ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изме­няют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и около­шовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затрудни­тельно. В связи с этим чугун относится к материалам, облада­ющим плохой технологической свариваемостью. Тем не менее свар­ка чугуна имеет очень большое распространение как средство исправления брака чугунного литья, ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструкций. Качественно выпол­ненное сварное соединение должно по меньшей мере обладать необходимым уровнем механических свойств, плотностью (непро­ницаемостью) и удовлетворительной обрабатываемостью (обра­батываться режущим инструментом). В зависимости от условий работы соединения к нему могут предъявляться и другие требо­вания (например, одноцветность, жаростойкость и др.).

Причины, обусловливающие затруднения в получении качест­венных сварных соединений, следующие.

1. Высокие скорости охлаждения металла шва и зоны терми­ческого влияния, соответствующие термическому циклу сварки, приводят к отбеливанию чугуна, т. е. появлению участков с вы­делениями цементита той или иной формы в различном коли­честве. Высокая твердость отбеленных участков практически лишает возможности обрабатывать чугуны режущим инструмен­том.

2. Вследствие местного неравномерного нагрева металла воз­никают сварочные напряжения, которые в связи с очень незна­чительной пластпчиостыо чугуна приводят к образованию тре­щин в шве и околошовной зоне. Наличие отбеленных участков, имеющих большую плотность (7,4—7,7 г/см3), чем серый чугун (6,9—7,3 г/см3), создает дополнительные структурные напряже­ния, способствующие трещинообразованпю.

3. Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва.

4. Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и формирование шва.

5. Наличие кремния, а иногда и других элементов в металле сварочной ванны способствует образованию на ее поверх­ности тугоплавких окислов, приводящих к образованию не­проваров.

Для оценки влияния термического цикла сварки на структуру и свойства различных зон сварного соединения рассмотрим псев - добинарную диаграмму состояний Fe — С — Si, связав ее с рас­пределением температур в шве и околошовной зоне (рис. 152). Шов представляет собой металл, полностью расплавлявшийся. В зависимости от скорости охлаждения структура его будет пред­ставлять собой белый или серый чугун, с различным количест­вом структурно-свободного углерода.

Участок 1 (неполного расплавления) характеризуется нали­чием в нем одновременно жидкой и твердой фаз. Твердая фаза представляет собой аустенит с предельным содержанием угле­рода (до 2,14%). После быстрого охлаждения жидкая фаза обра­зует белый чугун, в аустенитных участках возможно образование мартенсита.

Участок 2 ограничен эвтектической и эвтектоидной темпе­ратурами. Структура его в значительной мере зависит от исход­ной структуры чугуна и может состоять из аустенита и цементита или аустенита и графита (в зависимости от скорости охлаждения и состава чугуна). При быстром охлаждении металлическая основа приобретает структуру закалки.

Участок 3 (неполной перекристаллизации) вследствие быст­рого нагрева и кратковременности пребывания металла в этом интервале температур феррит — основа структурной составляю­щей чугуна при комнатной температуре — не успевает полностью раствориться. После охлаждения в этом участке может наблю­даться некоторое измельчение зерна. При быстром охлаждении металлическая основа может приобрести частичную закалку.

Участок 4 представляет собой ту часть околошовной зоны, которая нагревалась от 500° С до температуры Асх. При длитель­ном пребывании в этом интервале температур может происхо­дить графитизация за счет частичного распада цементита и сферо-

идизацпи карбидов. Однако в условиях сварочного нагре­ва в этой области заметных структурных изменений не наблюдается.

