Чугуны и их свариваемость

В настоящее время известно большое количество способов и технологических приемов сварки чугуна.

Сварка чугуна сопряжена с большими затруднениями из-за сравнительно большого перепада температур, характерного для местных источников нагрева. В зоне термического влияния, почти при всех случаях сварки чугуна, особенно без подогрева, образуется отбел или цементирующие выделения, приводящие к образованию трещин.

Чугун относится к группе ограниченно сваривающихся материалов. Основные особенности сварки чугунов является затруднения в получении качественного сварного соединения, а также определение свариваемости разными авторами определяется по-разному. По мнению многих авторов, свариваемость определяется главным образом структурным составом чугуна, его размером зерен, формой и размером графитных включений.

Серый чугун характеризуется наличием свободного углерода. Основная часть углерода в серых чугунах выделяется в виде крупных пластин графита, прорезывающую основную структуру чугуна, имеющую ферритную или ферритно-перлитную структуру. В модифицированных чугунах графитные выделения более мелкие, а основа ферритно-перлитная, перлитная или ферритная.

В ковких чугунах графит выделяется в виде хлопьев или розеток, что обеспечивает повышенные механические свойства этим чугунам. Лучше поддаются сварке чугуны, имеющие в изломе мелкозернистую структуру светло серого цвета. Чугуны с крупнозернистой структурой, темно-серые в изломе, свариваются значительно хуже. Очень плохо свариваются чугуны, имеющие в изломе крупнозернистое строение темного цвета [3].

Хорошо свариваются чугуны с перлитной мелкозернистой структурой, с мелкими графитными выделениями [7].

Химический состав чугуна оказывает существенное влияние на свариваемость, так как он влияет на структуру и во многом определяет свойства чугуна.

Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод о том, что о свариваемости чугуна необходимо судить на основе комплексного учета его свойств и состава.

Главные затруднения при сварке чугуна заключаются в следующем:

1. Трещинообразование. Образование трещин является одной из основных причин снижения качества сварного соединения и ограничения применения сварки чугуна. В связи с тем, что чугун обладает малой пластичностью, внутренние напряжения, возникающие вследствие неравномерного нагрева и охлаждения, превосходят предел прочности и вызывают образование трещин.

2. Вследствие быстрого охлаждения имеющего место при сварке, образуются закалочные структуры (отбел) на основе химического соединения – карбида железа (Fе₃С). Это увеличивает хрупкость, снижает прочность сварного соединения и исключает возможность обработки сварного шва обычным режущим инструментом.

3. Переход из твердого состояния в жидкое при нагреве происходит очень быстро (высокая жидкотекучесть чугуна), минуя пластичное состояние металла, что затрудняет сварку швов в наклонном, вертикальном положениях и почти исключает сварку в потолочном положении.

4. Сварка чугуна сопровождается интенсивным выгоранием углерода, что делает сварной шов пористым. Кроме этого, на образование пористости шва так же влияет быстрый переход чугуна из жидкого состояния в твердое, при этом газы не успевают удалиться из сварочной ванны.

5. Изделие из чугуна могут обладать различным химическим составом и структурой в различных своих частях. Это особенно заметно на сложных по конструкции отливках. Так части отливки с большой поверхностью охлаждения и малой толщиной стенки имеют мелкозернистую структуру и в них наблюдается частичный отбел, а более толстые части остывают медленнее и приближаются к ферритной структуре с крупными выделениями графита.