6.2. Свариваемость чугуна

Чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Основными причинами являются:

1) Высокие скорости охлаждения металла шва и ОШЗ, соответству­ющие термическому циклу сварки приводят к отбеливанию чугуна - образованию твердого и хрупкого цементита в котором под действием остаточных напряжений за счет неравномерного нагрева, а также за счет разной плотности отбеленных участков (7,4-7,7 г/см³) и участков с серым чугуном (плотность 6,9-7,3 г/см³) могут возникнуть трещины.

Трещины, образующиеся при сварке чугуна, можно отнести к холодным трещинам, так как верхняя граница температурного интервала появления трещин не превышает 250-400°С. Трещи­ны при сварке чугуна образуются, в отличии от холодных трещин при сварке закаливающихся сталей, не при постоянной температуре, а чаще всего в процессе охлаждения, когда внутренние напряжения вследствие усадки шва непрерывно возрастают. Напряжения не могут релаксироваться ввиду ничтожной пластичности серого чугуна, а металлографический анализ показывает, что для образования трещин наличие закалочных структур (цементита, мартенсита) в ЗТВ необя­зательно. В то же время возникновение трещин значительно облегчается, если в околошовной зоне имеется мартенсит, который увеличивает напряжения второго рода.

2).Большая склонность к образованию пор за счет сильного газооб­разования в сварочной ванне.

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

4).Наличие кремния, а иногда и других элементов в металле свароч­ной ванны способствует образованию на ее поверхности тугоплавких окислов, приводящих к образованию непроваров.

Чугунные детали, работающие длительное время при высоких темпера­турах, почти не поддаются сварке. Причиной служит охрупчивание чугу­на за счет высокотемпературного окисления углерода и кремния. Его показывают иногда горелым. Также плохо свариваются чугуны, работа­ющие длительное время в соприкосновении с маслом и керосином. В та­ких случаях поверхность чугуна как бы пропитывается маслом и керосином, которые при сварке сгорают и образуют газы, способствующие по­явлению сплошной пористости в сварном шве.

6.3. Способы сварки чугуна

6.3.1. Горячая сварка

Наиболее эффективное средство предотвращения отбеливания металла шва и ЗТВ и закалки - 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 ликвидации трещин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее за счет уменьшения термических напряжений.

Горячая сварка чугуна позволяет получать сварные соединения, равноценные свариваемому металлу (по механическим характеристикам, плотности, обрабатываемости), однако это трудоемкий процесс. Он включает в себя:

а) подготовку изделия год сварку;

б) предварительный подогрев деталей;

в) сварку;

г) последующее охлаждение.

Подготовка под сварку зависит от вида исправляемого дефекта и включает в себя: очистку от загрязнения, разделку, подформовку места сварки для предупреждения вытекания чугуна из места заварки, либо для придания месту заварки необходимой формы. Формовку производят либо с помощью графитовых пластинок, либо с помощью формовочной смеси. После формовки необходима просушка (при Т до 120°С) затем предварительный подогрев под сварку со скоростью 120-150°С в час, в печах, горнах и др. Замедленное охлаждение после сварки достигается укрытием сварных изделий теплоизолирующим материалом (асбест, песок, шлак) или при охлаждении вместе с печами.

Для сварки используют плавящиеся электроды со стержнями из чугуна марок А или Б.

Состав чугунных стержней:

Марка	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Примечания
А	3,0-3,5	3,0-3,4	0,5-0,8	0,2-0,4	до0,08	до0,05	до0,3	для горячей сварки
Б	3,0-3,5	3,5-4,0	0,5-0,8	0,3-0,5	до0,08	до0,05	до0,3	для горячей и полугорячей сварки

В состав покрытия, наносимого на литые прутки диаметром 5-20мм, входят стабилизирующие и легирующие материалы. В качестве последних использует графит, карборунд, ферросилиций, силикокальций и др. Горячую сварку чугуна выполняют на больших токах J_св=(60÷100d_э) без перерывов до конца заварки. Электродержатель должен иметь за­щитный кожух.

Можно производить сварку угольным электродом. Сварка на постоянном токе прямой полярности. В качестве присадочного материала исполь­зуют чугунные прутки марок А и В.

В последнее время стали широко применять сварку порошковой про­волокой ППЧ-3. В состав порошковой проволоки входит шихта, дающая при расплавлении чугуна.

Состав порошковой проволоки ППЧ-3:

Материал	C	Si	Al	Ti
Порошковая проволока	4,5-5	3,3-4	0,1-0,3	0,1-0,3
Наплавленный металл	3,0-3,8	3,0-3,8	до 0,1	до 0,1

Недостаток − при горячей сварке чугуна резко ухудшаются условия труда сварщика.