хомут с ними, лучше приварить их (желательно полуавтоматом) к нижнему стакану рулевой колонки, но ни в коем случае не к трубе! Кстати, на многих зарубежных кастом-велосипедах бонки припаяны именно к стакану.
В ответственных местах (и вообще при ремонте) рамы "Старт-Шоссе", по возможности, стóит применять ПСР-40 - кроме выгодной температуры плавления он имеет более высокую прочность.

"Турист", "Спутник" - туристические, легкодорожные велосипеды. Вопрос с маркой стали, из которых их строили, неясен, так что автору придётся просто сослаться на свой практический опыт.
На туристической раме В-542 "Спорт" первой половины 1970-х гг потребовалось изменить проводку тросов. Были выточены бонки и приглашены квалифицированные сварщики. Бонки паялись латунью неизвестной марки. По-видимому, рабочая температура пайки оказалась слишком высокой для труб рамы (что косвенно может указывать на легированную сталь), и в самом нагруженом месте - на наклонной трубе около каретки - это не замедлило сказаться через несколько месяцев эксплуатации. Недалеко от бонки, по границе перегретой зоны, образовалась тонкая V-образная трещина. Вела она себя крайне странно - по мере расширения трещины, уголок поднимался, отходя от остальной трубы. На следующий год трещина "перечеркнула" половину сечения трубы. Несмотря на редкую и аккуратную езду, однажды рама развалилась...



Неизвестно, из чего сделаны более поздние туристические рамы, но те, что построены примерно до 1980 г , нужно только паять, и желательно серебром - достаточно ПСР-10. Да и поведение такой рамы ближе к "Старт-Шоссе", нежели к "Украине", и явно не только в геометрии здесь дело - ещё одно подтверждение тому, что она не из обычной стали. Впрочем, это всего лишь предположение.

↓Продолжение↓

_________________
Крокодиловодство 2.0

Особенности отдельных деталей

Бонки можно установить на сварку только на дорожные и складные рамы. Желателен полуавтомат. Эстетические свойства такой установки, как правило, низкие. Прочность достаточная. На спортивных и туристических рамах сварка недопустима - следует применять исключительно пайку соответствующим припоем (см. выше, раздел "Рамы").
Однако всё-таки и на рамах из простой углеродистой стали бонки и другие мелкие детали лучше закреплять пайкой. Помимо всего прочего, это, как правило, старые классические рамы, и нарушать их эстетику и "идеологию" несвойственными технологиями не стóит.
Бонка (особенно проходная - узкое колечко под рубашку троса) - деталь мелкая, и площадь соединения с рамой получается небольшая, что отрицательно сказывается на прочности. Боротся с этим можно, применяя даже для дорожных рам припой ПСР-40 (из-за крайне малого его расхода стоимость получается невысокой, несмотря на дороговизну припоя), снимая лыску с бонки, а так же применяя специальные бонки с увеличеной поверхностью. Прочность такого соединения позволяет бить по бонке молотком на отрыв - при этом она деформируется, но на раме держится надёжно.







Пивоты под ви-брейки и кантеливерные тормоза бывают в продаже отдельно. Их торец, обращённый к раме или вилке, представляет собой отрезок трубы, фигурно обрезаный. Площадь паяного соединения очень мала, а нагрузки высоки, поэтому паять их опасно, особенно исполнителю с небольшим опытом. В этом случае придётся воспользоваться электросваркой. Понятно, ни о какой установке этих девайсов при помощи сварки на легированные (спортивные и туристические) рамы речи быть не может, но там они и ни к чему. Впрочем, это тема отдельного разговора.
На пайку хорошо устанавливать самодельные пивоты, у которых торец - просто цилиндр, подогнаный к вилке. Или высокие гайки - держатели сменных пивотов. Припой лучше выбрать ПСР-40, как наиболее прочный.



Мостики бывают трубчатые, полутрубчатые и штампованые. На заводе штампованые мостики крепятся контактной электросваркой ("точечной"). Бывает, соединение не выдерживает, и его приходится восстанавливать. Опыт показывает, что не всегда привареный электросваркой мостик служит долго, поэтому для ремонта предпочтительна пайка припоем, соответствующим раме (см. выше). На туристических рамах, где с начала 1970-х гг применяются штампованые мостики, варить их нельзя!
Трубчатые и полутрубчатые мостики на дорожных рамах допускается приварить (однако всё-таки пайка лучше, в т.ч. из эстетических соображений), на спортивных и туристических - только паять соответствующими припоями.
Для предотвращения поломки мостика хорошо дополнить его заводское крепление сваркой (только на дорожных рамах!) или пайкой, не дожидаясь разрушения.







