Главная страница
Навигация по странице:

  • 11.2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ДУГОВОЙ СВАРКЕ

  • Горячая сварка чугуна

  • Холодная и полугорячая сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение серого чугуна в металле шва

  • Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали.

  • Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в металле шва цветных и специальных сплавов

  • ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЧУГУНА-1. Технология сварки чугуна 11 состав и свойства


    Скачать 206.63 Kb.
    НазваниеТехнология сварки чугуна 11 состав и свойства
    АнкорТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЧУГУНА-1.docx
    Дата13.04.2018
    Размер206.63 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЧУГУНА-1.docx
    ТипДокументы
    #15786


    ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЧУГУНА
    11.1. СОСТАВ И СВОЙСТВА

    Чугун получил широкое распространение как конструкционный материал в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности в связи с рядом преимуществ перед многими материалами, среди которых ос-новные - невысокая стоимость и хорошие литейные свойства. Изделия, изготов-ленные из него, имеют достаточно высокую прочность и износостойкость при работе на трение и характеризуются меньшей, чем сталь, чувствительностью к концентраторам напряжений. Наряду с перечисленными преимуществами из-делия из серого литейного чугуна хорошо обрабатываются режущим инстру-ментом. Последнее вместе с хорошими литейными свойствами позволяет оце-нить чугун как весьма технологичный материал.

    К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,11 % (2,14 %). В этих сплавах обычно присутствует также крем-ний и некоторое количество марганца, серы и фосфора, а иногда и другие эле-менты, вводимые как легирующие добавки для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др.

    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. Если серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, то белые обладают очень высокой твер-достью и режущим инструментом обрабатываться не могут. Поэтому белые чугуны для изготовления изделий применяют крайне редко, их используют главным образом в виде полупродукта для получения ковких чугунов. Полу-чение белого или серого чугуна зависит от состава и скорости охлаждения.

    В зависимости от структуры чугуны классифицируют на высокопрочные (с шаровидным графитом) и ковкие. По степени легирования чугуны подраз-деляют на простые, низколегированные (до 2,5 % легирующих элементов), среднелегированные (2,5 ... 10 % легирующих элементов) и высоколегирован-ные (свыше 10 % легирующих элементов).

    Шире всего используют простые и низколегированные серые литейные чугуны.

    Главный процесс, формирующий структуру чугуна, - процесс графити-зации (выделение углерода в структурно-свободном виде), так как от него за-висит не только количество, форма и распределение графита в структуре, но и вид металлической основы (матрицы) чугуна. В зависимости от степени графи-тизации матрица можетбыть перлитно-цементитной (П + Ц), перлитной (П), перлитно-ферритной (П + Ф) и ферритной (Ф). Цементит перлита называют эвтектоидным, остальной цементит - структурно-свободным. Некоторые эле-ввменты, вводимые в чугун, способствуют графитизации, другие - препятствуют. На рис. 11.1 знаком "-" обозначена графитизирующая способ-

    ность рассматриваемых элементов, знаком "+" задерживающее процесс графи-тизации действие (отбеливание). Как следует из приведенной схемы, наиболь-шее графитизирующее действие оказывают углерод и кремний, наименьшее - кобальт и медь.


    Рис. 11.1. Влияние различных легирующих элементов на

    процесс графитизации углерода в чугунах
    Наиболее сильно задерживают процесс графитизации (оказывают отбе-ливающее действие) сера, ванадий, хром. Поэтому в серых литейных чугунах всегда содержится значительное количество кремния.

    Из рис. 11.2 следует, что при определенном содержании углерода увели-чение содержания кремния при прочих равных условиях способствует графити-зации чугуна и уменьшению количества цементита в базовой структуре (П -> Ф).



    Рис. 11.2. Совместное влияние углерода и кремния на структуру чугуна:

    П - перлит; Ф - феррит; Ц - цементит; Г - графит

    Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, обозначающими пре-дел прочности чугуна данной марки при растяжении в МПа • 10-1. Наибольшее распространение получили чугуны марок: СЧ10, СЧ15, СЧ25, СЧЗО, СЧ35. Прочность серых чугунов всех марок при сжатии значительно превышает проч-ность при растяжении. Например, для чугуна марки СЧ20, имеющего предел прочности при растяжении 200 МПа, предел прочности при сжатии составляет 800 МПа. Для увеличения прочности чугуна графитовым включения придают шарообразную форму путем введения магния в ковш перед разливкой. При этом чугун приобретает и некоторую пластичность.

    Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ и цифрами, характеризующими временное сопротивление чугуна при растяжении в МПа • 10-1. Нап-ример, ВЧ 60 или ВЧ 40.

    Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ и цифрами, обозначающими вре-менные сопротивления при растяжении (МПа • 10-1) и относительное удлине-ние (%). Примерами марок ковких чугунов могут служить КЧ 30-6; КЧ 33-8; КЧ 35-10; КЧ 37-12 с ферритной металлической основой и КЧ 45-7; КЧ 50-5 и

    КЧ 60-3, имеющие перлитную основу.

    Структура чугуна в большой степени зависит от скорости охлаждения. Например, при постоянстве суммарного содержания углерода и кремния, а так-же других элементов, входящих в его состав, можно получить ферритный, пер-литный, а также перлитно-ферритный чугун.
    11.2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ.

    ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

    ПО ДУГОВОЙ СВАРКЕ
    Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют стру-ктуру 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, обладаю-щим плохой технологической свариваемостью. Тем не менее сварка чугуна имеет очень большое распространение как средство исправления брака чугун-ного литья, ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструк-ции.

    Качественно выполненное сварное соединение должно обладать необхо-димым уровнем механических свойств, плотностью (непроницаемостью) и удо-влетворительной обрабатываемостью (обрабатываться режущим инструмен-том). В зависимости от условий работы соединения к нему могут предъявляться и другие требования (например, одноцветность, жаростойкость и др.).

    Причины, затрудняющие получение качественных сварных соединений из чугуна, следующие:

    1. Высокие скорости охлаждения металла шва и зоны термического влия-ния, соответствующие термическому циклу сварки, приводят к отбеливанию чугуна, т.е. появлению участков с выделениями цементита той или иной формы в различном количестве. Высокая твердость отбеленных участков практически лишает возможности обрабатывать чугуны режущим инструментом.

    2. Вследствие местного неравномерного нагрева металла возникают сва-рочные напряжения, которые в связи с очень незначительной пластичностью чугуна приводят к образованию трещин в шве и околошовной зоне. Наличие отбеленных участков, имеющих большую плотность (7,4 ... 7,7 г/см3), чем се-рый чугун (6,9 ... 7,3 г/см3), создает дополнительные структурные напряжения, способствующие трещинообразованию.

    3. Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжает-ся и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва.

    4. Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплав-ленного металла от вытекания и формирование шва.

    5. Наличие кремния, а иногда и других элементов в металле сварочной ванны способствует образованию на ее поверхности тугоплавких окислов, при-водящих к образованию непроваров. Влияние скорости охлаждения на структу-ру металла шва и околошовной зоны может быть охарактеризовано схемой, представленной на рис. 11.3.



    Рис. 11.3. Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны

    В случае низких скоростей охлаждения в чугун-ном шве и участке около-шовной зоны может быть обеспечено сохранение стру-ктуры серого чугуна. На схеме w'oхл(°С/с) обозначено наибольшее значение скорости охлаждения метал-ла шва и высокотемпературного участка зоны тер-мического влияния при эвте-ктической температуре, если чугун сваривали без предварительного подогрева.

    Практически при любом составе чугуна в шве и высокотемпературном участке околошовной зоны будет иметь место отбеливание. Сварка чугуна с по-догревом (300 ... 400 °С) уменьшает скорость охлаждения (w"охл на рис. 11.3). При такой скорости охлаждения в шве и на участке околошовной зоны, в зави-симости от количества графитизаторов, может быть получен либо белый, либо серый чугун.

    При высоком подогреве (600 ... 650 °С) скорость охлаждения при эвтекти-ческой температуре снижается до wохл’" , при которой отбеливания не происхо-дит. Замедление охлаждения приводит к распаду аустенита с образованием ферритной или перлитно-ферритной металлической основы. Таким образом, наиболее эффективное средство предотвращения отбеливания металла шва и высокотемпературного участка околошовной зоны, а также резкой закалки на участке околошовной зоны, нагревавшейся выше температуры Ас3, - высокий предварительный или сопутствующий подогрев чугуна до температуры 600 ... 650 °С. Сварку с таким подогревом называют горячей сваркой чугуна.

