4.2 Сварка чугуна

Сварке подвергают детали и изделия из серого (передельного) чугуна следующего состава: 3—3,6% С, 1,6—2,5% Si, 0,5—1% Мп, до 0,12% S и до 0,8% Р

Сварку применяют для ремонта и восстановления изношенных чугунных деталей, а также при устранении литейного брака изделий. Серый чугун успешно и качественно сваривается газовой сваркой. Основные затруднения, возникающие при сварке чугуна, следующие.

1. Возможность образования закалочных структур (мартенсита, троостита) при быстром охлаждении с температур выше 750° С. При расплавлении чугуна возможны местные превращения графита в цементит (отбеливание).

2. Возникновение трещин при неравномерном нагреве как в процессе сварки, так и при остывании после нее. Опасность появления трещин снижается при применении общего равномерного подогрева изделия при сварке до температуры 300° С.

3. Высокая жидкотекучесть, возможность перехода из жидкого состояния непосредственно в твердое и обратно, минуя пластичную фазу.

4. Возможность присутствия в изделии частей и участков с разной структурой.

5. Появление газовой пористости в швах, поскольку при сварке образуется большое количество газообразной окиси углерода.

6. Образование тугоплавких окислов кремния, затрудняющих сварку и требующих применения флюса (буры) для их удаления в шлаки.

Характер распределения графита в чугуне влияет на его свариваемость. Лучше сваривается чугун, в котором графит имеет вид мелких пластинок (перлитный чугун) или шаровидную форму. При мелких и средних включениях графита, окруженных твердым раствором углерода в железе, свариваемость удовлетворительная. Чугун с крупными включениями графита в виде сплошной сетки, затрудняющего оплавление основного и присадочного металла, плохо поддается сварке.

Основная задача при сварке чугуна — получение соединения, равнопрочного основному металлу, с одинаковой твердостью наплавленного металла, переходной зоны и основного металла, допускающей последующую обработку сварного соединения режущим инструментом. Структура и химический состав основного и наплавленного металла должны быть по возможности одинаковыми.

Газовая сварка чугуна — один из наиболее надежных способов получения наплавленного металла, близкого по своим свойствам к основному.

Газовую сварку чугунных изделий следует применять с общим или местным предварительным подогревом до температуры 300— 400° С. После сварки деталь должна медленно остывать для получения однородной равномерной структуры серого чугуна и предупреждения возникновения трещин

При местном подогреве важно обеспечивать одновременный и постепенный нагрев и охлаждение нагреваемых элементов конструкции.

Для сварки чугуна применяют чугунные прутки. В зависимости от назначения прутки выпускают следующих марок: А — для горячей газовой сварки; Б — для газовой сварки с местным нагревом и для электродных стержней; НЧ-1 —для низкотемпературной газовой сварки тонкостенных отливок; НЧ-2 — для низкотемпературной газовой сварки толстостенных отливок; БЧ и ХЧ — для износостойкой наплавки. Диаметр прутков — 4; 6; 8—10 и 12—16 мм, длина 250—450 мм.

Пламя нормальное мощностью 100—120 дм³/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Окислительное пламя вызывает местное выгорание кремния и образование включений твердого белого чугуна.

Сварку следует вести с возможно большей скоростью, не отводя пламя в сторону и защищая ванну восстановительной зоной пламени от воздействия окружающего воздуха.

Для удаления в шлаки окислов кремния, марганца при сварке чугуна приходится применять специальные порошкообразные флюсы. Кроме того, для сварки чугуна пригоден также газообразный флюс БМ-1, разработанный для сварки латуни.

После сварки изделие должно медленно полностью охладиться вместе с горном или печью (или в термоизолированной камере) для предупреждения появления трещин и коробления, возможных при быстром и неравномерном охлаждении, а также во избежание возникновения структуры отбеленного чугуна в месте сварки.

Пайкосварка чугуна латунью. Серый литейный, ковкий и высокопрочный чугуны с успехом могут свариваться проволокой из латуни Л62. Вместо латуни при заварке трещин можно использовать присадочную проволоку из электролитической меди.

Для сварки применяют пламя мощностью 60—75 дм³/ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемого металла. Кромки скашивают под углом 30—40°. Применяют флюс состава: 70% прокаленной буры, 20% поваренной соли и 10% борной кислоты. Можно применять только прокаленную буру или смесь из буры и борной кислоты, взятых в равных количествах.

При сварке кромки чугунной детали не расплавляют, а лишь нагревают до светло-красного каления, затем посыпают флюсом и наплавляют латунью тонким слоем; при этом латунь с поверхности диффундирует в толщу чугуна, обеспечивая прочное сцепление основного и наплавленного металла. Затем латунью постепенно заполняют весь шов, добавляя в расплавленный металл флюс и перемешивая его концом прутка для удаления растворимых газов и окислов.

Низкотемпературная заварка литейных дефектов в чугуне. Данный способ разработан во ВНИИАВТОГЕНМАШе и основан на применении специальных чугунных прутков и флюсов. Процесс заварки происходит без расплавления основного металла и подобен пайке. Роль припоя играет чугунный пруток, имеющий более низкую температуру плавления, чем чугун основного металла. Для заварки изделий с тонкими стенками используют прутки НЧ-1, для толстостенных — прутки НЧ-2. Для этого процесса используют флюсы, Флюс ФСЧ-1 применяют с прутками НЧ-1, флюс ФСЧ-2 — с прутками НЧ-2.