Указания по сварке чугуна

СВАРКА ЧУГУНА

Применение чугуна

Хорошие литейные свойства чугуна, простота и невысокая стоимость изготовления изделий из него, износостойкость, надежная работа в условиях повышенных температур и знакопеременных нагрузок позволяют широко использовать чугун в качестве конструкционного материала. Однако выпускаемые в настоящее время чугуны характеризуются пониженной свариваемостью, обусловленной повышенной склонностью к образованию трещин из-за низкой его прочности и пластичности и образования хрупких структур при сварке в металле шва и околошовной зоны при повышенных скоростях охлаждения. Трещины в металле сварного соединения  могут возникнуть от неравномерного нагрева и охлаждения, которые характерны для термического цикла сварки, литейной усадки металла шва, жесткости свариваемых изделий. Наиболее широко распространены и хорошо разработаны процессы сварки деталей из серного чугуна. Существуют три основных, наиболее распространенных способа сварки чугуна: с предварительным нагревом (горячая сварка), без предварительного нагрева (холодная сварка), пайкосварка.

Горячая сварка

При горячей сварке изделия предварительно нагревают до 600-700 °С. При сварке крупных изделий можно применять местный подогрев. При подготовке дефектного места к сварке его тщательно очищают от загрязнения, разделывают для образования полости, легко доступной для сварки, устраивают формовку для предотвращения вытекания металла из сварочной ванны. Формовку выполняют графитовыми или угольными пластинками, скрепленными формовочной массой из кварцевого песка, увлажненного жидким стеклом, или другими формовочными материалами. Формовку производят в опоках. Форму просушивают при постепенном изменении температуры от 60 до 120 °С. После чего изделие подогревают. Применяют несколько способов ручной горячей сварки чугуна

Ручную сварку покрытыми электродами используют в мелкосерийном производстве, при заварке дефектов в труднодоступных местах. При сварке покрытыми электродами с чугунным стержнем на переменном или постоянном токе прямой полярности обеспечивается стабильно хорошее качество. Перед началом заполнения заформованного участка первую порцию расплавленного металла рекомендуется выплеснуть для удаления неметаллических включений. Сварку ведут на токах 900- 1000 А. Для заварки мелких дефектов следует применять покрытые электроды со стержнем из углеродистой стали. Сварку производят на постоянном токе прямой полярности с использованием стандартного оборудования. Сварку выполняют при полужидком металле сварочной ванны обычно электродами диаметром 5 мм на токе 200-250 А. Механические свойства металла сварного соединения аналогичны свойствам основного металла.

Газовую сварку чугунных деталей выполняют нормальным пламенем или пламенем с небольшим избытком ацетилена. У деталей толщиной до 5 мм разделку кромок не делают, а у изделий толщиной свыше 5 мм производят разделку кромок под углом 70-90°. Диаметр прихваток 5-6 мм. После нагрева до 500-700 °С в начале сварки пламя горелки устанавливают почти вертикально таким образом, чтобы ядро пламени находилось на расстоянии 2-3 мм от поверхности свариваемого металла. По мере выполнения сварки горелку наклоняют под небольшим углом. Наконечник горелки выбирают из расчета 120 дм/ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемого металла. В качестве присадки применяют чугунные прутки марки А диаметром 4, 6, 8, 10 мм и длиной 250-450 мм. Для облегчения выделения газа металл сварочной ванны необходимо непрерывно помешивать присадочным прутком. С целью удаления образовавшихся при сварке окислов и улучшения процесса сварки используют специальные флюсы. Для получения сварного соединения со свойствами, аналогичными основному металлу, следует уменьшить скорость охлаждения путем отвода племени сварочной горелки от поверхности свариваемою металла на 50-60 мм, подогревая наплавленный металл пламенем в течение 1-1,5 мин. Для уменьшения внутренних напряжений в массивных деталях сложной конфигурации их рекомендуются вторично подогреть до 600-700 °С и постепенно охладить.

