Полуавтоматы для дуговой сварки и их основные узлы

Холодная сварка чугуна

Существует большое разнообразие способов холодной сварки чугуна: 1) сварка чугуна стальными электродами: а) без постановки шпилек; б) с постановкой шпилек; в) сварка стальными электродами с карбидообразующими элементами в покрытии; 2) сварка чугунными электродами; 3) сварка электродами из цветных металлов и

комбинированными; 4) сварка в среде углекислого газа, порошковой проволокой, электрошлаковая и др. Выбор того или иного способа холодной сварки чугуна определяется рядом технологических и экономических факторов и требуемым качеством соединения. Сварка электродами из малоуглеродистой стали без постановки шпилек. Данный метод может быть применен при заварке пороков на небольшой глубине и ширине на отливках неответственного назначения и не подлежащих механической обработке, а также при ремонте чугунных изделий. Сварка первого слоя производится электродами малого диаметра, обычно 3 мм при малой погонной энергии и сварочном токе 60—70 A, вразброс, с перерывами, чтобы температура детали вблизи места сварки не превышала 50—60 °С. Слой получается тонким, пористым и с

поперечными трещинами. Второй слой наносится на первый поперечными валиками, тем самым на поверхности детали в месте сварки создается слой стали. Дальнейшая сварка производится с большой погонной энергией, но также с перерывами, чтобы избежать концентрации теплоты в одном месте. Последующие слои создают достаточную плотность шва. При сварке стыковых соединений для увеличения общей площади связи наплавленного и основного металла шов рекомендуется распространить на кромку детали по ширине, равной толщине детали (рис. 85), а для уменьшения напряжения применить проковку средних слоев.

Рис. 85. Вид стыкового соединения чугуна: а - стальнение поверхности без установки шпилек; б - стальнение поверхности с установкой шпилек

Этот метод сварки не следует применять для исправления чугунных изделий, работающих при температуре выше 100 °С, так как в месте сварки могут возникнуть дополнительные напряжения (вследствие разницы в значении коэффициента теплового расширения чугуна и стали), а это может явиться причиной нарушения сплошности соединения. Сварка электродами из низкоуглеродистой стали с установкой шпилек. Чтобы увеличить прочность соединения при ремонте ответственных крупногабаритных чугунных изделий - станин, рам, кронштейнов и т. п., применяют стальные шпильки, которые ввертываются на резьбе в тело детали. Назначение шпилек - связать металл шва с чугуном и передать усилие от шва в массу основного металла, не подвергшегося термическому воздействию, минуя хрупкие участки околошовной зоны. Диаметр шпилек d принимается равным 0,15 - 0,25 толщины детали, но не менее 3 мм и не более 16 мм; расстояние между шпильками (3 - 4)d, расстояние от шпилек до кромки (1,510 - 2,0)d, глубина ввертывания шпилек 1,5d, высота выступающей части (0,8-1,2)d. При выполнении операции по подготовке отверстий для шпилек нельзя применять масло. Детали толщиной до 12 мм могут свариваться без подготовки кромок с установкой одного ряда шпилек с каждой стороны. В деталях большой толщины выполняется односторонняя или двусторонняя подготовка кромок с углом раскрытия 90°, и шпильки устанавливаются также по скосам кромок в шахматном порядке. Сварку производят при малой погонной энергии стальными электродами диаметром 3 мм с тонким покрытием или покрытием УОНИ- 13/45. Сначала шпильки обваривают кольцевыми швами вразброс, с перерывами для охлаждения деталей. После обварки шпилек до соприкосновения кольцевых валиков между собой производится наплавка участков между обваренными шпильками также вразброс. Второй слой выполняется поперечными небольшими валиками вразброс. Для остальной части шва могут применяться электроды большого диаметра с соблюдением ранее указанных положений по сварке, с заполнением шва, как указано на рис. 85, б. При сварке деталей большой толщины для уменьшения количества наплавленного металла целесообразно производить сварку стальных связей различных форм и размеров. Холодная сварка чугуна стальными электродами с постановкой шпилек позволяет производить сварку в нижнем, вертикальном и потолочном положениях, соединения получаются прочными, но плотность не всегда обеспечивается. Сварка чугуна чугунными электродами. При этом методе сварки электродом служит чугунный стержень марки А или Б (табл. 46), на который наносятся различные толстые покрытия, например ОМЧ-1, которое содержит 25 % мела, 41 % графита, 9 % ферромарганца, 25 % кварцевого песка.

Таблица 46

Химический состав чугунных стержней, применяемых при сварке

Качество сварного соединения при холодной сварке чугуна чугунными электродами неоднородно, так как трудно обеспечить такую скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны, при которой не было бы отбела на всем протяжении шва, поэтому в различных сечениях соединения получаются различной структуры и твердости. Этот способ сварки широкого применения не имеет. Лучшие результаты получаются при подогреве детали до температуры 300—400 °С, т. е. при

полугорячей сварке чугуна.

Сварка стальными электродами с карбидообразующими элементами в покрытии.

