Сварка чугуна
Сварка чугуна есть тяжёлой задачей по следующим обстоятельствам. Чугун очень сильно засорен разными примесями. Большинство углерода в сером чугуне будет в структурно свободном состоянии, в виде пластинчатых включений графита.
Серый чугун, чаще всего используемый в машиностроении, представляет собой не целый металл, а пористую железную губку, поры которой заполнены рыхлым неметаляическим веществом — графитом. Такая структура очень негативна для сварки; она не видится ни в одном втором металле. Чугун очень хрупок. Его относительное удлинение при разрыве фактически равняется нулю. Он разбивается на куски ударом.
Исходя из этого чугун, больше чем какой-либо второй металл, склонен.к образованию трещин при борьбе и сварке с трещинами приходится уделять особенное внимание при сварке чугуна.
Часто в ходе сварки происходит отбеливание чугуна, что придает ему хрупкость и высокую твёрдость в зоне сварки совершает его совсем негодным для механической обработки по окончании сварки. Чугуны неоднородны по структуре и составу, и может оказаться, что процесс сварки, обеспечивший прекрасные результаты на одной подробности, следующий раз даст результаты отрицательные на такой же подробности благодаря большого отличия особенностей чугуна. Исходя из этого нри важных работах по сварке чугуна рекомендуется создавать металлографическое исследование и химический анализ металла.
Видятся сорта чугуна, фактически совсем не поддающиеся сварке, к примеру так называемый горелый серый чугун, подвергавшийся долгому действию большой температуры, кислот, пара и т. п. Благодаря пористости чугуна в аналогичных случаях окисление попадает во всю толщину металла, обволакивая железные зерна пленкой окислов и делая металл рыхлым и механически непрочным. При расплавлении таковой чугун дает больше шлака, чем металла, и не дает возможность приобрести доброкачественное сварное соединение.
Трудность сварки чугуна привела к появлению бессчётных способов его сварки, но ни один из них не есть в полной мере удовлетворительным для всех случаев, видящихся на практике. Разглядим прежде всего дуговую электросварку чугуна, как самый дешёвый и относительно прекрасно изученный метод.
Тёплая дуговая сварка чугуна. Наряду с этим методе сварочная ванна жидкого металла имеет громадной количество — до нескольких
При регулярном производстве тёплой сварки чугуна более либо менее однотипных подробностей, к примеру при исправлении брака чугунного литья,пользуются разными нагревательными печами. Особенно эргономичны печи с газовым отоплением и со съемными сводом и боковыми стенками, разрешающими выполнить сварку подробности прямо в печи и создавать медленное охлаждение изделия по окончании сварки вместе с печью.
Для отдельных, эпизодических работ по тёплой сварке больших чугунных изделий, к примеру цилиндров паровых автомобилей, двигателей и т. п., прибегают к нагреву подробностей во временных горнах, выкладываемых по форме и размерам изделия. Временный горн складывается насухо из кирпича на открытом воздухе либо под вытяжным зонтом. В случае если горн находится в помещении, то для него довольно часто устраивают в полу яму, выложенную кирпичом. Изделие укладывают в горн и засыпают древесным углем.
В нижней части кладки горна вынимают отдельные кирпичи, где поджигают древесный уголь. Нагрев на древесном уРле, сгорающем при естественной тяге, снабжает медленное и равномерное увеличение температуры всего изделия, без перегрева отдельных опасности и частей оплавления острых кромок, узких ребер и т. п.
Для уменьшения повреждения нагревом обработанных поверхностей, резьбы и т. д. их обмазывают перед нагревом раствором огнеупорной глины и т. п. Нагрев ведется до температуры красного каления 600—700 °С, после этого расчищают места сварки, выдувают из них другие загрязнения и золу и приступают к исполнению процесса сварки чугунными электродами длиной 700—900 мм, диаметром 8—20 мм. Чугунные стержни отливают из чугуна с повышенным содержанием кремния (3,5—4%).