Влияние скорости охлаж-

W’ °с/с 110 схемой, представленной на рис. 153. В случае низ-

SHAPE * MERGEFORMAT

Рис. 153. Влияние скорости охлажде - ких скоростей охлаждения пия па структуру металла шва и око - в чугунном шве И участке

ЛОШОВПОЁ зоны

околошовной зоны может быть обеспечено сохране-

ние структуры серого чугуна при определенном его составе (woxn <С. и'охл)■ На схеме рис. 153 w охл обозначено наибольшее значение скорости охлаждения металла шва и высокотемпера­турного участка зоны термического влияния (участок 2, рис. 152) при эвтектической температуре, если чугун сваривали без предва­рительного подогрева. Практически при любом составе чугуна в шве и участке 2 околошовной зоны будет иметь место отбели­вание. Сварка чугуна с подогревом (300—400° С) уменьшает скорость охлаждения (шоХЛ на рис. 153). При такой скорости охлаждения в шве и на участке 2 околошовной зоны в зависимости от количества графитизаторов может быть получен либо белый, либо серый чугун.

При высоком подогреве (600—650° С) скорость охлаждения при эвтектической температуре снижается до w'oXл, при которой отбеливания не происходит. Замедление охлаждения приводит к распаду аустенита с образованием ферритной или перлитно - ферритной металлической основы. Таким образом, наиболее эффек­тивное средство предотвращения отбеливания металла шва и высокотемпературного участка околошовной зоны, а также резкой закалки на участке околошовной зоны, нагревавшейся выше тем - ператуты Лсз, — высокий предварительный или сопутствующий подогрев чугуна до температуры 600—650° С. Сварку с таким подогревом называют горячей сваркой чугуна. Высокий подогрев и замедленное охлаждение способствуют также ликвидации тре­щин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, а также уменьшения тем­пературного градиента, термических напряжений.

Сварку с подогревом до температур 300—400° С называют полугорячей, а без предварительного подогрева — холодной свар­кой чугуна. При полугорячей и холодной сварке чугуна широко
используют металлургические и технологические средства воз­действия на металл с целью повышения качества сварных сое­динений. К их числу относятся:

легирование наплавленного металла элемснтами-графитизато - рамн, с тем чтобы при данной скорости охлаждения получить в шве структуру серого чугуна;

легирование наплавленного металла такими элементами, ко­торые позволяют получить в шве перлнтно-ферритиую структуру, характерную для низкоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, более прочные, чем цементит, и равномерно распределенные в металле;

введение в состав сварочных материалов кислородосодержа­щих компонентов с целью максимального окисления углерода (выжигания его) и получения в металле шва низкоуглеродистой стали;

применение сварочных материалов, обеспечивающих в нап­лавленном металле получение различных сплавов цветных метал­лов: медно-никелевых, медно-железных, железоникелевых и др., обладающих высокой пластичностью и имеющих температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна.

Горячая сварка чугуна

Наиболее радикальным средством борьбы с образованием отбе­ленных и закаленных участков шва и околошовной зоны и обра­зованием нор и трещин служит подогрев изделия до темпера­туры 600—650° С и медленное охлаждение его после сварки. Технологический процесс горячей сварки состоит из следующих элементов: I — подготовка изделия под сварку; II — предвари­тельный подогрев деталей; III — сварка; IV — последующее ох­лаждение.

Подготовка под сварку зависит от вида исправляемого дефекта. Однако во всех случаях подготовка дефектного места заклю­чается в тщательной очистке от загрязнений и в разделке для об­разования полостей, обеспечивающих доступность для манипу­лирования электродом и воздействия сварочной дуги. Для пре­дупреждения вытекания жидкотекучего металла сварочной ванны, а в ряде случаев для придания наплавленному металлу соответ­ствующей формы, место сварки формуют. Формовку выполняют в зависимости от размеров п местоположения исправляемого дефекта с помощью графитовых пластинок, скрепляемых формо­вочной массой, состоящей из кварцевого песка, замешенного на жидком стекле, или другими формовочными материалами, а также в опоках формовочными материалами, применяемыми в ли­тейном производстве (рис. 154).

