Сварка выпускного чугунного коллектора своими руками в гараже

В процессе эксплуатации некоторые компоненты двигателя изнашиваются. Подобная ситуация характерна для автомобилей любого года выпуска. Однако при повреждении детали не стоит спешить покупать новую. Сварка выпускного коллектора помогает отложить процедуру замены на более благоприятное время.

Выпускной коллектор – часть навесного оборудования двигателя внутреннего сгорания.

Причины и признаки поломки деталей

Самыми распространенными неисправностями бывают нарушение целостности патрубка или появление сквозного отверстия в коллекторе. Главный признак поломки – запах отработанных газов в салоне автомобиля. Неисправности возникают из-за негативного влияния химических веществ, которые содержатся в смесях, используемых во время гололедицы. Другой причиной является естественный износ детали под постоянным воздействием высоких температур. Прогорание компонентов выпускной системы не считается редкой поломкой.

Признаком неисправности коллектора является неустойчивая работа на малых оборотах.

Устройство коллектора

При работе двигателей внутреннего сгорания образуются побочные продукты в виде выхлопных газов. Их необходимо вывести из автомобиля. Эту роль выполняет выпускная система. Первым узлом выпускной системы является выпускной коллектор.

Функция коллектора заключается в освобождении двигателя от выхлопных газов. Назначение выпускного коллектора — сбор выхлопных газов из нескольких цилиндрических деталей в одну большую трубу. Он жестко закрепляется на двигателе автомобиля.

Такой узел может иметь разную форму для различных моделей автомобиля, но является обязательным элементом в их устройстве. Конструктивно выпускной коллектор представляет собой деталь в форме нескольких труб — по одной трубе на каждый имеющийся в конструкции машины цилиндр.

Различают цельные коллекторы, изготовленные методом литья, и трубчатые, представляющие собой неразъемное соединение стальных трубок и дополнительных деталей. Цельный вариант, не имеющий сварных швов, является более прочным. Между блоком цилиндров и выпускным коллектором устанавливается прокладка для того, чтобы предотвратить утечку в пространство под капотом отработанных газов.

Наличие коллектора повышает эффективность вентиляции цилиндров. Наиболее популярный материал для изготовления коллектора — чугун, относящийся к жаропрочным материалам.

Монтаж и демонтаж детали

Для снятия и установки выпускного коллектора потребуются следующие инструменты:

• ручной или гидравлический домкрат;
• емкость для сбора охлаждающей жидкости;
• набор торцовых, накидных и рожковых ключей;
• ключ-трещотка;
• отвертки с плоской и крестовой насадками.

Установка выпускного коллектора не является сложной задачей.
Демонтаж и установку детали выполняют так:

1. Изучают технику безопасности при ремонте двигателей. Сбрасывают клеммы аккумулятора.
2. Сливают охлаждающую жидкость. Для этого потребуются гаечный ключ, тазик и резиновые перчатки.
3. Демонтируют ресивер инжектора, снимают воздушный фильтр. С помощью ключа подходящего размера удаляют болты в местах прикрепления коллектора к блоку цилиндров.
4. При ремонте 8-клапанного мотора демонтируют впускной коллектор. В таких системах крепежные элементы являются общими.
5. Очищают головки цилиндров от остатков прогоревшей прокладки напильником или наждачной бумагой. В некоторых случаях требуется восстановление резьбы или монтаж новых шпилек, удерживающих коллектор.
6. Устанавливают новые уплотнители. Монтируют коллектор. При ремонте автомобиля с 8-клапанным двигателем одновременно устанавливают впускную деталь.
7. Завинчивают болты с гайками. Подключают коллектор к патрубкам отводящей системы.
8. Проверяют правильность выполнения монтажных работ. Плотно затягивают гайки. Очищают радиатор, заполняют его новой охлаждающей жидкостью. Подключают аккумуляторную батарею.

Рекомендуем к прочтению Правила проведения сварочных работ

Газовая сварка

К достоинствам газового метода сварки относятся:

• простота используемого оборудования;
• небольшая стоимость;
• отсутствие постоянного источника тока;
• возможность регулировки мощностью пламени горелки;
• медленный нагрев и остывание;
• прочность получаемого шва.