Сила тока 400—1200 а, в зависимости от толщины металла, диаметра и размеров изделия электродного стержня. При отсутствии достаточно замечательного источника сварочного тока используют параллельное соединение нескольких сварочных агрегатов либо трансформаторов. Сварка ведется так, дабы вся поверхность места сварки пребывала в один момент в жидком состоянии.
Для этого стараются вести процесс по возможности без перерыва.
Рис. 1. Заформовка чугунной подробности: 1 — коробка; 2 — пластины; 3 — формовочная масса
Наплавка металла в заформовку ведется , пока поверхность наплавленного металла не будет выше поверхности главного металла на припуск, нужный для механической обработки. В ходе сварки по мере разогрева ванны в нее забрасывают кусочки ферросилиция и чугуна. По окончании заполнения ванны прекращают наплавку, засыпают место сварки сухим песком и золой и закрывают страницами асбеста для медленного охлаждения.
По окончании охлаждения разбирают горн, очищают изделие от золы и направляют на механическую обработку мест сварки, в случае если таковая требуется. Благодаря надлежащему составу чугунных электродов, добавлению в ванну ферросилиция и замедленному охлаждению изделия приобретают наплавленный металл высокого качества, имеющий структуру серого чугуна, прекрасно поддающийся механической обработке.
Не обращая внимания на высокий уровень качества наплавленного металла, полное устранение внутренних напряжений, отсутствие образования трещин, тёплая сварка чугуна на данный момент используется редко. Процесс трудоемок, обходится дорого, долгий нагрев повреждает изделие, ухудшая состояние механически обработанных поверхностей и часто вызывая так называемый рост чугуна, который связан с повышением размеров изделия благодаря изменений структуры в металле при продолжительном нагреве.
Холодная дуговая сварка чугуна. Холодная сварка отличается отсутствием предварительного подогрева изделия. Все изделие, за исключением территории, прилегающей к сварочной ванне, остается фактически холодным на всем протяжении процесса сварки.
Самый распространена холодная сварка чугуна металлическими электродами с узкой стабилизирующей обмазкой. Электродная проволока рекомендуется с мельчайшим содержанием углерода, пе более чем 0,10%, марки Св-08 по ГОСТу 2246—60. Сварка ведется электродами маленьких диаметров, в большинстве случаев 3 либо 4 мм, на пониженных токах (80—120 я).
Металл наплавляется узкими маленькими валиками, отдельными участками, распределенными по поверхности сварки, с тем дабы избежать какое количество-нибудь большого разогрева изделия.
На рис. 2 схематически продемонстрировано строение территории наплавки валика на чугун металлическим электродом в поперечном разрезе. Наплавленный металл валика 1 представляет собой высокоугле-
чистую сталь с содержанием 0,7—0,9% С, со большим „держанием марганца, кремния, а довольно часто и с повышенным содержанием серы, других загрязнений и фосфора, перешедших из vrvHa. Наплавленный металл образован сплавлением главного металла — чугуна — с низкоуглеродистой сталью электрода. По окончании сварки благодаря стремительного охлаждения наплавленный металл в большинстве случаев будет в закаленном состоянии и владеет высокой твердостью.
К валику наплавленного металла прилегает полоса 2 отбеленного чугуна шириной около 1 мм. Территория отбеленного чугуна владеет -высокой твердостью, хрупкостью и фактически не может быть смягчена кроме того высокотемпературным отпуском. Устранение данной территории возможно достигнуто только тяжело выполнимым продолжительным отжигом при больших температурах.
К территории отбеленного чугуна прилегает более широкая территория 3 закаленного чугуна, в которой металл нагревается
в ходе сварки выше точки начала аустенитного превращения и после этого закаливается ввиду наступающего стремительного охлаждения. Эффект закалки зависит от состава железной скорости охлаждения и основы чугуна. Твердость территории закалки, как и наплавленного валика, возможно уменьшена отпуском либо низкотемпературным отжигом.
На рис. 3 продемонстрирована схема строения трехслойной наплавки чугуна низкоуглеродистым металлическим электродом холодным методом. Первый слой имеет рассмотренные выше структуру и состав.
