Сварка чугуна

Рис. 4.2.5. Виды соединений при сварке

Нахлесточные (рис. 4.2.5, е) и тавровые (рис. 4.2.5, ж) соединения рекомендуются при сварке металлических деталей толщиной менее 3 мм, так как при больших толщинах неравномерный местный нагрев вызывает большие внутренние напряжения и деформацию и даже трещины в швеи основном металле.

Швы накладывают одно- и многослойные. При толщине металла до 6-8 мм применяют однослойные швы, до 10 мм - в два слоя, более 10 мм - в три слоя и более.

Перед наложением очередного слоя поверхность предыдущего слоя должна быть хорошо очищена металлической щеткой. Сварку выполняют короткими участками. При этом стыки валиков в слоях не должны совпадать. При многослойной сварке зона нагрева меньше, чем при однослойной. В процессе сварки при наплавке очередного слоя происходит отжиг нижележащих слоев. Все эти условия позволяют получить сварной шов высокого качества, что очень важно при сварке ответственных конструкций. Однако производительность сварки в этом случае низкая, а расход горючего газа большой.

Низкоуглеродистые стали сваривают газовой сваркой без особых затруднений. Присадочным материалом служит сварочная проволока по ГОСТ 2246-70. Наилучшие результаты дают проволоки марок Св-08ГА, Св-10Г2, Св-08ГС, Св-08Г2С. Удельная мощность пламени – 100 - 150 л/(ч мм).

Свариваемость среднеуглеродистой стали удовлетворительная, однако в сварном шве и зоне термического влияния могут образоваться закалочные структуры и трещины. Сварку выполняют слегка науглероживающим пламенем, так как даже при небольшом избытке в пламени кислорода происходит существенное выгорание углерода. Удельная мощность пламени должна быть в пределах 80-100 л/(ч-мм). При толщине металла более 3 мм следует проводить предварительный общий подогрев детали до 250-300^оС или местный нагрев до 650-700^оС. Присадочным материалом служит сварочная проволока марок, указанных для малоуглеродистой стали, и проволока Св-12ГС.

После сварки можно рекомендовать проковку металла шва в горячем состоянии и последующую нормализацию при температуре 800-900^оС. После этого металл приобретает достаточную пластичность и мелкозернистую структуру.

Во время нагрева и охлаждения чугуна в нем происходят различные процессы и превращения, имеющие важное значение для его свойств и влияющие на выбор способа сварки.

При температуре нагрева 500 ^оС и более в чугуне начинаются процессы сфероидизации и графитизации цементита. Распад эвтектического цементита при нагревании сопровождается ростом (увеличением объема) чугуна, что недопустимо для массивных корпусных деталей, так как приводит к ухудшению физико-механических свойств деталей.

Структура сложных деталей из чугуна в разных частях этих деталей неодинакова. Части слитков с большей поверхностью охлаждения и малой толщиной стенки имеют мелкозернистую перлитную структуру, а крупные части детали, расположенные в середине изделия, охлаждаются медленно и приобретают перлитно-ферритную структуру с большим выделением графита.

Структура чугуна имеет большое влияние на его свариваемость. Хорошо свариваются чугуны со светлой мелкозернистой перлитной структурой, содержащие мелко-пластинчатый или глобулярный графит, хуже - с перлитно-ферритной структурой и вкраплением графита малых и средних размеров. Значительно хуже свариваются ферритные чугуны с большим выделением графита.

По состоянию свариваемых деталей выделяют два способа сварки - горячий и холодный.

Горячая сварка чугуна - операция, при которой деталь нагревают (в печи или другим способом) до температуры 650-680 ^оС. Во время сварки температуру детали поддерживают не ниже 500 ^оС, что замедляет охлаждение сварочной ванны и тем самым способствует удержанию большого объема металла в ванне в жидком состоянии. Это обеспечивает выравнивание состава металла ванны и его полную графитизацию при застывании. Кроме того, подогрев освобождает свариваемую деталь от внутренних напряжений литейного и эксплуатационного характера и предупреждает появление сварочных напряжений и трещин. В некоторых случаях для отдельных деталей (например, головок блоков цилиндров дизельных двигателей, блоков автомобильных двигателей), имеющих большую жесткость и сложную конфигурацию, при сварке обязателен общий нагрев.

В процессе сварки часть основного металла подвергается термическому воздействию, т. е. структурным преобразованиям с перераспределением внутренних напряжений, величина которых зависит от условий этого воздействия. Металл, на который непосредственно действует сварочная дуга, плавится, образуя жидкую ванну, а тот, который соприкасается со сварочной ванной, нагревается вследствие теплоотдачи.

Скорости нaгpeвa и охлаждения отдельных участков зоны термического влияния при сварке неодинаковы. Поэтому на каждом участке этой зоны будут происходить разные структурные преобразования, а конечные структуры этих участков будут также разными.

При охлаждении металла сварочной ванны сначала (с большой скоростью) кристаллизуется тонкий слой первого участка зоны термического влияния с уменьшением объема за счет усадки (на 1 %). Слой первого участка соединен с основным металлом детали и твердым металлом шва, что мешает нормальной усадке, приводит к возникновению напряжений растяжения и образованию трещин.