Технология газовой сварки чугуна с нагревом включает в себя:

1. Предварительный нагрев.
2. Нагрев металла в месте сварки до появления светло-красного цвета.
3. Нанесение флюса на поверхность сваривания с помощью присадочного прутка.
4. Расплавление присадочного прутка и заполнение шва. На кончике присадочного прутка необходимо периодически добавлять флюс по мере его расходования.
5. Удерживать сварочную ванну в жидком состоянии до полного удаления из нее газов и включений неметаллического характера.
6. Отводя горелку плавно, уменьшить скорость охлаждения.

Технология газовой сварки без подогрева имеет свои отличия:

1. Требуется установить максимально возможную мощность пламени горелки.
2. Перед началом заполнения сварочной ванны слегка подогревают прилегающие к месту сварки участки.
3. Наносят флюс.
4. Заполняют сварочную ванну расплавленным присадочным прутком.
5. Еще раз в течение двух-трех минут подогревают прилегающие участки, постепенно отодвигая горелку.

Для более медленного остывания можно прикрыть место сварки листом асбеста или присыпать сухим песком. Неплохой результат принесет сварка блока двигателя аргоном.

Преимуществом аргонной сварки является возможность сваривания тугоплавких металлов. Это дает возможность сваривать детали, выполненные из алюминия, что важно, когда происходит сварка алюминиевого блока цилиндров.

К особенностям сварки алюминия и сплавов на его основе относится его легкая окисляемость, повышенная растворимость водорода в расплавленном алюминии, высокий коэффициент линейного теплового расширения, уменьшение прочности при сильном нагреве.

При сваривании алюминиевых сплавов существует опасность появление в металле шва пористости. Это объясняется тем, что при взаимодействии расплавленного алюминия с парами воды начинается образование атомарного водорода, который с легкостью растворяется в сварочной ванне. Образованию пор способствует высокая скорость кристаллизации, что начинает препятствовать выходу газов.

Уменьшению вероятности образования пористости способствует предварительный подогрев и снижение скорости сварки. Допустимым при газовой сварке является использование в качестве горючего газа ацетилена и водорода, а также пропан-бутановой смеси.

Сварка различных материалов в домашних условиях

Способ восстановления выбирают с учетом металла, из которого сделан коллектор.

Из чугуна

Для ремонта детали, сделанной из этого сплава, применяют следующие методы:

1. Газовая сварка. Считается наиболее эффективным способом восстановления чугунных элементов. Позволяет получить шов высокой прочности.
2. Полуавтоматическая сварка выпускного коллектора из чугуна. Для получения качественного шва требуется сложная подготовка элемента. В качестве присадочного материала используют специализированные виды проволоки.
3. TIG-сварка. Процесс ведется в среде защитного газа, что предотвращает появление дефектов сварного соединения.
4. Инверторный способ. В этом случае требуются тщательная зачистка поверхностей чугунного элемента, установка опорных шпилек.

При обнаружении трещины в коллекторе её заваривают.
Трещина наплавляется сразу после появления, не стоит ждать повреждения патрубка. Перед началом сварки детали прогревают. Во время работы учитывают свойства металла: он быстро остывает.

Из-за повышенной текучести материала вдоль шва просверливают отверстия или устанавливают графитовые прокладки.

Из нержавейки

Качественно заварить выпускной коллектор из этого материала можно только в среде защитного газа. При несоблюдении этого правила деталь деформируется из-за сильного нагрева. С учетом особенностей нержавеющей стали допускается применение только таких методов:

1. Использование инвертора с подачей газа. В сочетании с таким сварочным аппаратом применяют неплавящиеся вольфрамовые электроды.
2. Ручная сварка с покрытыми электродами. Требуется постоянное поддержание правильного режима работы агрегата.
3. Полуавтоматическая сварка с электродом из нержавейки.

В бытовых условиях для получения качественных швов нужно использовать ММА-электроды, стержни с титановым или рутиловым покрытием.

Холодный метод

Такой способ не имеет отношения к формированию классического сварного шва, однако для временного ремонта выпускной системы его использовать можно. Перед началом работы необходимо изучить технологию холодной сварки. Трещину устраняют так:

1. Обрабатываемый участок зачищают и обезжиривают. Наносят клеящий состав согласно рекомендациям, содержащимся в инструкции.
2. Дожидаются высыхания средства, устанавливают деталь на место. В результате работы получается заплатка, свойства которой сходны с характеристиками металла.