Второй слой имеет умеренное содержание углерода, 0,3—0,4%. Третий слой представляет собой простой низкоуглеродистый наплавленный металл; влияние главного металла на третьем слое фактически не отражается. Хрупкость наплавленного металла, переходных территорий, и и главного металла ведет к очень нередкому образованию микро- и макротрещин при холодной свар-ке чугуна металлическими электродами.
Серьёзным недочётом холодной сварки чугуна металлическими электродами есть твёрдость и чрезмерная хрупкость переходных территорий. Хрупкость сокращает надежность сварки и может привести к ее разрушению, в особенности при ударной либо переменной нагрузке. Высокая твердость вызывает громадные затрудне-ния при механической обработке заваренных мест, а на обработанных поверхностях приводит к неравномерному износу металла в работе.
Рис. 2. Однослойная наплавка
Рис. 3. Многослойная на плавка
Так, холодная сварка металлическими электродами не гарантирует всецело ни плотность, ни прочность соединения чугуна; но благодаря дешевизне и простоте метода, холоя-1 пая сварка обширно распространена в индустрии. Процесс сварки очень несложен и не требует особенной подготовки, не считая простой разделки кромок. Сварка возможно выполнена в любом пространственном положении.
Нагрев незначителен и не поврежу дает изделия. Поломанная чугунная деталь автомобили возможно восстановлена за 2—3 ч.
Для переходных твердости зон и уменьшения наплавки при холодной сварке чугуна с успехом используют никелевые электроды. Эти электроды имеют стержень из разных никелевых сплавов; в большинстве случаев используется сплав никеля с медью, так называемый монель-металл, содержащий около 70% Ni, 28% Си и неболь-’ шие марганца и количества железа.
Наплавленный никелевым электродом валик имеет малую твердость, поскольку никель не образует соединений с углеродом; отбеленная территория чугуна отсутствует либо слабо выражена. Закаленная территория чугуна остается, но она в большинстве случаев имеет не весьма высокую твердость, которая легко может быть уменьшена отпуском либо маленьким подогревом перед сваркой. Так, место сварки никелевыми электродами легко поддается механической обработке.
Недочётом никелевых электродов есть их дефицитность и высокая стоимость, низкая прочность наплавленного металла. Используются кроме этого бронзовые электроды, заменяющие никелевые, но более недорогие и менее дефицитные.
меди и Взаимная растворимость железа очень ограничена, исходя из этого металл, наплавленный бронзовым электродом, является медью , насыщенную железом, в которую вкраплены бессчётные включения стали, насыщенной медью, закаленной и владеющей высокой твердостью. Размеры включений разны — от микроскопических до достаточно больших и целых прослоек. Отбеленная территория не есть целой и расположена отдельными участками по границе расплавления.
Бронзовые электроды продемонстрировали хорошие результаты при сварке чугуна и вошли в практику.
Делались неодпократные попытки создать способ сварки чугуна металлическими либо чугунными электродами с толстой качественной обмазкой без применения предварительного подогрева изделия. Результаты сварки получаются не в полной мере устойчивыми.. Успех сильно зависит от состава чугуна изделия, его размеров, толщины металла, других факторов и объёма наплавки, тяжело поддающихся предварительному учету.
Лучшие и более однородные результаты возможно взять, используя электроды с толстой обмазкой и подогревая изделия до температуры 200—400° С с замедленным последующим охлаждением заваренного изделия. Для замедления охлаждения изделие засыпают золой, сухим песком, накрывают асбестовыми страницами и т. п.
Газовая сварка чугуна. Газовая сварка есть эргономичным и эластичным способом ремонта чугунных изделий, в особенности при маленьком количестве наплавки. Сварка ведется ацегилено-кислородными горелками, размер которых принимается на один номер ниже, чем для сварки стали той же толщины. Пламя регулируется на некий избыток ацетилена для уменьшения обезуглероживания ванны.
Присадочным материалом помогают литые чугунные прутки с повышенным содержанием кремния (3—3,5%).
