Сварка заняла важное место в чугунолитейном производстве, в основном при ремонте вышедшего из строя оборудования и устранении дефектов чугунных отливок. Но при этом выполнение сварочных работ с чугуном, связано с некоторыми трудностями, потому что, по своему химическому составу чугун засорён различными примесями.
Виды чугуна, используемого в современной промышленности
Чугун делится на 3 вида:
Это белый, серый и ковкий чугун. Каждый вид подразделяется на легированный и нелегированный металл.
Белый чугун – весьма сложный при сварке материал. Он отличается высокой твердостью структуры, которая становится жидкотекучей при сварке. Газосварочные работы с этим металлом возможны только в части исправления дефектов литья и наплавке других деталей.
Серый чугун немного отличается от белого. Серый чугун хорошо поддается всем видам газопламенной обработки и является конструкционным материалом. Определить степень свариваемости серого чугуна можно при помощи несложных действий. Если деталь имеет черный излом, то работать с такой деталью нельзя. При наличии темно серого излома с крупнозернистыми включениями графита возможно ограниченное проведение сварочных работ. Светло серый излом говорит о том, что данная деталь отлично поддается газопламенной обработке.
Ковкий чугун относится к тем металлам, которые очень часто встречаются практически во всех подразделениях промышленности. Он отлично подходит к различным методам обработки. Производится ковкий чугун на основе белого чугуна методом переработки. При этом белый чугун сначала медленно нагревают в течении нескольких суток, затем так же медленно охлаждают. В результате такой операции получается металл с совершенно иными структурными и потребительскими свойствами.
В основном сварка применяется при ремонте и восстановлении изделий из серого чугуна. Это объясняется распространенностью серого чугуна и наличием способов его сварки, в том числе и обеспечивающих получение в металле шва чугуна, близкого по свойствам к основному металлу.
Трудность сварки чугуна вызвала появление многочисленных способов сварки чугуна и их разновидностей, но ни один из способов не является вполне удовлетворительным для всех случаев, встречающихся на практике.
Способы сварки чугуна
Сварку чугуна применяют при ремонтно-восстановительных работах и для изготовления сварочных конструкций. Чугун сваривают преимущественно при устранении дефектов литья в чугунных отливках до и после механической обработки, а также при ремонте деталей.
К сварным соединениям чугунных деталей в зависимости от условий эксплуатации предъявляются различные требования – от декоративной заварки наружных дефектов до получения соединений, равнопрочных с основным металлом.
Выделяют три вида сварки чугуна: холодную, полугорячую и горячую. Холодную сварку выполняют без подогрева свариваемых конструкций, полугорячую - при полном или частичном нагревании до 300-400 °С, горячую - при полном нагревании до 600 - 800 °С.
При выборе метода сварки надо учитывать необходимость механической обработки шва и околошовной зоны после сварки, необходимость получения однородности металла шва с металлом свариваемых деталей, требования к плотности сварного шва, а также нагрузки, при которых должны работать свариваемые детали.
Горячую дуговую сварку чугуна применяют в случаях, когда металлом шва должен быть чугун, по своим свойствам приближающийся к свойствам основного металла детали.
Холодную дуговую сварку чугуна выполняют на обработанных поверхностях деталей, когда дефекты литья незначительны и, когда наплавляемый металл не предусмотрен в виде чугуна. При холодной сварке, детали не подвергают предварительному нагреву.
Способы газовой сварки чугуна
В настоящее время основными видами сварки чугуна являются горячая и холодная сварка. Также выделяется сварка с расплавлением обрабатываемого металла или без расплавления. При расплавлении основной детали присадочный материал и латунные припои не используются.
Горячая газовая сварка чугуна производится при обязательном предварительном прогреве свариваемой детали. При этом необходима жесткая фиксация деталей в специальном каркасе. Это поможет избежать образования избыточного напряжения и образования впоследствии трещин в обработанной детали.
Сварка чугуна производится с использованием специальных флюсов. Они нужны для того, чтобы при попадании в сварочную ванну имели возможность предотвращения окисления обрабатываемой поверхности. Флюсы также способствуют образованию специальной пленки, надежно защищащй чугун от воздействия газов, образуемых пламенем.
При использовании холодного метода сварки чугуна не требуется предварительный прогрев детали. Применять холодную сварку чугуна допустимо только в тех случаях, когда нет риска возникновения напряжения в структуре металла. Перед началом сварки при помощи холодного метода в обязательном порядке производится очистка свариваемых поверхностей. При термической обработке кромок производится расплавление металла по свариваемым краям. Расплавленный металл удаляется с поверхности сварочным прутом. На поверхность сразу же наносится равномерным слоем сварочный флюс.