Газовую сварку с местным подогревом до 300-500 °С - применяют, когда место сварки и характер конструкции позволяют использовать местный подогрев без появления трещин и напряжений в свариваемых изделиях. Подогрев выполняют сварочными горелками, паяльными лампами и другими возможными средствами. Состав газового пламени и его мощность при сварке выбирают такими же, как и при сварке с общим подогревом. В качестве присадки применяют чугунные прутки марки Б диаметром 4, 6, 8, 10 и 12 мм и длиной 250-450 мм. Места сварки после окончания процесса медленно охлаждают, покрывая асбестом  или засыпая песком.

Когда требуется исправить небольшой дефект сложной детали или дефект, расположенный на массивной детали в тонком месте, где укорочение от нагрева при сварке не встречает большого сопротивления, можно применять электродуговую сварку с предварительным нагревом до 250-400 °С (полугорячую сварку). По технике выполнения и применяемым материалам полугорячая сварка не отличается от горячей.

Холодная сварка

Существует значительное число способов холодной сварки чугуна. Ручная сварка электродами из цветных металлов на медной основе получила широкое распространение для заварки трещин с обеспечением хороших прочностных показателей свариваемых деталей. Сварку ведут электродами 03Ч-2 и СТЧ-3 на постоянном токе прямой полярности в нижнем или наклонном положениях небольшими участками длиной 30-80 мм с очисткой и проковкой каждого валика. Зазоры между кромками при заварке трещин рекомендуется заплавлять стальными электродами. Возобновляют  сварку после охлаждения места сварки до 50-70 °С. Длина душ у электродов 03Ч-2 должна быть предельно короткой. Применяют электроды диаметром 4-7 мм, силу тока соответственно 140-300 А. Сварку электродами со стержнем из сплава на основе никеля используют для устранения мелких дефектов и прежде всего, когда требуется обеспечить обрабатываемость сварного соединения, а также его цвет, аналогичный цвету основного металла. Для сварки используют электроды ОЗЧ-З, О3Ч-4, ОЗЖН-1, МНЧ-2 и СТЧ-2. Сварку электродами ОЗЧ-З и МНЧ-2 на постоянном токе обратной полярности производят короткими швами длиной 30-50 мм с проковкой каждого шва и перерывами для охлаждения. При сварке электродами ОЗЧ-З диаметром 2,5-5 мм сварочный ток 60-150 А, а электродами МНЧ-2 диаметром 3-5 мм 90-190 А. При заварке крупных дефектов или наплавке больших объемов металла используют также электроды ОЗЖН-1. Электродами ОЗЧ-З наплавляют первый и последний слой, а промежуточные слои наплавляют поочередно электродами ОЗЖН-1 и ОЗЧ-З. Техника и режимы сварки электродами 0ЗЧ-1 и ОЗЖН-1 и электродами ОЗЧ-З аналогична. Эти электроды рекомендуются для наплавки последнего слоя при заполнении разделки электродами ОЗЧ-З. Назначение электродов СТЧ-2 и МНЧ-2 и техника сварки ими аналогичны. Сварку ведут электродами диаметром 3-6 мм, сварочный ток соответственно 85-240 А. Некоторые дефекты, расположенные по краям, а также "бобышки" и платики можно наплавлять полужидкой ванной с принудительным формированием. Используют силу тока в 1,5 раза больше по сравнению с током при послойной сварке. Мелкие дефекты на обрабатываемых поверхностях запаривают электродами с карбидообразующими элементами в покрытии. Наибольшее распространение получили электроды ЦЧ-4. Сварку ведут на минимальном токе электродами диаметром более 4 мм из расчета 23 А на 1 мм диаметра электрода. Ток постоянный, полярность обратная. Кромки рекомендуется облицовывать не более чем в 2 слоя с последующим заполнением объема стальными электродами типа Э42 и Э42А.

Когда не требуется механическая обработка сварных соединений и не оговаривается их прочность, рекомендуется сварка стальными электродами, применяемыми для сварки низкоуглеродистых сталей. Сварку производят отдельными участками на минимальном режиме с перерывами для охлаждения основного металла. Для получения равнопрочного с основным металлом соединения непосредственно по месту работы детали без се демонтажа в завариваемое место устанавливают стальные шпильки в шахматном порядке. При толщине детали до 20 мм разделка кромок необязательна. При большей толщине угол разделки 90-120°.

