Классификация способов сварки чугуна

Сварка чугуна, её особенности. Способы сварки чугуна

Сварка чугуна имеет свои сложности из-за высокого содержания углерода. К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, если содержание углерода в составе сплава больше 2,14%. Такое количество углерода во многом определяет особенности сварки чугуна.

В составе чугунов, которые нашли своё применение в промышленности и строительстве, помимо углерода (2,0-4,0%), содержатся следующие элементы: марганец (0,5-1,6%), кремний (0,4-4%), сера (0,02-0,2%), фосфор (0,02-0,2%).

Специальные виды чугунов могут легироваться такими металлами, как никель, хром, ванадий, медь, титан, алюминий.

Способы сварки чугунов

На практике существуют следующие способа сварки чугуна:

1. Холодная сварка чугуна, которая выполняется без предварительного подогрева. Чаще всего выполняют холодную сварку чугуна электродами из различных материалов.

2. Горячая сварка чугуна, при которой, выполнение предварительного подогрева обязательно.

3. Как отдельный вид часто выделяют полугорячую сварку чугуна, хотя она является разновидностью горячей сварки.

Подробнее об этих способах сварки рассказано на соответствующих страницах нашего сайта.

Особенности сварки чугунных изделий

При сваривании чугуна на процесс сварки сильно влияет кислород и азот, в большом количестве содержащиеся в воздухе. При расплавлении металлического электрода, под их воздействием, протекают сложные химико-металлургические процессы. Вследствие этого, в металле сварного шва содержание углерода и легирующих элементов становится ниже, чем в металле электрода.

Если чугун сваривают электродами из низколегированной стали без покрытия, то в составе метала сварного шва содержание таких элементов, как углерод, марганец и кремний оказывается ниже, чем в металле электрода, а содержание кислорода и азота повышается. В результате, механические свойства сварного соединения сильно снижаются.

Для повышения механических свойств, применяемые при сварке чугуна электроды, имеют защитные покрытия, которые, в процессе сварки, создают газовую или шлаковую защиту зоны сварки. Чаще всего, в состав защитных покрытий включаются элементы, которые при сварке переходят в металл сварного шва. Благодаря этому, можно получить сварной шов с такими элементами в составе, которых не было в электродной проволоке.

К примеру, применяя для сварки чугуна низкоуглеродистые электроды, можно получить состав наплавленного метала примерно такой же, как и состав свариваемого чугуна.

Высокие механические свойства металла сварного шва получаются и в том случае, когда применяется сварку под флюсом, т.е. плавление электрода и основного металла происходит под слоем флюса. Данный вид сварки часто используют при дуговой автоматической сварке.

Влияние легирующих элементов на свариваемость чугуна

Углерод в составе чугуна присутствует, как правило, в виде карбида Fe3C, т.е. в форме первичного или вторичного цементита. Чугун с такой структурой получил название белого чугуна. Белый чугун имеет высокую твёрдость и его достаточно тяжело механически обрабатывать.

В составе серого чугуна углерод находится в свободном состоянии в виде включений графита. Марганец, при содержании более 1%, затрудняет процесс распада карбида железа. Сера в составе чугуна, как и в составе любого другого металла или сплава, оказывает отрицательное влияние на свариваемость чугуна, т.к. она увеличивает его густотекучесть и образует сульфид железа FeS, который способствует образованию дефектов сварных швов (горячих и холодных трещин при сварке).

Фосфор в составе чугуна обладает слабо выраженными графитизирующими свойствами и повышает жидкотекучесть. Также сильным графитизатором для чугуна является алюминий, а также, такие легирующие элементы, как никель, кобальт, медь и титан. А элементы хром, ванадий и молибден способствуют уменьшению размеров зёрен, предотвращая распад карбида железа.

Основные трудности при сварке чугуна

Главными трудностями, в процессе сварки чугуна обусловлены их физическими и механическими показателями. Быстрое охлаждение ванны расплавленного металла и выгорание кремния формирует местное отбеливание металла сварного шва и участков околошовной зоны. Т.е. усиливает формирование цементита из графита. Этот процесс повышает твёрдость сварного соединения, но, при этом, резко снижет пластичность и усиливает хрупкость.

Из-за неравномерного нагрева и охлаждения и усадки чугуна, в металле появляются большие внутренние термические напряжения, как в самом шве, так и в зоне термического влияния. Небольшая температура плавления чугуна и непосредственное превращение чугуна из твёрдой фазы в жидкую, и наоборот, препятствуют выходу газов из расплавленного металла и структура сварного шва формируется с многочисленными порами.

Большое значение жидкотекучести делает невозможным сварку чугуна и в вертикальном и в наклонном положении сварного шва.

Источник

Дуговая и газовая сварка чугуна

Сварка чугуна является сложной задачей и связана со многими техническими особенностями и сложностями. Как правило, сварка чугуна выполняется для ремонта дефектов, возникающих во время эксплуатации, и для ремонта после производства, когда дефекты были обнаружены после операций литья и последующих процессов механической обработки.