Рекомендуем к прочтению Особенности сварочных смесей и их использования

Под нагрузкой горячих выхлопных газов отремонтированная таким способ деталь служит недолго. Для сварки коллектора из нержавейки этот способ использовать можно, для ремонта чугунного элемента он не подойдет.

Холодная сварка при ремонте выпускного коллектора

Небольшие дефекты заделывают с использованием специальных клеевых составов, называемых «холодной сваркой». До нанесения смеси ремонтируемую зону необходимо обезжирить. Пользоваться клеями следует строго по инструкции. Тогда получается заплата, по физическим свойствам схожа с металлом. Такой метод удобен для устранения трещин и прогаров в труднодоступных местах. Клей – лишь временная мера устранения поломки. Под большой нагрузкой горячих отходящих из цилиндров газов латанная комплектующая долго не простоит. Клеевой состав не рассчитан на динамические нагрузки, зато отлично выносит статические. Перед приобретением клея важно изучить его характеристики.

Особенности сварки титана и его сплавов

В то же время сварка этих материалов сильно затруднена, что объясняется рядом их свойств:

• высокая температура плавления (1470-1825℃);
• склонность к увеличению размеров кристаллов и появлению пор при температурах более 880℃;
• окисление металла атмосферным воздухом, высокая химическая активность всех зон, температура которых превышает 400℃;
• сплавы, содержащие железо, хром, марганец, молибден, вольфрам или ванадий, склонны к закалке и обладают низкой пластичностью, в ряде случаев после сварки требуется их отжиг.

Эти факторы обусловили необходимость сварки титана и его сплавов в защитных газовых средах, в первую очередь, аргоновой и гелиевой. Кроме того, одной из главных задач сварочного оборудования, задействованного в работе с данными металлами, является минимизация времени и площади термического воздействия как на шов, так и на прилежащие к нему зоны.

Вне зависимости от использованного вида сварки и технологического процесса прочность шва по отношению к прочности основного металла не превышает 80%, что нужно учитывать при проектировании титановых конструкций.

В настоящее время ведется поиск более эффективных методов соединения материала.

Титановые сплавы

Сплавы титана имеют температуру плавления от 1470 до 1825 °C, в зависимости от марки. Они обладают выгодным сочетанием легкости (благодаря малой плотности) и высокой прочности, поэтому часто применяются для изготовления таких конструкций, как велосипедные рамы и детали скоростных автомобилей. Сварка титановых сплавов — сложный технологический процесс, поскольку эти материалы имеют ряд специфических свойств.

Далее под словом «титан» будут подразумеваться именно сплавы титана с легирующими присадками — хромом, железом, молибденом, ванадием, вольфрамом и другими.

Почему коллектор повреждается и возможные последствия?

Это проблема может коснуться автомобилей с любым пробегом. Со временем неизбежно происходит динамическое разрушение, но нередко трещины образуются и из-за заводского брака или некорректной сборки. Из-за повреждения коллектора выпускная система теряет герметичность, происходит автоматический подсос воздуха в выхлопную трубу. Как следствие, мотор работает тактами.

Во всех современных авто установлен датчик кислорода, который контролирует количество свободного кислорода в выхлопных газах. Именно он дает сигнал в блок управления: обогащать или обеднять смесь. Когда же кислород поступает из вне, датчик считает смесь обедненной всегда и дает сигнал на ее обогащение. В результате смесь становится настолько перенасыщенной, что попросту не успевает сгореть и заливает свечи. В этот момент водитель может заметить возросший расход топлива. Другая проблема – автомобиль не сразу начинает движение после остановки в пробке или на светофоре.

Запущенная проблема может привести к выходу из строя катализатора, лямбда-зонда. Сам выпускной коллектор тоже продолжит разрушаться от перегрева.

Ручной процесс

Сварка сплавов с титаном (в общем случае) производится постоянным током, полярность прямая. Ток зависит от толщины соединяемых деталей, калибра электрода и диаметра присадочной проволоки, изменяется в диапазоне 90-200 А.

