СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Сварка чугуна без предварительного подогрева

Сварка стальными электродами с применением шпилек. Сталь при наплавке на чугун плохо с ним сцепляется ввиду разной их усадки. Кроме того, наплавленная на чугун сталь обогащается уг­леродом в зоне плавления, становится хрупкой, склонной к закал­ке и дает при остывании трещины. Поэтому при сварке чугуна сталь­ными электродами для надежного сцепления наплавленного метал­ла с основным на кромках в шахматном порядке на резьбе ставят стальные шпильки, как показано на рис. 121, а. При толщине стен­ки менее 10 мм шпильки ставят только на нескошенной части кро­мок. Шпильки сначала обвариваются кругом, после чего шов за­полняется наплавленным металлом (рис. 121, 6 и в).

Диаметр шпилек зависит от толщины стенки : d= (0,15 -=-0,2)6, где d — диаметр шпильки, а 6 — толщина стенки, мм. Шпиль­ки диаметром менее 3 мм не ставят. Расстояние между шпильками составляет (4 6) d, глубина посадки 2d, расстояние от кромок не

менее (1,5 Н - 2) d.

Рис. 121. Сварка чугуна с применением стальных шпилек:

с—установка шпилек при V образной подготовке кромок, б — обварка шпилек, установленных в шахматном порядке, а — обварка шпилек по способу завода «Красное^Сормово»

Сварка чугуна без подогрева стальными электродами с дополни­тельным креплением стальными шпильками является вполне на­дежной и применяется при ремонте ответственных крупногабарит­ных деталей, испытывающих большие нагрузки. На рис. 121, в по­казана обварка шпилек и порядок наложения валиков (обозначен цифрами) по способу завода «Красное Сормово», примененному при заварке трещин нижнего чугунного кольца направляющего аппа­рата турбины Горьковской ГЭС.

Во избежание перегрева завариваемой детали и уменьшения вы­горания кремния используют постоянный ток обратной полярнос­ти. Для уменьшения в деталях внутренних напряжений сварку ве­дут с перерывами, не давая изделию нагреться выше 100°. Для элект­родов диаметром 3 мм ток не дол­жен превышать 120 а; диаметром 4 мм — 150 а; 5 мм — 220 а. При сварке чугуна следует применять толстопокрытые электроды, так как шлак замедляет остывание шва, уменьшает выгорание кремния и препятствует отбеливанию чугуна в месте сварки. Хорошие резуль­таты дает покрытие УОНИ-13/55.

При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения ко­личества наплавленного металла и усиления шва рекомендуется в шов вваривать связи из круглой или полосовой стали. Для увеличения площади соприкосновения наплавленного и основного металла верхние слои наплавляют также на наружные поверх­ности детали в обе стороны от шва на ширину, равную толщине стен­ки в данном месте.

Сварка стальными электродами с применением специальных пок­рытий. В качестве электродов используется проволока Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246—60диаметром 4—5 мм. Покрытие, предложен­ное П. С. Елистратовым, состоит из 40—50% графита и 50—60% ферросилиция, замешанных на жидком стекле. При расплавлении электроды с таким покрытием дают металл, имеющий структуру се­рого чугуна и содержащий 3,5—4% углерода и 3—5% кремния. Графит и ферросилиций должны быть размолоты возможно тоньше и проходить через сито с 1600 отв/см2. Вес покрытия должен состав­лять 20—30 % от веса проволоки. Для повышения легкоплавкости покрытия на него сверху наносится защитный слой толщиной 0,5— 0,6 мм (табл. 42).

Защитный слой плавится одновременно с основным покрытием, растворяя его и способствуя переходу графита и кремния в свароч­ную ванну. Вместо ферросилиция в покрытие можно вводить
60—70% карборунда. Тогда количество графита в покрытии долж­но составлять 30—40%.

При диаметре проволоки 4 мм используется ток 200 о, при диа­метре 5 мм—250 а. Свариваемые кромки скашиваются под углом 45° с притуплением в корне шва, равным 0,5—1 мм. Во избежание возможности протекания жидкого металла зазор между кромками не оставляется.

Я. Я - Синеок вместо одного стального электрода диаметром 4—5 мм предложил применять пучок электродов из 5—10 стальных про­волок диаметром 1,7—1,8 мм. Ток берется из расчета 8—11 а на 1 мм2 общего сечения проволок в пучке. При этом достигается луч­шее взаимодействие капель расплавленного металла и покрытия, обес­печивающее более постоянный и равномерный состав наплавлен­ного металла, близкого по свойствам к серому литейному чугуну.

На Таганрогском котельном заводе применяют предложенные Б. Н. Котовым и М. И. Зуевым электроды из стальных трубок диа­метром 12, 13 и 16 мм с толщиной стенки 1,5 мм, заполненные спе­циально приготовленной гранулированной шихтой, а сверху имею­щие покрытие. Вес покрытия составляет 23%, а вес шихты — 35% к общему весу электрода. Наплавленный металл приобретает структуру модифицированного высококачественного чугуна.