Чугун — это сплав железа с углеродом с содержанием последнего более 2%, а также фосфора и серы. Грубо говоря, чугун содержит в десять раз больше углерода, чем большинство сталей. Сплавы из чугуна могут содержать другие химические элементы, придающие желаемыми свойствами прочности, твердости и коррозионной стойкости. Обычно добавляют в чугун, хром, медь, молибден и никель.

Чугун обладает низкой пластичностью, поэтому он может треснуть из-за термических напряжений при сварке. Восприимчивость к растрескиванию зависит от типа/категории чугуна.

Виды чугуна

Существует три основных типа чугуна:

Основное различие между различными типами чугунов заключается в форме углерода в сплаве; углерод может присутствовать в виде карбидов, свободного графит.

Белый чугун

Белый чугун образуется, когда углерод соединяется с железом, хромом, молибденом в виде карбидов и не выпадает в осадок в виде графита во время затвердевания; вот почему белый чугун прочный и хрупкий. Белый чугун не поддается сварке из-за отсутствия достаточной пластичности, которая требуется при сварке для компенсации тепловых напряжений в основном металле.

Серый чугун

Серые чугуны-это сплавы железо-углерод-кремний, содержащие несвязанный углерод в виде чешуек графита; эти сплавы железо-углерод-кремний называются серыми чугунами из-за серого цвета трещиноватых поверхностей этих сплавов. Медь, хром, молибден и никель добавляются в эти сплавы для контроля микроструктуры, а также для повышения коррозионной стойкости.

Ковкий чугун

Ковкий чугун образуется путем термической обработки белого чугуна подходящего состава, который продвигается при выполнении следующих условий

Все типы чугуна, за исключением белого чугуна, поддаются сварке, но гораздо хуже обычной стали. Сварка может выполняться с использованием различных способов.

Наиболее простые и распространённые способы дуговая и газовая сварка. Сварочными материалами являются электроды и проволока на основе железа, меди или никеля.

Дуговая сварка чугуна

При сварке чугуна выделяется большое количество вредных газов. Поэтому перед началом рабо­ты необходимо убедится в хорошей вентиляции места проведения работ.

Стоит отметить, что чугуны обладает большой жидко текучестью вертикальные и горизонталь­ные швы сваривать трудно, а выполнять сварку в потолочном положении невоз­можно.

Разделка кромок чугунных деталей может быть выполнена зубилом, кислородной резкой или воздушно-дуговой рез­кой.

Сварку чугуна можно проводить различными способами

Холодная сварка чугуна

Самый простой способ сварки — холодной сварки чугуна электро­дами УОНИ-13/45 с постановкой шпилек.

Процесс сварки состоит из двух этапов: наплавка стального слоя на подготовлен­ную чугунную поверхность и собственно соединительная сварка.

При наплавке стального слоя учесть, что во время работы не допускается чрезмерный нагрев чугунных деталей. Снижению нагрева способствует то, что при сварке применяется постоянный ток обратной полярности и небольшой силы. При значительном нагреве деталей процесс сварки следует остановит и продолжить только после остывания. Поэтому обварку шпилек кольцевыми валиками и наплавку кромки нужно проводить не подряд, а вразброс.

Диаметр электрода, мм

Сварочный ток, А

Род тока полярность

Постоянный ток, обратной полярности

При следующий этапе, соединительной сварке, необходимо обратить внимание на последова­тельность наложения швов. При сквозном разрушении сварку выполняют от середины излома к краям, а при не­сквозной трещине — от ее конца к месту выхода на край изде­лия.

Улучшает свариваемость чугуна применение специальных медно-железных электродов ОЗЧ-1 ЦЧ-4, или использование медной проволоки в качестве присадки. Медный пруток следует располагать впереди стального электрода, а угол наклона его составлял при­мерно 35-45°. В про­цессе сварки не следует допускать натекания расплавленного ме­талла на еще не проваренные участки шва, так как при этом возможно несплавление и образование пор в шве. Нужно обеспечить, чтобы свариваемые поверхности хорошо покрывались медью, а провар основного металла был ми­нимальным, для этого не следует задерживаться на одном месте.

Горячая сварка чугуна

Горячей сварке чугуна состоит из нескольких операций:

— вырубки дефектного участка до неповрежденно­го металла и зачистки кромок от масла, грязи и других включений;

Предварительный подогрев применяется для предотвращения растрескивания чугунных деталей, которое вызывается большой скоростью охлаждения. Подогреваются детали в печах или с помощью пламенных горелок. Во время заварки вся разделка должна завариваться в один проход и за один нагрев изделия. По окончанию сварки деталь нужно засыпать сухим песком или покрывать асбестом. Возможно также медленное охлаждение детали вместе с печью. Оптимальный диапазон температуры предварительного подогрева при сварке чугуна 500-800 градусов Цельси.

Качество шва следует оценивать по внешнему виду, не должно быть пор, трещин и шлаковых включений.

Газовая сварка чугуна

Наплавка поверхностей и заварка трещин латунью.

Категорически запрещается сварка латунью без респираторов, так как продукты сгорания углерода и испарения цинка вредно действуют на здоровье.