Чем выше толщина металла, тем больший подается ток. Так, детали толщиной 2 мм соединяются при токе 90 А, 3-4 мм — 130-140 А, 10 мм — 160-200 А. Рекомендуется использовать минимальный ток из возможных. Напряжение всегда одинаково — 10-15 В.

Электроды

Используются неплавящиеся электроды из вольфрама, которые перед началом работы затачиваются под углом 30-45 °C (как у карандаша). Чем больше угол заточки, тем меньше глубина проплавления.

При интенсивном использовании электрод нужно будет снова заточить, как только он затупится. Рекомендуются электроды, содержащие оксид лантана, так как их несущая способность на 50% выше, чем у изделий из чистого вольфрама. Благодаря этому сварной шов будет менее загрязнен вольфрамом, чище, а значит — прочнее.

Проволока

Присадочная проволока — это проволока из титана соответствующего сплава, она подбирается конкретно к свариваемым деталям по специальным таблицам. Проволоку стоит отжигать под вакуумом для удаления водорода, который может присутствовать в сплаве, и в любом случае необходимо зачищать от окислов. Зачищенная проволока хранится в герметичной тубе не более 5 дней.

Если сваривают металл толщиной не более 1,5 мм стыковым методом, то применять проволоку необязательно. Шов без присадки будет даже прочнее.

Особенности технологии

При сварке выдерживается постоянная скорость движения электрода и обеспечивается непрерывная подача присадки. Скорость электрода должна составлять пример 2-2,5 мм/сек. Необходимо выдерживать высокую точность движений, избегать колебаний и уводов электрода в сторону. Электрод должен касаться шва как бы снизу вверх, сварка идет «вперед углом».

Во время всего процесса и около минуты после отключения горелки на свежий шов необходимо продолжать подавать защитный газ, пока температура шва не опустится ниже 400 °C.

В зоне сварки аргон расходуется со скоростью 5-8 литров в минуту, на оборотной стороне шва — 2 литра в минуту.

При сварке титановых труб их концы герметизируются, а инертный газ — аргон, реже гелий — закачивается внутрь при помощи специального насоса.

В домашних условиях, при отсутствии такого оборудования сварить титановые трубы невозможно. Исключение — конденсаторная стыковая сварка труб из титана марки ВТ1-ВТ2, диаметром не более 23 мм и толщиной стенок не более 1,5 мм.

Их можно сваривать вне защитной газовой среды, но только конденсаторным способом, при высоком зарядном напряжении — 850-2100 В.

Как подготавливают детали

Для сварки титана необходимо полностью изолировать свариваемые поверхности от атмосферы, поэтому, как правило, используют автоматическую или полуавтоматическую сварку.
Ручная сварка титана возможна, но только если используется специальная сварочная горелка с керамическим соплом, через которую на свариваемые участки подается под давлением инертный газ — аргон, который вытесняет воздух.

При этом обратная сторона шва должна быть изолирована от атмосферы плотно прилегающими стальными либо медными накладками. Для обеспечения наилучшего качества шва используют перфорированные накладки, в отверстия которых подается аргон.

В случае полуавтоматической или автоматической сварки она проводится в специальной капсуле, заполненной аргоном либо гелием. Сварка титановых труб может производиться без помещения трубы в защитную газовую среду целиком, но при этом сама труба должна быть герметизирована и заполнена аргоном изнутри.

Другим важным нюансом является зачистка и обезжиривание свариваемых поверхностей на 20 мм от линии стыка. Необходимо удалить оксидную пленку, которая всегда присутствует на поверхности титанового изделия.

Работать необходимо в перчатках, поскольку руки, даже чистые, могут оставить на кромке потожировые следы, которые приведут к ухудшению сварного шва.

Перед сваркой титан дополнительно подвергают травлению с использованием смеси соляной кислоты с водой и фторидом натрия — 350 мл HCl, 650 мл дистиллированной воды, 50 г фторида натрия. Температура травления — 60-65 °C, время — около 10 минут.

После травления титан подвергают тщательной шлифовке. Для механической обработки используют наждачную бумагу до № 12, проволочные щетки, шаберы. Необходимо удостовериться, что края свариваемых деталей ровные, на них отсутствуют заусенцы и трещины. Точно так же зачищается и присадочная проволока. Только после этого можно приступать к сварке титана.