Перед сваркой изделие подогревается до температуры 300—400 °С; при маленьких размерах изделий подогрев довольно часто осуществляется самой сварочной горелкой. По окончании сварки изделие подвергают медленному охлаждению, для чего засыпают его сухим песком, закрывают асбестовыми страницами, помещают в особые камеры с тепловой изоляцией и т. п. Особенно комфортно охлаждение изделия вместе с печью, в которой производился подогрев его перед сваркой. простота и Удобство процесса газовой сварки чугуна и высокие результаты, приобретаемые наряду с этим способе (наплавленный металл в большинстве случаев имеет структуру серого чугуна, прекрасно поддается механической обработке, в нем отсутствуют жёсткие переходные территории), содействовали широкому применению газовой сварки чугуна, в особенности при ремонте чугунных изделий маленьких размеров.
Чугун достаточно прекрасно поддается жёсткой пайке бронзовыми припоями при помощи ацетилено-кислородной сварочной горелки.
—
Чугунами именуются сплавы железа, с углеродом при содержании углерода более 2%. Машиностроительные чугуны владеют хорошими литейными особенностями, обрабатываемостью, прочностью, малой чувствительностью к концентраторам напряжения.
В зависимости от формы графита в сплаве различают следующие виды чугунов: белые, серые, высокопрочные, ковкие.
В белом, чугуне целый углерод находится в виде химического соединения углерода с железом — цементита Fe3C, что! придает чугуну хрупкость и высокую твёрдость. Исходя из этого в кон-1 струкциях белый чугун не применяют.
Главным конструкционным материалом есть серый чугун, в котором углерод будет в несвязанном состоянии в пластинчатой форме. Кроме углерода (3,2—3,8%) в сером чугуне в большинстве случаев присутствуют кремний (1—5%) и марганец (0,5—0,8%).
В маркировке серого чугуна указывается его прочность при изгибе и растяжении. К примеру, СЧ 18—36 свидетельствует: серый чугун (СЧ) с прочностью на растяжение 180 МПа и прочностью на изгиб 360 МПа.
В высокопрочных чугунах графит имеет шаровидную форму за счет модифицирования чугуна магнием, благодаря чего постоянно совершенствуются пластические особенности чугуна. В маркировке высокопрочного чугуна указываются относительное удлинение и прочность при растяжении. К примеру, ВЧ 40—10 свидетельствует: высокопрочный чугун, имеющий предел прочности при растяжении 400 МПа и относительное удлинение 10%.
В ковких чугунах углерод кроме этого будет в свободном состоянии, но имеет хлопьевидную форму за счет долгого отжига (томления) при большой температуре (20—25 ч при 950—1000 °С). Маркируют ковкий чугун как высокопрочный. К примеру, КЧ 30—6 свидетельствует: ковкий чугун с пределом прочности при растяжении 300 МПа и относительным удлинением 6%.
свойства и Свариваемость сварных соединений зависят от структуры чугуна. Структура определяется технологическими факторами и составом чугуна, главным из которых есть скорость охлаждения с больших температур. Основной процесс, формирующий структуру,— это процесс графитизации, т.е. процесс выделения углерода в чугуне.
Процесс графитизации при сварке есть благоприятным, поскольку выделение углерода в свободном состоянии сокращает хрупкость чугуна.
Все элементы, содержащиеся в чугуне, делятся на две группы: – содействующие графитизации (графитизаторы) — С, Si, Al, Ni, Со, Си; – задерживающие графитизацию (отбеливающие), т. е. содействующие выделению углерода в виде цементита (Fe) и охрупчива-нию чугуна — S, V, Cr, Sn, Mo, Mn.
Главными металлургическими трудностями при сварке чугуна являются: – охрупчивание зоны и сварного шва термического влияния в связи с отбеливанием при охлаждении по окончании сварки; – склонность к образованию холодных трещин в связи с образованием хрупких структур и наличием высоких сварочных напряжений; – пористость в связи с интенсивным газовыделением фри сварке.