Переходя к холодной сварки чугуна, следует отрегулировать пламя с избытком ацетилена, так как такое пламя необходимо для восполнения в шве выгорающего в процессе сварки углерода. Выполнять сварку окислительным пламенем запрещено так как при этом будет интенсивно выгорать марганец, кремний и углерод, что приведет к повышенной пористости.

При наплавке валика или заварке трещины, раковины и т. п. нужно не отрывая пламени горелки, вводить флюс в сварочную ванну. Это можно сделать двумя способами:

1) во время сварки пруток периодически погружается во флюс;

2) флюс подсыпается в ванну ложкой.

При горячей газовой сварке, подогрев ведется теми же способами, что и при дуговой

Дефекты завариваются чугунными прутками диаметром от 6 до 12 мм в зависимости размера дефекта. В качестве присадочного материала применяют латунную проволоку JI-62 ЛК-62-0,5. Флюсом служит прокаленная бура.

При сварке нужно следить за правильным ведением процесса лужения и нормальным расстоянием ядра пламени от ванны.

При наплавке валиков латунью, поверхность чугунной детали не расплавляется, а толь­ко нагревается до температуры плавления латуни и облуживается ей. Таким образом можно сказать, этот процесс представ­ляет собой пайку чугуна латунью. Закономерных дви­жений присадкой и горелкой в этом случае нет, а они приобрета­ются опытом в процессе работы. Лужение выполняется отдель­ными участками, причем при достаточном нагреве поверхности чугуна латунь должна растекаться тонким слоем. Если латунь скатывается в виде шариков, то это указывает на не­достаточный прогрев детали. Нужно отметить, что сварочное пламя должно быть окислительным (с избытком кисло­рода до 30—40%). Кислород в этом случае создает тугоплавкую пленку окиси, что предохраняет цинк от испарения. При за­варке трещин латунью нужно также облуживать кромки, и толь­ко после этого переходить к наплавке соединительного слоя. Во избежание перегрева чугуна конец ядра пламени должен находиться от поверхности металла на расстоянии 10- 15 мм.

Сварка чугунной отливки

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Cварка литых деталей из чугуна. Ремонт чугунных изделий сваркой.

Чугун – сплав железа с углеродом (не менее 2,14 % С), разделяют на нелегированный и легированный, содержащий хром, никель, марганец и другие легирующие элементы.

По структуре различают белый чугун (с белым изломом), в котором углерод находится в виде цементита, и серый чугун (с серым изломом), в котором углерод находится в основном в форме графита. Серый чугун подразделяют на серый литейный, высокопрочный, ковкий, жаростойкий, жаропрочный, коррозионно-стойкий и антифрикционный.

Для изготовления литых корпусных деталей машин и станков применяют обычно серый машиностроительный чугун различных марок. Сварочно-технологические свойства чугуна в большой степени зависят от структуры металла в области сварки, состояния и вида графических включений в нем.

Перлитный чугун состоит из перлита с равномерно распределенным мелкозернистым и пластинчатым графитом. Количество перлита в структуре от 25 до 100 %. Эти чугуны обладают повышенной прочностью и пластичностью, применяются для ответственных деталей и хорошо свариваются. Получение той или другой структурной составляющей определяется химическим составом чугуна, условиями кристаллизации и остывания металла; таким образом, одной из основных мер для получения желаемой структуры чугуна является регулирование соотношений концентраций углерода и кремния. Количество свободного углерода, выделяющегося в виде графита, зависит от скорости остывания сплава, содержания в сплаве кремния и наличия других ферритизаторов. При содержании в сплаве кремния более 4 % и медленном охлаждении отливки почти весь углерод выпадает в виде графита. Эти свойства кремния используют при сварке чугуна чугунной присадкой, в которой содержание кремния составляет от 3,5 до 4,5 %. Кремний уменьшает растворимость углерода в жидком и твердом растворе и вытесняет углерод из раствора в виде графита.

Перлитно-ферритные чугуны встречаются в массивных тяжелых отливках. В структуре кроме перлитной составляющей и графитных включений имеется некоторое количество зерен феррита. Свариваемость этих чугунов хуже, чем перлитных.

Ферритные чугуны в структуре имеют менее 25 % перлита, углерод почти весь выделен из сплава в виде графита. Эта структура характерна для деталей крупных и массивных, а также для деталей, работающих длительное время под воздействием тепла. Сварка данного чугуна сложна и требует специальной технологии.

1. Особенности сварки чугуна

Основные затруднения при сварке

1. Склонность к образованию твердых закаленных прослоек при быстром охлаждении сплава, нагретого до температуры 760 °С; обычно при этом образуются промежуточные структуры (мартенсит, тростит), обладающие высокой твердостью, затрудняющие обработку его обычным режущим инструментом.
2. Недостаточная пластичность чугуна, что при сварке приводит к трещинообразованию, связанному с неравномерным нагревом изделия. Чем больше перепад температур между основным металлом и сварным швом, тем больше вероятность возникновения трещин. При общем равномерном нагреве детали перед сваркой до температуры 300 °С и выше опасность трещинообразования резко уменьшается.
3. Потеря пластических свойств при плавлении и затвердевании, большая жидкотекучесть в расплавленном состоянии. Переход из твердого состояния в жидкое происходит сразу, минуя пластическое состояние.

