Технология сварки чугуна

  • 05 апреля 2019 14:37:51
  • Отзывы : 0
  • Просмотров: 201
  • 0

К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,14%.

В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение: карбид железа Fe3C – цементит. В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде графита. Серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, белые обладают очень высокой твердостью и режущим инструментом обрабатываться не могут.

Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затруднительно. –в связи с этим чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Тем не менее сварка чугуна имеет большое распространение как средство исправления брака чугунного литья, ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструкций.

Основные трудности при сварке:

1)    Высокие скорости охлаждения металла шва и зоны термического влияния приводят к отбеливанию чугуна;

2)    В результате местного неравномерного нагрева металла возникают сварочные напряжения, которые в связи с низкой пластичностью чугуна приводят к образованию трещин в шве и околошовной зоне. Наличие отбеленных участков создает дополнительные структурные напряжения;

3)    Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва;

4)    Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет формирование шва и удержание расплавленного металла от вытекания.

Существует три технологических направления сварки чугуна:

1)    Технология, обеспечивающая получение в металле шва чугуна;

2)    Технология, обеспечивающая получение в металле шва низкоуглеродистой стали;

3)    Технология, обеспечивающая получение в металле шва сплавов цветных металлов.

Технология, обеспечивающая получение в металле шва чугуна.

Наиболее радикальным способом борьбы с образованием отбеленных и закаленных участков и возникновением трещин является предварительный подогрев. Если температура предварительного подогрева находится в пределах 600 - 650°С, сварку называют горячей; если 400 - 450°С – полугорячей. При отсутствии подогрева сварка называется холодной.

Для горячей сварки используются плавящиеся электроды со стержнями из чугуна марок А и Б. В состав покрытия, наносимого на литые прутки диаметром 5 – 20 мм, входят стабилизирующие и легирующие материалы. Горячую сварку выполняют на больших силах тока (Iсв = (60÷100)dэ) без перерывов до конца заварки дефекта. Электрододержатель для горячей сварки должен обеспечивать хороший контакт с чугунным электродом и иметь щиток для защиты руки сварщика от теплового ожога.

При полугорячей или холодной сварке для предупреждения отбеливания необходимо обеспечить такой состав металла шва, для которого будет получаться структура серого чугуна. Это может быть достигнуто путем введения в наплавленный металл достаточно большого количества графитизаторов и легирования чугуна элементами, способствующими сфероидизации карбидов (магнием). Примером таких электродов могут служить электроды марки ЭМЧ, стержень которых представляет собой чугун с повышенным (до 5,2%) содержания кремния и двухслойное покрытие: первый слой – легирующий, второй – обеспечивает газовую и шлаковую защиту. При сварке этими электродами чугунных деталей с толщиной до 12 мм без предварительного подогрева удается получить швы и околошовную зону без отбеливания и закалки.

Технология, обеспечивающая получение в металле шва низкоуглеродистой стали.

Если выполнить наплавку на чугун электродами, предназначенными для сварки углеродистых или низколегированных конструкционных сталей, то в первом слое даже при относительно небольшой доле участия основного металла получится высокоуглеродистая сталь, которая при скоростях охлаждения, имеющих место при сварке без предварительного подогрева, приобретает резкую закалку. В результате образуются трещины и поры. Во втором слое доля участия чугуна уменьшится, однако содержание углерода будет находиться еще на высоком уровне, что также приведет к закалке и образованию трещин. В последующих слоях доля участия чугуна окажется незначительной, и металл шва будет обладать определенным уровнем пластичности.

В связи с этим стальные электроды можно применять только для декоративной заварки небольших по размерам дефектов, если к соединению не предъявляются требования обеспечения прочности, плотности и обрабатываемости. Сварку ведут электродами малого диаметра на малых токах (Iсв = (20÷25)dэ), не перегревая основной металл.