    Высокий подогрев и замедленное охлаждение способствуют также ликви-дации трещин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, а также уменьшения температурного градиента и термических напряжений.

    Сварку с подогревом до температур 300 ... 400 °С называют полугорячей, а без предварительного подогрева - холодной сваркой чугуна. При полугорячей и холодной сварке чугуна широко используют металлургические и технологи-ческие средства воздействия на металл шва с целью повышения качества свар-ных соединений. К их числу относятся:

    - легирование наплавленного металла элементами-графитизаторами, с тем чтобы при данной скорости охлаждения получить в шве структуру серого чугуна;

    - легирование наплавленного металла такими элементами, которые поз-воляют получить в шве перлитно-ферритную структуру, характерную для низ-коуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, бо-лее прочные, чем цементит, и равномерно распределенные в металле;

    - введение в состав сварочных материалов кислородосодержащих ком-понентов с целью максимального окисления углерода (выжигания его) и полу-чения в металле шва низкоуглеродистой стали;

    - применение сварочных материалов, обеспечивающих в наплавленном металле получение различных сплавов цветных металлов: медно-никелевых, медно-железных, железоникелевых и др., обладающих высокой пластичностью и имеющих температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна.

    Горячая сварка чугуна

    Наиболее радикальным средством борьбы с образованием отбеленных и закаленных участков шва и околошовной зоны и образованием пор и трещин служит подогрев изделия до температуры 600 ... 650 °С и медленное охлаж-дение его после сварки. Технологический процесс горячей сварки состоит из следующих этапов: I - подготовка изделия под сварку; II - предварительный подогрев деталей; III - сварка; IV - последующее охлаждение.

    Подготовка под сварку зависит от вида исправляемого дефекта. Однако во всех случаях подготовка дефектного места заключается в тщательной очис-тке от загрязнений и в разделке для образования полостей, обеспечивающих доступность для манипулирования электродом и воздействия сварочной дуги. Для предупреждения вытекания жидкотекучего металла сварочной ванны, а в ряде случаев для придания наплавленному металлу соответствующей формы, место сварки формуют. Формовку выполняют в зависимости от размеров и местоположения исправляемого дефекта с помощью графитовых пластинок, скрепляемых формовочной массой, состоящей из кварцевого песка, замешен-ного на жидком стекле, или другими формовочными материалами, а также в опоках формовочными материалами, применяемыми в литейном производстве (рис. 11.4).

    После формовки необходима просушка формы при постепенном подъеме температуры от 60 до 120 С, затем проводят дальнейший нагрев под сварку со скоростью 120 ... 150° в час в печах, горнах или временных нагревательных уст-ройствах. Замедленное охлаждение после сварки достигается при укрывании изделий теплоизолирующим слоем (листами асбеста и засыпкой песком, шла-ком и др.) или при охлаждении вместе с печами, горнами.



    Рис. 11.4. Формовка места сварки для горячей сварки чугуна:

    а - несквозной раковины; б - недолива кромки детали, с облицовкой заплавляемой полости графитовыми пластинами; в - общий вид заформованного дефекта; 1 - деталь; 2 - формовка; 3 - графитовые пластины

    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 ре-монтных работ удобен нагрев в муфельных печах или в горнах с открытым ко-жухом; для разовых ремонтных работ крупногабаритных изделий изготовляют временные нагревательные устройства из огнеупорного кирпича, в том числе печи-ямы в земляном полу цеха.

    Остывание в зависимости от веса и формы детали длится от нескольких часов до нескольких суток. Для сварки используют плавящиеся электроды со стержнями из чугуна марок А или Б (табл. 11.1). Стержни получают отливкой в кокиль и другими способами.

    В состав покрытия, наносимого на литые прутки, диаметром 5 ... 20 мм, входят стабилизирующие и легирующие материалы. В качестве последних обычно используют графит, карборунд, ферросилиций, силикокальций, сили-комагний и другие элементы-графитизаторы.