Величина и форма графита следующим образом влияют на свариваемость чугуна.

1. Хорошая свариваемость – мелкий пластинчатый или сферообразный графит в чугунах перлитного класса.
2. Удовлетворительная свариваемость – графитные включения малого и среднего размера. Отдельные включения графита окружены достаточным полем металла, что обеспечивает свариваемость.
3. Ограниченная свариваемость – крупные включения графита, образующие сплошную сетку. Сложная чугунная отливка может иметь в различных своих частях неодинаковую структуру. Толстые стенки имеют структуру крупнозернистого феррита (вследствие медленного охлаждения), тонкие вследствие быстрого охлаждения

• мелкозернистую перлитную структуру.

2. Области применения сварки чугуна

1. Исправление дефектов литья:

а) дефекты, обнаруживаемые после извлечения отливок из литейных форм в литейном цехе (раковины, недоливы, трещины, рыхлоты, пористость и др.). Большинство дефектов исправляются на специально оборудованных участках;

б) дефекты, обнаруживаемые в процессе механической обработки (раковины, пустоты, трещины). Исправление – сложная задача, требующая специальных электродов, технологии и квалификации сварщика.

2. Исправление различных повреждений, полученных в процессе эксплуатации:

а) сварка чугунных деталей на ремонтных заводах с массовой однотипной продукцией (автомобили, тракторы и др.) – это позволяет применять единообразную технологию сварки, тщательно отработанную, обеспечивающую высокое качество сварного соединения;

б) восстановление деталей больших габаритов и веса, вышедших из строя вследствие поломок и износа. Вопрос исправления таких деталей крайне сложен и требует применения специфических способов сварки.

3. Изготовление сварных изделий из отдельных чугунных отливок методом промежуточного литья или электрошлаковой сваркой (сварно-литые чугунные изделия).

Качество сварного соединения в чугунных изделиях определяется следующими показателями:

1. обрабатываемость наплавленного слоя (сварного шва) обычным режущим инструментом;
2. одинаковая твердость металла шва, зоны термического влияния и основного металла;
3. равнопрочность сварного соединения основному металлу;
4. одинаковый химический состав и структура наплавленного и основного металлов.

3. Классификация способов сварки чугуна

1. Горячая сварка чугуна (сварка с общим подогревом изделия):

• газовая сварка чугунной присадкой с применением флюса;
• газовая сварка с применением присадок из цветных металлов;
• электродуговая сварка угольным электродом с чугунной присадкой;
• электродуговая сварка чугунным электродом;
• электродуговая сварка стальным электродом со стабилизирующей обмазкой;
• литейная сварка способом промежуточного литья.

2. Холодная сварка чугуна:

• электродуговая сварка стальными покрытыми электродами;
• электродуговая сварка стальным электродом со специальной обмазкой;
• электродуговая сварка электродами из медно-железных сплавов;
• электродуговая сварка электродами из медно-никелевых сплавов;
• электродуговая сварка электродами из железо-никелевых сплавов;
• газовая низкотемпературная сварка специальной чугунной присадкой.

Горячая сварка чугуна

Предварительный подогрев изделия перед сваркой уменьшает скорость охлаждения наплавленного металла и препятствует образованию твердых закалочных структур, одновременно ослабляет общее напряженное состояние свариваемого изделия и предотвращает образование трещин. Для большинства изделий нагрев до 400…450 °С, при сварке жестких и сложных деталей нагрев должен быть повышен до 550…600 °С. Способы нагрева определяются условиями производства. Массовые однотипные работы выполняются в специальных нагревательных печах (например, печи конвейерного типа), в горнах, газовых или электрических печах. Индивидуальные изделия подогреваются во временных горнах с применением древесного угля, кокса или газа. Горячая сварка выполняется только в нижнем положении. Обработка завариваемого участка под сварку заключается в тщательной вырубке всех трещин, раковин и надорванных мест, при этом должен быть вырублен весь рыхлый металл.

Вследствие высокой температуры основного металла, подогретого для сварки, затвердевание наплавленного металла замедляется, поэтому при горячей сварке нужно хорошо заформовать место сварки, чтобы не дать растечься жидкому металлу (рис. 1).

Рис. 1. Формовка места сварки для горячей сварки чугуна: а – несквозной раковины; б – недолива кромки детали; в – общий вид заформованного дефекта; 1 – деталь; 2 – формовка; 3 – графитовые пластины

При формовке часто пользуются графитовыми, угольными или коксовыми пластинками, для больших деталей формовкой служит формовочная смесь высокой прочности (кварцевый песок, замешанный на жидком стекле). После формовки необходима просушка формы при постепенном подъеме температуры от 60 до 120 °С, затем проводят дальнейший нагрев под сварку со скоростью 120…150 °С в час в печах, горнах или временных нагревательных устройствах. Малои среднегабаритные детали надо подогревать до температуры 300…400 °С, а крупногабаритные – до 500…600 °С (до появления коричнево-красного цвета).