Шихта имеет следующий состав: 55 % чугунного порошка, 2% силикокальция, 5,8% ферросилиция, 4,8% алюминиевого по­рошка, 21% графита черного, 11,4% железной окалины, 10% жид­кого стекла к весу сухой шихты. Состав наружного покрытия: 28% мрамора, 21% плавикового шпата, 25% графита черного, 10,8% известняка, 7,2% магнезии, 8% ферромарганца, 30% жидкого стекла к весу сухой части покрытия. Толщина покрытия равняется 1—1,5 мм на сторону. При сварке чугуна трубчатыми электродами применяются режимы, приведенные в табл. 43.

ясь с основным металлом. Охлаждение расплавленного металла элек­трода замедляют применением, например, покрытия ОМЧ-1 следую­щего состава: 25% мрамора, 25% мела, 41% графита, 25% пла­викового шпата, 9% ферромарганца, 30% жидкого стекла к весу сухой смеси.

Это и подобные покрытия содержат кремний, способствующий выделению углерода в виде графита и получению в металле шва структуры серого чугуна. Дополнительно остывание можно замед­лять введением в покрытие термита[11]. Чугунные стержни имеют диаметр 6, 8 и 10 мм и следующий состав по ГОСТ 2671—44, мар­ка Б: 3—3,6% углерода, 3,6—4,8% кремния, 0,5—0,8% марганца, до 0,08 серы, 0,3—0,5% фосфора. При сварке используется постоян­ный ток при обратной полярности. Режимы сварки чугунными электродами приведены в табл. 44.

При заварке мелкие раковины глубиной до 10 мм и длиной до 50 мм полностью вырубают и зачищают. Заварку производят в один прием, начиная с середины раковины; процесс сварки ведут без пе­рерыва. Длина дуги поддерживается равной 4—5 мм, электроды применяют диаметром 6—8 мм.

При холодной сварке чугу на чугунными электродами трудно по­лучить замедленное охлаждение наплавляемого металла. Около - шовная зона часто становится более твердой и хрупкой вследствие повышенных скоростей охлаждения, что приводит к образованию трещин. Для снижения скорости охлаждения наплавленного метал­ла рекомендуется предварительный подогрев детали до 450—550°. Детали несложной формы достаточно подогревать до 150—200°.

Лучшие результаты дают электроды из легированных никеле­вых чугу нов (табл. 45).

Таблица 45 Состав электродов из легированных никелевых чугунов

Жидкое стекло входит в количестве 21,3 cmz на 100 г сухой смеси.

Сварка электродами из монель-металла[12]. Этот способ дает хоро­шие результаты и применяется в тех случаях когда место сварки подлежит обработке резцом.

Электроды имеют диаметр 2, 3, 4, 5 и 6 мм и следующий состав: 32—35% меди, 65% никеля, 1% марганца, 2% железа, 0,75% крем­ния. Применяется покрытие состава: 66% графита, 32,5% мела, 1,5% поташа. Можно также использовать покрытия, состоящие из 40% графита и 60% мела.

Электроды из монель-металла имеют более низкую температуру плавления, чем чугун, поэтому при сварке деталь нагревается незна­чительно. Монель-металл дает большую усадку, поэтому сварку им ведут короткими валиками длиной до 50 мм с перерывами для ох­лаждения во избежание излишнего разогрева детали.

Наплавленный металл слегка проковывают в горячем состоянии, что способствует уплотнению шва. При сварке используют постоян­ный ток при обратной полярности: для электрода диаметром 3 мм ток берется от 90 до 120 а при толщине свариваемого металла от 4 до 20 мм.

При заварке трещины ее кромки оставляют шероховатыми, а кон­цы засверливают. Трещины разделывают под углом 70—90° на глу­бину до 2/3 толщины стенки. Поверхность рядом с трещиной на ши­рине 10—15 мм зачищают до металлического блеска. Наличие ржав­чины, масла и прочих загрязнений приводит к пористости наплавки.

Лучшие результаты получают при однослойной наплавке корот­кими участками с проковкой. Последующий участок должен свари­ваться после охлаждения предыдущего до 40—50°. Можно первые слои сваривать электродами из монель-металла, а последующие — стальными.

В процессе сварки электродами из монель-металла выделяются пары цветных металлов, вредные для здоровья сварщика, поэтому необходима усиленная вентиляция.

Сварка комбинированными электродами. При ремонтных рабо­тах, связанных со сваркой чугуна, применяют также комбиниро­ванные медно-железные электроды из стального стержня, вставлен­ного в медную трубку. В шве образуется расплав меди с включен­ными в него шарообразными частицами науглероженной стали. Медь обеспечивает надежное сцепление металла наплавки с основ­ным металлом, а сталь придает 1пву необходимую прочность. Наи­лучшие результаты достигаются при наличии в шве 10—15% стали, остальное — медь.

