Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 80. Сварочные свойства чугуна

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом (содержание углерода более 2%) и относится к группе плохо сваривающихся металлов. Плохая свариваемость чугуна объясняется высоким содержанием углерода, а также серы и фосфора. Содержание серы в чугуне допускается до 0,15%, а фосфора — до 0,5%.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают два вида чугуна: серый и белый. Серый чугун имеет в изломе серый цвет. Большинство отливок изготовляют из серого чугуна. Серый чугун хорошо обрабатывается резанием. В белом или отбеленном чугуне весь углерод находится в химическом соединении с железом в виде цементита (Fe3C) Цементит очень тверд и хрупок, поэтому белый чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью и не поддается обработке обычным режущим инструментом. В изломе белый чугун имеет белый цвет. Если белый чугун подвергать длительному отжигу (томлению), то цементит в чугуне распадается и углерод выделяется в свободном состоянии.

Чугун, полученный путем отжига из белого чугуна, называют ковким. В отличие от серого чугуна в ковком чугуне углерод находится не в виде пластинчатого графита, а в виде хлопьевидного. Ковкий чугун хорошо обрабатывается режущим инструментом и по сравнению с серым чугуном обладает более высокими механическими свойствами, в особенности пластичностью и вязкостью.

В промышленности получил большое применение высокопрочный и легированный чугун. В высокопрочном чугуне углерод находится в виде шаровидного графита. Этот чугун обладает высоким пределом прочности (40—60 кгс/мм2), а также достаточной пластичностью. Легированный чугун в отличие от обычного содержит в своем составе один или несколько легирующих элементов.

Чугун сваривают обычно только при ремонтно-восстановительных работах и при исправлении дефектов в чугунных отливках. Основные факторы, затрудняющие сварку чугуна, следующие:

образование трещин в околошовных зонах в процессе сварки и при охлаждении после сварки, причина — низкие пластические свойства и возникновение в процессе сварки больших внутренних напряжений;

при сварке наблюдается выгорание кремния, сопровождающееся появлением отбеленных зон в металле шва и в основном металле, прилегающем к шву, высокая твердость этих зон затрудняет последующую механическую обработку и, кроме того, приводит к образованию трещин;

чугун при нагреве очень быстро переходит из твердого состояния в жидкое, и наоборот, это почти исключает сварку в потолочном положении и затрудняет в других положениях;

интенсивное выгорание углерода делает сварной шов пористым, на образование пористости также влияет быстрый переход чугуна из жидкого состояния в твердое, при котором газы не успевают удалиться из сварочной ванны;

при сварке происходит окисление кремния, окислы кремния имеют температуру плавления выше, чем свариваемый металл, и потому затрудняют процесс сварки;

чугунные изделия имеют разнообразный химический состав и структуру. Разнообразие химического состава и структуры иногда может наблюдаться в различных участках одного и того же изделия. Это происходит в результате того, что более тонкие части чугунных отливок остывают быстрее и в них наблюдается частичный отбел, а более толстые части остывают медленнее и имеют структуру серого чугуна. Наиболее плохо сваривается чугун с крупнозернистой структурой. Чугун с мелкозернистой структурой сваривается значительно лучше. На структуру чугуна влияет в основном его химический состав.

Чугунные детали, работающие длительное время при высоких температурах, почти не поддаются сварке. Это происходит в результате того, что под действием высоких температур (300—400° С и выше) углерод и кремний окисляются и чугун становится очень хрупким. Чугун с окисленным углеродом и кремнием называют горелым. Также плохо свариваются чугунные детали, работавшие длительное время в соприкосновении с маслом и керосином. В таких случаях поверхность чугуна как бы пропитывается маслом и керосином, которые при сварке сгорают и образуют газы, способствующие появлению сплошной пористости в сварном шве.

вверх страницы