Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 81. Способы сварки чугуна

Чугун можно сваривать дуговой сваркой металлическим или угольным электродами, газовой сваркой, термитной сваркой и заливкой жидким чугуном.

По состоянию свариваемой детали различают три способа сварки чугуна: холодную, полугорячую и горячую. Холодную сварку выполняют без подогрева свариваемых деталей, полугорячую — при полном или местном подогреве до температуры 300—400° С, горячую — при полном нагреве до температуры 600—800° С. Эти способы сварки подразделяют на отдельные методы в зависимости от вида сварки, применяемых электродов и присадочного металла.

Выбор способа или метода сварки зависит от требований, предъявляемых к сварному соединению, а в некоторых случаях и от производственных возможностей. При выборе метода сварки учитывают: необходимость в механической обработке металла шва и околошовной зоны после сварки, необходимость получения однородности металла шва с металлом свариваемых деталей, требования к плотности сварного шва; нагрузки, при которых должны работать свариваемые детали.

Холодная сварка

Этот способ сварки имеет несколько разновидностей: стальными электродами, стальными электродами со специальными покрытиями, стальными электродами с помощью шпилек, чугунными электродами,

комбинированными электродами, медными электродами, электродами из монель-металла, электродами из никелевого аустенитного чугуна, газовая (ацетилено-кислородным пламенем).

Сварку стальными электродами применяют при ремонте неответственных чугунных изделий небольших размеров с малым объемом наплавки, не требующих после сварки механической обработки. Сварное соединение неоднородно по структуре, часто не обладает плотностью и имеет низкую прочность.

Сварку электродами с защитно-легирующими покрытиями выполняют с V-образной или X-образной разделкой кромок. Для устранения неравномерного разогрева детали сваривают отдельными участками вразбивку. Длина отдельных наплавленных участков сварного шва не должна превышать 100—120 мм. После наплавки отдельных участков им дают возможность остыть до температуры 60—80° С. При сварке изделий толщиной 8—15 мм сварку ведут с увеличенной шириной усиления шва (рис. 193). Сварку электродами с покрытиями ОММ-5 и К-5 можно выполнять на переменном или на постоянном токе. Наилучшие результаты получают при сварке электродами с покрытием УОНИ-13/45. Сварку электродами с покрытием УОНИ производят на постоянном токе обратной полярности.

Сварка с помощью шпилек требует специальной подготовки изделий под сварку. Этим способом восстанавливают ответственные изделия как малых, так и больших габаритов (гидравлические и воздушные цилиндры, станины прессов, станков и т. д.), работающие при значительных нагрузках и не требующие обработки после сварки.

При этом способе кромки свариваемых деталей скашивают под углом 45° (при толщине деталей свыше 5—6 мм). Общий угол разделки должен составлять 90°. В подготовленных кромках просверливают отверстия и нарезают резьбу. В отверстия ввертывают шпильки из низкоуглеродистой стали. Шпильки располагают в шахматном порядке (рис. 194). Они могут быть разных диаметров в зависимости от толщины свариваемых деталей, при толщине свариваемых деталей до 10 мм диаметр шпилек не должен превышать 6 мм. При большей толщине свариваемых деталей диаметр шпилек ориентировочно выбирают по табл. 270. При этом в разделку устанавливают шпильки большего диаметра, а около разделки ставят шпильки меньшего диаметра, как показано на рис. 194. Высота возвышения шпилек над поверхностью свариваемого металла должна быть 0,5—1,0 диаметра шпильки. Перед сваркой шпильки плотно ввертывают в тело свариваемого металла. Глубина посадки шпилек должна составлять 1—2 диаметра шпильки. Разделка кромок может быть V-образная и Х-образная. Наиболее часто применяют V-образную разделку, на половину толщины свариваемого металла. Подготовленный под сварку с ввернутыми шпильками металл должен быть очищен от грязи, масла, влаги и литейной корки.

