Наплавка чугуна электродами технология способы
Сварка чугунных деталей затрудняется из-за высокого содержания в чугуне углерода (серы и фосфора), склонности его к отбеливанию (способствует образованию трещин и затрудняет механическую обработку), резкому переходу при нагреве из твердого в жидкое состояние (затрудняет сварку в наклонном, вертикальном и горизонтальном положениях), малой пластичности и низкой ударной вязкости чугуна, необратимого объемного изменения металла в результате изменения его структурного состояния (при воздействии высоких температур), неравномерности усадки металла при кристаллизации сварочной ванны. Эти и другие причины приводят к короблению поверхностей и трещинам.
Кроме того, дополнительные сложности при сварке чугунных деталей возникают из-за их загрязненности маслом, нагаром, а также внутренней напряженности, вызываемой охлаждением после литья. Расплавленный чугун усиленно поглощает кислород воздуха и покрывается пленкой окислов. Так как температура плавления чугуна 1147 °С, т. е. ниже температуры плавления его окислов (1400°С), при сварке необходимо применять флюсы.
Устранение дефектов в чугунных деталях может осуществляться горячей, полугорячей, холодной сваркой, а также сваркой — пайкой и другими способами.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Горячая сварка чугуна для таких деталей, как блоки, головки цилиндров( с общим нагревом деталей), является наиболее надежным методом: в околошовной зоне происходит графитизация и обеспечивается получение серого чугуна. При этом применяют ацетиленокислород-ную горелку № 5, пламя нейтральное или с небольшим избытком ацетилена и другие способы сварки, предварительно подогревая головку до 650…680°С в печи Н-80. Трещину разделывают на 2/3 глубины наждачными кругами. В качестве присадочного материала используют прутки марки А диаметром 6…15 мм (С 3…3,6%; Si 3… 3,5 ; Мп 0,3 %; Сг 0,06 %; Ni 0,3 ), с толстым покрытием (мел 25%; полевой шпат 25%; графит 41 ; FeMn 9 %; Si02 20 ), изношенные поршневые кольца из серого чугуна и применяют специальный флюс ФСЧ -1 для раскисления (23% Na2B407; 27% Na2C03; 50 % NaN03). В качестве флюса можно применять техническую буру или 50%-ную смесь ее с углекислым натрием и углекислым калием. В процессе сварки охлаждение детали ниже 500 °С не допускается. Сохранение тепла может быть обусловлено применением термоизоляционного кожуха, имеющего двойные стенки с асбестовым наполнением. Горячая сварка возможна также электрической дугой. После сварки обязательно должен производиться низкотемпературный отжиг —нагрев детали до 650…670 °С и охлаждение ее вместе с печью (со скоростью 4° в секунду) в течение 1,5…2 ч с целью устранения отбеленных зон. Полученный прочноплотный шов легко поддается механической обработке. При больших объемах применяют автоматическую и полуавтоматическую сварку подогретого чугуна специальными порошковыми проволоками ППЧ -2 и ППЧ -3 на постоянном токе обратной полярности. Сварку ведут открытой дугой или в среде углекислого газа. Процесс горячей сварки довольно трудоемкий и дорогой, малопроизводительный, имеет место значительное коробление, и поэтому применять его не всегда экономически выгодно.
Полугорячая сварка чугуна выполняется при температуре предварительного подогрева детали 300…400 °С ацетиленокислородным пламенем с использованием чугунных прутков марки Б (С 3…3.6 ; Si 3,6…4,8 %; Мп 0,5…0,8 %; Сг 0,05 ; Ni 0,03 ; S 0,08 %; Р 0,2…0,5 %) и флюса ФСЧ -2 (18 Na2B407: 25 % Na2C03; 56,5% NaN03; 0,5 %Li2C03). Для улучшения графитизации на прутки Б рекомендуется наносить покрытие, содержащее кремний.