Длина жестко соединенного с основным металлом валика при усадке во время охлаждения сокращается, а основной металл растягивает валик, что при большой длине валика и отсутствии пластичности приводит к образованию поперечных трещин. Для предотвращения этого необходимо обеспечить достаточную пластичность наплавленного шва (подобрать соответствующие присадочный материал, обмазку и режимы сварки), проковывать швы во время кристаллизации, равномерно нагревать и особенно охлаждать как шов, так и свариваемую деталь, сварку выполнять на постоянном токе обратной полярности (плюс - электрод, минус - деталь) и малой силы (25-30 А на 1 мм диаметра электрода), наплавлять валики длиной 30-40 мм, применять сварку отжигающими валиками и многослойным швом.

При сварке чугуна электродом из низкоуглеродистой стали металл шва получается высокоуглеродистым (т. е. отличается высокими хрупкостью и твердостью). Количество углерода в металле шва зависит от геометрии шва, в частности, отношения h₁/h₂, где h₁ - глубина проплавления; h₂ - усиление шва (рис. 4.2.6).

Рис. 4.2.6. Валик сварного шва:

В-ширина валика

h₁ - глубина проплавления

h₂ - усиление шва

1-наплавленный металл

2-зона термического влияния

3-нейтральная зона основного металла

Снизить содержание углерода в наплавленном слое можно за счет уменьшения силы сварочного тока (глубины проплавления чугуна h₁), подбора компонентов покрытия электрода, многослойности сварного шва.

Воздействие силы сварочного тока на глубину проплавления показано на диаграмме распределения твердости (рис. 4.2.7).

Подбирая компоненты покрытия стальных электродов для сварки чугуна, необходимо обратить внимание на окисление углерода с целью уменьшить его количество в сварном шве.

Применение многослойного сварного шва оказывает большое влияние на его структуру и среднее количество углерода по сечению сварного шва и термическое воздействие (отжиг и отпуск) на предыдущие слои при наплавке следующих.

Рис. 4.2.7. Диаграмма распределения твердости швов при сварке электродом ЦЧ-4 в зависимости от силы тока (обратная полярность):1 и 2 – при силе тока соответственно 250 . и 135 А

При наплавке стальным электродом (Св-08) многослойного валика на чугунную деталь получают содержание углерода в слоях:

Номер слоя…………………………………….….1……..2………..3

Содержание углерода, % (массовая доля)…1,5-2…0,5-0,7…0,1-0,15

Такой шов имеет большую пластичность, поэтому для устранения трещин при сварке чугуна необходимо проводить многослойную сварку с малой глубиной проплавления основного металла.

Для получения сварного шва из мягкой низкоуглеродистой стали необходимо:

- применять электроды легкообрабатывающиеся ЦЧ-4 и сварочную низкоуглеродистую проволоку Св-08 или Св-08А, электроды собственного изготовления из проволоки Св-08ГС с покрытием из мела (30%), железной окалины (25%), ферросилиция (25%), азотнокислого натрия (20%), относительная масса покрытия 40 %;

- проводить сварку постоянным током обратной полярности с силой 25-30 А на 1 мм диаметра электрода с применением многослойных отжигающих валиков сварного шва.

Горячей сваркой ацетиленокислородным пламенем с присадкой чугуна рекомендуется восстанавливать блоки цилиндров двигателей и других корпусных деталей при наличии трещин на ребрах жесткости.

Лучшие результаты при горячей сварке чугуна дает ацетиленокислородное пламя с присадочным материалом из чугуна. Во время сварки деталь не должна охлаждаться ниже 500^оС. Если же это произошло, то деталь снова подогревают до 650-680^оС. По окончании сварочно - наплавочных работ для снятия напряжений детали опять подогревают до 650-680^оС, а потом медленно охлаждают в специальной шахте-термосе или вместе с печью.

Для горячей сварки чугуна необходимо специальное нагревательное оборудование: термические и нагревательные печи, кожухи, термостаты и т. д, Поэтому такой способ сварки применяют только в тех случаях, когда необходимо получить наплавленный металл, близкий по структуре, прочности и износостойкости к основному металлу детали. Например, восстановление головок блоков цилиндров тракторных двигателей (износ гнезд клапанов и трещины в перемычках между ними) проводят горячей сваркой с присадкой чугуна. Как присадочный металл используют чугунные прутки марок ПЧ 2 и ПЧ 3 согласно ГОСТ 2671-80 (табл. 4.2.8).

При сварке обязательно применение флюса, который растворяет образующиеся оксиды кремния и марганца, переводя их в шлак; окисляет и частично растворяет графитные включения чугуна, находящиеся на свариваемых поверхностях; предохраняет от окисления расплавленную ванну; увеличивает жидкотекучесть сварочных шлаков.

В качестве флюса применяют техническую безводную буру (Na₂В₄O₇) Более лучшие результаты дает флюс ФСЧ-l следующего состава, % (массовая доля): буры 23, кальцинированной соды 27, азотнокислого натрия 50.

