книги из ГПНТБ / Фоминых В.П. Электросварка учеб. для проф.-техн. училищ

рис. 85, а представлена схема влияния элементов на отбе-

Рис. S5. Зависимость структуры чугуна от:

о — концентрации элементов, б — содержания углерода и кремния, в — от тол­ щины стенок (скорости охлаждения) и суммарного содержания в нем углеро­ да и кремния

Чугун, основой которого является железо, содержит следующие химические элементы: углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, магний и легирующие компо­ ненты в виде хрома, никеля, молибдена и др.

Повышение содержания углерода в сплаве железо плюс углерод, вызывает снижение температуры плавле­ ния и повышение его жпдкотекучести, что является одной из причин невозможности сварки чугуна во всех прост­ ранственных положениях. Углерод в чугуне способствует выделению структурно-свободного графита, что снижает механические свойства чугуна.

Кремний в чистом железе растворяется до 14,3%. Он уменьшает устойчивость карбидов и способствует выде­ лению свободного графита. Увеличение содержания крем­ ния в чугуне уменьшает усадку чугуна при затвердева­ нии за счет увеличения количества выделяющегося гра­ фита. Чем выше содержание кремния, тем выше графитообразование, т. е. кремний способствует графитизации чугуна.

Марганец, молибден, хром, сера, ванадий препятст­ вуют образованию графита.

Марганец с железом образует растворы любой кон-

190

карбида. При увеличении содержания марганца увеличи­ вается усадка чугуна и металл приобретает склонность к образованию горячих трещин.

Сера с железом образует сульфид железа (FeS), ко­ торый представляет собой твердое, хрупкое вещество. Сульфид железа с железом образует эвтектику с темпе­ ратурой плавления 953° С. Эвтектика, затвердевая нес­ колько позже основного металла (чугуна), выделяясь по границам зерен, способствует образованию горячих трещин.

Фосфор в железе растворяется до 0,3%, но образует тройную эвтектику железа, цементита и фосфористого железа, которая представляет хрупкое вещество с темпе­ ратурой плавления 950—980°С. Эвтектика увеличивает жндкотекучесть чугуна. Фосфор не отбеливает и не графитизирует чугун. Увеличение фосфора в чугуне увели­ чивает его жндкотекучесть.

Магний, являющийся стабилизатором карбидов, спо­ собствует отбелу чугуна, по он, добавляемый в жидкий чугун, способствует выделению графита шаровидной формы.

В чугуне могут образовываться следующие структур­

Способы сварки

Сварка чугуна применяется в ремонтных целях и для изготовления сварнолитых конструкций. К сварным сое­ динениям чугунных деталей в зависимости от типа и ус­ ловий эксплуатации предъявляют требования по механи­ ческой прочности, плотности (водонепроницаемость, газо-

191

непроницаемость) и обрабатываемости режущим инстру­ ментом. Обеспечить эти требования при сварке весьма сложно из-за физико-химических особенностей чугуна.

Трудности, возникающие при сварке чугуна, обуслов­ лены, как правило, низкой стойкостью металла сварного соединения против образования трещин и плохой его об­ рабатываемостью на механических станках.

Низкая стойкость основного металла и металла околошовпой зоны против образования трещин характерна для чугуна пониженным запасом деформационной спо­ собности (пониженная прочность и пластичность).

Указанные особенности чугуна являются следствием нарушения сплошности его металлической основы вклю­

Эти свойства чугуна определяются высоким содержани­ ем углерода в нем.

Соединение чугунных деталей между собой выполня­ ют газовой сваркой, пайкой, термитной сваркой, литей­ ной сваркой, элекгродуговой сваркой и электрошлаковой. Сварку ведут без подогрева (холодный способ сварки), с местным подогревом и с общим подогревом всего изде­ лия. Для дуговой сварки используют угольные, графито­ вые, стальные и легированные электроды, а также элект­ роды из цветных металлов. Подготовку мест под сварку выполняют механическим путем пли огневым способом. Для удержания расплавленного металла сварочной ван­ ны (чугун жидкотекуч) применяют специальные формов­ ки. Назначение формовки — удерживать расплавленный металл. Формовочная масса имеет следующий состава кварцевый песок, замешанный на жидком стекле 40%, формовочная земля 30% и белая глина 30%.