Способы нагрева и нагревательные устройства применяют в зависимости от характера производства (устранение литейных дефектов, ремонтная сварка и т. д.). Например, при массовом производстве в литейных цехах автомобильных и тракторных заводов целесообразно использовать конвейерные печи; для ремонтных работ удобен нагрев в муфельных печах или в горнах с открытым кожухом; для разовых ремонтных работ крупногабаритных изделий изготовляют временные нагревательные устройства из огнеупорного кирпича, в том числе печи-ямы в земляном полу цеха.

Остывание после сварки в зависимости от веса и формы детали длится от нескольких часов до нескольких суток. Замедленное охлаждение после сварки достигается при укрывании изделий теплоизолирующим слоем (листами асбеста и засыпкой песком, шлаком и др.) или при охлаждении вместе с печами, горнами – для замедленного охлаждения металла шва и обеспечения свойств сварного соединения, равноценных свойствам основного металла.

Материалы, применяемые для горячей сварки чугуна, приведены в табл. 5.

Таблица 5 Сварочные материалы для горячей сварки чугуна

Наименование	Марка и обозначение	Назначение
Наплавленный металл – чугун с перлитно-ферритной структурой
Прутки чугунные (ГОСТ 2671–70)	А, Б	Для горячей газовой сварки (заварки) и изготовления электродов
Прутки чугунные	ПЧ-1	Для горячей газовой сварки, наплавки (диаметром 10…12 мм), изготовления электродов (диаметром 12…16). Разработаны с целью улучшения сварочнотехнологических свойств прутков и повышения качества наплавленного металла
Электроды чугунные на прутках ПЧ-1, А, Б	ЭЧ-1	Для горячей дуговой сварки-наплавки (диаметром 12…16 мм)
Наплавленный металл – чугун с перлитной структурой
Прутки чугунные	ПЧС-1 (ПЧ-2)	Для горячей газовой сварки, наплавки, изготовления электродов
Прутки чугунные самофлюсующие	ПЧ-3	Для горячей газовой сварки, наплавки при исправлении дефектов модифицированных чугунов
Электроды чугунные на прутках ПЧС-1	ЭЧ-2	Для горячей дуговой сварки-наплавки
Наплавленный металл – чугун с шаровидным графитом
Электроды чугунные на прутках ПЧС-2	ЭВЧ-1	Для горячей дуговой сварки-наплавки ванным способом

Ацетиленокислородная сварка чугунных изделий

Газовая сварка чугуна по сравнению с другими способами обладает технологическими преимуществами. Основным из них является возможность регулирования в широких пределах скорости нагрева и величины нагреваемых зон, прилегающих к сварному шву, скорости заполнения сварочной ванны присадочным металлом и скорости охлаждения заваренного участка. Эти приемы широко используются в практике и дают возможность получать металл сварного соединения, соответствующий по качеству основному металлу.

4. Последовательность технологических операций при проведении горячей сварки газовым пламенем

Первое – подготовить детали к сварке. Для этого надо очистить поверхность пламенем горелки или металлическим скребком (щеткой), а если потребуется, то и зубилом. Кромки надо разделать под углом 70°.

Второе – подогреть детали. Мелкие детали подогревать до температуры 300…400 °С, а крупногабаритные до 500…600 °С.

Третье – установить деталь в зоне действия вытяжной вентиляции с расположением дефекта в нижнем положении и горизонтальной плоскости (продолжительность перерыва между окончанием подогрева и началом сварки для небольших отливок несложной конфигурации не должна превышать 3…5 мин во избежание охлаждения детали ниже 400 °С).

Четвертое – нагреть свариваемую поверхность газовым пламенем горелки с последующей обработкой флюсом. Для этого отрегулировать нормальное пламя удельной мощности 100…120 л/ч на 1 мм толщины металла и восстановительной его частью (на расстоянии 2…3 мм от ядра пламени) равномерно прогреть кромки дефекта до расплавления с одновременным нанесением флюса и равномерным распределением его по поверхности дефекта с помощью присадочного прутка.

Пятое – заполнить дефектный участок расплавленным присадочным металлом. Для этого расплавить пруток наиболее горячей частью пламени, добавляя периодически флюс на кончике присадочного прутка. Сварку вести ванным способом (отдельными сварочными ваннами длиной 20…50 мм каждая) с поддержанием металла в жидком состоянии до полного заполнения дефекта присадочным металлом. При заварке краевых дефектов поддерживать ванну в полужидком состоянии (для исключения стекания металла) за счет периодического отведения пламени от места дефекта для охлаждения ванны и изменения угла наклона горелки к поверхности изделия с 80 до 10°. Удалять неметаллические включения из ванны в процессе сварки с помощью флюсования жидкого металла и интенсивного его перемешивания присадочным прутком.

Шестое – закончить процесс сварки, медленно отводя сварочную горелку от поверхности ванны на 50…60 мм, и при этом подогревать наплавленный металл пламенем в течение 0,5…1,5 мин. Затем накрыть деталь листовым асбестом для замедленного охлаждения металла шва.

Седьмое – осуществить термообработку. Детали нагреть до температуры 500…600 °С с последующим медленным охлаждением вместе с печью.

