Технология использования сварочных электродов при сварке чугуна

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

Режимы сварки угольным электродом

Состав порошковой проволоки ППЧ-3 и наплавленного металла*, % 

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

Состав стержней электродов из никилевых чугунов, %* 

Составы порошковых проволок и наплавленного ими металла для холодной и полугорячей сварки чугуна, % 

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

6. Низкотемпературная пайка-сварка чугуна латунными припоями.

7. Низкотемпературная сварка-заварка литейных дефектов в чугунных деталях