После формовки необходима просушка формы при постепенном подъеме температуры от 60 до 120° С, затем проводят дальнейший подогрев под сварку со скоростью 120—150° в час в печахл горнах

Рис. 154. Формовка места сварки для горячей сварки чугуна:

а — несквозной раковины; С — недолива кромки детали; в — облицовка формы графитовыми пластинами; 1 — деталь; 2 — формовка; 8 — графи­товые пластины

или временных нагревательных устройствах. Замедленное ох­лаждение после сварки достигается при укрывании изделий теплоизолирующим слоем (листами асбеста и засыпкой песком, шлаком или др.) или при охлаждении вместе с печами, горнами.

Способы нагрева и нагревательные устройства применяют в зависимости от характера производства (устранение литейных дефектов, ремонтная сварка и т. д.). Например, при массовом ироизводстве в литейных цехах автомобильных и тракторных заводов целесообразно использовать конвейерные печи; для ре­монтных работ удобен нагрев в муфельных печах или в горнах с открытым кожухом; для разовых ремонтных работ крупнога­баритных изделий изготовляют временные нагревательные уст­ройства из огнеупорного кирпича, в том числе печп-ямы в земля­ном полу цеха. Для сварки используют плавящиеся электроды со стержнями из чугуна марок А или Б (табл. 91).

В состав покрытия, наносимого на литые прутки, диаметром 5—20 мм, входят стабилизирующие и легирующие материалы. Б качестве последних обычно используют графит, карборунд, фер­росилиций, силикокальций, силикомагний и другие, содержащие элсменты-графитизаторы (табл. 92). Горячую сварку чугуна выполняют па больших силах тока [/С11 — (60 н - 100)Д,1 без пере-

рывов до конца заварки дефекта, при больших объемах завари­ваемого дефекта два сварщика, работающие поочередно. Электро- додержатель для горячей сварки должен обеспечивать хороший контакт с чугунным электродом и иметь щиток для защиты руки сварщика от теплового ожога.

Примером одной из возможных конструкций может служить электрододержатсль завода «Стапколит» (рис. 155). В этом держа­теле электрод приваривают к стальному стержню. Для горячей сварки чугуна можно использовать дуговую сварку угольным электродом. Но возможности маневрирования тепловым воздей­ствием на свариваемый металл сварка угольным электродом занимает промежуточное положение между газовой сваркой и сваркой плавящимся электродом. Сваривают на постоянном токе прямой полярности угольными электродами диаметром 8—20 мм. Диаметр электрода и силу свароч­ного тока выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла (табл. 93).

В качестве присадочного материала используют прутки ма­рок А и Б. Для перевода тугоплавких окислов в легкоплавкие соединения применяют флюсы на борной основе, чаще всего тех­ническую безводную (прокаленную) буру.

Горячая сварка чугуна ручным способом, особенно массивных изделий — тяжелый труд. Весьма прогрессивный способ, облег­чающий труд и повышающий производительность, — механизи­рованная сварка порошковой проволокой. В состав шихты вво­дят такие компоненты, которые позволяют получать состав металла шва, представляющий собой чугун. Состав порошковой прово­локи марки ППЧ-3 для горячей сварки чугуна приведен в табл. 94.

Горячая сварка чугуна позволяет получать сварные соедине­ния, равноценные свариваемому металлу (по механическим харак­теристикам, плотности, обрабатываемости и др.), однако это трудоемкий и дорогостоящий процесс. Вместе с этим в ряде слу­чаев практически к сварным соединениям чугуна не предъявля­ется таких требований. Часто, например, достаточно обеспечить только равнопрочность или только хорошую обрабатываемость или плотность сварных швов. С помощью различных металлурги­ческих и технологических средств можно получить сварные сое­динения чугуна с теми или иными свойствами при сварке с невы­соким подогревом или вовсе без предварительного подогрева (т. е. с помощью полугорячей или холодной сварки).