5. Сварка чугуна угольным или графитовым электродом

В отличие от газовой сварки здесь создается более высокая температура сварочной ванны и большая степень концентрации тепла. Сварка ведется на постоянном токе прямой полярности. Диаметр электрода 8…20 мм. Сила тока от 350 до 800 А, определяется диаметром электрода и толщиной свариваемого металла. Диаметр чугунного присадочного прутка 6…14 мм. Флюсы применяют такие же, как и для газовой сварки. При правильно выполненном процессе шов обладает механическими свойствами, структурой и химическим составом литейного чугуна.

Флюс при сварке чугуна выполняет следующие функции:

1. очищает свариваемую поверхность основного металла от окислов и загрязнений за счет их растворения в слое расплавленного флюса;
2. растворяет легкоплавкие соединения;
3. защищает расплавленную ванну от окисления;
4. увеличивает жидкотекучесть сварочных шлаков и ванны расплавленного металла и смачиваемость основного металла.

6. Дуговая сварка чугунным электродом

Горячая дуговая сварка чугунным электродом применяется при исправлении крупных литейных дефектов в тяжелых чугунных отливках.

В промышленности применяют много разнообразных обмазок для чугунных электродов. Обмазки должны хорошо стабилизировать дуговой промежуток, защищать от выгорания электродный металл в процессе его плавления и переноса через дуговой промежуток, легировать металл шва. Наиболее распространены для горячей сварки чугуна электроды марки ОИЧ-1. Они изготавливаются из чугунного стержня марок А и Б  10…18 мм с обмазкой, в состав которой входят мел – 25 %, графит – 41 %, ферросилиций – 9 %, полевой шпат – 25 %. Толщина слоя покрытия – 0,1…0,2 мм, длина чугунных стержней составляет 350…500 мм. Разделка дефектного участка должна быть обязательно заформована. Подготовленная деталь подвергается нагреву до 350…400 °С.

Сварка может выполняться от источников переменного и постоянного тока. Сила тока устанавливается из расчета 50…90 А на 1 мм диаметра электрода. После зажигания дуги сварщик оплавляет кромки изделия и образует ванну расплавленного металла. При нормальном нагреве ванна оплавляет стенки детали, и жидкий металл хорошо смачивает кромки основного металла. Дуга при этом должна располагаться по центру сварочной ванны.

Для ускорения процесса заварки дефектов большого объема в сварочную ванну добавляют огарки чугунных электродов или заранее приготовленные куски чугунного лома. Процесс сварки заканчивается наплавкой поверхности выше уровня основного металла на 2…6 мм. Данное усиление играет роль литейной прибыли, в которой концентрируются шлаки, а потом образуется литейная корка.

7. Холодная сварка чугуна

Разработка всех способов холодной сварки чугуна направлена на решение следующих задач.

1. Получение сварного соединения, обрабатываемого обычным режущим инструментом. Ряд электродов (в основном из меди, никеля и их сплавов) дают обрабатываемый металл шва (ЦЧ-4, МНЧ-2). Вопрос получения обрабатываемых околошовных зон сварного соединения полностью не решен, так как этот участок вследствие большой скорости охлаждения обычно имеет структуру закалки (цементит).
2. Создание условий, снижающих внутренние напряжения и трещинообразования. Эта задача очень сложная, решена не полностью. Необходимо получить достаточно пластичный металл шва и осуществить проковку.
3. Получение наплавленного металла, близкого по химсоставу к основному металлу. Эта задача применительно к холодной сварке не решена, поскольку для сварки используется присадочный металл иного состава, чем основной.

При холодной сварке чугуна применяют следующие способы:

1. сварка стальными электродами;
2. сварка электродами из цветных металлов.

8. Сварка чугуна стальными электродами

Наплавка валика на чугунную деталь стальным электродом дает в первом слое половинчатые сплавы чугуна и высокоуглеродистой стали с содержанием углерода 1,6…1,8 %. Такие сплавы легко образуют твердые закаленные зоны и обладают большой хрупкостью. Технологические приемы сварки чугуна направлены на снижение твердости, хрупкости и трещинообразования в переходных зонах и в первых слоях наплавки.

Такими приемами являются:

1. выполнение сварки первых слоев на режимах с малой погонной энергией;
2. применение электродов малого диаметра 3…4 мм;
3. уменьшение силы тока до 90…150 А;
4. обеспечение минимальной глубины проплавления (1,5…2 мм);
5. использование обратного слоя (после наплавки первого валика длиной 50…60 мм сварщик сейчас же накладывает на этот валик второй слой). Такой прием является местной термообработкой, что улучшает структуру сварного соединения.

Применение этих мероприятий улучшает структуру переходных зон и увеличивает пластичность первого слоя наплавки, но полностью закалку и возникновение трещин не устраняет.

Широкая производственная проверка стальных электродов показала, что они в ряде случаев вполне обеспечивают надежное сварное соединение чугуна. Из числа качественных электродов хорошо зарекомендовали себя электроды марки УОНИ 13/55, дающие надежное сплавление с чугуном. Наплавленный металл обладает некоторой вязкостью, а во 2-м и 3-м слоях обрабатываемостью. Металл, наплавленный электродами марки ЦЧ-4, удовлетворительно обрабатывается режущим инструментом. В состав электродов ЦЧ-4 введен сильный карбидообразователь – ванадий.