    Горячую сварку чугуна выполняют на больших токах [Iсв = (60... 100)dэ] без перерывов до окончательной заварки дефекта. При больших объемах зава-риваемого дефекта два сварщика, работающие поочередно. Электрододержа-тель для горячей сварки должен обеспечивать хороший контакт с чугунным электродом и иметь щиток для защиты руки сварщика от теплового ожога. Примером одной из возможных конструкций может служить электрододержа-тель завода "Станколити (рис. 11.5). В этом держателе электрод приваривают к стальному стержню.


    Рис. 11.5. Электрододержатель для горячей сварки чугуна:

    1 - электрод; 2- стальной стержень диаметром 12 мм; 3 крепление

    (приварка) токоподвода к стержню; 4- щиток; 5- рукоятка; б - кольцо;

    7 - сварочный кабель

    Для горячей сварки чугуна можно использовать дуговую сварку уголь-ным электродом. По возможности изменения теплового воздействия на сва-риваемый металл сварка угольным электродом занимает промежуточное по-ложение между газовой сваркой и сваркой плавящимся электродом. Сваривают на постоянном токе, прямой полярности угольными электродами диаметром 8 ... 20 мм. Диаметр электрода и силу сварочного тока выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла (табл. 11.2).

    .

    В качестве присадочного материала используют прутки марок А и Б. Для перевода тугоплавких окислов в легкоплавкие соединения применяют флюсы на борной основе, чаще всего техническую безводную (прокаленную) буру.

    Горячая сварка чугуна ручным способом, особенно массивных изделий - тяжелый труд. Весьма прогрессивный способ, облегчающий труд и повыша-ющий производительность, - механизированная сварка порошковой проволо-кой. В состав шихты вводят компоненты, которые позволяют получать состав металла шва, представляющий собой чугун. Состав порошковой проволоки марки ППЧ-3 для горячей сварки чугуна приведен в табл. 11.3.



    Горячая сварка чугуна позволяет получать сварные соединения, равно-ценные свариваемому металлу (по механическим характеристикам, плотности, обрабатываемости и др.), однако это трудоемкий и дорогостоящий процесс. Вместе с этим в ряде случаев к сварным соединениям из чугуна не предъявля-ется таких требований. Часто, например, достаточно обеспечить только равно-прочность или только хорошую обрабатываемость, или плотность сварных швов. С помощью различных металлургических и технологических средств можно получить сварные соединения из чугуна с теми или иными свойствами при сварке с невысоким подогревом или вовсе без предварительного подогрева (т.е. с помощью полугорячей или холодной сварки).

    Холодная и полугорячая сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение серого чугуна в металле шва

    Холодная сварка чугуна электродами положительных результатов не обе-спечивает, так как при больших скоростях охлаждения образуется структура белого чугуна в шве и высокотемпературной области околошовной зоны, а так-же происходит резкая закалка металлической основы участков зоны термичес-кого влияния, нагревающихся в процессе сварки выше температуры Асз. Возникающие при этом деформации превышают деформационную способность металла шва и околошовной зоны, в результате чего образуются трещины.

    Для предупреждения отбеливания необходимо обеспечить такой состав металла шва, для которого в этих условиях будет получаться структура серого чугуна с наиболее благоприятной формой графитных включений. Это может быть достигнуто путем введения в наплавленный металл достаточно большого количества графитизаторов и легирования чугуна элементами, способствующи-ми сфероидизации карбидов (магнием). Примером таких электродов могут слу-жить электроды марки ЭМЧ, стержень которых представляет собой чугун с по-вышенным (до 5,2 %) содержанием кремния, покрытие двухслойное: первый слой - легирующий, второй - обеспечивает газовую и шлаковую защиту:


    При сварке этими электродами чугунных деталей с толщиной стенки до 12 мм без предварительного подогрева удается получить швы и околошовную зону без отбеливания и закалки. Некоторому замедлению скорости охлаждения при эвтектической температуре способствует реакция между железной окали-ной и алюминиевым порошком, протекающая с выделением теплоты.