Сущность этого способа заключается в том, что углерод, поступающий в шов из основного металла, связывается в труднорастворимые мелкодисперсные карбиды ванадием, содержащимся в электродном покрытии. Карбиды эти столь прочны, что углерод, находящийся в них, не участвует в фазовых превращениях. Если карбидообразующие элементы содержатся в шве в избытке по отношению к углероду, структура шва получается ферритной с включением мелкодисперсных карбидов. Сварка по этому способу выполняется в основном электродами ЦЧ-4, в покрытие которых вводится 70 % феррованадия, в результате чего наплавленный металл содержит 9—10 % ванадия. Сварку чугуна электродами ЦЧ-4 следует производить с малой погонной энергией по принципу наиболее холодного места, поэтому производительность процесса сварки электродами тоже низкая. Холодная сварка электродами из никелевых сплавов. При наличии в жидкой ванне элементов активных графитизаторов можно избежать отбела в околошовной зоне, поэтому, когда поверхность должна быть механически обработана и неравнопрочность соединения с основным металлом допускается, сварка может производиться электродами из цветных металлов, содержащих никель, медь. Наибольшее применение получили электроды из монель - металла, который представляет собой сплав никеля (65—70 %) и меди (25—30 %), и электроды ЦЧ-ЗА, имеющие стержень из проволоки СВ - 08Н50 и основное покрытие. На проволоку из монель-металла диаметром 2—4 мм наносятся покрытия специального состава, например, из 40 % графита, 60 % мела или мрамора и др. Наплавка этими электродами производится валиками длиной 50- 60 мм; при этом сразу же после наложения валика его необходимо проковать легкими ударами молотка. Это вызвано тем, что усадка монель-металла при переходе из жидкого в твердое состояние составляет около 2 %. Совместное действие усадки и напряжений от сварки может вызвать образование трещин. Для уменьшения расхода дорогостоящего монель-металла и обеспечения обрабатываемости стыкового шва после сварки иногда на кромки, подлежащие сварке, наплавляется слой монель-металла, а остальная часть шва выполняется электродами из малоуглеродистой проволоки. В некоторых случаях нижняя часть шва наплавляется электродами из малоуглеродистой проволоки, а верхний слой покрывается монель - металлом.

Холодная сварка медными и комбинированными медно-стальными электродами.

Медным электродом сваривают изделия, работающие при незначительных статических нагрузках, а также изделия, требующие плотных швов. В производстве широкое применение нашли различные варианты комбинированных медно-стальных электродов: медный

стержень с оплеткой из мягкой стали, стальной стержень с медной оболочкой, пучок медных и стальных электродов, медный стержень с толстым покрытием, содержащим железный порошок, например, электроды 034-1 и др. Появление комбинированного метода и сплавление его с чугуном создают условие для получения качественного шва, так как медь не соединяется с углеродом - она остается пластичной и вязкой, а сталь науглероживается, что повышает ее прочность. Комбинированные электроды могут изготовляться из любой марки меди. Наиболее простыми в изготовлении являются электроды, имеющие медный стержень с оплеткой из мягкой стали. Они изготовляются следующим образом: на медный стержень длиной 300—350 мм

навивается спираль из мягкой жести, нарезанной в виде полосок шириной 5—10 мм. Диаметр медного стержня берется равным 4—7 мм. Если между витками спирали будет небольшой интервал, то железа в электроде будет не более 8—12 %. На подготовленные стержни наносят покрытия: меловое, УОНИ-13/45 и др. Широко и эффективно

применяются электроды из меди с железным порошком в составе покрытия. Сварка такими электродами не вызывает затруднений. Для изготовления таких электродов в шихту покрытия УОНИ-13/55 добавляется 40—50 % железного порошка. Сваркой пучком электродов отбел первого участка околошовной зоны полностью не устраняется. Лучшие результаты получаются, если в пучок добавляется стержень из монель-металла или латуни диаметром 2—3 мм. Чтобы избежать затекания расплавленного металла впереди дуги, электрод при сварке располагают, как показано на рис. 86. В настоящее время разработаны и рекомендованы к промышленному применению три марки порошковой проволоки для сварки чугуна: ППЧ-1, ППЧ-2, ППЧ-3. Химический состав первых двух марок проволоки приведен в табл. 47.

Таблица 47

Рис. 86. Сварка пучком электродов: 1 - стальные стержни

электрода;

Как показали исследования, порошковую проволоку ППЧ можно применять для холодной сварки чугуна на деталях, имеющих сквозные и несквозные дефекты размером до 100 см2 на обрабатываемых и необрабатываемых плоскостях, расположенных в нежестком контуре (отбитые части, дефекты на выступающих частях отливок и др.). Для сварки рекомендуется постоянный ток прямой полярности при режиме, обеспечивающем в процессе сварки минимальную скорость охлаждения, поэтому предпочтительно применение больших токов и малых скоростей перемещения дуги, а именно для сварочной проволоки диаметром 2,8—

3,0 мм 1св = 280?300 A, ид = 28?32 В, Уп. д = 4 м/ч. Механическая обработка наплавленной поверхности возможна потому, что благодаря большому вводу теплоты скорость охлаждения небольшая и получается достаточно пластичная структура. Но в тех случаях, когда площадь, подлежащая заварке большая и когда за счет соответствующего режима сварки нельзя заметно уменьшить скорость охлаждения металла наплавки и околошовной зоны, следует применить местный предварительный нагрев, хотя бы до 100—150 °С. Если это нельзя осуществить, сварку следует производить с малой погонной энергией, валиками длиной 25—30 мм, по принципу наиболее холодного места или путем предварительного стальнения поверхности электродами УОНИ - 13/45, для получения сплошной наплавки высотой 5—6 мм. После этого производится заплавка детали.