Наиболее рационально при данной технологии применение специальных электродов, позволяющих ввести в металл шва сильный карбидообразователь – ванадий. В данном случае в шве образуются карбиды этого элемента, не растворяющиеся в железе и имеющие форму мелкодисперсных нетвердых включений. Металлическая основа при этом оказывается обезуглероженной и достаточно пластичной. Примером могут служить электроды марки ЦЧ-4 со стержнем из низкоуглеродистой проволоки марки Св08А. этими электродами сначала облицовывают кромки на малых токах (Iсв = (20÷25)dэ). Сварку выполняют параллельными валиками с перекрытием каждого предыдущего на половину его ширины. Для второго слоя силу тока увеличивают на 15 – 20%; окончательно разделку заполняют электродами УОНИИ-13/45. Область применения таких электродов – сварка поврежденных деталей и заварка дефектов в отливках из серого и высокопрочного чугуна.

В случае необходимости этими электродами можно сваривать соединения  серого и высокопрочного чугуна со сталью.

Есть также технология механизированной сварки короткими участками проволокой марок Св-08ГС, Св-08Г2С диаметром 0,8 – 1,0 мм в углекислом газе. Сила сварочного тока – 50 – 75А, напряжение дуги – 18 – 21В.

Технология, обеспечивающая получение в металле шва сплавов цветных металлов.

Для получения швов, обладающих достаточно высокой пластичностью в холодном состоянии, применяют электроды, обеспечивающие получение в наплавленном металле сплавов на основе меди и никеля. Медь и никель не образуют соединений с углеродом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Попадая в зону неполного расплавления, прилегающую к шву, они уменьшают вероятность отбеливания. Кроме того, пластичность металла шва способствует частичной релаксации сварочных напряжений и поэтому снижается вероятность образования трещин в зоне термического влияния. Для сварки чугуна используют медно-железные, медно-никелевые и железоникелевые электроды.

Существует несколько типов медно-железных электродов:

1)    Медный стержень с оплеткой из жести с ионизирующим покрытием. Второй вариант – медный сердечник со стальной оболочкой. Во всех разновидностях содержание железа в наплавленном металле не должно превышать 10 – 15%;

2)    Пучок электродов, состоящий из одного или двух медных стержней и стального электрода с защитным покрытием любой марки. Пучок связывают в четырех-пяти местах медной проволокой и на конце, вставляемом в электрододержатель, прихватывают для надежного контакта между всеми стержнями;

3)    Наиболее совершенные из числа медно-железных электродов - электроды марок ОЗЧ-2; ОЗЧ-6, представляющие собой медный стержень диаметром 4 – 5 мм, на который нанесено покрытие, состоящее из сухой смеси покрытия УОНИИ-13 (50%) и железного порошка (50%), замешанных на жидком стекле.

Сварку медно-железными электродами всех типов следует выполнять таким образом, чтобы не допускать сильного разогрева свариваемых деталей: на минимально возможных токах, обеспечивающих стабильное горение дуги, короткими участками вразброс, с перерывами для охлаждения свариваемых деталей. Основное преимущество этих электродов – возможность проковки наплавленного металла в горячем состоянии для уменьшения уровня сварочных напряжений. Проковка обязательна, так как при этом уменьшается опасность образования трещин в околошовной зоне.

Лучшей обрабатываемостью, чем описанные электроды, обладают электроды марки АНЧ-1, стержень которых состоит из аустенитной стали марки Св-04Х18Н9 и медной оболочки. На электрод наносят покрытие основного типа.

Медно-никелевые электроды применяют главным образом для заварки литейных дефектов на поверхностях, где местное повышение твердости недопустимо. Недостатки этих электродов – их высокая стоимость и дефицитность, а также большая усадка, приводящая к образованию горячих трещин. Сварку выполняют электродами диаметром 3 – 4 мм, ниточным швом, короткими участками, при возвратно-поступательном движении электрода, не допуская перегрева детали, для чего рекомендуются перерывы для охлаждения. Наплавленные валики в горячем состоянии следует тщательно проковывать ударами легкого молоточка.

При сварке железоникелевыми электродами обеспечивается достаточно высокая прочность и некоторая вязкость металла шва железоникелевые электроды дают меньшую литейную усадку, чем медно-никелевые. Примером могут служить электроды марки ОЗЖН-1. Применяются также электроды на никелевой основе ОЗЧ-3, ОЗЧ-4.