Технология использования сварочных электродов при сварке чугуна
Структура и свойства чугуна так сильно меняются в зоне расплавления и околошовной зоне при сварочном нагреве и последующем охлаждении, что получить сварные соединения без дефектов с нужным уровнем свойств весьма затруднительно.
Поэтому чугун относят к материалам, которые обладают плохой технологической свариваемостью. Между тем, сварка чугуна часто используется для исправления брака чугунного литья, ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструкции.
О том, что сварное соединение выполнено правильно говорят уровень механических свойств, плотность (непроницаемость) и удовлетворительная обрабатываемость (режущим инструментом), одноцветность, жаростойкость.
Получить качественные сварные соединения из чугуна будет затруднительно при наличии следующих факторов:
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 пластичностью 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 трещинообразованию.
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.
Практически при любом составе чугуна в шве и высокотемпературном участке околошовной зоны будет иметь место отбеливание. Сварка чугуна с подогревом (300 ... 400 °С) уменьшает скорость охлаждения (W''охл ). При такой скорости охлаждения в шве и на участке 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'''охл, 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 температуры Ас3, - 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 и 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 шва с целью повышения качества сварных соединений. К их числу относятся:
- легирование наплавленного металла элементами-графитизаторами, с тем чтобы при данной скорости охлаждения получить в шве структуру серого чугуна;
- легирование наплавленного металла такими элементами, которые позволяют получить в шве перлитно-ферритную структуру, характерную для низкоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, более прочные, чем цементит, и равномерно распределенные в металле;
- ведение в состав сварочных электродов 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.
Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны
Способы сварки чугуна.
1.Горячая сварка чугуна
Состав чугунных стержней электродов для сварки чугуна
Марка
|
С
|
Si
|
Мn
|
Р
|
S
|
Сr
|
Ni
|
Назначение
|
А
|
3,0 ... 3,5
|
3,0 ... 3,4
|
0,5... 0,8
|
0,2 ... 0,4
|
До 0,08
|
До 0,05
|
До 0,3
|
Для горячей сварки
|
Б
|
3,5 ... 4,0
|
0,3 ... 0,5
|
Для горячей и полугорячей сварки
|
Режимы сварки угольным электродом
Толщина металла, мм
|
Диаметр электрода, мм
|
Сила тока, А
|
6 ... 10
|
8 ... 10
|
280 ... 350
|
10 ... 20
|
10 ... 12
|
300 ... 400
|
20 ... 30
|
12 ... 16
|
350 ... 500
|
30 и более
|
16 ... 18
|
350 ... 600
|
Состав порошковой проволоки ППЧ-3 и наплавленного металла*, %
Материал
|
С
|
Si
|
Аl
|
Ti
|
Порошковая проволока
Наплавленный металл
|
4,5 ... 5,0
3,0 ... 3,8
|
3,3 ... 4,0
3,0 ... 3,8
|
0,1 ... 0,3
До 0,1
|
0,1 ... 0,3
До 0,1
|
* Остальное Fe.
|
2.Холодная и полугорячая сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение серого чугуна в металле шва
Состав стержней электродов из никилевых чугунов, %*
Чугун
|
С
|
Ni
|
Si
|
Сu
|
Мn
|
Нирезист
Никросилаль
|
2,0
2,0 ... 2,3
|
29
19 ... 22
|
1,3
5,2 ... 6,4
|
7,6
-
|
0,4
0,5
|
* Остальное Fe.
|
Составы порошковых проволок и наплавленного ими металла для холодной и полугорячей сварки чугуна, %
Материал
|
С
|
Si
|
Мn
|
Ti
|
Аl
|
Назначение
|
Порошковая проволока ППЧ-1
Наплавленный металл (1-й слой)
|
6,5 ... 7,0
4,5 ... 5,5
|
3,8 ... 42
3,5 ... 4,2
|
0,4 ... 0,6
0,5 ... 0,9
|
0,4 ... 0,6
0,3 ... 0,5
|
0,7 ... 1,0
0,5 ... 0,8
|
Для холодной сварки
|
Порошковая проволока ППЧ-2
Наплавленный металл
|
5,7 ... 6,5
3,5 ... 4,5
|
3,3 ... 4,0
3,0 ... 3,8
|
0,4 ... 0,6
0,5 ... 0,9
|
0,4 ... 0,6
0,2 ... 0,5
|
0,6 ... 0,9
0,3 ... 0,6
|
Для полугорячей сварки
|
3.Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали
Сварка чугуна с применением стальных шпилек: а - установка шпилек при V-образной подготовке кромок; б - обварка шпилек; в - вварка стальных связей: 1 - отверстия с резьбой; 2 - шпильки; 3 - связи; 4 - обварка шпилек и связей; 5 - заварка трещин; г - формовка при сварке чугуна: 1 - верхняя; 2 - боковая
4.Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в металле шва цветных и специальных сплавов
5.Газовая сварка чугуна
Марка прутка
|
НЧ-1
|
НЧ-2
|
БЧ
|
ХЧ
|
Химический состав, %
|
|
|
|
|
углерод
|
3 ... 3,5
|
3 ... 3,5
|
2,5 ... 3
|
2,5 ... 3
|
кремний
|
3 ... 3,4
|
3,5 ... 4
|
1 ... 1,5
|
1,2 ... 1,5
|
марганец
|
0,5 ... 0,8
|
0,5 ... 0,8
|
0,2 ... 0,6
|
0,5 ... 0,8
|
сера, не более
|
0,05
|
0,05
|
0,05
|
0,05
|
фосфор
|
0,2 ... 0,4
|
0,2 ... 0,4
|
Не более
|
0,1
|
титан
|
0,03 ... 0,06
|
0,03 ... 0,06
|
-
|
-
|
хром
|
-
|
1,2 ... 2,0
|
-
|
-
|
Твердость
|
|
|
|
|
поверхности наплавленного слоя
|
|
44 ... 46
HRC
|
48 ... 52
HRC
|
|
6. Низкотемпературная пайка-сварка чугуна латунными припоями.
7. Низкотемпературная сварка-заварка литейных дефектов в чугунных деталях
Толщина, мм
|
6
|
9
|
12
|
Номер наконечника
|
5
|
6
|
7
|
Скорость сварки, м/ч
|
1,7
|
1,8
|
0,48
|
Производительность наплавки, кг/ч
|
0,73
|
0,86
|
1,13
|
Время последней модификации
1274949824
|