Дропауты на всех велосипедах обычно изготовлены из простой углеродистой стали, поэтому само тело дропа допускает электросварку. Это позволяет в некоторых случаях обойтись его ремонтом вместо замены. Категорически не стóит ремонтировать треснувшие дропы передней вилки, задние горизонтальные дропы. К ремонту задних наклонных дропов нужно подходить взвешенно и ответственно. Собственно говоря, ремонт целесообразен только в одном случае - когда при аварии задняя перекидка вместе с "петухом" сработали, как рычаг, и отломили часть нижней ветви. В каждом конкретном случае нужно подходить индивидуально - важно, в каком месте произошёл перелом, возможность сделать усиливающую накладку, одно- или многоскоростной велосипед, тип крепления перекидки и т. д.
Замену, усиление крепления (или восстановление крепления, если дроп отвалился целиком) дропаута дорожной рамы можно производить как электросваркой, так и пайкой. По возможности (ответственное место!), при пайке нужно применять серебряный припой, лучше ПСР-40. Хотя и заводская пайка латунью служит десятилетиями.
Естественно, дропы спортивных рам устанавливаются исключительно на пайку серебром, лучше - ПСР-40.



Ещё некоторые важные моменты

При работе важно помнить, какие части рамы как сильно нагружены. Наиболее нагружены концы нижней наклонной трубы - поэтому нужно особенно тщательно следить за качеством сварного шва (на дорожных рамах), маркой припоя, температурным режимом и т.д. как при ремонте трубы, так и при напайке или наварке бонок . Лучше вообще избегать паяльных, и тем более, сварочных работ в этих местах без нужды.
Наименее критична верхняя горизонтальная труба рамы. Имеется опыт езды по грунтовым дорогам в течении нескольких дней с прогнившей до сплошной трещины трубой в передней части. Рама при этом слегка "играла", скрипела, но продержалась до ремонта (по-видимому, дамская рама такого обращения не выдержит из-за своей конфигурации).

Трубы рамы могут потребовать ремонта в случае полного разрушения, трещин, появления отверстий по разным причинам (ржавчина, выломаные мелкие детали, механические повреждения, сверление в ненужных местах, следы от электросварки на спортивных рамах). Для ремонта используется сварка (только на дорожных рамах) или пайка (на любых рамах, см выше раздел "рамы"). Во всех случаях дефектное место следует закрыть накладкой для разнесения нагрузки. Без этой меры сварное соединение долго не продержится, а паяное даже не удастся выполнить. Накладка должна перекрывать дефектный участок минимум на 1 - 1,5 см со всех сторон. В некоторых случаях - например, полностью разрушеная труба - потребуется трубчатая замкнутая накладка. Её можно сделать из двух полутрубок - для возможности надевания на трубу.







Работы можно выполнить как самостоятельно - тем, кто чувствует себя готовым к этому, так и обратиться к квалифицированным сварщикам или специалистам по пайке. Однако сварщик, несмотря на опыт, не всегда ориентируется в велосипедной специфике. Например, утверждение, что он варил "точно такую же раму", не обязательно соответствует истине. Просто бог сварки может не отличить раму трекового "Метеора" от рамы деревенской "Украины", тем более когда она "голая". Эта статья, в том числе, призвана облегчить взаимопонимание и сотрудничество с узкими специалистами.

Стóит напомнить, что за помощью в паяльных работах можно обратиться к мастерам по холодильному оборудованию или кондиционерам. Снова-таки учитывать велосипедную специфику придётся нам с вами.

В заключение хочется заметить, что удачно и долго эксплуатируются рамы (бывает, но далеко не всегда!) с мыслимыми и немыслимыми нарушениями технологии ремонта и модернизации, но оставим их на совести хозяев. Эта технически неграмотная публика играет в нехорошую лотерею.

С пожеланиями счастливых дорог без аварий, травм и поломок,
kisa
Фото автора, участников форума http://tourist.kharkov.ua а так же позаимствованые из Сети.

_________________
Крокодиловодство 2.0

Несколько ссылок:
Определение температуры стали по цвету
Опыт модернизации рамы при помощи пайки
Статья о пайке (для холодильщиков, но это непринципиально)

_________________
Крокодиловодство 2.0

... завтра ще раз прочитаю !!! І тоді будуть ,ще пару питаннь....
До речі мені та статья взагалі в тему ... буду сварщиків-пайщиків рвати по теорії ))) Дякую !!!

А,що значить "легированая сталь" ? І конкретно маркіровка Reynolds 525,531 і т.д по цифрам ... я розумію,що це сплави сталі з певним вмістом ,щоб забеспечити сплаву чи стійкість до корозій чи іншу необхідну властивість ... не зрозуміло,що конкретно значать ті цифри (525 і інші) ?!
ПС: Кость і то ще не могорич то я так цікавлюсь )))

_________________
BeerBike&Co

2 kisa:
Отличная статья.Единственная неточность - неплавящийся электрод - вольфрамовый(в подавляющем большинстве случаев).