Подготовку кромок трещины для сваривания выполняют механическим способом или оплавлением металлагазовой горелкой с избытком кислорода. Перед сваркой подогретые кромки и конец стержня покрывают слоем флюса. Пламя горелки должно быть строго нейтральным. В ванну расплавленного металла вводят присадочную проволоку с флюсом, подогретые перед этим до температуры плавления. Затем сварщик концом чугунной проволоки воздействуют на кромки ванны, делая круговые движения.

Газовую сварку чугуна цветными сплавами без подогрева детали в сочетании с дуговой сваркой широко применяют в ремонтном производстве для сварки трещин на обрабатываемых поверхностях корпусных деталей. Присадочным материалом для газовой сварки является латунь, которая более соответствует требованиям сварки по сравнению с другими цветными сплавами на медной основе. Температура плавления латуни ниже температуры плавления чугуна (880-950^оС), поэтому ее можно применить для сварки, не доводя чугун до плавления и не вызывая в нем особенных структурных изменений и внутренних напряжений.

При сварке трещин в чугунных деталях выполняют следующие операции. С кромок трещин снимают фаски, которые грубо обрабатывают (желательно с образованием насечки). Очищают места сварки от грязи, масла и ржавчины. Подготовленные к сварке места подогревают пламенем газовой горелки до температуры 900-950^оС. На подогретую поверхность наносят слой флюса, нагревают в пламени горелки конец латунной проволоки и этим концом натирают горячие кромки трещины так, чтобы латунь покрыла фаски тонким слоем. Горячий конец латунной проволоки время от времени погружают во флюс. После того, как фаски будут покрыты тонким слоем латуни, трещину полностью заплавляют. Затем пламя горелки медленно отводят от детали, а шов покрывают листовым асбестом. При правильно выбранной температуре нагрева латунь покрывает поверхности фасок ровным и плотным слоем. Чрезмерно высокая температура приводит к образованию окиси цинка, которая покрывает пришовную зону белым налетом, а недостаточная - к образованию нa фасках шариков латуни.

Холодная сварка. При холодной сварке чугуна деталь не нагревают. Сварочная ванна имеет небольшой объем металла и быстро твердеет. При этом способе детали можно также подогревать (но не выше 400^оС) для снятия напряжения и предупреждения возникновения сварочных напряжений.

Простота выполнения холодной сварки (отсутствие нагрева или небольшой местный подогрев) обеспечивает более широкое ее применение по сравнению с горячей сваркой.

Так как свариваемые детали не подвергаются нагреву, графитизация расплавленного чугуна затрудняется. В зоне сварного шва происходят отбеливание и закалка с одновременным ростом внутренних напряжений, которые могут привести к образованию трещин.

Высоту сварного шва в зависимости от режимов сварки определяют по формуле

h = R (I⁴ / v_c U²)^1/3

где R - коэффициент; I - сила тока, А; v_c – скорость сварки, см/мин; U - напряжение на дуге, В. .

Холодная сварка наиболее часто применяется для устранения трещин и заварки пробоин в тонкостенных корпусных и крупногабаритных чугунных деталях, которые требуют последующей механической обработки и эксплуатируются под нагрузкой при тепловом воздействии.

Гидравлические испытания деталей, проводимые после заварки дефектных участков, показывают, что в месте сварки может просачиваться небольшое количество влаги. Это объясняется тем, что при сварке (особенно холодной) чугуна в шве могут появиться мелкие поры. Для их устранения используют следующие методы:

- проковку сварочных швов и их наклеп многобойковыми упрочнителями на базе пневмомолотков; этот метод позволяет также уменьшить возникающие при сварке внутренние напряжения;

- уплотнение металлическим порошком; в детали закрывают все отверстия и прокачивают через дефектное место уплотнительную суспензию (раствор жидкого стекла с металлическим порошком) под давлением 600-700 кПа и температуре 80-100 ^оС, при появлении жидкости с другой стороны пористого участка давление снижают до 300 кПа; процесс продолжают до полной остановки просачивания жидкости;

- пропускание через дефектный участок 10%-ного раствора хлористого аммония (нашатыря) под давлением 400-700 кПа; в этом случае поры плотно закупориваются продуктами интенсивной коррозии;

- нанесение полимерных покрытий (табл. 4.2.2); метод может использоваться на ремонтных заводах после холодной дуговой сварки, например, стенок водяной рубашки цилиндров дизельных и автомобильных двигателей.

Лучшее соединение полимера с металлом получают при нанесении полимера на сварной шов, пока он не остыл ниже 30-40 ^оС.

При сварке чугуна медно-никелевыми электродами получают легкообрабатываемый слой, так как медь и никель не растворяют углерод и не образуют с ним соединений. Величина и характер переходных зон при сварке электродами из цветных металлов существенно отличаются от величины и характера зон, образующихся при сварке стальными электродами. Основное различие состоит в отсутствии диффузии углерода из основного металла в шов.

При сварке чугуна широко применяют латунные, медно-железные (ОЗЧ-2), медно-никелевые (МНЧ-2), никелево-железные (ЦЧ-ЗА) и никелевые (ПАНЧ-11) сплавы.

Дата добавления: 2014-02-28; просмотров: 703; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!