    Электроды из никелевых чугунов обеспечивают получение швов, обла-дающих хорошей обрабатываемостью. Тонкое покрытие (М), наносимое на стержни из никелевых чугунов, рекомендуется следующего состава: карборунд 55 %; углекислый барий 23,7 %; жидкое стекло 21,3 %. Сварку выполняют в не-сколько слоев при возвратно-поступательном перемещении электрода. Основ-ной недостаток электродов из никелевых чугунов - повышенная склонность к образованию горячих трещин.

    При сварке этими электродами массивных деталей, для получения безде-фектных сварных соединений, приходится их подогревать до температур 400°С. Для улучшения обрабатываемости и некоторого повышения пластич-ности металла шва используют электроды из никелевых чугунов, например нирезиста или никросилаля (табл. 11.4).


    Получить в наплавленном металле серый чугун можно, применяя спе-циальные сварочные материалы, которые обеспечивают легирование через электродное покрытие. Примером таких материалов могут служить электроды, стержень которых изготовлен из низкоуглеродистой проволоки, например, марок Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246-70, а в легирующем покрытии содер-жится достаточное количество элементов-графитизаторов - углерода и кремния. Наиболее характерны электроды марки ЭМЧС, стержень которых состоит из низкоуглеродистой электродной проволоки, а покрытие - из трех слоев:


    Электроды изготовляют путем последовательного нанесения обмазки, замешенной на жидком стекле, причем толщина каждого слоя должна обеспечивать относительную массу 1-го слоя 55 ... 60 %, 2- и 3-го - по 15...20 %. Как видно из приведенного состава покрытия, 1-й слой является легирующим, 2-й шлако- и газообразующим, 3-й - газозащитным. Графит и силикомагний, входящие в состав 1-го слоя, служат графитизаторами, причем магний в неко-торой степени способствует сфероидизации графита; гематит и алюминий, вступая во взаимодействие, способствуют некоторому снижению скорости охлаждения при эвтектической температуре и тем самым получению в шве структуры серого чугуна.

    Применение этих электродов при сварке чугунных изделий с относитель-но небольшой толщиной свариваемого металла (до 8 ... 10 мм) позволяет полу-чить качественные сварные соединения без предварительного подогрева изде-лия; при больших толщинах необходимо применять полугорячую сварку.

    Для холодной и полугорячей сварки чугуна полуавтоматами используют специ-альные порошковые проволоки, обеспечивающие получение в шве се-рого чу-гуна. Для холодной сварки изделий с относительно небольшой толщи-ной стенок (в месте сварки) рекомендуется проволока марки ППЧ-1, для полу-горячей сварки - проволока ППЧ-2 (табл. 11.5), а также проволоки ППНЧ-7; МН-25; ПАНЧ-11.

    11.5. Составы порошковых проволок и наплавленного ими металла для холодной и полугорячей сварки чугуна, %


    Механизированная сварка порошковой проволокой позволяет получать наплавленный металл близкий по составу и структуре к свариваемому чугуну. При заварке дефектов в крупных чугунных отливках, для исправления которых необходимо наплавить большой объем металла, а также при изготовлении кру-пногабаритных массивных изделий из высокопрочных чугунов с шаровидным графитом, можно использовать электрошлаковую сварку пластинчатыми элект-родами. Эти электроды представляют собой литые чугунные пластины с содер-жанием элементов-графитизаторов (углерода и кремния), равном содержанию последних в электродных стержнях марок А и Б, и 0,04 ... 0,08 % Mg.

    При электрошлаковой сварке чугуна применяют фторидные обессериваю-щие и неокислительные флюсы. Замедленное охлаждение металла шва и около-шовной зоны, характерное для электрошлаковой сварки, позволяет получать сварные соединения без отбеленных и закаленных участков, трещин, пор и дру-гих дефектов. Электрошлаковая сварка обеспечивает вполне удовлетворитель-ные механические свойства сварных соединений из чугуна и хорошую их обра-батываемость.

    Кроме общего подогрева, применяемого при полугорячей сварке различ-ными способами, в ряде случаев (в зависимости от конструкции) можно ограни-читься местным подогревом до нужной температуры. В процессе сварки необ-ходимо обращать внимание на то, чтобы изделие В районе сварки не охлажда-лось ниже заданной температуры подогрева.
    Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали.

