Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 77. Сварка чугуна без предварительного подогрева

Сварка стальными электродами с применением шпилек. Сталь при наплавке на чугун плохо с ним сцепляется ввиду разной их усадки. Кроме того, наплавленная на чугун сталь обогащается углеродом в зоне плавления, становится хрупкой, склонной к закалке и дает при остывании трещины. Поэтому при сварке чугуна стальными электродами для надежного сцепления наплавленного металла с основным на кромках в шахматном порядке на резьбе ставят стальные шпильки, как показано на рис. 121, а. При толщине стенки менее 10 мм шпильки ставят только на нескошенной части кромок. Шпильки сначала обвариваются кругом, после чего шов заполняется наплавленным металлом (рис. 121, 6 и в).

Диаметр шпилек зависит от толщины стенки : d = (0,15—0,2)6, где d — диаметр шпильки, а 6 — толщина стенки, мм. Шпильки диаметром менее 3 мм не ставят. Расстояние между шпильками составляет (4 6) d, глубина посадки 2d, расстояние от кромок не менее (1,5 — 2) d.

Сварка чугуна без подогрева стальными электродами с дополнительным креплением стальными шпильками является вполне надежной и применяется при ремонте ответственных крупногабаритных деталей, испытывающих большие нагрузки. На рис. 121, в показана обварка шпилек и порядок наложения валиков (обозначен цифрами) по способу завода «Красное Сормово», примененному при заварке трещин нижнего чугунного кольца направляющего аппарата турбины Горьковской ГЭС.

Во избежание перегрева завариваемой детали и уменьшения выгорания кремния используют постоянный ток обратной полярности. Для уменьшения в деталях внутренних напряжений сварку ведут с перерывами, не давая изделию нагреться выше 100°. Для электродов диаметром 3 мм ток не должен превышать 120 а; диаметром 4 мм — 150 а\ 5 мм — 220 а. При сварке чугуна следует применять толстопокрытые электроды, так как шлак замедляет остывание шва, уменьшает выгорание кремния н препятствует отбеливанию чугуна в месте сварки. Хорошие результаты дает покрытие УОНИ-13/55.

При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения количества наплавленного металла и усиления шва рекомендуется в шов вваривать связи из круглой или полосовой стали. Для увеличения площади соприкосновения наплавленного и основного металла верхние слои наплавляют также на наружные поверхности детали в обе стороны от шва на ширину, равную толщине стенки в данном месте.

Сварка стальными электродами с применением специальных покрытий. В качестве электродов используется проволока Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246—60диаметром 4—5 мм. Покрытие, предложенное П. С. Елистратовым, состоит из 40—50% графита и 50—60% ферросилиция, замешанных на жидком стекле. При расплавлении электроды с таким покрытием дают металл, имеющий структуру серого чугуна и содержащий 3,5—4% углерода и 3—5% кремния. Графит и ферросилиций должны быть размолоты возможно тоньше и проходить через сито с 1600 отв/см2. Вес покрытия должен составлять 20—30 % от веса проволоки. Для повышения легкоплавкости покрытия на него сверху наносится защитный слой толщиной 0,5— 0,6 мм (табл. 42).

Защитный слой плавится одновременно с основным покрытием, растворяя его и способствуя переходу графита и кремния в сварочную ванну. Вместо ферросилиция в покрытие можно вводить60—70% карборунда. Тогда количество графита в покрытии должно составлять 30—40%.

При диаметре проволоки 4 мм используется ток 200 о, при диаметре 5 мм—250 а. Свариваемые кромки скашиваются под углом 45° с притуплением в корне шва, равным 0,5—1 мм. Во избежание возможности протекания жидкого металла зазор между кромками не оставляется.

Я.Я. Синеок вместо одного стального электрода диаметром 4—5 мм предложил применять пучок электродов из 5—10 стальных проволок диаметром 1,7—1,8 мм. Ток берется из расчета 8—11 а на 1 ммг общего сечения проволок в пучке. При этом достигается лучшее взаимодействие капель расплавленного металла и покрытия,обеспечивающее более постоянный и равномерный состав наплавленного металла, близкого по свойствам к серому литейному чугуну.

На Таганрогском котельном заводе применяют предложенные Б. Н. Котовым и М. И. Зуевым электроды из стальных трубок диаметром 12, 13 и 16 мм с толщиной стенки 1,5 мм, заполненные специально приготовленной гранулированной шихтой, а сверху имеющие покрытие. Вес покрытия составляет 23%, а вес шихты — 35% к общему весу электрода. Наплавленный металл приобретает структуру модифицированного высококачественного чугуна.