Холодная и полугорячая сварка чугуна электродами, обеспечивающими в металле шва получение серого чугуна

Холодная сварка чугуна электродами, составы которых приве­дены в табл 92, положительных результатов не обеспечивает, так как при больших скоростях охлаждения, соответствующих данным условиям проведения сварки, образуется структура бе­лого чугуна в шве и высокотемпературной области околошовной зоны, а также происходит резкая закалка металлической основы участков зоны термического влияния, нагревающихся в процессе сварки выше температуры Ас3. Возникающие при этом деформа - цим превышают деформационную способность металла шва и око­лошовной зоны, в результате чего образуются трещины.

Для предупреждения отбеливания необходимо обеспечить такой состав металла шва, для которого в этих условиях будет получаться структура серого чугуна с наиболее благоприятной формой графитных включений. Это может быть достигнуто путем введения в наплавленный металл достаточно большого количе­ства графитпзаторов и легирования чугуна элементами, способ­ствующими сфероидизации карбидов (магнием). Примером таких электродов могут служить электроды марки ЭМЧ, стержень ко­торых представляет собой чугун с повышенным (до 5,2%) содер­жанием кремния, покрытие двухслойное: первый слой — леги­рующий, второй — обеспечивает газовую и шлаковую защиту:

1- й слой

TOC o "1-5" h z Графит............................... 41%

Силикомагний................... 40%

Железная окалина..... 14%

Алюминий (порошок) .... 5%

2- й слой

Мрамор......................................... 50%

Плавиковый шпат......................... 50%

Относительная масса каждо­го слон 15—20%

При сварке этими электродами чугунных деталей с толщиной стенки до 12 мм без предварительного подогрева удается полу­чить швы и околошовную зону без отбеливания и закалки. Неко­торому замедлению скорости охлаждения при эвтектической тем­пературе способствует реакция между железной окалиной и алю­миниевым порошком, протекающая с выделением теплоты. При сварке этими электродами массивных деталей для получения без­дефектных сварных соединений приходится их подогревать до температуры 400° С в зависимости от толщины чугуна и жестко­сти изделий. Для улучшения обрабатываемости и некоторого повышения пластичности металла шва используют электроды из ни­келевых чугунов, например нирезиста или никросилаля (табл. 95).

Электроды из никелевых чугунов обеспечивают получение швов, обладающих хорошей обрабатываемостью. Покрытие, на­носимое на стержни из никелевых чугунов рекомендуется сле­дующего состава: карборунд 55%; углекислый барий 23,7%; жидкое стекло 21,3%. Толщина покрытия должна составлять 0,5—0,8 мм на сторону при использовании стержней диаметром

7—8 мм. Сварку выполняют в несколько слоев при возвратно-по­ступательном перемещении электрода. Основной недостаток элек­тродов из никелевых чугуігов — повышенная склонность к обра­зованию горячих трещин.

Получить в наплавленном металле и металле шва серый чугун можно, применяя специальные сварочные материалы, которые обеспечивают легирование через электродное покрытие. Примером такнх материалов могут служить электроды, стержень которых изготовлен из низкоуглеродистой проволоки, например, марок Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246—70, а в легирующем покрытии содержимся достаточное количество элементов графитизаторов — углерода и кремпия. Наиболее характерны электроды марки ЭМЧС, стержень которых состоит из низкоуглеродистой электродной про­волоки, а покрытие из трех слоев:

1-й слой 2-й слой

TOC o "1-5" h z Графит 50% Мрамор* . 50%

Сшшкомагннй.............................. 41% Плавиковый шпат.......................... 47,5%

Гематит.......................................... 6% Бентонит......................................... 2,5%

Алюминий (порошок) .... 1.5% 3 й слой

Бентонит 1’5% Графит '. 100%

Электроды изготовляют путем последовательного нанесения обмазки, замешенной на жидком стекле, причем толщина каждого слоя должна обеспечивать относительную массу 1-го слоя 25— 30% 2- п 3-го — по 10—15%. Как видно из приведенного состава покрытия, 1-й слой является легирующим, 2-й шлако - и газообра­зующим, 3-й — газозащитным. Графит и силикомагпий, входящие в состав 1-го слоя, служат графитизаторами, причем магний в неко­торой степени способствует сфероидизации графита; гематит и алю­миний, вступая во взаимодействие, способствуют некоторому снижению скорости охлаждения при эвтектической температуре и тем самым получению в шве структуры серого чугуна.