Подготовленная к сварке деталь подвергается обще­ му или местному подогреву до температуры 350—450° С, Иногда для особо сложных деталей подогрев производят до температуры 550—600°С.

Сварку выполняют как на переменном, так и на по­ стоянном токе. Величину тока подбирают из расчета 50—90 а на 1 мм диаметра электрода.

Техника и технология сварки

Электродуговая сварка угольным электродом. При электродуговой сварке угольным электродом применяют в качестве электродов угольные или графитовые стерж-

192

ни. Присадочным материалом служат прутки чугуна, а для защиты и раскисления ванны применяют флюс, со­ стоящий нз технической безводной буры (Na2 B4 07), про­ каленной при температуре около 400° и растертой в по­ рошок. Иногда в качестве флюса применяют смесь, со­

Электродуговая сварка чугунным электродом. В каче­ стве электродов применяют литые стержни диаметром 8—12 мм. На стержни наносят специальные графитизиругощие покрытия. Сварку производят на постоянном то­ ке при обратной полярности, как в горячем, так и в хо­ лодном состоянии. В состав покрытия входит графит, ферросилиций, термит, мрамор, алюминий (порошок), титановая руда и жидкое стекло.

Наплавка и сварка по способу Ростовского института инженеров транспорта. По этому способу наплавку про­ изводят чугунным электродом диаметром 7—8 мм по слою гранулированной шихты.

Применение большого тока, графитизаторов и защит­ ного слоя шихты приводит к тому, что наплавленный ме­ талл получается мягким и обрабатывается обычным режущим инструментом. Отсутствие закалки в металле шва и в переходных зонах основного металла объясняет­ ся значительным разогревом основного металла и замед­ ленным охлаждением. Этот способ занимает промежу­ точное положение между горячим и холодным способами сварки чугуна. Шихта состоит из чугунной стружки 30%, ферросилиция 20%, алюминия 30% и силикокальция 12%.. Основой служит жидкое стекло.

Холодная сварка чугуна. Холодная сварка чугуна — это такой способ сварки, когда местный или общий подо­ грев изделия отсутствует. Холодную сварку чугуна про­ изводят стальными электродами, электродами из цвет­ ных металлов и электродами из аустенитного чугуна.

Сварка стальными электродами. При сварке стальны­ ми электродами с целью образования прочного наплав­ ленного металла, в чугунное изделие завертывают шпиль­ ки, которые впоследствии обваривают. Такой способ при­ меняют при ремонте тяжелых и громоздких чугунных деталей. При сварке чугуна стальными электродами ме­ талл шва обычно содержит повышенное количество угле­ рода, вследствие чего имеет высокую твердость и подвер­ жен образованию кристаллизационных и холодных тре-

щнн. Для снижения твердости металла шва при сварке стальными электродами применяют два способа.

П е р в ы м с п о с о б о м снижают в металле шва со­ держание углерода путем уменьшения глубины проплавления основного металла или процесс сварки ведут по

и структуру металла шва, близкую по химическому со­ ставу и структуре серого чугуна, это достигается путем нанесения на стержень из углеродистой стали толстого графитизирующего покрытия, содержащего 30% ферро­ силиция и 30% графита.

Сварка медножелезными электродами. Для сварки чугуна применяют также и медножелезные электроды Покрытие этих электродов состоит из основного типа, содержащее железный порошок. В качестве стержней применяют медь марки М2, МЗ или ее сплавы.

Наиболее распространенными типами электродов яв­ ляются электроды марки ОЗЧ-1 и МНЧ-1. Наплавлен­ ный металл этих электродов хорошо обрабатывается. Сварное соединение чугуна, выполненное этими электро­ дами представляет собой механическую смесь меди и же­ лезоуглеродистого сплава, соединенного с основным ме­ таллом общими кристаллами стали, а также путем ча­ стичной диффузии меди в микропоры чугуна.

Сварка железоникелевыми электродами. Электроды марки ЦЧ-3 и ЦН-ЗА изготавливают из железоникелевой проволоки с покрытием фтористо-карбонатного ти­ па и применяют для сварки высокопрочных и серых чу­ гунов.