Бегущая Черепаха
Сталь, как учит богатая литература, это сплав железа с углеродом, где углерода не более 2,14%. Чтобы получить какие-то особые свойства - нержавеющесть, жаропрочность, холодостойкость, повышеную прочность и т. д., в неё в небольших дозах (часто меньше 1%) добавляют другие элементы - это и есть легирование - и она эти волшебные свойства приобретает. Из легированых сталей делают гаечные ключи, подшипники, ложки (нержавейка)... Например, сталь 30ХМА содержит в виде легирующих присадок ок. 1% хрома и 0,2% молибдена. И этого достаточно, чтобы уменьшить толщину стенки (соответственно, вес!) велосипедных труб вдвое (!)при большей прочности трубы. Сравним, например, трубы "Украины" и "спецзаказа" по весу и прочности - всё это даёт легирование.

Тьюбсет:


Фирмы, выпускающие наборы труб (тьюбсеты) для изготовления рам, маркируют их каждая по-своему. Эти цифры - всего лишь модель тьюбсета. Могут отличаться между собой, например, только геометрически (толщиной стенок, конфигурацией баттинга) - при одинаковомм составе стали. А могут и маркой стали. Без дополнительной информации от производителя, только по цифрам маркировки тьюбсета марку стали не угадать. Нашу сталь 30ХМА классовые враги маркируют, как 4130. Достаточно интересно, что в лагере развитых капстран нет аналога нашей 30ХГСА - в справочниках приводятся аналоги производства Болгарии, Польши, Чехии. А ведь из неё делали (делают?) моторамы авиадвигателей в Войну. Бывает, фирма разрабатывает свою уникальную сталь, аналогов которой нет вообще ни у кого, и состав держит в секрете.

_________________
Крокодиловодство 2.0

Vitaly Vasilyev
Спасибо, исправил - мне ночью уже одинаково было, что графит, что вольфрам
И за отзыв спасибо.

_________________
Крокодиловодство 2.0

kisa, на высоте!

_________________
|///\\\///\\\///\\\///\\\///\\\///\\\///\\\///\\\|
> Мой велопарк
> ХВЗ Старт-Шоссе М-80 79 г.в. [винтажный шоссер-фикс]
> ХВЗ СПОРТ-S 83 г.в. [будет породистый шоссер]
|///\\\///\\\///\\\///\\\///\\\///\\\///\\\///\\\|

Автора понять могу, - использовал то что нашёл (ПСр-45, в отличие от ПСр-40 и в мелкой фасовке доступен), - но вот адекватная ли это замена, хотелось бы выяснить.
Стандартная область применения ПСр-45 - примитивная ювелирка. Температура плавления 665 - 730 °C (версус 590 - 610 °C у ПСр-40). Рекомендуемая температура пайки - 745. Для различных сталей формально подходит, но - практически их, почему-то, паяют ПСр-40... C чем именно связано - с чуть более высокой стоимостью этого самого ПСр-45, лишними градусами или всё-таки иным поведением (лучшим сцеплением и/или растекаемолсть по стали) ПСр-40 из-за входящего в его состав кадмия (в ПСр-45 кадмия нет)?
** где-то читал что прочность припоя ПСр-40 значительно выше прочности припоя ПСр-45, но поскольку конкретных цифр по ПСр-45 там не было - есть большие сомнения в том что прочность выше значИтельно.
Впрочем, в любом случае, не лучше ли (чем ПСр-45) будет стоматологический ПСрМЦ-37 / ППСС-37 (для пайки металлических деталей зубных протезов из нержавеющей стали и кобальто-хромового сплава)?
36 - 38 % серебро, ост. медь, 13,5 - 16,5 % цинк, 3,6-7,6 % марганец, 3-5% никель, кадмий не более 0,6%, магний не более 0,4 %. Температура текучести - (705±10)°С, область плавления - (692+10)°С [солидус - 710;ликвидус - 740], прочность на разрыв паяного соединения кобальтохромовогосплава - не менее 350МПа.
У "EcoBraz 38240F" и "BrazeTec 4076U" рабочая температура получше (690 °С), но в отличие от них ПСрМЦ со своими 710 °С много где продаётся.

_________________
але нове, ностра алес

guffy
Действительно, пытался разобраться с серебряными припоями, но там чёрт ногу сломит. С изменением номера не только температура плавления гуляет, но и состав ингредиентов, и механические свойства. Нелинейно, подчёркиваю. ПСР-40 по нашим показателям "лучше", чем ПСР-10, но ПСР-20- не лучше, или как-то так . Поэтому плюнул, и покупаю целевые припои, которые упоминаются именно в литературе по велосипедам.

Другое дело, если есть свободный доступ к какой-то специфической марке, тогда его имеет смысл изучить подробнее.

_________________
Крокодиловодство 2.0

Стоит заметить, что трубы туристоспутникоспортов, и прочих дорожников, сделаны из стального листа, скрученного в трубу, так что я считаю, что их можно невозбранно варить.
P.S. Разве CO2 не является инертным газом?

_________________
«Конструкция вдесятеро важнее материала.» andr

Сколько угодно - это не запрещено законодательством download/file.php?id=221007&mode=view/P1010387.JPG

Связи между технологией производства трубы и возможности её сваривать нет.



Является .

_________________
Крокодиловодство 2.0

Связь в том, что эти трубы изначально на заводе сварены

_________________
«Конструкция вдесятеро важнее материала.» andr