Применение этих электродов при сварке чугунных изделий с относительно небольшой толщиной свариваемого металла (до 8— 10 мм) позволяет получить качественные сварные соединения без предварительного подогрева изделия; при больших толщинах необходимо применять полугорячую сварку. Для холодной и полу - горячей сварки чугуна автоматами, и главным образом полуавто­матами, используют специальные порошковые проволоки, обес­печивающие получение в шве серого чугуна. Для холодной сварки изделий с относительно небольшой толщиной стенок (в месте свар­ки) рекомендуется проволока марки ППЧ-1, для полугорячей сварки—проволока ППЧ-2 (табл. 96).

Механизированная сварка порошковой проволокой позволяет получать наплавленный металл и металл шва, близкие по составу и структуре к свариваемому чугуну. При заварке дефектов в круп­ных чугунных отливках, для исправления которых необходимо наплавить большой объем металла, а также при изготовлении крупногабаритных массивных изделий из высокопрочных чугунов с шаровидным графитом можно использовать электрошлаковую сварку пластинчатыми электродами, представляющими собой ли­тые чугунные пластины соответствующего состава с содержанием элементов-графитпзаторов (углерода и кремния), равном содер­жанию последних в электродных стержнях марок А и Б, и 0,04— 0,08% Mg.

При электрошлаковой сварке чугуна применяют фторидные обессеривающие и иеокислительные флюсы. Замедленное охлаж­дение металла шва и околошовной зоны, характерное для элект­рошлаковой сварки, позволяет получать сварные соединения без отбеленных и закаленных участков, трещин, пор и других дефек­тов. Электрошлаковая сварка обеспечивает вполне удовлетвори­тельные механические свойства сварных соединений из чугуна и хорошую их обрабатываемость.

Кроме общего подогрева, применяемого при полугорячей сварке различными способами, в ряде случаев, когда жесткость изделия сравнительно невелика, можно ограничиться местным подогре­вом до нужной температуры. В процессе сварки необходимо обра­щать внимание на то, чтобы изделие в районе сварки не охлажда­лось ниже заданной температуры подогрева.

Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали

Если выполнить наплавку на чугун электродами, предназначен­ными для сварки углеродистых или низколегированных конструк­ционных сталей, то в 1-м слое даже при относительно небольшой доле участия основного металла получится высокоуглеродистая сталь, которая при скоростях охлаждения, имеющих место в усло­виях сварки без предварительного подогрева изделия, приобре­тает резкую закалку. Поэтому металл 1-го слоя будет иметь высо­кую твердость, низкую деформационную способность и окажется подверженным образованию холодных трещин, а также пористости. Во 2-м слое, естественно, доля участия чугуна уменьшится, однако содержание углерода в нем будет находиться еще на высоком уров­не, что также приведет к закалке и возможному образованию тре­щин. В последующих слоях доля участия чугуна окажется незна­чительной, и металл шва будет обладать определенным уровнем пластичности.

В связи со сказанным такие стальные электроды можно при­менять только для декоративной заварки небольших по размерам дефектов, если к сварному соединению не предъявляются требова­ния обеспечения прочности, плотности и обрабатываемости режу­щим инструментом. С целью уменьшения доли участия основного металла в шве, а также размеров зоны термического влияния, в том числе и участков отбеливания и закалки, применяют элект­роды небольших диаметров (для 1-го слоя 3 мм, для 2-го и последую­щих 3—4 мм), на малых токах [/св = (20 - к 25) da], не перегре­вая основной металл.

