Технология сварки чугуна

Сплавы железа, содержащие более 2% углерода, называют чугунами. Свариваемость и свойства сварных соединений во многом определяются составом чугуна и его структурой. Чугуны различают по форме графита, содержащегося в сплаве. Физические свойства чугуна указывают в его маркировке. Так, индекс «СЧ» указывает, что чугун серый, механические свойства которому придает углерод, находящийся в несвязанном состоянии с кристаллами углерода пластинчатой формы. Серый чугун чаще всего применяют для изготовления конструкций. Высокопрочный чугун маркируют индексом «ВЧ». Графит в этом виде чугуна присутствует в шаровидной форме, которая формируется за счет введения магния.

Длительный отжиг чугуна придает графиту хлопьевидную форму, что позволяет ему находятся в свободном состоянии. Это способствует увеличению пластичности основного материала, и такой чугун называют ковким, обозначая индексом «КЧ». Белый чугун («ВЧ»), содержит углерод в виде химического соединения, называемого цементитом. Цементит придает чугуну высокую твердость и хрупкость, что накладывает ограничения на его применение в конструктивных целях.

Технологию, режимы и материалы сварки чугунных конструкций подбирают в зависимости от вида чугуна и условий эксплуатации свариваемой конструкции. Сварку можно выполнять как холодным, так и горячим методами. При сварке чугуна появляются определенные трудности, выраженные в охрупчивании сварного соединения и образовании трещин, являющихся следствием остаточных напряжений и деформаций. Для борьбы с этими явлениями применяют предварительный и сопутствующий подогрев, обеспечивающий нужную структуру сварного соединения.

Процесс подготовки свариваемых поверхностей практически не отличается от ранее рассмотренных вариантов и включает в себя очистку деталей, разделку кромок и т.д. Для того, чтобы в процессе сварки было легче уберечь расплавленный металл от вытекания, сварку лучше выполнять в нижнем положении с формовкой сварочной ванны. Сварка требует повышенного внимания, так как образование на поверхности сварочной ванны тугоплавких окислов способствует появлению непроваров.

Сварку чугуна выполняют стальными, никелевыми, железно-никелевыми, медно-никелевыми и медно-железными электродами.

Стальные электроды ЦЧ-4 состоят из проволоки на основе низкоуглеродистой стали с карбидообразующим покрытием. Электроды УОНИ-13/45 имеют защитно-легирующие покрытия. Как правило, сварку стальными электродами выполняют для неответственных чугунных изделий небольших размеров и с малым объемом наплавки. Технология такой сварки обычно не предусматривает послесварочную механическую обработку. Сварку ведут небольшими (100 — 120 мм) участками, с остановками для остывания до температуры 60 — 80°С.

Железно-никелевые электроды ОЗЖН-1 применяют для сварки отдельных небольших дефектов на обрабатываемых поверхностях из серого и высококачественного чугуна. Наплавленный этими электродами металл имеет высокую прочность и плотность и хорошо обрабатывается механическими методами.

Медно-железные электроды ОЗЧ-2 с покрытием в виде сухой смеси типа УОНИ-13 (50%) и железного порошка (50%), защищенными и жидким стеклом, применяют для заварки дефектов на отливках, которые играют ключевую роль в механизмах и конструкциях. Сварка электродами данного типа не предусматривает чрезмерного разогрева свариваемых поверхностей. По окончании сварки швы проковывают в горячем состоянии. Проковка снижает возникающие напряжения в швах и уменьшает опасность возникновения трещин.

Никелевые электроды ОЗЧ-З чаще всего применяют в местах с повышенным трением, так как покрытие, выполненное ими, обладает высокой твердостью и стойкостью на истирание.

Медно-никелевые электроды МНЧ-1 и МНЧ-2, наоборот, дают мягкую, хорошо обрабатываемую поверхность. Ими пользуются тогда, когда поверхность после сварки требует тщательной обработки. Сваренная поверхность не применяется в местах, где имеется повышенное трение. Сварку следует вести с перерывами в работе, не допуская перегрева. Швы после сварки проковывают в горячем состоянии.

Горячая сварка предусматривает предварительный подогрев свариваемых деталей до температуры 600 — 800°С, что снижает опасность появления внутренних напряжений и Деформаций. Так как горячая сварка требует наличия специального оборудования (муфельные печи и т.д.), то в условиях домашних мастерских применяется крайне редко, хотя качество соединения при этом получается выше. Процесс горячей сварки ведут непрерывно при больших величинах тока, что позволяет поддерживать большой объем сварочной ванны.

Способы сварки чугуна

Сварка чугуна применяется в ремонтных целях и для изготовления сварнолитых конструкций. К сварным соединениям чугунных деталей в зависимости от типа и условий эксплуатации предъявляют требования по механической прочности, плотности (водонепроницаемость, газонепроницаемость) и обрабатываемости режущим инструментом. Обеспечить эти требования при сварке весьма сложно из-за физико-химических особенностей чугуна.

Трудности, возникающие при сварке чугуна, обусловлены, как правило, низкой стойкостью металла сварного соединении против образования трещин плохой его обрабатываемостью на механических станках.

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

Указанные особенности чугуна являются следствием нарушения сплошности его металлической основы включениями графита, а также склонностью его к отбелке и закалке даже при небольших скоростях охлаждения. Эти свойства чугуна определяются высоким содержанием углерода в нем.

Соединение чугунных деталей между собой выполняют газовой сваркой, пайкой, термитной сваркой, литейной сваркой, дуговой сваркой и электрошлаковой.

Сварку ведут без подогрева (холодный способ сварки),с местным подогревом и с общим подогревом всего изделия. Для дуговой сварки используют угольные, графитовые, стальные и легированные электроды, а также электроды из цветных металлов. Подготовку мест под сварку выполняют механическим путем или огневым способом. Для удержания расплавленного металла сварочной ванны (чугун жидкотекуч) применяют специальиые формовки. Назначение формовки — удерживать расплавленный металл. Формовочная масса имеет следующий состав: кварцевый песок, замешанный на жидком стекле 40%, формовочная земля 30% и белая глина 30%.

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

Сварку выполняют как на переменном, так и на постоянном токе. Величину тока подбирают из расчет 50—90 А на 1 мм диаметра электрода. 

Использованы репродукции http://welding.su/gallery/