При ремонте крупных дефектов массивных чугунных деталей стальным электродом применяется способ сварки с «шурупами». Для увеличения прочности сварного соединения, когда к нему не предъявляется других требований (например, при ремонте станин, рам, кронштейнов и других несущих элементов толстостенных конструкций), применяют стальные шпильки, которые частично разгружают наиболее слабую часть сварного соединения – линию сплавления.

Шпильки имеют резьбу, их ввертывают в тело свариваемой детали. Размеры шпилек обычно зависят от толщины свариваемых деталей. Практикой установлены следующие рекомендации: диаметр шпилек 0,3…0,4 толщины детали, но не более 12 мм; глубина ввертывания шпилек 1,5 диаметра их, но не более половины толщины свариваемых деталей; высота выступающей части 0,75…1,2 диаметра шпильки. Шпильки располагают в шахматном порядке на скошенных кромках деталей и в один ряд на поверхности детали с каждой стороны стыка, причем расстояние между ними должно быть равно 4…6 диаметров шпильки.

Сварку выполняют в следующем порядке. Сначала обваривают каждую шпильку и облицовывают поверхности кромок электродами диаметром 3 мм на малых токах. Затем на облицованные кромки

и шпильки наплавляют валики и окончательно заполняют разделку. При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения количества наплавленного металла рекомендуется в шов вваривать связи из круглой или полосовой стали (рис. 2). Для удержания расплавленного металла шва рекомендуется заформовать дефектный участок. При сварке нужно давать перерывы до охлаждения детали. На расстоянии 50…100 мм от шва температура основного металла не должна превышать 50…60 °С (терпит рука).

Рис. 2. Ремонтная сварка чугунного изделия стальным электродом с применением шпилек

Крайние ряды шпилек должны обвариваться после того, как заварен весь исправляемый участок. При многослойной сварке валики должны пересекаться под углом.

9. Сварка чугуна электродами из цветных металлов

Применение электродов из цветных металлов для дуговой сварки чугуна имеет целью получение металла сварного соединения, обрабатываемого обычным режущим инструментом. Медь и никель, не образующие с углеродом никаких соединений и не растворяющие его, позволяют получать мягкие наплавки с обеспечением 80…90 % прочности от основного металла.

Сварка медно-железными электродами

Многочисленные исследования медно-железных электродов показали наилучшие результаты при содержании в сплаве 80…95 % меди и 5…20 % железа. Такие сплавы дают достаточно прочное соединение и удовлетворительную обрабатываемость. Эти электроды для сварки чугуна применяются очень давно, ряд их выпускается промышленностью согласно разработанным техническим условиям. Существует несколько способов их приготовления:

1. медный стержень с оплеткой из жести, покрытый тонкой стабилизирующей обмазкой;
2. медный стержень в железной трубке со стабилизирующей обмазкой;
3. электрод из биметаллической проволоки (медь на проволоке, электролитическое омеднение);
4. пучок из медных и стальных электродов;
5. медный стержень с обмазкой основного типа (мрамор, плавиковый шпат), в который введен железный порошок (электроды ОЗЧ-1, ОЗЧ-2, ОЗЧ-6).

Электроды ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6 при наплавке дают хорошие результаты в сочетании с проковкой. Сварка производится короткими участками вразброс, чтобы не допустить перегрева. Основное преимущество железно-медных электродов – возможность эффективной проковки наплавленного ими металла в горячем состоянии, что снижает усадочное напряжение и уменьшает опасность образования трещин в околошовной зоне. Недостаток – неоднородная структура, в мягкой медной основе расположены включения твердой железной составляющей, затрудняющей механическую обработку.

Электроды, содержащие никель

Электроды используют главным образом для заварки различных дефектов, обнаруженных в процессе механической обработки, где местное повышение твердости недопустимо. Для этих целей применяют медно-никелевые и железоникелевые сплавы:

• тип «Монель» – Ni – 65…75 %; Cu – 27…30 %; Fe – 2…3 %; Mn – 1,2…1,8 %;

• тип «Мельхиор» – Ni – 80 %; Cu – 20 %.

При сварке этими сплавами отбел переходной зоны значительно меньше, чем при сварке стальными и медно-железными электродами. Недостаток этих сплавов – большая литейная усадка, ведущая к появлению горячих трещин в металле, снижающих прочность сварных соединений. Поэтому эти электроды не применяются для заварки трещин в изделиях, несущих силовую нагрузку. Электроды из монель-металла могут применяться для выполнения облицовочного – промежуточного слоя, после чего сварка ведется электродами другого состава. Это дает возможность уменьшить отбел в околошовной зоне. Например, при сварке со шпильками наносят облицовочный слой из монель-металла, а затем ведут сварку электродами марки УОНИ 13/55. Сварное соединение при этом получают удовлетворительное по механической прочности и обрабатываемости режущим инструментом.