К методу холодной сварки чугуна относится:
1) полуавтоматическая газоэлектрическая сварка проволокой МНЖКТ -5-1-02-02 в среде аргона (марки А). Сварка выполняется электродной проволокой диаметром 1,0…1,2 мм на постоянном токе (80… 120 А) обратной полярности напряжением 20…25 В; скорость подачи проволоки 420…669 м/ч, расход аргона 0,36…0,54 м3/ч. Используются полуавтоматы А-547У, ПДГ -301, А-825М. Наилучший результат обеспечивается при сварке на установках типа УДГ и при использовании проволоки МНЖКТ в виде присадочного материала. Рекомендуется прсковка шва. Этим методом восстанавливают блоки цилиндров, в том числе с трещинами в перемычках между клапанными гнездами и цилиндрами;
2) сварка электродами МНЧ -1 диаметром 3…4 мм, изготовленными из монель-металла (63 % Ni + 37 % Си) со специальным фтористо-кальциевым покрытием (типа УОНИ -13/55). Применяется постоянный ток (140…150 А) обратной полярности. Сварку ведут короткой дугой небольшими (20…30 мм) участками вразброс. После остывания шов сразу же проковывается. Металл шва железо-никелемедный сплав. Никель неограниченно растворяется в железе, а абразующийся никелевый аустенит растворяет большое количество углерода (без образования карбидов) и обеспечивает высокую пластичность, низкую твердость и хорошую обрабатываемость шва. Эти электроды целесообразно применять для сварки деталей из ковкого чугуна. Вместо медноникелевых могут также использоваться же-лезоникелевые электроды типа ЖНБ . Следует отметить, что электроды, частично (50…70%) или полностью состоящие из никеля, с успехом применяются в ряде зарубежных стран для сварки чугунных деталей без подогрева уже в течение многих лет. Расход никеля при сварке незначителен. Так, для наварки на тонкостенную чугунную деталь шва длиной 100 мм расходуется не более 30…35 г никеля. Поэтому при высокой стоимости восстановленных деталей применение никеля в ряде случаев экономически выгодно;
3) сварка электродами ЦЧ-4 (электродная проволока Св-08 или Св-08А) с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим титан или ванадий, которого в наплавленный металл переходит до 9,5%. Наличие ванадия связывает углерод в труднорастворимые мелкодисперсные карбиды. Этими электродами хорошо производить (при других методах сварки чугуна) обварку кромок и трещин. Процесс ведется короткой дугой электродами диаметром 3…4 мм на постоянном токе (120…130 А) обратной полярности напряжением 20 В. После наложения валика рекомендуется проковка. Предварительно детали подогревают до 150…200 °С. Недостатком электродов ЦЧ-4 является возможность возникновения трещин в середине шва;
4) сварка электродами ЦЧ-ЗА (Св-08Н50) с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим до 5,25 % кремния. Рекомендуется для сварки деталей из модифицированного чугуна;
5) сварка электродами ОЗЧ -1 (медная электродная проволока с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим железный порошок). Металл шва — железомедный слой (89 % Си + + 11 % Fe) с высокой пластичностью, плотностью и прочностью, но плохой обрабатываемостью (наждаком). Рекомендуется постоянный ток (150 А) обратной полярности напряжением 20 В, короткая дуга. Процесс вести небольшими (30…60 мм) участками вразброс. Каждый участок шва надо проковывать и продолжать сварку только после охлаждения шва до 50…60 °С. Плотность соединения может быть повышена применением электродов ОЗЧ -1 в сочетании с МНЧ -1, которыми наплавляют первые и последние слои;
6) дуговая сварка электродами АНЧ -1 со стержнем из аустенитной хромоникелевой проволоки Св-04Х19М9Т, снабженным медной оболочкой и фтористо-кальциевым покрытием типа У ОНИ -13/55. Сварку ведут на постоянном токе (100…120 А) обратной полярности. Наплавленный шов достаточно плотный, легко обрабатывается, но из-за содержания меди (78… 80 %) недостаточно прочен;
7) полуавтоматическая сварка тонкой электродной проволокой (Ф 1,0…1,2 мм) марки Св-08Г2С в среде С02 на полуавтоматах А-547У, ПДГ -301 на постоянном токе (80… 100 А) обратной полярности напряжением 20…22 В, расход углекислого газа 0,36…0,54 м3/ч. Разработана технология восстановления чугунных автомобильных деталей-полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа проволокой диаметром 1,2…1,6 мм из сплавов на основе меди (МО и Ml);
