3. Технологические варианты сварки чугуна

3.1. Горячая сварка

Трудоёмкий и энергоёмкий технологический процесс. Обычно металл шва соответствует основному металлу, и механические свойства соединения близки свойствам основного металла. Данный способ применяется для исправления брака литейного производства чугуна, когда есть условия поддерживать высокотемпературный постоянный тепловой режим, а само изделие никогда не было в эксплуатации.

Основные операции при горячей сварке чугуна:

-- разделка соединяемых кромок под сварку;

-- формовка зоны сварки, основание формы – графитовая пластина;

-- нагрев зоны и участков, снижающих тепловые деформации до температуры 650 700 ;

-- ручная дуговая сварка (заливка формы жидким металлом), ведётся чугунным электродом диаметром 4 18 мм, сила тока может быть более 1000 А, поэтому используются специальные держатели. Механизированная сварка с применением порошковой проволоки диаметром до 3,6 мм марки ПП-АНЧ-2(3), сила тока зависит от диаметра проволоки.

-- после сварки желательно провести отжиг всей детали при температуре 700 750 или обеспечить медленное охлаждение с использованием теплоизоляционных материалов.

3.2. Полугорячая сварка чугуна

Данный вариант применяется как для исправления брака литья и при ремонтно-восстановительных работах. Сварка ведётся с предварительным подогревом до 400 зоны сварки и тех конструктивных участков детали, которые могут резко вызвать тепловые деформации (напряжения) в процессе сварки. Металл шва может соответствовать основному металлу – чугуну, если использовать сварочные материалы, требующиеся при таком виде сварки. Металл шва сложного химического состава получается при использовании сварочных материалов, в состав которых входят Si, Ni, Cu, Co, являющиеся активными графитизаторами. В любом случае возможно отбеливание чугуна на отдельных участках по линии сплавления.

3.3. Холодная сварка чугуна

Применяется чаще всего при ремонтно-восстановительных работах. Металл шва имеет сложный химический состав, имеются участки отбелённого чугуна. Прочность соединения может достигать 75% от прочности основного металла. Технология сварки, сварочные материалы в каждом случае выбираются индивидуально.

3.3.1. Холодная сварка с заполнением металла шва низкоуглеродистой сталью

Сварка базируется на применении электродов, которые препятствуют переходу углерода в основной объём металла шва. Такие электроды содержат большое количество графитизаторов. Например, электроды ЦЧ-4 содержат в области поверхностного слоя 60% феррованадия, активного графитизатора.

Порядок проведения работ

-- Произвести разделку свариваемых частей с большим углом раскрытия, см. Рис.1.

-- Сварить части детали первым 1' корневым швом. Длина валика 50 мм. Сварка ведётся на малой погонной энергии, с контролем температурного режима, электродом марки ЦЧ-4.

-- Произвести облицовку (наплавку) свариваемых кромок в два слоя. Валики перекрывают друг друга на половину своей ширины, см. Рис.1. Облицовка производится электродами марки ЦЧ-4, каждый валик в процессе удаления шлаковой корки интенсивно проковывается. Данная операция снижает напряжённое состояние, возникающее в соединении.

-- Заполнить оставшуюся часть соединения (основной объём) низкоуглеродистой сталью. Заполнение производится с применением электродов марки УОНИИ-13/45А с повышенными свойствами пластичности. Каждый валик накладывается на минимальной погонной энергии, проковывается с контролем теплового режима.

3.3.2. Холодная сварка с заполнением металла шва сплавом на основе никеля

Сварка производится самозащитной проволокой сплошного сечения ПАНЧ-11, диаметром 1,2 мм. Это механизированный вид сварки. Металл шва – на основе никеля. Сварка ведётся в целевую разделку, см. Рис.2. Данную проволоку можно использовать для облицовки свариваемых кромок, а также для сварки чугуна со сталью.

Режим сварки: сила тока 110-120 А, напряжение 16-20 В, длина валика до 100 мм, длина валика зависит от требуемого теплового режима.

3.3.3. Металл шва – комбинированный состав

Применяется для исправления различных дефектов на чугунных деталях. Поверхностные дефекты (поры рыхлости и т.п.) на деталях, работающих под давлением, исправляют полугорячей сваркой с использованием электродов на медной основе марки «Комсомолец». Металл шва - сплав меди и железа (до 15%). Дефекты на рабочих поверхностях концентрированные, но несквозные, исправляют холодной сваркой с использованием электродов на никелевой основе марки ЩЗЖН-1. Металл шва соответствует сплаву на основе никеля и железа (до 30%), трудно обрабатываемый. Дефекты на рабочих поверхностях, обнаруженные после механической обработки, исправляются холодной сваркой с использованием электродов марки МНЧ-2, МНБ-40 и т.п. Металл шва – сплав меди, никеля и железа, хорошо обрабатывается резанием. Дефекты на малогабаритных деталях можно исправлять газопламенной обработкой. Газовая сварка ведётся нормальным пламенем с использованием чугунных стержней марки СКЧ-3 и СКБЧ-1 и керамических флюсов ФСЧ-1(2), МАФ-1 и ФПСН-12; применяется для исправления поверхностных дефектов. Газопорошковая наплавка самофлюсующимися порошками ПФЧ-1(2,3) используется для восстановления поверхностей. Образованная поверхность обладает повышенной твёрдостью. Слабо нагруженные элементы можно восстановить пайкой нормальным пламенем с присадкой латунного прутка марки ЛОМНА.

Чугун является трудносвариваемым материалом, поэтому следует рассмотреть возможность применения других технологических процессов для устранения дефектов и восстановления деталей из чугуна. Например, в отдельных случаях применим механический способ (стяжки, заглушки, скобы) или химический способ (мастики, уплотнители, пропитки и проч.).

Рис.1 Подготовка свариваемых кромок при ручной дуговой сварке и порядок заполнения разделки Рис.2 Подготовка свариваемых кромок при механизированной сварке проволокой ПАНЧ-11