Способ изготовления комбинированных электродов, предложен­ный П. И. Шориным, следующий: на электродную проволоку Св-08 диаметром 3 мм наносят покрытие слоем 0,25 мм. После просушки на воздухе проволоку вставляют в медную трубочку диаметром 4— 6 мм и в таком виде используют при сварке. Призаваркедефектав толстостенных чугунных деталях с большим объемом наплавлен­ного металла на наружную поверхность медной трубки наносят по­крытие слоем толщиной0,5 jKj«, а стальную проволоку берут диамет­ром 3,5 мм. В качестве покрытия используют смесь из 30% графита, 40% ферросилиция и 30% мела, разведенную на жидком стекле. После просушки на воздухе в течение 5—6 час при температуре 15— 18° электроды прокаливают 30—40 мин при 100—120°. Кромки ра­ковины разделывают под углом 45° и на ее поверхность наплавляют комбинированными электродами слой металла толщиной 5 мм. Пос­ле этого раковину заваривают обычными стальными электродами с покрытием ОММ-5, ЦМ-7; УОНИ-13/45 и др. Сварка ведется на постоянном токе любой полярности. При заварке не следут перегре­вать деталь.

Применяют также комбинированные медно-железные электроды из медного стержня диаметром 3,5 мм, обернутого жестью в виде ленты толщиной 0,3 мм или покрытого слоем железа толщиной 0.6— 0,8 мм электролитическим способом. Соотношение меди и железа в этих электродах составляет: 60—62 % меди, 38—40% железа. Бе­рется покрытие УОНИ-13/55. Сварка производится постоянным током обратной полярности.

На использовании комбинированных медно-железных электро­дов основана сварка чугуна но способу А. Г. Назарова. Сварка про­изводится пучком электродов, состоящим из стального электрода с покрытием ОММ-5 или УОНИ-13/55, медного стержня и латун­ного стержня, связанных проволокой. Лучшие результаты получают­ся при использовании покрытия УОНИ-13/55. Если покрытие на­несено также и на медный пруток, то сварку можно вести на верти­кальной плоскости.

Количество и диаметр медных прутков подбирают так, чтобы со­держание меди в наплавке составляло от 60 до 70%. Латунь слу­жит для введения в наплавку цинка, являющегося раскислителем. Сечение медной проволоки или полоски должно быть от 6 до 18 мм2, а латунной —от 7 до 10 мм2. Сварка ведется ка постоянном токе при обратной полярности или на переменном токе с осциллятором. При использовании электрода ОММ-5 диаметром 4 мм, медного прутка диаметром 4 мм и латунного прутка диаметром 3 мм ток равен от 150 до 175 а; при двух электродах ОММ-5 диаметром 5 мм, двух медных диаметром 5 мм и одном латунном диаметром 3 мм—240— 260 а.

При сварке медный электрод должен перемещаться впереди стального, покрывая слоем меди наплавляемую поверхность. Пучок электродов должен быть наклонен к детали под углом 35—45°. Для лучшего перемешивания и защиты металла ванны концу электрода сообщают плавные спиралеобразные движения.

При сварке этим способом серого чугуна можно получить доста­точно хорошее сплавление и формирование шва, плотную структу­ру, однако иногда происходит отбеливание переходной зоны, что затрудняет последующую обработку места сварки. Этот недостаток в большинстве случаев является общим для всех способов холодной сварки чугуна электродами со стальными стержнями.

Лучшие результаты получаются при введении железа в покрытие медного электрода. Такой способ разработан П. А. Глуховым и по­лучил распространение на железнодорожном транспорте при ремон­те с помощью сварки чугунных деталей. В этом случае берут мед­ные электроды с покрытием УОНИ-13/55, в которые вводится 40— 50% железного порошка к весу покрытия. Содержание меди в элек­троде должно составлять 80—85%. Сварка ведется участками не более 50 мм, с проковкой наплавленного металла после остывания до 60—70°.

Чугун, длительное время работавший при высоких температу­рах, сваривают с предварительным подогревом кромок до 500— 550° горелкой. Сварка производится после полного остывания кро­мок. Без предварительного подогрева такой чугун плохо сваривает­ся, в нем появляется отслаивание металла шва и пористость.

Опытно-сварочным заводом Мосгорсовнархоза выпускаются мед­но-железные электроды ОЗЧ-1 для холодной сварки чугуна. Инсти­тутом электросварки им. Е. О. Патона для холодной ремонтной свар­ки чугуна разработан электрод из аустенитной хромоникелевой стальной проволоки 0Х18Н9или IX18H9 с медной оболочкой и пок­рытием основного типа, например УОНИ-13/55. При диаметре стер­жня электрода 3,5 мм толщина покрытия равна 0,3—0,4 мм на сто­рону.

Медная оболочка на проволоку диаметром 2 мм наносится сов­местной протяжкой с медной лентой толщиной 0,8 мм, шириной 12 мм через фильер (оправку с отверстиями). Содержание меди в элек­троде равно 75—80%. Сварка производится постоянным током 100—120 а при обратной полярности. Наплавка таким электродом дает мягкий чугун с мелкораспределенными включениями железа и меди. Трещин и пор при сварке не образуется.