Технические газы, применяемые при сварке чугуна
Наиболее эффективна газопламенная обработка чугуна с применением такого горючего газа, как ацетилен. Она заключается в следующем. Необходимо в этом случае газовую горелку оснащать наконечником, который на один размер больше наконечника для ацетиленовой горелки. Также для газовой сварки чугуна необходим баллон с техническим кислородом. В противном случае температура в газовой горелке не будет достигать тех значений, которые необходимы для сварки чугуна.
Оборудование и материалы, используемые при сварке чугуна
Для обработки чугуна лучше всего использовать полуавтоматические сварочные автоматы. В частности, такой аппарат должен иметь возможность подачи, как постоянного тока, так и переменного.
Из расходных материалов, применяющихся при организации газопламенной обработки чугуна, выделим следующие. Присадочный чугунный прут используется в основном при горячем виде сварки.
Горячая сварка чугуна
Технологический процесс состоит из механической обработки под сварку, формовки свариваемых деталей, предварительного подогрева, сварки и последующего медленного охлаждения.
Подготовка под сварку повреждённого места, заключается в тщательной очистке от грязи.
При сварке сквозных трещин или заварке дефектов, находящихся на краю деталей, необходимо применять графитовые формы, предотвращающие вытекание жидкого металла из сварочной ванны. Формы изготавливают из графитовых пластинок, скрепляемых формовочной массой, которая состоит из кварцевого песка, замешанного на жидком стекле.
Сварку выполняют чугунными электродами или порошковой проволокой с присадкой керамического стержня. Подогрев необходим для того, чтобы после сварки происходило равномерное охлаждение всего изделия и не образовывались трещины.
Детали нагревают в специальных печах или с помощью индукционных нагревателей. Для ручной дуговой сварки используют плавящиеся электроды марок ЦЧ-4, ЭВЧ-1, МНЧ-2, ОЗЧ-2 и др.
Горячую сварку чугуна выполняют на большой силе сварочного тока без перерывов до конца заварки дефекта при большой сварочной ванне. Так, для сварки электродом диаметром 8мм требуется ток 600А, а диаметром 12мм – ток 1000А. Используют электрододержатели, имеющие защиту руки сварщика от теплового излучения.
Варка угольным электродом ведётся постоянным током прямой полярности: для электродов диаметром 8–20мм используются соответственно токи 280–600А.
Во время сварки следует непрерывно поддерживать значительный объём расплавленного металла в сварочной ванне и тщательно перемешивать его концом электрода или присадочного стержня. Для медленного охлаждения заваренные детали засыпают мелким древесным углём или сухим песком.
Полугорячая сварка
Полугорячую сварку чугуна можно осуществлять низкоуглеродистыми стальными электродами с защитно-легирующими покрытиями типа ОММ-5, МР-3, К-5 и У ОНИ-13, стальными электродами со специальным покрытием, чугунными электродами и ацетилено-кислородным пламенем с применением чугунных припадочных прутков. Во время сварки следует непрерывно поддерживать значительный объем расплавленного металла в сварочной ванне и тщательно его перемешивать концом электрода или присадочного стержня. Для замедленного охлаждения заваренные детали засыпают мелким древесным углем или сухим песком.
Холодная сварка чугуна
Сварка чугуна без подогрева изделия применяется шире, чем с подогревом.
На практике используют несколько разновидностей холодной сварки:
стальными, медно-железными, медно-никелевыми, железо-никелевыми, никелевыми и другими электродами.
Сварное соединение, полученное холодной сваркой, неоднородно. Оно состоит из наплавленного металла, зон сплавления и термического влияния. Размер зоны сплавления зависит от диаметра электрода (3–6мм – по размеру завариваемого дефекта).
Применяя медно-никелевые (марки МНЧ-2) и медно-стальные (марки ОЗЧ-2) электроды, получают наплавленный металл, легко поддающийся механической обработке. Наплавку образуют однослойной или многослойной укладкой валиков.
Сварку стальными электродами с защитно-легирующими покрытиями выполняют с V- или X-образной разделкой кромок. Для устранения неравномерного разогрева детали сваривают отдельными участками вразбивку. Длина этих участков сварного шва не должна превышать 100–120мм. После сварки участкам дают возможность остыть до температуры 60–80оС. Наилучшие результаты получают при сварке электродами с покрытием марки УОНИ-13/45 постоянным током обратной полярности.
Медно-железные электроды применяют для заварки отдельных дефектов или небольших несплошностей, создающих течи на отливках ответственного назначения, в том числе и работающих под давлением. При сварке не следует допускать сильного разогрева свариваемых деталей. После сварки, лёгким молотком выполняют проковку наплавленного металла в горячем состоянии. Она уменьшает сварочные напряжения и снижает опасность образования трещин в околошовной зоне.
Медно-никелевые электроды применяют главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твёрдости недопустимо.