Железоникелевые электроды ОЗЧ-3, ОЗЖН-1, ЦЧ-3 разработаны для сварки высокопрочного чугуна; применяется сплав железа с 55 % никеля. Электроды изготавливаются с обмазками основного типа, с толщиной слоя 0,8…1 мм на сторону. Сварка чаще всего ведется постоянным током обратной полярности. Наплавленный слой легко обрабатывается, так как величина отбеленной зоны незначительна вследствие графитизирующего влияния никеля.

Аустенитно-медный электрод

Марка АНЧ-1 состоит из стержня, стали марки 04Х18Н9, и медной оболочки. На электрод наносится покрытие фтористо-кальциевого типа. Аустенитно-медные электроды по сравнению с железомедными обладают следующими преимуществами: большой стойкостью против трещин и пор и лучшей обрабатываемостью, так

как отбел незначителен, благодаря графизирующей способности Ni и меди. Кроме того, аустенитно-медные электроды, как и железоникелевые и железомедные в сочетании с проковкой шва обеспечивают необходимую плотность сварного соединения.

10. Низкотемпературная пайка-сварка чугуна латунными припоями

Процесс протекает при температуре 700…750 °С, при которой в чугуне не происходит структурных изменений. Это исключает опасность отбеливания чугуна и уменьшает возможность образования трещин. Пайку-сварку целесообразно применять при исправлении дефектов на уже обработанных поверхностях, где важно сохранить первоначальную форму изделия, нельзя использовать предварительный подогрев, а также в тонких сечениях, когда необходимо снизить опасность возникновения деформации. Этот способ позволяет получать соединения чугуна с чугуном и другими металлами, что упрощает конструкцию отливок. В качестве припоя используется кремнистая латунь ЛОК-59-1-0,3, содержащая до 0,4 % кремния. Для пайкисварки изделий применяется припой ЛОМНА-54-1-10-4-02, содержащий медь, олово, марганец, никель и до 0,6 % алюминия. При пайке-сварке этим припоем металл паяно-сварного шва имеет цвет чугуна, твердость 180…200 НВ и временное сопротивление разрыву 280…340 МПа. Применяется поверхностно-активный флюс марки ФПСН-2, содержащий 50 % борной кислоты (Н3ВО3), 25 % углекислого лития (LiCO3), 25 % углекислого натрия (Na2CO3) и галоидосодержащую добавку для удаления вязкой окиси алюминия, образующейся в процессе пайки-сварки. Флюс плавится при 650 °С и служит индикатором начала процесса. Пайку выполняют обычной сварочной горелкой, работающей на ацетилене или газах-заменителях. Пламя должно быть нормальным. Кромки подготавливают механической обработкой. На поверхности чугуна не допускается грязь, окалина. Следы жиров удаляют протиркой растворителями (ацетоном, бензином и др.). Флюс наносят на основной металл после предварительного подогрева кромок до 300…400 °С. Пайку-сварку начинают в момент плавления флюса, направляя пламя на прилегающие к разделке участки основного металла во избежание раздувания флюса.

Расплавленный флюс прутком припоя равномерно распределяют по всей поверхности свариваемого места; затем пламя направляют на конец прутка, оплавляют его и по спирали снизу вверх заполняют разделку металлом припоя. Сразу же после затвердевания наплавки ее проковывают медным молотком.

11. Ремонт чугунных деталей по технологии фирмы Castolin Eutectic International C.A.

Технология и сварочные материалы производства фирмы Castolin Eutectic International C.A. позволяют выполнять надёжный ремонт методом ручной электродуговой сварки деталей практически из любых марок чугуна кроме высокохромистых и отбелённых чугунов.

Разделку трещин при подготовке детали к сварке рекомендуется проводить с помощью специальныхразделочныхэлектродов типа ЕС 4000 (рис. 3). Данные электроды позволяют удалять изношенный металл, выжигать масло и примеси из околошовной зоны при очень малом подогреве детали. Производительность при разделке выше, чем при работе абразивным инструментом

Рис. 3. U-образная разделка кромок трещины, выполненная электродом ЕС 4000

в 4…5 раз. U-образная разделка, получаемая при работе разделочным электродом, по сравнению с традиционной V-образной для абразивного инструмента позволяет экономить до 30 % дорогостоящих материалов для сварки чугуна.

Для ремонта чугунных деталей рекомендуется использовать покрытые электроды типа ЕС 4040, которые позволяют уверенно проводить сварку в любом пространственном положении. Специальные добавки в обмазке электрода обеспечивают формирование углерода в околошовной зоне в форме шаровидного графита. Это исключает риск образования трещин. Замедленное плавление стержня электрода даёт возможность сварки старых и замасленных чугунных деталей. Электрод для ручной дуговой сварки чугуна типа ЕС 4040 позволяет сваривать чугун со сталью, никелевыми сплавами и сплавами на основе меди.

Для герметизации микропор в околошовной зоне фирмой предлагается пруток для капиллярной пайки типа Castolin 157. Низкая температура плавления, высокая текучесть позволяют обеспечить герметичность водяных рубашек двигателей внутреннего сгорания, масляных ванн редукторов и т. п.

Источник