Сварку выполняют на постоянном или переменном токе с использованием электродов с защитно-легирующими покрытиями типов Э42, Э42А, Э50 и Э50А. При толщине металла до 5 мм диаметр электрода

берут 3—4 мм, при толщине 5—10 мм — диаметр 4-5 мм. Ориентировочный режим сварки следующий:

Диаметр электрода, мм…………………………….. 3 4 5

Сила тока, А …………………………………………. 90—100 130—160 180 — 200

В процессе сварки вначале обваривают шпильки кольцевыми швами, затем заполняют участки между обваренными шпильками. После этого заплавляют уже всю разделку. При выполнении всех перечисленных операций сварку нужно вести короткими участками по 100—150 мм, чтобы не разогревать сильно изделие. Во избежание сильного коробления количество наплавленного металла должно быть минимальным, тонкостенные изделия рекомендуется перед сваркой закреплять.

При толщине металла 10 мм в ответственных деталях рекомендуется устанавливать между шпильками анкеры, изготовленные из полосовой или круглой низкоуглеродистой стали. Анкеры устанавливают под углом 45° или перпендикулярно к сварному шву (рис. 195), после того как будут заварены участки между шпильками. Анкеры должны плотно прилегать средней частью к наплавленному металлу, а концами — к свариваемой детали. По толщине анкеры можно заваривать неполностью. Длину анкеров берут в зависимости от ширины свариваемого участка, а толщину или диаметр — в пределах 6—12 мм.

Стальными электродами со специальным покрытием сваривают изделия несложной формы, средних размеров и веса, с толщиной стенок до 15 мм, работающие при незначительных статических и ударных нагрузках. Сварное соединение неоднородно по структуре, однако металл сварного шва по составу и свойствам достаточно близок к серому чугуну. При правильном и достаточно тщательном выполнении сварки можно получить плотное соединение, поддающееся обработке режущим инструментом. Этот метод сварки пригоден для заварки литейных дефектов с небольшим объемом наплавки.

Существует несколько составов специальных покрытий электродов. Эти покрытия в основном состоят из графита, ферросилиция и меди. В зависимости от процентного содержания тех или иных компонентов в электродном покрытии можно получить различный химический состав наплавленного металла. Важную роль в составе покрытия играет ферросилиций, который как графитизатор способствует получению серого чугуна. Стальные электроды со специальными покрытиями имеют стальной стержень из низкоуглеродистой сварочной проволоки Св-08 или Св-08А. Составы наиболее распространенных специальных покрытий приведены в табл. 271. Режимы сварки берут такие же, как и при сварке чугуна обычными стальными электродами.

Сварку чугунными электродами в холодном состоянии в большинстве случаев применяют для исправления дефектов чугунного литья — мелких литейных пор, рыхлостей, раковин и трещин. Металл сварного шва можно получить близким по химическому составу к основному металлу, однако в металле сварного шва и прилежащих к нему зонах наблюдается отбел, что затрудняет последующую механическую обработку.

Чугунные электроды изготовляют из круглых литых прутков следующих размеров (мм):

Диаметр………………………………… 4 6 8, 10, 12

Длина………………………………….. 250 350 450

Допускаемое отклонение длины прутков ± 15 мм. На поверхности прутков не должно быть пор, раковин и других дефектов. Прутки изготовляют из чугуна двух марок: А и Б (табл. 272). Прутки марки А применяют для газовой сварки и для стержней электродов при горячей

сварке, марки Б — для стержней электродов, предназначенных для холодной, полугорячей и горячей сварки. Компоненты электродных покрытий для чугунных электродов замешивают на жидком стекле.

Чугунными электродами можно сваривать только в нижнем положении как на постоянном, так и на переменном токе. Режимы сварки приведены в табл. 273.

Медными электродами сваривают изделия, работающие при незначительных статических нагрузках, а также изделия, требующие плотных швов. Выполненный медными электродами сварной шов обрабатывают нормальным режущим инструментом. Этот способ сварки можно применять для заварки мелких дефектов в отливках, а также для ремонта малогабаритных деталей.

