Все о сварке

Сварка чугуна


Сварка чугуна

Чугун - это, как известно, сплав железа и углерода. При этом содержание последнего должно превышать два процента. В зависимости от того, в каком состоянии в сплаве находится углерод, различают серые и белые виды чугуна. В первом виде углерод находится в форме графита, в свободном состоянии, это обуславливает его хорошую обрабатываемость. Поскольку в белом чугуне этот элемент находится в связанном состоянии, его практически невозможно сваривать. В изломе материал имеет светлый цвет.

Как производится сварка чугуна? Начнем с того, что этот материал – не самый подходящий для такого вида обработки. При сварке он деформируется и в нем легко образуются трещины. Это связано с особой структурой углерода в его изломе. Промасленные чугуны, а также те, которые претерпели воздействия различных агрессивных сред, сварке не поддаются. Однако для этого оптимально подходят виды, имеющие мелкозернистую структуру и светло-серый цвет. Сварка чугуна имеет такие побочные эффекты: отбеливание и, как результат, возникновение на месте выполнения сварочных работ слоя белого чугуна, который не поддается никакой обработке; как уже говорилось, образование трещин; увеличение напряжения в зоне сварки; металл сварочной ванны может стать пористым из-за выгорания углерода с одновременным образованием углекислого газа. Итак, этот процесс вызывает немало трудностей. Все же сварка чугуна применяется довольно широко. Она имеет три основных способа: холодный, полугорячий и горячий.

Первый заключается в отсутствии предварительного подогрева. Холодная сварка чугуна производится стальными, чугунными и сделанными из цветных металлов и сплавов электродами. Главное при этом – избежать сильного нагрева в зоне термического влияния. Для этого при использовании стальных электродов первый слой накладывают электродами малого диаметра с малым содержанием углерода, тонким покрытием. Сила тока на этом этапе работы не должна превышать 90 ампер. Последующие слои накладывают электродами большего диаметра, покрытие может быть как тонким, так и толстым.

Одно важное правило – металлические швы нужно накладывать с небольшими перерывами, чтобы в зоне термического влияния температура не превысила шестидесяти градусов. 

Если сварку нужно проводить на ответственных изделиях, тогда могут использовать специальные устройства. Это так называемые ввертыши - особые шпильки, которые изготовляют из малоуглеродистой стали. Их назначение – связать металл шва с чугуном. Сварку выполняют сначала вокруг них, а затем – в обычном порядке. Когда нужно заварить какие-либо пороки литья, трещины и другие слабые места, нередко применяют электроды, сделанные из сплавов на основе никеля или меди. Способствуя графитизации, они предотвращают появление широкой зоны отбеливания. Сварка чугуна в домашних условиях в основном производится холодным способом. При этом может быть применен любой из видов электродов, перечисленных выше.

Горячая сварка чугуна предусматривает нагрев заготовки перед началом работы с ней. Такой способ уменьшает напряжение структуры металла. Полугорячий метод - это видоизмененный горячий. Заключается в графитизации металла и общем или местном подогреве до определенной температуры. Эти способы применяются по-разному.

Если нужно произвести сварку отдельных деталей из чугуна, то в этом случае применяют холодный метод сварки. Если же работы ведутся на предприятии, в промышленных масштабах, применяют горячий метод.

fb.ru

Чугунная сварка: способы и приемы, применяемые при сварке чугуна

Чугун является сплавом железа и углерода (около 2,1%) с содержанием кремния (около 3%), марганца (около 1%), серы, фосфора, а также, как правило, легирующих добавок в виде хрома, никеля, ванадия, алюминия, магния и т.д. Если в чугуне отсутствуют легирующие добавки и если он не прошел термообработку, то прочность, твердость и пластичность его очень низки.

Виды чугуна

Углерод присутствует в чугуне в форме цементита и графита. В зависимости от количества цементита и формы графита чугуны могут быть:

Белым называется такой чугун, в котором углерод представлен в форме цементита. На изломе он светлый. Белому чугуну присуща очень высокая твердость, поэтому он не подлежит обработке с помощью режущего инструмента. Этот вид чугуна в основном используется при производстве ковкой его разновидности.

Практически весь углерод, содержащийся в сером чугуне, представлен графитом. Его излом имеет серый цвет. Серому чугуну присущи высокие литейные свойства, и он поддается всем видам металлической обработки.