Электродуговая сварка электродами из аустенитного чугуна с токоподводящей обмазкой. Эти электроды пред­ назначены для заварки дефектов литья и ремонтной свар­ ки. Сварку этими электродами ведут постоянным током при прямой полярности. Обмазка этих электродов имеет хорошую электропроводность и поэтому дуга горит по­ переменно между металлическим стержнем и изделием, а также между обмазкой и изделием.

Механизированные способы сварки чугуна. Чугун иногда сваривают полуавтоматической и электрошлако­ вой сваркой. Полуавтоматическая сварка выполняется с применением порошковой проволоки и дает достаточно

194

хорошие результаты. Электрошлаковая сварка также обеспечивает удовлетворительные свойства сварного сое­ динения из серого чугуна. При этом способе сварки при­ меняют в качестве электродов литые чугунные пластины. Правильный подбор электродов при электрошлаковой сварке и применение фторидных обессеривающих и неокислительиых флюсов, а также замедленное остывание шва и околошовной зоны, что характерно только для электрошлаковой сварки, позволяют получить сварные швы без отбеленных участков, трещин, пор и других де­ фектов, влияющих на качество сварного соединения.

В о п р о с ы д л я с а м о п р о в е р к и

1.Как влияют углерод и кремний на структуру и свойства чу­

гуна?

2.Какие способы сварки чугуна существуют?

3. Какие электроды применяют для дуговой сварки чугуна?

§ 56. СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Медь и ее сплавы

Общие сведения. Медь обладает высокой электропро­ водностью, теплоемкостью, теплопроводностью и корро­ зионной стойкостью, а также имеет достаточно высокую пластичность. В отожженном состоянии она не чувстви­ тельна к низким температурам и сохраняет при них вы­ сокие пластические свойства. Благодаря перечисленным свойствам медь и ее сплавы широко применяются в раз­ личных областях народного хозяйства.

Основные характеристики меди следующие: темпера­

Свариваемость меди в значительной степени зависит от ее чистоты: чем меньше содержится в меди вредных примесей, тем выше ее свариваемость. Лучшей сварива­ емостью обладает раскисленная медь, содержащая не бо­ лее 0,01% кислорода. Вредными примесями в меди, сни­ жающими механические свойства и ухудшающими ее свариваемость, являются также сера, свинец и висмут.

Расплавленная медь интенсивно растворяет газы, особенно кислород. При наличии в основном или приса­ дочном металле кислорода он образует с медью закись

меди Cu2 0. Закись меди образует с медью (основным металлом) эвтектический сплав, который плавится при температуре 1068° С, т. е. при более низкой температуре, чем чистая медь. При кристаллизации металла шва эв­ тектика располагается по границам зерен, а поскольку она является интерметаллоидом, то металлическая связь между зернами меди нарушается — сварное соединение становится хрупким. Поэтому сваривать медь следует присадочным материалом или электродами, обеспечива­ ющими хорошее раскисление металла сварного шва. Для этого в состав присадочной проволоки или в состав по­ крытия электродов вводят раскислнтели: фосфор, крем­ ний, марганец, алюминий и др.

Находящийся в расплавленном металле водород так­ же оказывает отрицательное действие на сварное соеди­ нение. При кристаллизации металла шва водород соеди­ няется с кислородом закиси меди, образуя при этом водя­ ные пары, которые являются причиной водородной бо­ лезни. В момент кристаллизации сварного шва водяной пар стремится выйти на поверхность, образуя при этом большое количество пор и трещин. Этот процесс происхо­ дит по следующей реакции:

Cu2 0 + H 2 = 2Си + Н 2 0 |

Ручная сварка угольным электродом. Сварку меди угольным или графитовым электродом выполняют посто­ янным током прямой полярности. Длина дуги должна быть 35—40 мм. Присадочным материалом служат круг­ лые или прямоугольные прутки из меди марки M l и М2, а также медные прутки с присадкой фосфора, являюще­ гося активным раскислителем. Чтобы избежать перегре­ ва и интенсивного окисления металла присадочного прут­ ка при расплавлении, сечение последнего должно быть 20—25 мм2.