К технологическим трудностям относятся: – повышенная жидкотекучесть чугуна, что затрудняет удержание расплавленного металла шва от вытекания, исходя из этого сварку чугуна выполняют в нижнем положении с формовкой сварочной ванны, дополнительно сварку осложняет отсутствие пластического состояния перед переходом из жёсткого в жидкое состояние; – образование на поверхности расплавленного металла тугоплавких окислов (Si02 и др.), каковые затрудняют формирование шва, содействуют появлению непроваров; – громадная разнородность чугуна по структуре и составу, что отражается на свойствах и различной свариваемости разных участков свариваемой подробности.
Главными трудностями являются охрупчивание металла при сварке и холодные трещины. Исходя из этого разработка сварки чугуна строится, исходя из этих факторов. Для борьбы с холодными и охрупчиванием трещинами используют подогрев металла, применяют присадочные материалы, снабжающие структуру серого чугуна за счет легирования графитизаторами, и применяют особые электроды с никелем и медью.
В зависимости от температуры подогрева сварку чугуна разделяют на следующие виды: – тёплая — подогрев до 600—700 °С;– полугорячая — подогрев до 300—400 °С;– холодная без предварительного подогрева.
отличных показателей (отсутствие хрупких трещин и структур, хорошие особенности соединения) дает тёплая сварка.
Разработка тёплой сварки включает в себя следующие операции: подготовку под сварку, предварительный подогрев, сварку, последующее медленное охлаждение изделия. При тёплой сварке чугуна применяют следующие виды сварки: газовую, ручную дуговую, полуавтоматическую, порошковой проволокой.
Для газовой сварки применяют флюсы и нормальное пламя горелки на базе буры, каковые снабжают защиту расплавленного металла от воздуха и разжижают образующиеся окислы, облегчая сплавление. В качестве присадки применяют чугунные прутки марки А диаметром 4, 6, 8, 12 мм.
Ручную дуговую сварку делают плавящимися покрытыми и угольными электродами. Для сварки плавящимся электродом применяют чугунные электроды (ОМЧ-1, ВЧ-3, Станколит, ЭП4 и др.), каковые складываются из чугунного стержня марок А либо Б (ГОСТ 2671-70), содержащих углерод (3—3,5%), кремний (3—4%), марганец (0,5—0,8%) и стабилизирующие покрытия с добавкой графи-тизаторов.
Наровне с ручной используют полуавтоматическую тёплую сварку чугуна порошковой проволокой типа ППЧ-3, содержащей 4,5—5% С, 5,3—4,0% Si, 0,1—0,3% А1, 0,1—0,3% Ti.
Недочётами тёплой сварки чугуна являются усложнение разработки, которая связана с подогревом, и тяжелые условия работы сварщиков.
При холодной, и полугорячей сварке чугуна требуются особые меры, для получения соединения без хрупких зон и трещин. К этим мерам относятся следующие: – использование электродных материалов е повышенным содержанием графитизаторов (С, Si), и модификаторов, для получения структуры серого чугуна. Эти элементы вводят в металл шва через электродный стержень (в то время, когда применяют чугунные прутки), покрытие (в то время, когда применяют металлические прутки) либо через наполнение порошковой проволоки;
использование электродов, снабжающих получение в металле щва пластичной структуры из цветных и особых сплавов. Для данной цели применяют сплавы на базе никеля и меди, каковые не образуют соединений с углеродом, уменьшают его растворимость, содействуют графитизации, уменьшают отбеливание в шве. Применяют железомедные, железоникелевые и медноникелевые электроды.
Электроды в большинстве случаев составные — стержень из цветного металла, железо вводят в виде оплетки, дополнительного стержня либо порошка в покрытии. Содержание, железа в металле шва в большинстве случаев не должно быть больше 10—15%;
сварка на минимальном тепловложении чтобы уменьшить территорию остаточных деформаций и структурных изменений и напряжений.
Используют кроме этого другие особые меры, к примеру сварку со металлическими шпильками для получения прочного механосварного соединения, низкотемпературную газовую пайку-сварку. Она отличается от простых способов тем, что основной. металл не доводят до температуры плавления, а нагревают лишь до температуры 820— 860 °С, т. е. до температуры «смачиваемости».