Ковкий чугун производится из белого с помощью его термической обработки. Данный вид этого материала используется в основном для чугунных деталей в автомобиле- и тракторостроении.

В половинчатом чугуне углерод присутствует в форме графита и цементита. Он применяется в качестве фрикционного материала и при производстве деталей, имеющих повышенную износоустойчивость.

Высокопрочный чугун содержит шаровидный графит, образующийся при кристаллизации. Этот материал применяют при производстве важных деталей в машиностроении, при изготовлении высокопрочных водопроводных труб, газо- и нефтепроводов.

Способность чугуна к свариванию

Технологическая свариваемость чугуна очень низка по следующим причинам:

Способы, применяемые для сварки чугуна

При сварке чугуна используются покрытые или угольные электроды, порошковая проволока, а также оборудование газовой сварки.

С технологической точки зрения, в сварке чугунных изделий используются три основных направления:

Для предотвращения образования закаленных и отбеленных участков, а также трещин используется предварительный прогрев деталей, подвергаемых сварке. Степени прогрева позволяют выделить следующие разновидности сварки:

Две первых разновидности применяются тогда, когда необходимо получить в шовном металле чугун, свойства которого близки к свойствам основного материала. Во время горячей сварки холодная свариваемая деталь прогревается до 600-650°С, чем создаются условия для относительно равномерного нагрева и достаточно медленного охлаждения после сварки, что является залогом графитизации чугуна (выделения углерода в форме графита) и предотвращения выделения его в форме цементита.

В процессе полугорячей сварки чугуна повышение графитизации обеспечивается с помощью введения графитизирующих веществ (алюминия, титана, кремния) в свариваемую область и предварительного прогрева детали на меньшую, чем во время горячей сварки, температуру.

Холодная сварка чугуна производится в тех случаях, когда наличие этого материала в составе шва не предусмотрено. Холодная сварка также применяется, если в материале шва требуется получение чугуна, при условии применения графитизирующих веществ при незначительных несквозных дефектах.

Шов с содержанием чугуна с помощью дуговой сварки

Горячая сварка имеет своем составе следующие этапы:

Во время подготовки производят тщательную очистку места сварки и разделку кромок. С тем, чтобы предотвратить вытекание расплавленного материала сварочной ванны и с целью придания шву определенной формы, производят формовку места сварки. Для изготовления форм применяются графитовые пластинки, скрепляемые с помощью формовочной массы.

По окончании формовки форму просушивают, постепенно повышая ее температуру до 120°С. Дальнейший прогрев детали в форме производится с помощью печи или другого нагревательного устройства. По завершению сварки замедленное охлаждение обеспечивается, благодаря укрыванию теплоизолирующим слоем или благодаря совместному остыванию детали вместе с устройством, в котором происходил нагрев. Продолжительность остывания больших деталей может составлять 3-5 суток.

В процессе дуговой сварки с помощью горячего ручного метода используются плавящиеся электроды, имеющие чугунные стержни марки А или Б, или же угольные электроды. Горячую сварку производят без перерыва на больших уровнях тока до завершения заварки. Если объем сварочных работ значителен, то они выполняются поочередно двумя сварщиками. В покрытии литых прутков, имеющих диаметр от 5 до 20 мм, содержатся легирующие (ферросилиций, силикокальций, графит, карборунд и т.п.) и стабилизирующие материалы. На держателе электрода должен иметься щиток для защиты руки рабочего от высокой температуры. Сварка с помощью угольных электродов, имеющих диаметр от 8 до 20 мм, выполняется на постоянных токах прямой полярности.

Метод горячей сварки чугуна дает возможность получить шов, практически равнозначный по составу основной массе изделия с точки зрения обрабатываемости, механических свойств, плотности и т.д. Однако этот метод имеет следующие недостатки:

Однако в некоторых случаях сварные швы из чугуна подвергаются менее жестким требованиям, когда требуется, например, лишь определенная прочность или равнопрочность шва. Это достигается с помощью специальных технологических приемов и металлургических средств в процессе сварки при незначительном подогреве или при условии отсутствия предварительного подогрева, то есть с помощью применения технологии полугорячей или холодной сварки чугуна.