Флюсом при сварке служит плавленная бура или смесь из 95% прокаленной буры и 5% металлического порошкообразного магния. Перед сваркой порошкообраз­ ные флюсы наносят на смоченную жидким стеклом по­ верхность присадочного прутка или свариваемые кром­ ки, которые затем просушивают на воздухе.

Присадочный пруток и кромки свариваемого металла перед нанесением флюса зачищают металлической щет­ кой или промывают 10%-ным раствором каустической соды.

196

Металл толщиной более 4 мм должен иметь разделку . кромок с углом раскрытия 70—90°, Сварку стыков ведут на графитовой или асбестовой подкладке. После сварки шов проковывают и быстро охлаждают.

Режимы ручной дуговой сварки угольным и графито­ вым электродами приведены в табл. 40.

Ручная сварка металлическим электродом. Металли­ ческим электродом сваривают изделие из меди, приме­ няемой в виде проката толщиной более 2 мм.

Сварку выполняют постоянным током обратной по­ лярности при общем подогреве изделий до 300—400° С. Стыковые соединения при толщине металла до 4 мм сва­ ривают без разделки кромок. При толщине металла от 5 до 12 мм применяют Ѵ-образную разделку кромок с уг­ лом раскрытия шва 60—70°.

Электроды «Комсомолец-100» применяют для сварки меди, содержащей не более 0,01 % кислорода, и для свар­ ки меди со сталью. Сварку выполняют короткой дугой постоянным током обратной полярности. Электроды МН-5 применяют для сварки трубопроводов из медноншселевого сплава МНЖ5-1 между собой, с латунью Л90 и бронзой марки Бр. АМц9-2 с толщиной стенок до 5 мм. Сварку выполняют короткой дугой постоянным током обратной полярности.

„АНМц

фектов в отливках из алюминиевых и алюминиевоникелевых бронз. Сварку выполняют короткой дугой постоян­ ным током обратной полярности.

Ручная аргоно-дуговая сварка. При ручной сварке меди в защитных газах применяют инертные газы гелий

197

пое распыление основано на движении положительных ионов с большой скоростью к катоду и его бомбардиров­ ке. Процесс сварки происходит устойчиво и сварка воз­ можна во всех пространственных положениях.

На рис. 86 показаны образцы сварных патрубков диа­ метром до 80 мм из меди МЗС, выполненных аргоно-дуго- вой сваркой с применением проволоки БрКМц-3-1 и буры.

Алюминий и его сплавы

Общие сведения. Алюминий является одним из наибо­ лее распространенных элементов в природе; он обладает малой плотностью, высокой электро- и теплопроводно­ стью, высокой коррозионной стойкостью в окислительных средах и стойкостью против перехода в хрупкое состоя­

ет большое сродство к кислороду, поэтому всегда по­ крыт плотной пленкой окиси алюминия — А12 0з, темпера­ тура плавления которой 2050° С. Тугоплавкая пленка, окиси и возможность образования пор и кристаллизаци­ онных трещин в металле шва — основные трудности при сварке алюминия.

Пленка окиси алюминия препятствует сплавлению ме­ талла сварочной ванны с основным металлом, ее удале­ ние при сварке алюминия металлическими электродами достигается воздействием на нее составляющих флюса или покрытия электрода, а при аргоно-дуговой сварке — в результате катодного распыления. При сварке постоян­ ным током обратной полярности «очищающее» действие тока происходит на протяжении всего периода горения дуги, а при сварке переменным током лишь в те полупе­ риоды, когда изделие является катодом.

Причиной образования пор в сварных швах является водород, который в связи с резким изменением раство­ римости при переходе алюминия из жидкого состояния в твердое, стремится выйти в атмосферу. Кристаллизаци­ онные трещины в сварных швах чистого алюминия воз­ никают из-за повышенного содержания кремния и умень­ шаются с введением в алюминий добавок железа.

Ручная сварка угольным электродом. Сварку уголь­ ным электродом применяют при толщине металла от 1,5 до 20 мм и при заварке дефектов литья из алюминия и его сплавов. Металл толщиной до 2 мм сваривают без

199