СВАРКА ЧУГУНА
Структура чугуна зависит от количества углерода, находящегося в химически связанном состоянии. Чугуны различаются по структуре, способам изготовления, химическому составу и назначению.
В зависимости от структуры различают следующие виды чугуна:
♦ белый чугун (эти чугуны хрупки' тверды, применяются редко и сварке не подлежат):
♦ серый чугун.
Следует помнить, что поверхность излома у белого чугуна - белая (отсюда и название).
Серый чугун мягкий, хорошо обрабатывается режущим инструментом, поверхность его излома имеет серый цвет.
В зависимости от формы свободного углерода различают три вида серых чугунов:
♦ серый чугун с пластинчатым графитом, характеризующийся низкой пластичностью и прочностью:
♦ серый чугун с графитом завихренной или глобулярной формы (модифицированный чугун);
♦ ковкий чугун, имеющий форму графита в виде хлопьев.
Ковкий чугун получается из отливок белого чугуна путем длительного нагрева при температуре 100 °С. По механическим свойствам он прочнее серого чугуна и пластичнее белого чугуна - занимает промежуточное значение между сталью и серым чугуном. Название — ковкий — условное, чугуны не используются в виде поковок, они практически не куются.
По способу изготовления различают:
♦ отливки из обычного чугуна;
♦ отливки из модифицированного чугуна. Структура чугуна зависит от скорости охлаждения и содержания в нем легирующих примесей. При низком содержании углерода и кремния получается белый чугун.
Сварка чугуна применяется в ремонтных работах и для изготовления сварнолитых конструкций.
К сварным соединениям чугунных деталей в зависимости от типа и условий эксплуатации предъявляются требования:
• по механической прочности:
• по плотности (водонепроницаемости и газонепроницаемости);
• обрабатываемости режущим инструментом. Сваркой исправляется чугунное литье как до механической обработки, так и в процессе ее, а также детали, бывшие в эксплуатации.
Сварка чугуна — очень сложный процесс. Это происходит по следующим причинам:
=> отбеливание в чугуне места сварки, т.е. образование твердой структуры, не поддается механической обработке обычным режущим инструментом (причиной служит выгорание кремния и быстрое охлаждение);
=> низкая пластичность при неравномерном нагреве, вызывающая трещины в зоне сварки;
=> невозможность сварки в других положениях, кроме нижнего, так как чугун не имеет пластического состояния при переходе из твердого в жидкое;
=> образование пористости за счет большего количества окиси углерода и быстрое затвердевание расплавленного металла; низкая стойкость металла сварного соединения против обрабатываемости трещин;
=> разнообразие химического состава и структуры даже на одном и том лее изделии, так как
более тонкие участки остывают быстрее (отбеленный чугун), чем более массивные (серый; чугун);
=> невозможность сваривать чугунные детали, работавшие длительное время при температуре 300°С и выше так как под действием высоких температур углерод и кремний окисляются и чугун становится хрупким;
=> плохая свариваемость деталей, длительное время соприкасавшихся с керосином и маслом;
=> плохая обрабатываемость на механических станках;
=> образование пленки окислов кремния на поверхности ванны, имеющих высокую температуру плавления.
Сварку чугуна ведут без подогрева (холодный способ сварки), с местным подогревом и с общим подогревом всего изделия.
Подготовку мест под сварку выполняют механическим путем или огневым способом. Для удержания расплавленного металла сварочной ванны (так как чугун жидкотекуч) применяются специальные формовки. Формовочная масса имеет следующий состав:
♦ кварцевый песок, замешанный на жидком стекле - 40%;
♦ формовочная земля - 30%;
♦ белая глина - 30%.
Подготовленная к сварке деталь подвергается общему или местному подогреву до температуры 350-450 °С. Иногда для особо сложных деталей подогрев производится до температуры 550-600°С.
Сварку выполняют как на переменном, так и на постоянном токе. Величину тока подбирают из расчета 50-90 А на 1 мм диаметра электрода.
Существует несколько способов сварки чугуна, которые делятся на две основные группы: холодная и горячая сварка. Холодная сварка выполняется без подогрева свариваемых деталей. При горячей сварке детали частично или полностью подогреваются. Выбор способа сварки зависит от требований, предъявляемых к сварному соединению.
Холодная сварка чугуна
Не всегда можно применить подогрев свариваемых деталей по целому ряду причин: большой габарит, возможность, коробления изделия и т. д. В таких случаях используется холодный способ сварки, при котором не исключается возможность появления трещин в результате неравномерного нагрева, наличия участков твердого отбеленного чугуна в шве и околошовной зоне, разной структуры металла шва и основного. Для уменьшения действия отрицательных факторов при холодной сварке чугуна применяют ряд специальных мер, способствующих получению сварного соединения хорошего качества. Для предотвращения образования трещин в металле шва, околошовной зоне и основном металле используют электроды, снижающие отбел металла, а также осуществляют ряд мер, способствующих улучшению свойств металла околошовной зоны.
К технологическим мерам относятся уменьшение напряжений, возникающих в результате усадки металла шва, и предупреждение чрезмерного перегрева металла при сварке. Снижение напряжений достигается уменьшением объема металла, наплавляемого за один прием, и проковки металла в горячем состоянии непосредственно после сварки. Чрезмерного перегрева металла можно избежать, применив электроды небольшого диаметра и выполняя сварку на небольших токах и вразброс.
Горячая сварка чугуна
Избежать образования трещин, закаленных и отбеленных участков в околошовной зоне при ручной дуговой сварке можно с помощью подогрева изделия перед сваркой, а затем последующего медленного остывания. Кроме того, при этом улучшается структура металла шва и околошовной зоны. Существует два способа горячей сварки: полугорячая и собственно горячая. В тех случаях, когда жесткость конструкции сравнительно невелика, применяется подогрев деталей до 600-700°С только в месте сварки, а при небольшом объеме сварки на изделиях малой толщины — до 300-450°С. Сварка с местным подогревом изделия называется полугорячей. Сварка с общим подогревом изделия и медленным охлаждением после сварки называется горячей.
Перед сваркой дефектное место необходимо вырубить до здорового металла, разделать кромки, зачистить свариваемые поверхности. Вырубленное место не должно иметь острых углов, так как жидкий металл может здесь не сплавиться с основным. При большой площади свариваемого участка следует по периметру оградить его графитовыми пластинами, замешанными на жидком стекле. Это необходимо для предотвращения вытекания жидкого металла сварочной ванны.
Во избежание, появления трещин и незначительных деформаций подогревать изделие рекомендуется медленно и равномерно. Медленное охлаждение достигается совместным охлаждением изделия с печью, засыпкой его песком или шлаком.
Сварку производят без перерыва, поддерживая температуру металла сварочной ванны. При охлаждении металла сварочной ванны он будет плохо сплавляться с основным металлом. В этом случае следует усилить ток и предварительный подогрев. Для охлаждения температуры расплавленного металла ванны рекомендуется подбрасывать в нее куски электрода. Чтобы не делать перерыва при смене электрода, сварку необходимо выполнять вдвоем. При большом объеме наплавленного металла сварку ведут участками, которые отделяются друг от друга графитовыми пластинами, а соседние, еще не заваренные участки, заполняют песком.