Медные электроды изготовляют из стержней диаметром 3—6 мм, которые затем обертывают стальной низкоуглеродистой лентой или проволокой. На подготовленный стержень наносят меловое покрытие. Вместо обертки из стальной ленты для медных электродов применяют также специальное покрытие, имеющее следующий состав (частей по массе):

Титановая руда…………………………………….. 5

Ферросилиций ……………………………………… 50

Алюминий в порошке ……………………………….. 15

Графит……………………………………………. 20

Мрамор…………………………………………….. 15

Плавиковый шпат …………………………………… 10

Медными электродами можно сваривать на постоянном и на переменном токе. Лучшие результаты получаются при сварке на постоянном токе обратной полярности.

Сварку электродом из монель-металла применяют в тех случаях, когда от сварного соединения не требуется большой прочности. В большинстве случаев этот метод сварки применяют для заварки дефектов литья, расположенных в неответственных местах отбивки. Сварной шов хорошо обрабатывается режущим инструментом.

Электроды из монель-металла состоят из медно-никелевых стержней диаметром 3—6 мм и специального покрытия. Составы покрытий для электродов приведены в табл. 274. Сварку производят на постоянном токе обратной полярности. Валики накладывают короткими участками по 60—70 мм, после чего им дают остыть. В процессе сварки валики подвергают легкой проковке.

Сварку электродами из никелевого аустенитного чугуна применяют при исправлении дефектов в отливках. Механическая обработка наплавленного металла затруднительна, особенно при однослойной наплавке. Сварное соединение имеет достаточно высокую прочность.

Электроды состоят из чугуна легированных никелем прутков и специальных покрытий

Примерный химический состав никелевого чугуна следующий (%):

Углерод………………………………….. 2,5
Никель ………………………………….. 20—22

Кремний ……………………………….. 2 — 2,5
Медь……………………………………………. 5

Марганец ………………………………. 0,6 — 0,8
Сера………………………………………… 0,05 — 0,06

Фосфор ………………………………….. 0,1 — 0,2

Покрытие состоит из 70% карборунда и 30% углекислых бария или стронция, разведенных на жидком стекле. Кроме того, можно применять покрытие УЗТМ-81, наносящееся на электродный стержень в два слоя. Первый слой состоит из алюминиевого порошка, а второй слой имеет следующий состав (%):

Графит…………………………………………………….. 55

Титановая руда…………………………….. . ……………. 30

Алюминий металлический в порошке …………………………….. 10

Мрамор……………………………………………………….. 5

Сварку выполняют как на переменном, так и на постоянном токе. При многослойной сварке швы подвергают легкой проковке. Сварные, швы, выполненные в несколько слоев, поддаются обработке нормальным режущим инструментом.

Газовая сварка является весьма распространенным способом ремонта чугунных деталей. При использовании в качестве присадочного металла латунных прутков сварной шов получается достаточно плотным и поддается механической обработке. Газовую сварку чугуна можно разделить на собственную сварку и на пайку. При сварке в качестве присадочного металла применяют стальную сварочную проволоку Св-08 и Св-08А или стержни из чугуна марки А, при пайке — латунные прутки, химический состав которых приведен в табл. 275. Состав флюсов, применяющихся при сварке и пайке, приведен в табл. 276.

В холодном состоянии с применением а качестве присадочного металла чугунных прутков сваривают неответственные детали с малым объемом наплавки. Ориентировочные режимы газовой сварки приведены в табл. 277. Для обеспечения выхода газов жидкий металл сварочной ванны перемешивают концом присадочного чугунного прутка.

