Дуговая и газовая сварка чугуна

ДУГОВАЯ И ГАЗОВАЯ СВАРКА ЧУГУНА

Свойства чугунов и их свариваемость

Виды чугуна. Чугуном называют сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2%. Широко применяемые марки чугунов обычно содержат 2,5-4% углерода, 1-5% кремния, до 2% марганца, а также примеси фосфора и серы. Специальные чугуны содержат легирующие добавки: ванадий, молибден, никель, титан, хром и др.

Структура чугуна зависит от скорости охлаждения и содержания в нем углерода и легирующих примесей. По структуре чугуны разделяют на белые и серые.

Белый чугун получил свое название по виду излома, который имеет белый или светло-серый цвет. Углерод в нем находится в химически связанном состоянии в виде цементита FeC. Цементит хрупок и обладает высокой твердостью, поэтому белый чугун не поддается механической обработке, для изготовления изделий применяется редко и сварке не подлежит. Из белого чугуна путем специальной термической обработки получают ковкие чугуны. Высокопрочные чугуны получают добавлением в сплав некоторых легирующих элементов (магния, церия и др.).

Серый чугун содержит в своем составе почти весь углерод в виде графита, поэтому излом серого чугуна имеет серебристо-серый цвет.

Чугун - широко применяемый конструкционный материал. Он дешевле стали, отличается хорошими литейными свойствами, высокой износостойкостью, способностью гасить вибрации, хорошей обрабатываемостью. Отрицательными свойствами чугуна являются пониженная прочность и высокая хрупкость.

Маркировка чугуна. Чугуны обозначаются: СЧ 10 (серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа); КЧ 30-6 (ковкий чугун с пределом прочности при растяжении не менее 300 МПа и относительным удлинением не менее 6%); ВЧ 38-17 (высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении не менее 380 МПа и относительным удлинением не менее 17%).

Свариваемость чугуна. Чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Основные трудности при сварке связаны с высокой склонностью его к отбеливанию, т.е. появлению участков с выделениями цементита, а также образованию трещин в шве и околошовной зоне. Кроме того, чугуны имеют низкую по сравнению со сталями температуру плавления (1200-1250 °С) и быстро переходят из жидкого состояния в твердое. Это приводит к образованию пор в шве, поскольку интенсивное выделение газов из сварочной ванны продолжается и на стадии кристаллизации.

Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и усложняет формирование шва. Вследствие окисления кремния на поверхности сварочной ванны возможно образование тугоплавких оксидов, что может приводить к непроварам.

Способы сварки чугуна

Сварку чугуна применяют при ремонтно-восстановительных работах и для изготовления сварно-литых конструкций. К сварным соединениям чугунных деталей в зависимости от типа и условий эксплуатации предъявляются самые разнообразные требования - от декоративной заварки наружных дефектов до получения соединений, равнопрочных с основным металлом.

Чугун можно сваривать дуговой сваркой металлическим или угольным электродом, газовой сваркой, порошковой проволокой и т.д.

Наиболее часто способы сварки чугуна классифицируют по состоянию свариваемой детали. В зависимости от температуры предварительного подогрева различают сварку с подогревом до высокой температуры (горячая сварка) и без подогрева (холодная сварка).

Выбор способа и технологии сварки зависит от требований к сварному соединению. При выборе технологии сварки учитывают необходимость подогрева металла, а также механической обработки металла шва и околошовной зоны после сварки.

Горячая сварка чугуна

Технологический процесс состоит из механической обработки под сварку, формовки свариваемых деталей, предварительного подогрева до температуры 600-800 °С, сварки и последующего медленного охлаждения.

Подготовка под сварку дефектного места заключается в тщательной очистке от загрязнений и в разделе для образования полостей, обеспечивающих доступность для манипулирования электродом.

При сварке сквозных трещин или заварке дефектов, находящихся на краю деталей, необходимо применять графитовые формы, предотвращающие вытекание жидкого металла из сварочной ванны. Формы выполняют с помощью графитовых пластинок, скрепляемых формовочной массой, которая состоит из кварцевого песка, замешанного на жидком стекле. Кроме того, формы можно скреплять в опоках формовочными материалами, применяемыми в литейном производстве (рис.1). Подогрев необходим для того, чтобы после сварки происходило равномерное охлаждение всего изделия и в результате не образовывались трещины.

Рис.1. Подготовка чугунного изделия под сварку

1 - место разделки трещины; 2, 4 - графитовые пластины; 3 - формовочная смесь

Детали нагревают в специальных печах или с помощью индукционных нагревателей. Для ручной дуговой сварки используют плавящиеся электроды марок ЭЧ-1, ЭЧ-2, ЦЧ-5 и др. Для газовой сварки применяют прутки из чугуна марок ПЧ1, ПЧ2, ПЧЗ, ПЧН1, ПЧН2, ПЧИ, ПЧВ. Прутки выпускают диаметром 4; 6; 8; 10; 12; 14; 16 мм длиной 250, 350, 450 мм. С одного торца они маркируются несмываемой краской различных цветов: ПЧ1 - черной; ПЧ2 - белой; ПЧЗ - красной; ПЧН1 - синей; ПЧН2 - коричневой; ПЧИ - желтой; ПЧВ - зеленой.

Горячую сварку чугуна выполняют на больших сварочных токах без перерывов до конца заварки дефекта при большой сварочной ванне. Так, для сварки электродом диаметром 8 мм требуется ток 600 А, а диаметром 12 мм - ток 1000 А.

Горячая сварка чугуна угольным электродом ведется на постоянном токе прямой полярности: для электродов диаметром 8-20 мм используются соответственно токи 280-600 А.