Предотвращение отбеливания чугуна может быть обеспечено с помощью введения в наплавленный металл большого объема графито-заторов, а также легирующих элементов. К примеру, чугунный стержень сварочных электродов марки ЭМЧ имеет повышенное содержание кремния, достигающее 5,2%, а также двухслойное покрытие, в котором первый имеет легирующие свойства, а второй обеспечивает газовую и шлаковую защиту.

Холодная сварка изделий из чугуна, имеющих стенки толщиной до 12 мм, с помощью электродов марки ЭМЧ позволяет образовать швы и прилегающую к ним зону, не содержащие закаленных и отбеленных участков.

Для сварки массивных чугунных деталей с помощью электродов марки ЭМЧ получение бездефектных швов обеспечивается предварительным прогревом до 400°С с учетом толщины чугуна и жесткости изделий.

С помощью электродов из никелевых чугунов удается получить сварные швы, имеющие хорошую обрабатываемость. Однако вероятность формирования горячих трещин при этом повышается. Сварку производят в несколько слоев с помощью возвратно-поступательного перемещения электрода.

Легирование электродами марки ЭМЧС обеспечивается через покрытие. Низкоуглеродистая проволока образует их стержень, имеющий трехслойное покрытие: легирующее, шлако- и газообразующее, газозащитное. В том случае, когда толщина свариваемых деталей составляет 8-10 мм, бездефектные сварные соединения при использовании этих электродов могут быть сформированы методом холодной сварки, а в случае больших трещин – методом горячей сварки.

Полуавтоматическая холодная, полугорячая и горячая сварка чугуна производится, как правило, с помощью порошковых проволок ПП-АНЧ-1, ПП-АНЧ-2, ПП-АНЧ-3 и т.п. Проволоки содержат совокупность модифицирующих элементов, вводимых в состав шихты в форме лигатуры на базе кремния.

Газовая сварка

Получение металла швов с помощью газовой сварки рассматривается как надежный способ получения материала шва, практически идентичного основному металлу изделия. Во время газовой сварки нагрев и охлаждение являются более длительными и равномерными по сравнению с процессом дуговой сварки. Это позволяет обеспечить более благоприятные условия графитизации углерода и снижение вероятности формирования участков отбеливания в составе чугунных сварных швов и при шовной зоны.

Операции газовой сварки желательно предварять общим или местным подогревом. Кромки скашиваются V-образно так, чтобы угол раскрытия составлял 90°. С них с помощью пескоструйного аппарата или щетки удаляются грязь, ржавчина и масло. Их прогрев производится с помощью газового пламени.

Используемые присадочные прутки, как правило, являются чугунными стержнями, принадлежащими к следующим маркам:

Диаметр прутка подбирается в диапазоне между d/2 и (d/2+1мм), где d является толщиной основного металла детали.

Газовая сварка чугуна требует применения флюса с целью:

В процессе сварки необходимо чаще опускать пруток во флюс, а последний чаще досыпать в сварочную ванну. Ацетилен во время сварки подается со скоростью 100-120 дм3/ч на каждый миллиметр толщины детали. Скашивание кромок производят лишь в том случае, когда толщина стенок превосходит 4 мм.

Ядро пламени может периодически удаляться от верха сварочной ванны, но восстановительная его часть должна постоянно накрывать поверхность ванны. В случае чрезмерной задержки пламени в одном месте наблюдается выгорание кремния и углерода, что может вызвать отбеливание чугуна.

Для воспрещения появления дефектов во время сварки деталей, имеющих сложную форму, работу следует производить лишь после общего предварительного подогрева.

По окончании сварочных работ изделие необходимо накрыть слоем асбеста, чтобы замедлить процесс остывания детали.

Электрошлаковая сварка

В процессе электрошлаковой сварки в качестве электродов применяются чугунные литые пластины. Применяемые флюсы должны быть обессеривающими и неокислительными. С помощью электрошлаковой сварки удается получить швы удовлетворительного качества на деталях из серого чугуна без образования трещин, пор, отбеленных участков и прочих дефектов.

Похожие статьи

goodsvarka.ru

Сварка чугуна

Чугуном является сплав железа с углеродом с содержанием углерода от 2 до 6,7%. В чугуне содержатся также кремний, марганец, сера и фосфор, при этом серы и фосфора в чугуне больше, чем в стали. В легированных чугунах содержатся добавки никеля, молибдена, ванадия, хрома и др.

Чугун по структуре делится на белый, серый и ковкий, по химическому составу — на легированный и нелегированный.

Белый чугун имеет в своем составе большую часть углерода химически соединенную с железом в виде цементита Fe3C. Цементит имеет белый цвет и обладает большой твердостью и хрупкостью.

Белый чугун имеет на изломе также почти белый цвет, не поддается механической обработке и сварке, поэтому имеет ограниченное применение в качестве конструкционного материала, а используется для получения ковких чугунов.

Серый чугун имеет в своем составе большую часть углерода в свободном состоянии в виде графита, на изломе имеет темно-серый цвет. Он хорошо обрабатывается режущим инструментом, его температура плавления 1100... 1250 °С.

Свариваемость серого чугуна уменьшается при наличии в нем кремния, марганца более 1,5%, серы более 0,15%. Фосфор увеличивает жидкотекучесть серого чугуна и улучшает его свариваемость, но понижает температуру затвердевания, повышает хрупкость и твердость.

Марку серого чугуна обозначают буквами СЧ и двумя числами, первое из которых выражает величину временного сопротивления при растяжении в МН/м2, а второе — то же при изгибе.

Ковкий чугун получают из белого чугуна при длительном выдерживании его при температуре 800...850 °С. При этом в чугуне углерод выделяется в виде хлопьев, располагающихся между кристаллами железа.

При нагреве ковких чугунов выше 900 °С графит распадается и образует цементит Fe3C, что приводит к потере ковкости чугуна. Это явление затрудняет сварку ковкого чугуна, и для восстановления структуры ковкого чугуна после сварки его приходится подвергать циклу термообратки.

Ковкий чугун обозначают буквами КЧ и двумя числами, первое из которых означает временное сопротивление при растяжении в МН/м2, второе — относительное удлинение в процентах.

Легированные чугуны имеют примеси хрома, никеля, молибдена, благодаря которым повышаются их свойства, например, прочность при ударных нагрузках, кислотостойкость.

Высокопрочный чугун получают из серого чугуна введением в жидкий чугун при температуре 1400 °С магния или его сплавов.

При сварке чугуна как трудносвариваемого сплава нужно учитывать его свойства:

Сварка чугуна применяется при исправлении литейных дефектов при ремонте изношенных деталей и при изготовлений сварно-литых конструкций.

Сварку чугуна можно разделить на горячую и холодную.

Горячая сварка чугуна осуществляется при нагреве детали перед сваркой и медленном охлаждении после сварки. Температура подогрева детали зависит от ее массы и формы, но не должна превышать 650 °С. Нагрев до более высокой температуры вызывает рост графитовых зерен, при нагреве выше 750 °С происходят химические и структурные изменения. Скорость охлаждения должна быть не более 4 °С в секунду от начала затвердевания наплавленного металла до 600 °С. При большей скорости охлаждения происходит процесс отбеливания чугуна. До сварки мелких деталей их подогревают до температуры 150...200°С. Нагрев деталей производят в горне, электрических печах или индукционным методом.

Холодная сварка чугуна выполняется различными способами с использованием как обычных электродов, так и специальных.

Сварка чугуна стальными электродами (для сварки сталей) является наиболее доступной, но при этом может быть низкое качество сварного соединения. Причины заключаются в плохом соединении стали с чугуном из-за разной их усадки, в обогащении углеродом наплавленной стали и поэтому ее хрупкости, податливости к закалке и появлении трещин. В результате перешедших из чугуна элементов в металл шва он представляет собой закаленную высоколегированную сталь со значительным содержанием таких элементов, как кремний, марганец, иногда фосфор и сера, что и способствует образованию трещин в шве.

При быстром охлаждении при холодной сварке происходит увеличение твердости наплавленного металла и металла зоны термического влияния, где чугун приобретает структуру белого чугуна с повышенной твердостью и хрупкостью.

В металле шва могут появляться поры из-за повышенного содержания газов в чугуне, что вместе с трещинами снижает прочность сварного соединения. В то же время место сварки, выполненное стальными электродами, не поддается механической обработке режущим инструментом.

Недостатки данного метода устраняет многослойная наплавка при сварке, при этом уже третий наплавленный слой становится исходным материалом электрода.

Для улучшения качества сварного соединения применяют электроды малого диаметра и понижают величину силы тока для уменьшения теплового воздействия на чугун, при этом сварку ведут короткими участками вразброс, чтобы меньше проплавлять чугун.

Перед сваркой сильно нагруженных корпусов, например, коробок передач, с целью усиления связи наплавленного металла с чугуном, на разделанные кромки и трещины ставят стальные шпильки на резьбе в шахматном порядке (рис. 12). Диаметр шпильки рекомендуется принимать равным 0,15...0,20 толщины стенки, но не менее диаметра стержня электрода. Расстояние между шпильками принимают равным 4...6 диаметрам шпильки, глубину посадки — 2 диаметрам шпильки, расстояние от кромок — 1,5...2 диаметрам.

Выступающие части шпилек обваривают по периметру, постепенно заполняя весь шов.

Сначала ведется обварка всех шпилек кольцевыми швами вразброс для избегания сильного местного перегрева. Затем вокруг места их обварки накладывают кольцевые швы до тех пор, пока вся поверхность завариваемого участка не будет покрыта слоем наплавленного металла.

Для обварки шпилек и нанесения слоя наплавленного металла применяют электроды малого диаметра (3...3,5 мм), а для окончательной заварки трещины можно применять электроды диаметром 4...6 мм.

Рис. 12. Подготовка к заварке трещины в чугуне с применением шпилек

Толщина слоя наплавленного металла в месте сварки должна быть не больше толщины стенки детали в этом месте, так как прочность наплавленного металла электрода в два раза больше прочности чугуна, и при большой толщине слоя наплавленного металла могут быть усадочные напряжения и опасность появления трещин.

Не следует допускать нагрев свариваемой детали выше 40...50 °С на расстоянии 100 мм от шва, так как чрезмерный нагрев приводит к образованию трещин.

Для стойкого соединения наплавленного шва с чугуном рекомендуется применять электроды типа ЦЧ-4 для первых слоев в разделке трещины или для обварки шпилек, а для последующих слоев — электроды типа УОНИ-13/55 или другие со стержнем из низкоуглеродистой стали.

Для сварки чугуна успешно применяются электроды на основе никеля, при этом отсутствуют трещины и наплавленный металл хорошо поддается обработке, так как никель неограниченно растворяется в железе и его соединения содержат углерод без образования карбидов.

Электроды типа ОЗЖН-1, содержащие до 48% никеля, предназначены для холодной сварки серого и высокопрочного чугуна и рекомендуются для устранения дефектов в ответственных деталях.

Применяются также электроды марок ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, содержащие более 90% никеля.

Электроды на основе меди применяются, когда не требуется высокая прочность сварного шва. Медь не образует соединений с углеродом, но не растворяется в железе, поэтому наплавленный шов неоднороден и включает высокоуглеродистое железо высокой твердости.

Медно-железные электроды ОЗЧ-2, ОЗЧ-6 представляют собой стержни из меди с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим 50% железного порошка. Такие электроды применяют для заварки трещин в ответственных деталях, например, в водяных рубашках блоков двигателей.

Перед заваркой трещины ее засверливают по концам и разделывают под углом 80° на 2/3 толщины детали, края трещины зачищают. Сварка ведется на постоянном токе обратной полярности короткой дугой с перерывами для охлаждения детали до температуры 50...60 °С.

Участки длиной 40...60 мм сразу после сварки проковывают для получения более плотного шва. Наплавленный слой представляет собой медь, насыщенную железом с вкраплением стали большой твердости. Шов можно обрабатывать инструментом из твердого сплава.

Медно-никелевые электроды МНЧ-2 представляют собой стержни из металла, содержащего 28% меди, 2,5% железа, 1,5% марганца, остальное — никель. Никель электродов не образует соединений с углеродом, и наплавленный металл получается малой твердости, почти отсутствует зона отбеленного чугуна, а зона закаленного чугуна имеет невысокую твердость, которая может быть снижена небольшим отпуском. В шве меньше пор и трещин и его легче обрабатывать, но его прочность получается низкой.

По этим причинам медно-никелевые электроды можно применять с медно-железными электродами, при этом при сварке первый и последний слои шва наносят медно-никелевыми электродами, чтобы в первом случае обеспечить плотность, а в последнем — улучшить обработку, а остальное заплавляют медно-железными электродами. Способ наплавки медно-никелевыми электродами такой же, как и медно-железными электродами.

otdelka-profi.narod.ru


Смотрите также