    Если выполнить наплавку на чугун электродами, предназначенными для

    сварки углеродистых или низколегированных конструкционных сталей, то в

    1-м слое даже при относительно небольшой доле участия основного металла получится высокоуглеродистая сталь, которая при скоростях охлаждения, имеющих место в условиях сварки без предварительного подогрева изделия, приобретает резкую закалку. Поэтому металл 1-го слоя будет иметь высокую твердость, низкую деформационную способность и окажется подверженным образованию холодных трещин, а также пористости. Во 2-м слое, естественно, доля участия чугуна уменьшится, Однако содержание углерода в нем будет находиться еще на высоком уровне, что также приведет к закалке и возможно-му образованию трещин. В последующих слоях доля участия чугуна окажется незначительной, и металл шва будет обладать определенным уровнем пластич-ности.

    В связи со сказанным такие стальные электроды можно применять только для декоративной заварки небольших по размерам дефектов, если к сварному соединению не предъявляются требования обеспечения прочности, плотности и обрабатываемости режущим инструментом. С целью уменьшения доли участия основного металла в шве, а также размеров зоны термического влияния (в том числе и участков отбеливания и закалки) применяют электроды небольших диа-метров (для 1-го слоя 3 мм, для 2-го и последующих 3 ... 4 мм), на малых токах [Iсв = (20 ... 25)dэ], не перегревая основной металл.

    Сначала выполняют облицовку 1-м слоем. Сварку выполняют короткими участками, валиками небольших сечений [FH = (6 ... 8)d3] вразброс для охлаж-дения шва и околошовной зоны до температуры 50 ... 60 °С. После 3-го слоя можно применять режимы с несколько большей погонной энергией, но также с перерывами, чтобы зона разогрева чугуна была небольшой. Для уменьшения напряжений полезно применять проковку средних слоев.

    При сварке чугуна низкоуглеродистыми электродами общего назначения наиболее слабое место сварного соединения - околошовная зона у границы сплавления. Хрупкость этой зоны и наличие в ней трещин нередко приводят к отслаиванию шва от основного металла. 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. Раз-меры шпилек обычно зависят от толщины свариваемых деталей. Практикой ус-тановлены следующие рекомендации: диаметр шпилек 0,3 ... 0,4 толщины дета-ли, но не более 12 мм; глубина ввертывания шпилек 1,5 диаметра их, но не бо-лее половины толщины свариваемых деталей; высота выступающей части 0,75 ... 1,2 диаметра шпильки. Шпильки располагают в шахматном порядке на ско-шенных 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 (рис. 11.6).

    Рис. 11.6. Сварка чугуна с применением стальных шпилек:

    а - установка шпилек при V-образной подготовке кромок; б - обварка шпилек;

    в - вварка стальных связей: 1 - отверстия с резьбой; 2 - шпильки; 3- связи;

    4- обварка шпилек и связей; 5 - заварка трещин; г - формовка при сварке чугуна: 1 - верхняя; 2 - боковая

    При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения количества наплавленного металла рекомендуется в шов вваривать связи из круглой или полосовой стали (рис. 11.6, в). Для удержания расплавленного металла шва ре-комендуется заформовать трещину (рис. 11.6, г).

    Для снижения содержания углерода в металле шва предложено выполнять сварку по слою флюса, содержащего до 30 % железной окалины (например: буры 50 %, каустической соды 20 %, железной окалины 30 %).

    Углерод, попадающий в сварочную ванну, в высокотемпературной ее час-ти активно окисляется и выводится из нее в виде окиси углерода, не раствори-мой в металле. В результате концентрация углерода к моменту затвердевания сварочной ванны снижается. Твердость металла шва уменьшается, деформа-ционная способность возрастает.

    Однако для более полного эффекта выжигания углерода необходимо при-менять режимы сварки, характеризующиеся относительно большой погонной энергией, что, однако, отрицательно сказывается на околошовной зоне: в ней образуются значительные по размерам участки отбеливания и закалки, приво-дящие к образованию трещин. При сварке чугуна с достаточно высоким содер-жанием элементов-графитизаторов при небольшой толщине стенки сваривае-мых деталей можно получить положительные результаты частичной релакса-цией сварочных напряжений, что снижает вероятность образования трещин в зоне термического влияния.

