23.Сварка низкоуглеродистых нелегированных и строительных низколегированных сталей

27. Чугун

Горячая сварка чугуна

Особенностью горячей сварки чугуна является тот факт, что для надежного соединения необходимо обеспечить равномерный нагрев всего изделия до температуры 600-700 градусов и затем, замедленное плавное охлаждение. В данном случае, сварка чугуна ведется на постоянном или переменном токе большой мощности. Процесс горячей сварки по своим характеристикам сопоставим отливке чугуна в нагретую форму. В месте сварки, кромки шва скашивают, образуя «канавку», деталь нагревают и затем сваривают, заполняя шов, чем достигается его однородность, практически ничем отличающаяся от металла, из которого выполнена основная деталь. Процесс сварки должен быть непрерывным, не допускающим возможности деформации изделия под влиянием собственного веса. При больших объемах, в рабочем процессе принимают участие сразу два сварщика.

Холодная сварка чугуна

Главным отличием холодного метода сварки чугуна от горячего способа заключается в том, что в этом случае сварка ведется без нагрева изделия. Разновидностей холодной сварки чугуна существует несколько десятков, но все они сводятся к трем основным типам, это:

сварка стальными электродами;сварка электродами из цветных металлов и сплавов;сварка электродами из чугуна.

Сварку ведут участками примерно по 50 мм, перемежая с ручной проковкой каждого, еще горячего валика, для уплотнения и снятия напряжений с металла.

ЧУГУН Свариваемость и свойства сварных соединений зависят от структуры чугуна. Структура определяется составом чугуна и технологическими факторами, главным из которых является скорость охлаждения с высоких температур. Главный процесс, формирующий структуру - это процесс графитизации, т. е. процесс выделения углерода в чугуне. Процесс графитизации при сварке является благоприятным, так как выделение углерода в свободном состоянии уменьшает хрупкость чугуна. Все элементы, содержащиеся в чугуне делятся на две группы: способствующие графитизации (графитизаторы) - C, Si, Al, Ni, Co, Cu; задерживающие графитизацию (отбеливающие), способствующие выделению углерода в виде цементита и охрупчиванию чугуна - S, V, Сг, Sn, Mo, Mn. Основными трудностями при сварке чугуна являются: охрупчивание сварного шва и зоны термического влияния в связи с отбеливанием при охлаждении после сварки; склонность к образованию холодных трещин в связи с образованием хрупких структур и наличие высоких сварочных напряжений; пористость в связи с интенсивным газовыделением при сварке; повышенная жидкотекучесть чугуна, что затрудняет удержание сварочной ванны от вытекания.

В зависимости от температуры подогрева сварку чугуна разделяют: с подогревом (горячая), без подогрева (холодная). Горячая - с низким подогревом до 300-400°С и высоким подогревом до 600-700°С, холодная - без предварительного подогрева. Наилучшие результаты (отсутствие хрупких структур и трещин, хорошие свойства соединений) получают при горячей сварке. Технология горячей сварки включает в себя следующие операции: подготовка под сварку, предварительный подогрев сварки, последующее медленное охлаждение изделия.

При горячей сварке чугуна используют следующие виды сварки газовую, ручную дуговую, механизированную дуговую и порошковой проволокой. Ручную дуговую сварку выполняют плавящимися покрытыми и угольными электродами. Для сварки плавящимся электродом используют чугунные электроды (ОМЧ-1, ВЧ-3, ЭП-3 и др.), которые состоят из чугунного стержня марок А и Б и содержат 3-3,5% углерода, 3-4% кремния, 0,5-0,8% марганца м стабилизирующее покрытие с добавкой графитизаторов. Сварку ведут на повышенных токах 1а = (60 + 100)d, с использованием специальных электрододержателей. Используют электроды диаметром до 12 мм. Сварку угольным электродом проводят стержнями диаметром 8-20 мм с использованием присадочных чугунные прутков марок А и Б и флюса на основе буры. Наряду с ручной применяют механизированную горячую сварку чугуна порошковой проволокой типа ППЧ-3, содержащей 4,5-5% С; 5,3-4,0% Si 0,1-0,3% Al; 0,1-0,3% Ti. Недостатком горячей сварки чугуна являются усложнение технологам, связанной с подогревом, и тяжелые условия работы сварщика.

При холодной сварке чугуна требуются специальные меры, чтобы получить соединение без трещин и хрупких зон. К этим мерам относят применение электродов с повышенным содержанием графитизаторов (C, Si), а также модификаторов, чтобы получить в шве структуру серого чугуна, эти элементы вводят в металл шва через электродный стержень, покрытие (при использовании стальных стержней) или через наполнитель порошковой проволоки; применение электродов, обеспечивающих получение в металле шва пластичной структуры из цветных металлов и сплавов.

Для этой цели используют сплавы на основе меди и никеля (электроды МНЧ-1), которые не образуют соединения с углеродом, уменьшают его растворимость, способствуют графитвзации, уменьшают отбеливание в металле шва. Используют железомедные, железоникелевые и медно-никелевые электроды. Такие электроды делаются составными - стержень из цветного металла, а железо вводят в виде оплетки, дополнительного стержня или порошка в покрытии. Содержание железа в металле шва обычно не должно превышать 10-15%, а сварку ведут на минимальном тепловложении, для того чтобы уменьшить зону нагрева с образованием остаточных напряжений и структурных изменений. Для этого применяют электроды малых диаметров 3-4 мм, малую силу тока Iга =(20 + 30)d сварку короткими участками 15-25 мм, проковку шва после сварки. Применяют также другие специальные меры, например сварку со стальными шпильками для получения прочного механосварного соединения. В кромки детали предварительно ввертывают шпильки, которые затем заваривают. Применяют низкотемпературную газовую пайку-сварку. Холодную сварку применяют при ремонте и восстановлении деталей простой формы, малой толщины.