Сварку можно производить также электродами ЦЧ-4 или электродами со стержнем на основе никеля. Сварку выполняют участками 40-50 мм с перерывами для охлаждения и минимальной глубиной проплавления.

Сварка без предварительного нагрева изделий из высокопрочного и ковкого чугуна имеет свои особенности - высокопрочный чугун обладает повышенной склонностью к отбеливанию и большой прокаливаемостью, а ковкий чугун имеет повышенную графитизацию, что затрудняет смачиваемость поверхности при сварке. Сварку можно выполнять до и после термической обработки. До термической обработки изделия сваривают электродами УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55, а после термической обработки-электродами со стержнем на основе никеля.

Газовую холодную сварку применяют, когда при нагревании и охлаждении детали могут свободно расширяться и сжиматься, не вызывая значительных остаточных напряжений. Технология холодной и горячей сварки в основном одинакова. Мощность пламени должна быть максимально возможной. Прилегающие к сварному шву участки необходимо прогреть до начала сварки. После окончания сварки горелку медленно отводят в течение 2-3 мин, направляя пламя на участки, прилегающие к сварному шву. Для обеспечения медленного охлаждения заваренный участок или всю деталь засыпают песком или закрывают асбестом.

Пайкосварка

Нагрев чугуна при сварке приводит к значительным деформациям изделия, поэтому на последних операциях механической обработки сварных соединений используют не сварку, а пайкосварку. Процесс пайкосварки происходит без расплавления основного металла за исключением пайкосварки чугунными и латунными припоями. При этом процессе ванна жидкого металла не образуется, а присадочный металл наплавляют отдельными валиками. Капли жидкого металла, попадая на основной металл, отдают ему часть своего тепла, повышая температуру поверхностного слоя. Капля жидкого припоя под воздействием флюса и давления плавления легко растекается тонким слоем по наплавляемой поверхности. С места сварки должны быть удалены загрязнения (окислы, жир и др.). Кромки разделывают механическим путем, как и при сварке. При разделке сквозных трещин притупление должно быть не более 1,5 мм.

Пайкосварку чугунным припоем применяют для исправления мелких дефектов на поверхности деталей, имеющих незначительный припуск на обработку. Присадочным материалом служат чугунные грунты СТЧ-5Л, СТЧ-5Б, СТФЧ-9, УНЧ-2 и ПЧС-1 диаметром 6 мм с флюсом МАФ-1. Лучшие результаты получают в случае применения прутков УНЧ-2 и СТФЧ-2. Прутки УНЧ-2 позволяют вести процесс при нагреве изделия до 700-800 °С, т. е. при более низкой, чем для прутков других марок. Флюс наносят на поверхность после ее нагрева до 300-400 °С. При пайкосварке чугунным припоем можно использовать предварительный подогрев до 300-400 °С. Когда допускается разность в цвете и твердости основного и наплавленного металлов, деталь может быть, подвергнута механической обработке для устранения и щенившихся размеров, коробления. Можно применять пайкосварку латунными припоями. В качестве присадочных материалов берут латунь Л63 или ЛОК59-1-03 со специальным флюсом. Если сварному шву необходимо обеспечить твердость и цвет основного металла, применяют пайкосварку латунными припоями с флюсом ФПСН-1 и ФПСН-2, которая по технологическим приемам близка к пайкосварке чугунными припоями. Процесс протекает при 650-700 °С. Можно использовать также припой ЛОК59-1-03 и ЛОМНА 59-05-10-4-04 при отсутствии требований к одноцветности и одинаковой твердости с основным металлом. Для исправления мелких дефектов на последующих операциях механической обработки применяют также газопорошковую пайкосварку. Исправляемую поверхность нагревают тазовой горелкой до 300-400 °С, этой же горелкой напыляют слой порошкообразного сплава, не доведенного до расплавления, на напыляют поверхность наплавляют порошкообразный сплав. Деталь нагревается незначительно, сохраняя окончательные геометрические размеры. Порошковые материалы (могут быть сплавы НПЧ-1 и НПЧ-2) подают к месту сварки через горелку.

Электронный текст документа подготовлен
АО "Кодекс" и сверен по:
Общероссийский общественный фонд
"ЦЕНТР КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬСТВА"