МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ

Технологические рекомендации по сварке чугунов

Применяемые способы сварки чугуна можно выделить в две большие группы: ручная дуговая сварка и механизи­рованная сварка, в каждой из которых используются сва­рочные материалы, обеспечивающие возможность по­лучения в наплавленном металле чугуна, стали или цветных сплавов.

Основными дефектами, ограничивающими сварива­емость чуіунов, являются холодные и горячие трещины и пористость швов. Горячие трещины возникают из-за наличия легкоплавких эвтектик, остающихся жидкими между затвердевшими кристаллитами. В общем случае подогрев до Т = 500...600 °С (горячая сварка) является радикальным, хотя и трудоемким способом устранения горячих трещин.

Холодные трещины, возникающие как из-за выделе­ния графита пластинчатой формы, играющего роль над­реза в металлической матрице, так и из-за образования твердых закалочных структур в близлежащих ко шву участках, являются наиболее распространенным дефек­том сварных соединений, сваренных чугунными элект­родами. С увеличением количества свободного графи­та и изменением формы включений снижается величина усадки наплашіенного металла, уменьшаются сварочные напряжения, улучшаются пластические свойства метал­лической матрицы и снижается склонность к холодным трещинам.

Холодные трещины в швах, наплавленных стальны­ми электродами, неизбежны, особенно в тонкостенных элементах (8 — 5... 10 мм), свариваемых за один проход. При этом трещины появляются не только в шве, но и в зоне термического влияния. Удаление из металла шва фосфора и серы, измельчение структуры, сварка корот­кими швами на малых токах, использование многопро­ходной сварки взамен однопроходной и проковка швов — это меры, которые способствуют снижению об­разования холодных трещин при использовании сталь­ных электродных материалов.

Поры являются распространенным дефектом, осо­бенно опасным для чугунных сварных узлов, работаю­щих под давлением (вентильно-запорная арматура). Они образуются в шве из-за пересыщения металла Н2, N, СО или парами воды. Тщательная очистка основно­го металла перед сваркой от ржавчины и загрязнений, связывание водорода в нерастворимые в металле шва со­единения (HF, ОН), связывание азота в нитриды, сни­жение скорости охлаждения за счет использования мяг­ких режимов сварки и подогрева — все это приводит к снижению порообразования в швах.

Сварочные электроды на основе miKejm обеспечивают удовлетворительную прочность и обрабатываемость соеди­нений. Электроды ОЗЧ-З, 034—4, МН4-2, ОЗЖН-1 в основном применяют для сварки ответственных изде­лий из серого и ковкого чугунов без подогрева (холод­ная сварка).

При сварке электродами на медной основе (холодная сварка) наплавленный металл представляет собой мед­ный сплав с вкраплениями железоуглеродистых частиц, так как медь практически не растворяет в себе железо и углерод. При этом железо в шов вводится через покры­тие. Примером таких электродов является 034—2. Свар­ку ведут короткими участками на постоянном токе об­ратной полярности с обязательной проковкой швов.

При сварке чугуна чугунными электродами (прутками) необходимо обеспечивать наплавленный металл, близ­кий по составу с основным. Электроды изготовляют из чугунных прутков с повышенным содержанием графи - тизаторов: С = 3,0...3,6%, Si = 3,6...4,8%. Составы по­крытий в электродах также увеличивают количество гра - фитизаторов в шве и предотвращают их окисление при сварке. Электроды используются больших диаметров (12... 14 мм) длиной до 500 мм. Сварку чугунными элек­тродами ведут на постоянном токе (800 ..1200 А) обрат­ной полярности. Режимы сварки должны обеспечить такую скорость охлаждения, которая позволяет избежать «отбела» и трещин. Как правило, сварку ведут с подо­гревом (горячая сварка) до Т = 400. 600 °С, чго делает процесс трудоемким. Охлаждение сварного соединения со скоростью W0vl= 50. 100 °С/ч гарантирует отсутствие цементита и ледебурита в наплавленном металле и око - лошовной зоне и хорошую обрабатываемость соедине­ний после сварки.

При сварке стальными электродами источником гра- фитизирующих элементов, несколько снижающих склонность соединений к холодным трещинам, являют­ся покрытия с кремнийсодержащими компонентами (марка ОМЧ-1, ЦЧ-5). Недостатком сварки стальны­ми электродами является неоднородность наплавленно­го металла: в швах, особенно многослойных, наблюда­ются половинчатые сплавы (высокоуглеродистая сталь + чугун) со значительным количеством цементита и ле­дебурита. Это порою ведет к трещинам. Поэтому свар­ку следует выполнять на малых токах и малых скорос­тях. Механическая обработка таких сварных соединений весьма затруднена из-за высокой твердости швов. Эти электроды применяют ограниченно для декоративной заварки мелких дефектов литья. Снижение твердости наплавленного металла и получение ферритной или аус- тенитной матрицы может достигаться введением в по­крытие карбидообразующих элементов (V, Nb, Ті), свя­зывающих углерод, переходящий в шов из основного металла, и способствующих измельчению карбидов (электроды марки ЦЧ—4). Сварка также ведется с подо­гревом до Т = 300...400 “С. Обрабатываемость таких швов вполне удовлетворительна, хотя по линии сплав­ления часто отмечается зона повышенной твердости.

При ЭШС серого чугуна можно получать равнопроч­ное, хорошо обрабатываемое сварное соединение. Это­му способствуют «мягкий» термический цикл, большие токи и малые скорости сварки в сочетании с соответ­ствующими прово доками.

Газовая (ацетилено-ккслородная) сварка обеспечивает возможность регулирования в широких пределах скоро­стей нагрева и охлаждения и осуществления сопутству­ющей термической обработки (отжига) наплавленного металла. В сочетании с присадочными чугунными прут­ками (ГОСТ 2671—80) это позволяет устранять трещи­ны и обеспечивает легкую обрабатываемость сварных соединений. Для обеспечения хорошей смачиваемости свариваемых кромок жидким расплавом используются флюсы, основной задачей которых является перевод образующихся тугоплавких шлаков в легкоплавкие со­единения с последующим их удалением В подавляю­щем большинстве случаев для этого используется бура (Na2B407), хотя имеются и другие флюсы.

Этот способ незаменим при ремонтных работах (узлы сложных форм, труднодоступные места, возможность осуществления процесса в любых условиях).

Механизированная сварка целесообразна при исполь­зовании порошковых проволок, так как позволяет дос­таточно широко регулировать состав наплавленного металла за счет легирующих в проволоке и обеспечива­ет высокую производительность Содержание в напол­нителе проволоки достаточного количества эффективных графитизаторов (С, Si) позволяет получить однородный

с основным металлом шов Для сварки серого чугуна ис­пользуются порошковые проволоки марок ПП-АНЧ—1, ПП-АНЧ—2, ПП-АНЧ—3, ПП-АНЧ-9, ППСВ-7 и др. Как правило, сварку ведут открытой дугой, но иногда создают дополнительную защиту углекислым газом. Разработаны самозащитные проволоки для получения швов с аустенитной матрицей (ПАНЧ-11) без предва­рительного подогрева. Эту проволоку используют при массовом ремонте чугунных деталей тракторных, ком­байновых и автомобильных двигателей.

Дефекты в отливках, вскрывшиеся на последних стади­ях механической обработки, сваркой плавлением, в том числе и газовой, устранить практически невозможно, так как это приводит к локальному повышению твердо­сти (образованию трещин) и значительным деформаци­ям изделия. Такие дефекты устраняются пайкой с ис­пользованием чугунных присадочных прутков (УНЧ—2, СТФЧ—2) и флюсов (МАФ— 1) или латунных припоев (JI—63, JIOK59—!—03) с использованием флюсов на ос­нове буры и борной кислоты. В отдельных случаях ис­пользуется сварка пайка.