8) сварка по методу отжигающих валиков — способ обстоятельно освещен в типовой технологии ремонта тракторов, разработанной ГОСНИТИ . Заключается в наложении валиков в определенной последовательности, каждый последующий валик оказывает термическое воздействие на предыдущий, уменьшается отбеливание за счет отжига. В качестве электродов используется малоуглеродистая сталь (с меловой обмазкой);
9) газовая сварка — пайка чугуна прутками из Л-58… Л-62, а также электродами ЛОК -59-1-03 с флюсом ФПСН -1 и электродами ЛОМНА -49-05-10-4-04 с флюсом ФПСН -2 целесообразна для сварки деталей из ковкого чугуна. Сварку — пайку с применением прутка из латуни Л-62 ведут пламенем мощностью 0,06…0,075 м3/ч ацетилена на 1 мм толщины детали и флюса из буры или смеси буры (50%) и борной кислоты (50%). Кромки трещины, разделенной под углом 70…80°, нагревают до температуры плавления присадочного материала 850… 900 °С, посыпают флюсом и наплавляют латунным прутком;
10) низкотемпературная газовая сварка чугуна (без расплавления основного металла). Для заварки трещин в деталях с тонкими стенками используют чугунные прутки НЧ-1 (С 3,0…3,5 %; Si 3,0… 3,4 %; Мп 0.6…0.7 %; Ni 0,4…0,6 %; Ti 0,15…0,20 %; Сгдо 0,1 %) и флюс-пасту ФСЧ -1, содержащую 23 % Na2B407; 27 % Na?C03; 50 % NaN03; воду 1 % к массе сухой части. При заварке толстостенных деталей применяют чугунные прутки НЧ-2 (повышено содержание кремния до 4 %) и флюс ФСЧ -2. Деталь перед сваркой подвергают местному или общему нагреву до 300…400°С, а после нее — медленному охлаждению в песке или под слоем асбеста. На подогретую свариваемую поверхность и присадочный пруток наносят флюс-пасту. Процесс заварки трещин прутками НЧ-1 и НЧ-2 аналогичен пайке. Шов получается плотным, без трещин и отбела, хорошо обрабатывается резцом;
11) дуговая сварка самозащитной проволокой сплошного сечения на никелевой основе ( ПАНЧ -11), разработанной ИЭС им. Е. О. Патона. ПАНЧ -11 предназначена для сварки сложных деталей в труднодоступных местах, во всех пространственных положениях (в 1…2 прохода), применяется при восстановлении головок блока двигателя (перемычки между клапанами), блоков цилиндров двигателей ЗИЛ -130, СМД -14, крышек шестерен СМД -14, картеров пускового двигателя ПД-104, а также тонкостенных изделий (5…10 мм) из серого, ковкого и высокопрочного чугуна при их ремонте.
Сварка осуществляется открытой дугой без дополнительной защиты газом или флюсом. Разбрызгивание незначительное. Глубина проплавления основного металла 1,5…2 мм, сплавление хорошее.
Металл шва характеризуется высокими механическими свойствами: бв== 550 МПа, бт до 350 МПа, удлинение 20, твердость слоя 160…180 HV. Прочность соединений — 90…95 % прочности свариваемого чугуна. Наплавленный металл и околошовная зона легко обрабатываются режущим инструментом, металл шва легко проковывается, последующая термообработка не требуется. По качеству соединений проволока ПАНЧ -11 не уступает никелевым электродам для холодной сварки чугуна зарубежных фирм.
Используемое оборудование: полуавтоматы А-547Р, А-547У, А-825 в комплекте с выпрямителем; шланговые держатели для проволоки.
Технологический процесс сварки деталей включает следующие операции.
Поверхность^ подлежащую сварке, очищают от пригаров, накипи и других загрязнений. Определяют размеры и границы повреждения и производят разделку. Концы трещины засверливают сверлом 0 3…4 мм насквозь на удалении 6…10 мм от видимого конца трещины в направлении ее развития. Ширина разделки и развал кромок должны быть по возможности малыми, чтобы снизить количество наплавляемого металла и обеспечить возможно меньший разогрев основного металла при сварке. Несквозные трещины должны быть разделаны до здорового металла.
Сварку ведут участками длиной 20…30 мм с их проковкой и охлаждением до температуры не выше 50 °С. Порядок положения участков — от середины трещин в направлении к краям попеременно с двух сторон.
По данным ИЭС им. Е. О. Патона, при работе одного сварочного поста и использовании 80…100 кг проволоки экономический эффект до 80 тыс. руб. в год.
Общие рекомендации при сварке чугуна.
1. Для снижения твердости металла шва следует применять электроды и другие сварочные материалы, обеспечивающие получение в шве мягкого металла малоуглеродистой стали, цветного сплава и т. п., с небольшим содержанием углерода.