Шихта имеет следующий состав: 55 % чугунного порошка, 2% силикокальция, 5,8% ферросилиция, 4,8% алюминиевого порошка , 21% графита черного, 11,4% железной окалины, 10% жидкого стекла к весу сухой шихты. Состав наружного покрытия: 28% мрамора, 21% плавикового шпата, 25% графита черного, 10,8% известняка, 7,2% магнезии, 8% ферромарганца, 30% жидкого стекла к весу сухой части покрытия. Толщина покрытия равняется 1—1,5 мм на сторону. При сварке чугуна трубчатыми электродами применяются режимы, приведенные в табл. 43.

Сварка чугунными электродами. Сварка чугуна голым чугунным электродом без подогрева невозможна, так как металл электрода начинает плавиться раньше, чем основной металл, и, стекая каплями на недостаточно нагретую деталь, застывает, не сплавляясь с основным металлом. Охлаждение расплавленного металла электрода замедляют применением, например, покрытия ОМЧ-1 следующего состава: 25% мрамора, 25% мела, 41% графита, 25% плавикового шпата, 9% ферромарганца, 30% жидкого стекла к весу сухой смеси.

Это и подобные покрытия содержат кремний, способствующий выделению углерода в виде графита и получению в металле шва структуры серого чугуна. Дополнительно остывание можно замедлять введением в покрытие термита[2]. Чугунные стержни имеют диаметр 6, 8 и 10 мм и следующий состав по ГОСТ 2671—44, марка Б: 3—3,6% углерода, 3,6—4,8% кремния, 0,5—0,8% марганца, до 0,08 серы , 0,3—0,5% фосфора. При сварке используется постоянный ток при обратной полярности. Режимы сварки чугунными электродами приведены в табл. 44.

При заварке мелкие раковины глубиной до 10 мм и длиной до 50 мм полностью вырубают и зачищают. Заварку производят в один прием, начиная с середины раковины; процесс сварки ведут без перерыва. Длина дуги поддерживается равной 4—5 мм, электроды применяют диаметром 6—8 мм.

При холодной сварке чугуна чугунными электродами трудно получить замедленное охлаждение наплавляемого металла. Околошовная зона часто становится более твердой и хрупкой вследствие повышенных скоростей охлаждения, что приводит к образованию трещин. Для снижения скорости охлаждения наплавленного металла рекомендуется предварительный подогрев детали до 450—550°. Детали несложной формы достаточно подогревать до 150—200°.

Лучшие результаты дают электроды из легированных никелевых чугунов (табл. 45).

Никель не растворяет углерода и не вступает с ним в химическое соединение, но легко сплавляется с железом чугуна. На эти электроды наносится покрытие состава:

Карборунд………………………………. 70%

Углекислый стронций или углекислый барий … 30%

Жидкое стекло входит в количестве 21,3 см3 на 100 г сухой смеси.

Сварка электродами из монель-металла[3]. Этот способ дает хорошие результаты и применяется в тех случаях когда место сварки подлежит обработке резцом.

Электроды имеют диаметр 2, 3, 4, 5 и 6 мм и следующий состав: 32—35% меди, 65% никеля, 1% марганца, 2% железа, 0,75% кремния. Применяется покрытие состава: 66% графита, 32,5% мела, 1,5% поташа. Можно также использовать покрытия, состоящие из 40% графита и 60% мела.

Электроды из монель-металла имеют более низкую температуру плавления, чем чугун, поэтому при сварке деталь нагревается незначительно. Монель-металл дает большую усадку, поэтому сварку им ведут короткими валиками длиной до 50 мм с перерывами для охлаждения во избежание излишнего разогрева детали.

Наплавленный металл слегка проковывают в горячем состоянии, что способствует уплотнению шва. При сварке используют постоянный ток при обратной полярности: для электрода диаметром 3 мм ток берется от 90 до 120 а при толщине свариваемого металла от 4 до 20 мм.

При заварке трещины ее кромки оставляют шероховатыми, а концы засверливают. Трещины разделывают под углом 70—90° на глубину до 2/3 толщины стенки. Поверхность рядом с трещиной на ширине 10—15 мм зачищают до металлического блеска. Наличие ржавчины, масла и прочих загрязнений приводит к пористости наплавки.

Лучшие результаты получают при однослойной наплавке короткими участками с проковкой. Последующий участок должен свариваться после охлаждения предыдущего до 40—50°. Можно первые слои сваривать электродами из монель-металла, а последующие — стальными.

В процессе сварки электродами из монель-металла выделяются пары цветных металлов, вредные для здоровья сварщика, поэтому необходима усиленная вентиляция.

Сварка комбинированными электродами. При ремонтных работах, связанных со сваркой чугуна, применяют также комбинированные медно-железные электроды из стального стержня, вставленного в медную трубку. В шве образуется расплав меди с включенными в него шарообразными частицами науглероженной стали. Медь обеспечивает надежное сцепление металла наплавки с основным металлом, а сталь придает 1нву необходимую прочность. Наилучшие результаты достигаются при наличии в шве 10—15% стали, остальное — медь.