Сначала выполняют облицовку 1-м слоем. Сварку выполняют короткими участками, валиками небольших сечений [FH = (6 ~ - ь 8)dg] вразброс с перерывами для охлаждения шва и околошов­ной зоны до температуры 50—60° С. На 1-й слой наносят 2-й попе­речными валиками, затем 3-й. После 3-го слоя можно применять режимы с несколько большей погонной энергией, но также с пере­рывами, чтобы зона разогрева чугуна была небольшой. Для уменьшения напряжений полезно применять проковку средних слоев.

При сварке чугуна низкоуглеродистыми электродами общего назначения наиболее слабое место сварного соединения — около­шовная зона у границы сплавления. Хрупкость этой зоны и нали­чие в ней трещин нередко приводят к отслаиванию шва от основного металла. Для увеличения прочности сварного соединения, когда к нему не предъявляется других требований (например, при ре­монте станин, рам, кронштейнов и других несущих элементов толстостенных конструкций), применяют стальные шпильки, кото­рые частично разгружают наиболее слабую часть сварного соеди­нения — линию сплавления.

Шпильки имеют резьбу, их ввертывают в тело свариваемой детали. Размеры шпилек обычно зависят от толщины свариваемых деталей. Практикой установлены следующие рекомендации: диа­метр шпилек 0,3—0,4 толщины деталей, но не более 12 мм; глубина ввертывания шпилек 1,5 диаметра их, но не более половины тол­щины свариваемых деталей; высота выступающей части 0,75—1,2 диаметра шпильки. Шпильки располагают в шахматном порядке на скошенных кромках деталей и в один ряд на поверхности детали с каждой стороны стыка, причем расстояние между ними должно быть равно 4—6 диаметрам шпильки.

Сварку выполняют в следующем порядке. Сначала обваривают каждую шпильку и облицовывают поверхности кромок электродами диаметром 3 мм на малых токах. Затем на облицованные кромки п шпильки наплавляют валики и заполняют разделку, как в пре­дыдущем случае. Для снижения содержания углерода в металле шва предложено выполнять сварку по слою флюса, содержащего до 30% железной окалины (например, буры 50%, каустической соды 20%, железной окалины 30%). Углерод, попадающий в сва­рочную ванну, в высокотемпературной ее части активно окисляется и выводится из нее в виде окиси углерода, не растворимой в метал­ле. В результате концентрация углерода к моменту затвердевания сварочной ванны снижается. Твердость металла шва уменьшается, деформационная способность возрастает.

Однако для более полного эффекта выжигания углерода необ­ходимо применять режимы сварки, характеризующиеся относи­тельно большой погонной энергией, что, однако, отрицательно сказывается на околошовной зоне: в ней образуются значительные по размерам участки отбеливания и закалки, приводящие к обра­зованию трещин. При сварке чугуна с достаточно высоким содер­жанием элементов-графитпзаторов при небольшой толщине стенки свариваемых деталей можно получить положительные резуль­таты.

Более удачным оказался другой путь. В металл шва вводят сильный карбидообразоватедь — ванадий. В этом случае в основ­ном образуются карбиды данного элемента, не растворяющиеся в железе и имеющие форму мелкодисперсных нетвердых включе­ний. Металлическая основа при этом оказывается обезуглерожен­ной и достаточно пластичной. Примером могут служить электроды марки ЦЧ-4 со стержнем из низкоуглеродистой проволоки марок Св-08 или Св-08А и покрытием следующего состава: мрамор 12%, плавиковый пшат 10%, феррованадий 66%, ферросилиций 4%, поташ 2%, жидкое стекло 30% массы сухой смеси.