2. Для уменьшения термического воздействия на зону термического влияния использовать электроды небольшого диаметра; применять пониженные режимы сварки (малые токи); вести сварку вразброс, короткими швами в разных местах завариваемого участка.
3. Для снижения напряжений, возникающих при остывании металла, которые могут привести к трещинам, рекомендуется проковка металла шва в горячем состоянии непосредственно после сварки. Проковку производить, когда металл находится в пластическом состоянии.
Источник
Сварка и наплавка чугуна — сплава из группы плохо свариваемых металлов
ПАНЧ-11 — проволока для сварки чугуна
Чугун относится к группе плохо свариваемых металлов. Сварка и наплавка чугуна производится только в целях ремонта, устранения трещин и дефектов отливок. От других сплавов на основе железа чугун отличает очень высоким содержанием углерода. Углерод в нем присутствует в таких количествах, что не растворяется полностью, а образует графитовые или цементитовые включения в кристаллической структуре. Кроме углерода в сплаве содержатся и другие примеси — сера, фосфор, марганец, кремний.
Чугун характеризуется высокой твердостью и хрупкостью. Хрупкость — это свойство материала разрушаться без заметных остаточных деформаций. При сильном механическом напряжении изделие просто лопается, практически не изменяя свою форму.
Факторы, затрудняющие сварку чугуна
Сварка чугуна осложняется несколькими факторами.
- При высокой температуре кремний, входящий в состав сплава, образует тугоплавкие окислы, которые создают каверны в сварочном валике;
- Выгорание кремния приводит к отбеливанию чугуна с образованием зон, сильно отличающихся по своим механическим качествам от остального материала. Это вызывает образование трещин в околошовном пространстве.
- Углерод вступает в реакцию с кислородом с образование угарного газа, который создает поры в сварочном шве;
- При нагреве и остывании зоны сварки в чугуне образуются сильное термическое напряжение, которое приводит к образованию трещин и отслаиванию сварочного шва.
- Жидкий сплав обладает высокой текучестью, что затрудняет контроль сварочной ванны и сварку в разных пространственных положениях шва.
Зная, что такое чугун, и изучив его поведение в разных условиях, можно разработать эффективные методы сварки.
Приемы, применяемые при сваривании чугуна
Хрупкость чугуна, из-за которой в околошовной зоне появляются трещины, преодолевается предварительным нагревом. Перед тем как сварить чугун, его нагревают до высокой температуры — от 300 до 600 о С, а после обработки не дают остывать слишком быстро. Это позволяет избежать сильных термических напряжений.
Применяют и другие приемы:
- тщательная зачистка металла в зоне шва;
- выравнивание и раскрытие краев трещин;
- засверловка концов трещин, устраняющая концентрацию напряжений;
- установка по краям шва анкерных штифтов из низкоуглеродистой стали;
- сварка в среде защитных газов.
Поиски, как и чем сваривать чугун, — постоянная тема прикладной науки. Используются методы сварки покрытыми штучными электродами, которые изготавливаются из сплавов меди, никеля и других металлов, неплавкие электроды, пламя газовой горелки и присадочная проволока. Выбор конкретного способа определяется целями сварки, условиями работы и уровнем требований к качеству шва.
Сварочная проволока ПАНЧ 11
В Институте электросварки имени Патона в середине прошлого столетия была разработана присадочная проволока под названием ПАНЧ-11. Эта проволока предназначена для полуавтоматической дуговой сварки. Сварка чугуна сварочной проволокой ПАНЧ-11 решает множество проблем, связанных с ремонтом чугунных изделий.
Что такое ПАНЧ-11? Это проволока толщиной 1,2 мм, изготовленная на основе никеля с добавками марганца, меди. В ее состав входят флюсы, делающие ненужным использование защитных газов. При ее применении не требуется предварительный прогрев изделия. Сварочный шов, полученный с помощью этой проволоки, по своим механическим качествам мало отличаются от основного материала. При сваривании, наблюдается некоторое повышение твердости металла возле шва. Под нагрузкой на растяжение, разрушение образца, как правило, происходит по телу изделия, а не по сварке.
Сварочный шов, получаемый при использовании этой проволоки, можно обрабатывать резанием, как и чугун. Электрическая дуга демонстрирует стабильность, сварочная ванна легко контролируется, разбрызгивание минимально. Сварочная проволока ПАНЧ-11 позволяет сваривать чугун при любых положениях шва, хотя нижнее положение по-прежнему остается предпочтительным.
Источник: Компания «ПАРТАЛ»
Источник