Сварку выполняют электродами диаметром 1–4мм ниточным швом короткими участками. При этом не следует допускать перегрева детали, для чего рекомендуются перерывы в работе для охлаждения шва. Наплавленные валики в горячем состоянии следует тщательно проковывать ударами лёгкого молотка. Положительные свойства электродов заключаются в том, что никель и медь не растворяют углерод и не образуют структур, имеющих высокую твёрдость после нагрева и быстрого охлаждения. Наплавленный металл обладает низкой твёрдостью, хорошо обрабатывается.
Способ сварки чугуна с помощью шпилек применяется для восстановления ответственных изделий, работающих при значительных нагрузках и не требующих обработки после сварки. Сварка комбинируется с механическим усилением зоны сплавления путём ввёртывания в металл изделия стальных шпилек, которые связывают металл шва и основной металл, разгружая хрупкую закаленную прослойку в зоне сплавления.
Диаметр шпилек составляет 5–16мм. Максимальное их количество по площади не должно превышать 25% площади излома детали. Высота шпилек над поверхностью металла – не более 5–6мм, глубина ввёртывания–1,5 диаметра шпильки.
Для сварки используются электроды диаметром 3–4мм любой марки, обеспечивающие мягкий наплавленный металл. Сварку ведут на малой силе сварочного тока (100–120А) для обеспечения малой глубины проплавления чугуна и минимального нагрева изделия, что уменьшает отбеливание и предотвращает появление трещин.
СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ ЧУГУНА
Способ может быть широко использован при сварке деталей из чугуна в различных отраслях народного хозяйства.
Цель: повышение качества сварных соединений различных толщин и конфигураций.
Сущность изобретения: подогрев, разделку и оплавление кромок и сварку обеспечивают дугой плавящейся электродной проволоки в среде защитного газа или в комбинированном сочетании с покрытыми штучными электродами, усадку металла в разъемных, нагретых и оплавленных кромках проводят до полной свободной кристаллизации при остывании, снятие напряжений с валиков (отжиг) шва обеспечивают проходом дуги плавящейся электродной проволоки с сохранением геометрии валика, медленное остывание сварного соединения обеспечивают путем поддержания подогрева дугой плавящего электрода на пластине, прилагаемой к зоне шва. Положительный эффект: в способе свариваемость чугуна решена полностью (в том числе у плохосвариваемых чугунов), а также исключают возможность появления долевых трещин в будущем сварном шве, повышают прочность и пластичность в каждом проходе свариваемого валика и сварного соединения в целом, причем используется широко доступный подогрев, разделка и оплавление кромок дугой плавящегося электрода, к тому же применяют только дешевые широкодоступные стальные сварочные материалы и обычное сварочное оборудование, что позволяет вести сварку, приближенную к сварке низкоуглеродистых сталей.
СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ ЧУГУНА СО СТАЛЬЮ
Изобретение относится к сварочному производству, а именно к сварке чугунных деталей с деталями из стали. В зоне сварки с зазором 0,15-0,45 мм для получения нахлесточного сварного соединения устанавливают стальную и чугунную детали. Подают стальную электродную проволоку и осуществляют сварку в полуавтоматическом режиме электрозаклепками при времени сварки 2-5 с и с перерывами между ними не менее 3 с. Сварку ведут в смеси углекислого газа и кислорода при соотношении 83-99% СО2 и 1-17% О2 на токе 90-180 А и напряжении на 0,5-3,5 В меньше установленного для заданного тока. После выполнения четырех электрозаклепок зону сварки охлаждают струей сжатого воздуха до температуры ниже 50°С, после чего сварку продолжают. Повышается качество сварного соединения за счет снижения вероятности появления трещин.
Электроды для сварки и наплавки чугуна
К этой группе относятся электроды, предназначенные для устранения с помощью холодной сварки и наплавки дефектов в чугунных отливках, а также электроды, используемые при ремонте вышедшего из строя оборудования и восстановлении изношенных деталей. В ряде случаев электроды могут быть применены при изготовлении сварно-литых конструкций.
Электроды для холодной сварки и наплавки чугуна не стандартизованы и их производят по отдельным техническим условиям. Они позволяют получать наплавленный металл (металл шва) с заданными свойствами в виде стали, сплавов на основе меди, никеля, железоникелевого сплава.
Для холодной сварки и наплавки чугуна (т.е. сварки и наплавки, выполняемых без предварительного подогрева) характерно проведение процесса с минимальным тепловложением короткими валиками протяженностью 25-60 мм с охлаждением каждого наложенного валика на воздухе до температуры не более 60°С. Иногда рекомендуется проковка каждого валика легким ударом молотка.
Материал подготовлен сайтом завода сварочного оборудования http://svarko.kz