Металл, наплавленный этими электродами, имеет следующий состав: до 0,15% С; до 0,6% Si; 0,5% Мп; 8,5—10,5% V; серы и фосфора до 0,04 % каждого. Этими электродами сначала облицо­вывают кромки на малых токах [/св = (20 ч - 25) йэ]. Сварку выполняют параллельными валиками с перекрытием каждого предыдущего на половину его ширины. После 2-го слоя силу тока увеличивают на 15—20%; окончательно разделку заполняют электродами УОНИ-13/45.

Область применения таких электродов — сварка поврежден­ных деталей и заварка дефектов в отливках из серого и высоко­прочного чугуна. В случае необходимости можно также сваривать соединения серого и высокопрочного чугуна со сталью. Сварные соединения, выполненные этими электродами, имеют удовлетво­рительную обрабатываемость, плотность и достаточно высокую прочность. К способам, обеспечивающим получение в наплавленном металле низкоуглеродпетой стали, можно также отнести механи - зированную сварку короткими участками электродной проволокой марок Св-08ГС или Св-08Г2С диаметром 0,8—1 мм в углекислом газе. Сила сварочного тока составляет 50—75 А, напряжение дуги 18—21 В, скорость сварки 10—12 м/ч.

Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в металле шва цветных и специальных сплавов

Для получения швов, обладающих достаточно высокой пластич­ностью в холодном состоянии, применяют электроды, обеспечи­вающие получение в наплавленном металле сплавов на основе меди и никеля. Медь и никель не образуют соединений с углеро­дом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Поэтому, попадая в зону неполного расплавления, прилегающую к шву, они уменьшают вероятность отбеливания. Кроме того, пластичность металла шва способствует частичной релаксации сварочных напряжении и по­этому снижается вероятность образования трещин в зоне терми­ческого влияния. Для сварки чугуна используют медножелезпые, медно-никелевые п железоникелевые электроды.

Существует несколько типов медно-железных электродов.

1. Медный стержень с оплеткой из жести толщиной 0,25— 0,3 мм, которую в виде ленты шириной 5—7 мм навивают на стер­жень по винтовой линии. На электрод наносят ионизирующее или толстое покрытие. Электрод со стержнем, изготовленным из ком­бинированной проволоки, представляющий собой сердечник из стальной проволоки, плотно запрессованный в медную трубку, изготовляют на станках для производства порошковой проволоки.

Может быть также и другой вариант: медный сердечник со сталь­ной оболочкой. Во всех разновидностях содержание железа в на­плавленном металле не должно превышать 10—15%, так как в про­тивном случае в шве образуются (в большом количестве) очень твердые включения железа с высоким содержанием углерода, ухудшающие обрабатываемость и снижающие пластичность шва.

2. Пучок электродов, состоящий из одного или двух медных стержней и стального электрода с защитным покрытием любой марки. Пучок связывают в четырех-пяти местах медной проволо­кой и на конце, вставляемом в электрододержатель, прихватывают для надежного контакта между всеми стержнями.

3. Наиболее совершенные из числа медно-железных электро­дов — электроды марки ОЗЧ-1, представляющие собой медный стержень диаметром 4—5 мм, на который нанесено покрытие, состоящее из сухой смеси покрытия УОН11-13 (50%) и железного порошка (50%), замешенных на жидком стекле.

Медно-железный сплав в шве получается также при сварке медными электродами по слою специального флюса, который состоит из прокаленной буры (50%), каустической соды (20%), железной окалины (15%) и железного порошка (15%). Флюс насы­пают слоем толщиной около 10 мм, расплавляют дугой; далее по море перемешивания дуга горит между медным электродом и расплавленным флюсом.

Сварку медно-железными электродами всех типов следует выполнять таким образом, чтобы не допускать сильного разогрева свариваемых деталей: на минимально возможных токах, обеспе­чивающих стабильное горение дуги, короткими участками враз­брос, с перерывами для охлаждения свариваемых деталей.

Основное преимущество этих электродов — возможность про­ковки наплавленного металла в горячем состоянии для уменьшения уровня сварочных напряжений. Проковка обязательна, так как при этом уменьшается опасность образования трещин в около- шовиой зоне.

Общий недостаток медно-железных электродов — неоднород­ная структура шва: мягкая медная основа и очень твердые включе­ния железной составляющей, затрудняющие обработку и препят­ствующие получению высокой чистоты обработанной поверхности. Несколько лучшей обрабатываемостью обладают швы, выполнен­ные электродами марки АНЧ-1, стержень которых состоит из аустепитной стали марки Св-04Х18Н9 и медной оболочки. На электрод наносят покрытие фтористокальциевого типа.

Наиболее рационально применять медно-железные электроды для заварки отдельных несквозных Пороков или небольших не­плотностей, создающих течи на отливках ответственного назначе­ния, в том числе работающих под давлением (фланцы, подшип­ники).

Медно-никелевые электроды в производстве применяют глав­ным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твердости недопустимо. Положительные свойства таких электродов в том, что никель и медь не растворяют углерод и не образуют структур, имеющих высокую твердость после нагрева и быстрого охлаждения. Отбе­ливание зоны частичного расплавления при небольших ее разме­рах практически отсутствует, так как медь и никель — элементы- графитизаторы, проникая в этот участок, оказывают положитель­ное действие: в то же время никель и железо обладают неограни­ченной растворимостью, способствуя надежному сплавлению.

Для изготовления электродов используют и медно-никелевые сплавы: монель-металл, содержащий 65—75% Ni, 27—30% Си,

2— 3% Fe и 1,2—1,8% Мп (например, НМЖМц 28-2,5-1,5); кон­стантан, содержащий ^ 60% Ni и 40% Си (МНМц 40-1,5); нихром (Х20Н80).

Недостатки этих сплавов — их высокая стоимость и дефицит­ность, а также большая усадка, приводящая к образованию горячих трещин. Горячие трещины иногда имеют вид сплошной сетки, что снижает прочность сварного соединения. В связи с этим

данные сплавы не рекомендуется применять для заварки трещин в изделиях, которые несут силовую нагрузку. Заварка же отдель­ных мелких раковин позволяет получить хорошие результаты,, так как обеспечивает возможность последующей механической обработки.

Находят применение в промышленности электроды марок МНЧ-1 со стержнем из монель-металла и МНЧ-2 со стержнем из константане. Обе марки имеют электродные покрытия вида Ф. Сварку выполняют электродами диаметром 3—4 мм, ниточным швом, короткими участками при возвратно-поступательном дви­жении электрода, не допуская перегрева детали, для чего рекомен­дуются перерывы для охлаждения. Наплавленные валики в горя­чем состоянии следует тщательно проковывать ударами легкого молотка. Для заварки отдельных небольших дефектов на обраба­тываемых поверхностях отливок ответственного назначения из серого и высокопрочного чугуна, пороков, выявленных на меха­нически обработанных поверхностях изделий и при ремонте обору­дования из чугунного литья, используют также железоникеле­вые электроды с стержнем из сплава, содержащего 40—60% Ni и 60—40% Fe.

При сварке такими электродами обеспечивается достаточно высокая прочность и некоторая вязкость металла шва. Железо­никелевые электроды обладают определенными преимуществами, к числу которых, кроме высокой прочности, можно отнести меньшую, чем у медно-никелевых сплавов, литейную усадку, одноцветность наплавки с чугуном. Примером электродов такого типа могут служить электроды марки ЦЧ-ЗА с стержнем из прово­локи Св-08Н50 и покрытием из доломита (35%), плавикового шпата (25%), графита черного (10%) и ферросилиция (30%), заметенных на жидком стекле.

Необходимо всегда иметь в виду, что все электроды, содержа­щие никель, дефицитны и могут применяться для сварки чугуна ограниченно, например для заварки небольших раковин, вскры­тых на последних операциях механической обработки, в деталях больших размеров и большой жесткости.