    Для сварки чугуна используют медно-железные, медно-никелевые и желе-зоникелевые электроды. Существует несколько типов медно-железных элект-родов:

    1. Медный стержень с оплеткой из жести толщиной 0,25 ... 0,3 мм, кото-рую в виде ленты шириной 5 ... 7 мм навивают на стержень по винтовой линии. На электрод наносят ионизирующее толстое покрытие. Либо электрод со стер-жнем, изготовленным из комбинированной проволоки, представляющий собой сердечник стальной проволоки, плотно запрессованный в медную трубку, из-готовляют на станках для производства порошковой проволоки.

    Может быть также и другой вариант: медный стержень со стальной оболо-чкой. Во всех разновидностях содержание железа в наплавленном металле не должно превышать 10 ... 15 %, так как в противном случае в шве рбразуются (в большом количестве) очень твердые включения железа с высоким содержанием углерода, ухудшающие обрабатываемость и снижающие пластичность шва.

    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 электродо-держатель, прихватывают для надежного контакта между всеми стержнями.

    3. Наиболее совершенные из числа медно-железных электродов –элек-троды марки 03Ч-1, представляющие собой медный стержень диаметром 4 ... 5 мм, на который нанесено покрытие, состоящее из сухой смеси покрытия

    УОНИ-13 (50 %) и железного порошка (50 %), замешенных на жидком стекле.

    Медно-железный сплав в шве получается также при сварке медными электродами по слою специального флюса, который состоит из прокаленной буры (50 %), каустической соды (20 %), железной окалины (15 %) и железного порошка (15 %). Флюс насыпают слоем толщиной около 10 мм, расплавляют дугой; далее по мере перемешивания дуга горит между медным электродом и расплавленным флюсом.

    Сварку медно-железным и 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.

    Более удачным оказался другой путь. В металл шва вводят сильный кар-бидообразователь - ванадий. В этом случае в основном образуются карбиды данного элемента, не растворяющиеся в железе и имеющие форму мелкодис-персных нетвердых включений. Металлическая основа при этом оказывается обезуглероженной и достаточно пластичной. Примером могут служить элек-троды марки ЦЧ-4 со стержнем из низкоуглеродистой проволоки марок Св-08 или Св-08А и покрытием следующего состава: мрамор 12 %, плавиковый шпат 16 %, феррованадий 66 %, ферросилиций 4 %, поташ 2 %, жидкое стекло 30 % массы сухой смеси.

    Металл, наплавленный этими электродами, имеет следующий состав: до 0,15 % С; до 0,6 % Si; 0,5 % Мп; 8,5 ... 0,5 % V; серы и фосфора до 0,04 % каж-дого. Этими электродами сначала облицовывают кромки на малых токах. Свар-ку выполняют параллельными валиками с перекрытием каждого предыдущего на половину его ширины. После 2-го слоя силу тока увеличивают на 15 ... 20 %; окончательно разделку заполняют электродами УОНИ-13/45.

    Область применения таких электродов - сварка поврежденных деталей и заварка дефектов в отливках из серого и высокопрочного чугуна. В случае не-обходимости можно также сваривать соединения серого и высокопрочного чу-гуна со сталью. Сварные соединения, выполненные этими электродами, имеют удовлетворительную обрабатываемость, плотность и достаточно высокую про-чность. К способам, обеспечивающим получение в наплавленном металле низ-коуглеродистой стали, можно также отнести механизированную сварку корот-кими участками электродной проволокой марок Св-08ГС или Св-08Г2С диа-метром 0,8...1 мм в углекислом газе. Сила сварочного тока составляет 50... 75 А, напряжение дуги 18 ... 21 В, скорость сварки 10 ... 12 м/ч.
    Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в металле шва цветных и специальных сплавов
    Для получения швов, обладающих достаточно высокой пластичностью в холодном состоянии, применяют электроды, обеспечивающие получение в нап-лавленном металле сплавов на основе меди и никеля. Медь и никель не образу-ют соединений с углеродом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Поэтому, попадая в зону не-полного расплавления, прилегающую к шву, они уменьшают вероятность отбе-ливания. Кроме того, повышению пластичности металла шва способствует воз-можность проковки наплавленного металла в горячем состоянии для уменьше-ния уровня сварочных напряжений. Проковка обязательна, так как при этом уменьшается опасность образования трещин в околошовной зоне.