Способ изготовления комбинированных электродов, предложенный П. И. Шориным, следующий: на электродную проволоку Св-08 диаметром 3 мм наносят покрытие слоем 0,25 мм. После просушки на воздухе проволоку вставляют в медную трубочку диаметром 4— 6 им и в таком виде используют при сварке. При заварке дефектов толстостенных чугунных деталях с большим объемом наплавленного металла на наружную поверхность медной трубки наносят покрытие слоем толщиной 0,5 мм, а стальную проволоку берут диаметром 3,5 мм. В качестве покрытия используют смесь из 30% графита, 40% ферросилиция и 30% мела, разведенную на жидком стекле. После просушки на воздухе в течение 5—6 час при температуре 15— 18° электроды прокаливают 30—40 мин при 100—120°. Кромки раковины разделывают под углом 45° и на ее поверхность наплавляют комбинированными электродами слой металла толщиной 5 мм. После этого раковину заваривают обычными стальными электродами с покрытием ОММ-5, ЦМ-7; УОНИ-13/45 и др. Сварка ведется на постоянном токе любой полярности. При заварке не следует перегревать деталь.

Применяют также комбинированные медно-железные электроды из медного стержня диаметром 3,5 мм, обернутого жестью в виде ленты толщиной 0,3 мм или покрытого слоем железа толщиной 0.6— 0,8 мм электролитическим способом. Соотношение меди и железа в этих электродах составляет: 60—62 % меди, 38—40% железа. Берется покрытие УОНИ-13/55. Сварка производится постоянным током обратной полярности.

На использовании комбинированных медно-железных электродов основана сварка чугуна ло способу А. Г. Назарова. Сварка производится пучком электродов, состоящим из стального электрода с покрытием ОММ-5 или УОНИ-13/55, медного стержня и латунного стержня, связанных проволокой. Лучшие результаты получаются при использовании покрытия УОНИ-13/55. Если покрытие нанесено также и на медный пруток, то сварку можно вести на вертикальной плоскости.

Количество и диаметр медных прутков подбирают так, чтобы содержание меди в наплавке составляло от 60 до 70%. Латунь служит для введения в наплавку цинка, являющегося раскислителем. Сечение медной проволоки или полоски должно быть от 6 до 18 мм2, а латунной —от 7 до 10 мм2. Сварка ведется ка постоянном токе при обратной полярности или на переменном токе с осциллятором. При использовании электрода ОММ-5 диаметром 4 мм, медного прутка диаметром 4 мм и латунного прутка диаметром 3 мм ток равен от 150 до 175 а; при двух электродах ОММ-5 диаметром 5 мм, двух медных диаметром 5 мм и одном латунном диаметром 3 мм—240— 260 а.

При сварке медный электрод должен перемещаться впереди стального, покрывая слоем меди наплавляемую поверхность. Пучок электродов должен быть наклонен к детали под углом 35—45е. Для лучшего перемешивания и защиты металла ванны концу электрода сообщают плавные спиралеобразные движения.

При сварке этим способом серого чугуна можно получить достаточно хорошее сплавление и формирование шва, плотную структуру, однако иногда происходит отбеливание переходной зоны, что затрудняет последующую обработку места сварки. Этот недостаток в большинстве случаев является общим для всех способов холодной сварки чугуна электродами со стальными стержнями.

Лучшие результаты получаются при введении железа в покрытие медного электрода. Такой способ разработан П. А. Глуховым и получил распространение на железнодорожном транспорте при ремонте с помощью сварки чугунных деталей. В этом случае берут медные электроды с покрытием УОНИ-13/55, в которые вводится 40— 50% железного порошка к весу покрытия. Содержание меди в электроде должно составлять 80—85%. Сварка ведется участками не более 50 мм, с проковкой наплавленного металла после остывания до 60—70°.

Чугун, длительное время работавший при высоких температурах, сваривают с предварительным подогревом кромок до 500— 550й горелкой. Сварка производится после полного остывания кромок. Без предварительного подогрева такой чугун плохо сваривается, в нем появляется отслаивание металла шва и пористость.

Опытно-сварочным заводом Мосгорсовнархоза выпускаются медно-железные электроды ОЗЧ-1 для холодной сварки чугуна. Институтом электросварки им. Е. О. Патона для холодной ремонтной сварки чугуна разработан электрод из аустенитной хромоникелевой стальной проволоки 0Х18Н9или IX18H9 с медной оболочкой и покрытием основного типа, например УОНИ-13/55. При диаметре стержня электрода 3,5 мм толщина покрытия равна 0,3—0,4 мм на сторону.

Медная оболочка на проволоку диаметром 2 мм наносится совместной протяжкой с медной лентой толщиной 0,8 мм, шириной 12 мм через фильтр (оправку с отверстиями). Содержание меди в электроде равно 75—80%. Сварка производится постоянным током 100—120 а при обратной полярности. Наплавка таким электродом дает мягкий чугун с мелкораспределенными включениями железа и меди. Трещин и пор при сварке не образуется.

вверх страницы