При ремонте чугунных деталей холодном состоянии в большинстве случаев применяют газовую пайку. Она характерна тем, что присадка или припой расплавляются, а металл детали остается в нерасплавленном состоянии. Для увеличения поверхности сцепления наплавленного металла с металлом детали кромки последней подготавливают, как показано на рис. 196. Перед сваркой кромки детали прогревают, а затем посыпают флюсом. После этого разделку заплавляют латунью. Мощность горелки берут из расчета 50—75 л/ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемой детали. В процессе сварки в жидкий металл периодически подают флюс, а сварочную ванну непрерывно перемешивают концом присадочного прутка.

Полугорячая сварка

Подогрев свариваемой детали до 300—400° С способствует более замедленному охлаждению металла шва и прилежащих к нему зон после сварки. Замедленное охлаждение в значительной степени предотвращает получение отбеленных зон, что позволяет производить механическую обработку сварных соединений. Детали перед сваркой нагревают в термических печах, горнах или с помощью газовых горелок ацетилено-кислородным пламенем. При подогреве газовой горелкой необходимо следить за равномерностью нагрева подогреваемой поверхности.

Полугорячую сварку чугуна можно осуществлять низкоуглеродистыми стальными электродами с защитно-легирующими покрытиями типа ОММ-5, MP-3, К-5 и УОНИ-13, стальными электродами со специальным покрытием, чугунными электродами и ацетилено-кислородным пламенем с применением чугунных присадочных прутков. При сварке сквозных трещин или при заверке дефектов, находящихся на краю деталей, необходимо применять графитовые формы, предотвращающие вытекание жидкого металла из сварочной ванны. Во время сварки необходимо непрерывно поддерживать значительный объем

расплавленного металла в сварочной ванне и тщательно его перемешивать концом электрода или присадочного стержня. Для замедленного охлаждения заваренные детали Засыпают мелким древесным углем или сухим песком.

Горячая сварка

Мелкие детали предварительно подогревают до 500—700° С, крупногабаритные (толщина стенок более 30 мм) —до 700—800° С.

Горячая сварка складывается из следующих последовательных операций: механической обработки под сварку, формовки свариваемых деталей, нагрева, сварки и охлаждения сваренных деталей.

Механическая обработка заключается в вырубке дефектных участков и зачистке их от масла, грязи, шлака и формовочной земли. При сварке двух сломанных частей скоса кромок не делают, а оставляют между ними зазор, обеспечивающий доступ электрода. Стенки деталей в зазоре должны быть механически обработаны.

Для предохранения расплавленного металла от вытекания участки, подлежащие сварке, формуют с помощью формовочной земли и графитовых пластинок (рис. 197).

Детали нагревают в специальных нагревательных печах, колодцах, горнах или с помощью индукционных подогревателей. В некоторых случаях на месте сварки сооружают временные нагревательные горны и печи.

Для горячей сварки применяют чугунные электроды со стержнями марок А и Б. Наиболее распространенными электродными покрытиями для горячей сварки являются ОМЧ-1 и УЗТМ-74. Ввиду значительного объема наплавленного металла при горячей сварке применяют электроды больших диаметров (8—16 мм).

Чугунные детали сваривают чугунными электродами на следующих режимах:

Диаметр электрода, мм 8 10 12 16

Сила тока, А ………………………….. 600—700 750—800 1000—1200 1500—1800

Сварку ведут без перерывов, с тем чтобы металл сварочной ванны все время был в расплавленном состоянии.

После сварки детали должны медленно охлаждаться вместе с нагревательной печью или под слоем мелкого древесного угля. Охлаждение крупногабаритных деталей может длиться несколько суток.

Список литературы
  1. Батманов В. А. Сварка чугуна. М.., Машгиз, 144 с.
  2. Елистратов А. С. Металлургические основы сварки чугуна. М., Машгиз, 1957, 156 с.
  3. Елистратов П. С. Сварочные свойства чугуна. М., Машгиз, 1950, 145 с.
  4. Стеренбоген Ю. А.; Хорунов В. Ф., Грецкий Ю. Я. Сварка и наплавка чугуна. Киев, «Наукова думка», 1966, 210 с.

вверх страницы