Холодная и полугорячая сварка чугуна электродами, обеспечивающими в металле шва получение серого чугуна
Холодная сварка чугуна простыми электродами, предназначенными для горячей сварки чугуна, 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 деформации 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 графитизаторов 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
- Графит - 41%
- Силикомагний - 40%
- Железная окалина - 14%
- Алюминий (порошок) - 5%
2-й слой
- Мрамор - 50%
- Плавиковый шпат - 50%
(Относительная масса каждого слоя - 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 (см табл.).
Состав электродных стержней из никелевых чугунов, %
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 чугунов — 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 таких 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 содержится достаточное количество элементов графитизаторов — углерода и кремния. Наиболее характерны электроды марки ЭМЧС, стержень которых состоит из низкоуглеродистой электродной проволоки, а покрытие из трех слоев:
- 1-й слой: Графит — 50% Силикомагний — 41% Гематит — 6% Алюминий (порошок) — 1,5% Бентонит — 1,5%
- 2-й слой: Мрамор — 50% Плавиковый шпат — 47,5% Бентонит — 2,5%
- 3-й слой: 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- и 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 силикомагний, 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 полугорячей 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.
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-графитизаторов (углерода и кремния), равном содержанию последних в электродных стержнях марок А и Б, и 0,04- 0,08% Mg.
Составы порошковых проволок и наплавленного ими металла для холодной и полугорячей сварки чугуна, %
При электрошлаковой сварке чугуна применяют фторидные обессеривающие и неокислительные 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 [Iсв = (20-25) dэ, не перегревая основной металл.
Сначала выполняют облицовку 1-м слоем. Сварку выполняют короткими участками, валиками небольших сечений [F = (6-8)dэ] 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 й 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-графитизаторов при небольшой толщине стенки свариваемых деталей можно получить положительные результаты.
Более удачным оказался другой путь. В металл шва вводят сильный карбидообразователь — 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 шпат 16%, 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% Мn; 8,5-10,5% V; серы и фосфора до 0,04% каждого. Этими электродами сначала облицовывают кромки на малых токах [Iсв = (20-25)dэ]. 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 низкоуглеродистой стали, можно также отнести механизированную 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.
Сообщение отредактировал Andrew: 29 Январь 2015 00:29