    Общий недостаток медно-железных электродов - неоднородная структура шва: мягкая медная основа и очень твердые включения железной составляю-щей, затрудняющие обработку и препятствующие получению высокой чистоты обработанной поверхности. Несколько лучшей обрабатываемостью обладают швы, выполненные электродами марки АНЧ-1, стержень которых состоит из аустенитной стали марки Св-04Х18Н9 и медной оболочки. На электрод наносят покрытие фтористокальциевого типа.

    Наиболее рационально применять медно-железные электроды для завар-ки отдельных несквозных пороков или небольших неплотностей, создающих течи на отливках ответственного назначения, в том числе работающих под дав-лением (фланцы, подшипники).

    Медно-никелевые электроды в производстве применяют главным обра-зом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твердости недопустимо. Положительные свойства таких электродов в том, что никель не растворяет углерод и не образует структур, имеющих высокую твер-дость после нагрева и быстрого охлаждения. Отбеливание зоны частичного рас-плавления при небольших ее размерах практически отсутствует, так как медь и никель (элементы-графитизаторы) проникая в этот участок, оказывают положи-тельное действие. В то же время никель и железо обладают неограниченной растворимостью, способствуя надежному сплавлению.

    Для изготовления электродов используют и медно-никелевые сплавы: мо-нель-металл, содержащий 65 ... 75 % Ni, 27 ... 30 % Сu, 2 ... 3 % Fe и 1,2 ... 1,8 % Мn (например, НМЖМц 28-2,5-1,5); константан, содержащий

    60 % Ni и 40 % Сu (МНМц 40-1,5); нихром (Х20Н80).

    Недостатки этих сплавов - их высокая стоимость и дефицитность, а также большая усадка, приводящая к образованию горячих трещин. Горячие трещины иногда имеют вид сплошной сетки, что снижает прочность сварного соедине-ния. В связи с этим данные сплавы не рекомендуется применять для заварки трещин в изделиях, которые несут силовую Нагрузку. Заварка же отдельных мелких раковин позволяет получить хорошие результаты, так как обеспечивает возможность последующей механической обработки.

    Находят применение в промышленности электроды марок МНЧ-1 со сте-ржнем из монель-металла и МНЧ-2 со стержнем из константана. Обе марки имеют электродные покрытия вида типа Б. Сварку выполняют электродами ди-аметром 3 ... 4 мм, ниточным швом, короткими участками при возвратно-посту-пательном движении электрода, не допуская перегрева детали, для чего реко-мендуются перерывы для охлаждения. Наплавленные валики в горячем состо-янии следует тщательно проковывать ударами легкого молотка. Для заварки отдельных небольших дефектов на обрабатываемых поверхностях отливок от-ветственного назначения из серого и высокопрочного чугуна, пороков, выяв-ленных на механически оброботанных поверхностях изделий и при ремонте оборудования из чугунного литья, используют также железоникелевые элект-роды со стержнем из сплава, содержащего 40 ... 60 % Ni и 60 ... 40 % Fe. При сварке такими электродами обеспечивается достаточно высокая прочность и некоторая вязкость металла шва. Железоникелевые электродыобладают опре-деленными преимуществами, к числу которых кроме высокой прочности мож-но отнести меньшую, чем у медноникелевых сплавов, литейную усадку, одно-цветность наплавки с чугуном. Примером электродов такого типа могут слу-жить электроды марки ЦЧ-ЗА со стержнем из проволоки Св-08Н50 и покры-тием из доломита (35 %), плавикового шпата (25 %), графита черного (10 %) и ферросилиция (30 %), замешенных на жидком стекле. Чугун также можно сва-ривать в среде аргона проволокой из меди МНЖКТ 5-1-0,2-0,2, содержащей никель, железо, кремний, титан.

    Необходимо всегда иметь в виду, что все электроды, содержащие никель, дефицитны и могут применяться для сварки чугуна ограниченно, например, для заварки небольших раковин, вскрытых на последних операциях механической обработки, в деталях больших размеров и большой жесткости.


    написать администратору сайта