Горячая сварка чугуна

Как указано выше, при горячей сварке изделие подогревают до температуры 600…650 °С. Сварку производят чугунными электродами. По окончании сварки изделие медленно охлаждают со скоростью не более 50… 100 °С/ч. Такой технологический процесс является наиболее радикальным средством борьбы с образованием отбеленных и закаленных участков шва и околошовной зоны, пор и трещин.

Принципиальные основы горячей сварки чугуна были заложены еще Н. Г. Славяновым. Развитие этого процесса шло в направлении разработки оптимального состава чугунных электродов, повышения производительности процесса, совершенствования техники сварки и нагрева. Отличительной чертой горячей дуговой сварки на данном этапе ее развития является применение покрытых электродов больших диаметров (12… 16 мм) и повышенного сварочного тока (1200… 1400 А).

Технологический процесс горячей сварки состоит из следующих операций: подготовка изделия под сварку, предварительный подогрев деталей, сварка и последующее охлаждение.

Подготовка изделия под сварку зависит от вида исправляемого дефекта. Однако во всех случаях подготовка дефектного места заключается в тщательной очистке от загрязнений, его разделке, обеспечивающей доступность для манипулирования электродом и воздействия сварочной дуги. Для предупреждения вытекания металла сварочной ванны, а в ряде случаев для придания наплавленному металлу соответствующей формы, место сварки формуют. Формовку выполняют в зависимости от размеров и местоположения исправляемого дефекта с помощью графитовых пластинок, скрепляемых формовочной массой, состоящей из кварцевого песка, замешанного на жидком стекле, или другими формовочными материалами.

После формовки необходима просушка формы при постепенном подъеме температуры от 60 до 120 °C, затем проводят дальнейший подогрев под сварку со скоростью 120… 150 °С/ч в печах, горнах или временных нагревательных устройствах. Замедленное охлаждение после сварки достигается укрытием изделий теплоизолирующим слоем (листами асбеста, песком, шлаком и др.) или охлаждением вместе с печами, горнами. Остывание в зависимости от веса и формы изделия длится от нескольких часов до нескольких суток.

Выбор способов нагрева и нагревательных устройств зависит от характера производства. Например, при массовом производстве в литейных цехах автомобильных и тракторных заводов целесообразно использовать конвейерные печи; для ремонтных работ удобен нагрев в муфельных печах или горнах с открытым кожухом; для разовых ремонтных работ крупногабаритных изделий изготовляют временные нагревательные устройства из огнеупорного кирпича, в том числе печиямы в земляном полу цеха.

Для сварки используют покрытые электроды со стержнями из чугуна, например, марки Б, содержащей 3…3,5% углерода; 3,5…4% кремния; 0,5…0,8% марганца; 0,3…0,5% фосфора; до 0,08% серы; до 0,3% никеля и не более 0,05% хрома. Стержни получают отливкой в кокиль или другими способами.

В состав покрытия, наносимого на литые прутки диаметром 8… 16 мм, входят стабилизирующие и легирующие материалы. Например, покрытие электродов ОМЧ-1 имеет следующий состав: 25% мрамора или мела, 45% серебристого графита, 25% плавикового шпата, 9% ферромарганца, 30% жидкого стекла к весу сухой смеси. Толщина покрытия 0,2…0,3 мм на сторону. В покрытиях других марок электродов в качестве элементов графитизаторов помимо графита обычно используют карборунд, ферросилиций, силикокальций, силикомагний и др.

Для горячей сварки серого чугуна используют электроды марок ОМЧ-1, ВЧ-3, СТЧ-4, ЭПЧ-4 с чугунным стержнем, а для изделий из серого и ковкого чугуна — электроды ЭЧ-1 и ЭЧ-2. Электроды ЭЧ-1, изготовленные на основе чугунных стержней из прутков ПЧ-1, обеспечивают наплавленный металл ферритно-перлитной структуры, а электроды ЭЧ-2 с чугунным стержнем из прутков ПЧС-1 — наплавленный металл перлитной структуры. Для сварки изделий из высокопрочного чугуна используют электроды марки ЭВЧ-1 с чугунным стержнем из прутков ПЧС-2. Они позволяют получать высокопрочный наплавленный металл с шаровидным графитом.

Горячую сварку чугуна выполняют в нижнем положении постоянным током обратной полярности на форсированных режимах (табл. 13) без перерывов до конца заварки дефекта. Это позволяет создать большую по объему сварочную ванну, что благоприятно сказывается на удалении газов и неметаллических включений из расплавов. Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины металла, например, для толщины 10…20 мм диаметр электрода составляет 10… 14 мм.

Талина 13.

Рекомендуемые режимы горячей ручной дуговой сварки чугуна

При заварке мелких дефектов в изделиях из серого и ковкого чугуна используют электроды марки ЦЧ-5 со стержнем из низкоуглеродистой стали и покрытием, содержащим графитизирующие элементы. Сварку обычно осуществляют электродами диаметром 5 мм на постоянном токе прямой полярности при силе тока 180…240 А. При этом обеспечивается наплавленный металл перлитно-ферритной структуры. Механические свойства сварного соединения идентичны свойствам основного металла.

Горячая сварка чугуна ручным способом, особенно массивных изделий, — тяжелый труд. Прогрессивным способом, повышающим производительность, является механизированная сварка порошковой проволокой. В состав шихты вводят компоненты, которые позволяют получать состав металла, представляющий собой чугун. Для горячей сварки чугуна используют порошковую проволоку марки ППЧ-3 диаметром 3 мм, включающей 4,5…5,0% углерода; 3,3…4,0% кремния; по 0,1…0,3% алюминия и титана. При наиболее распространенных режимах (скорость подачи проволоки 450…500 м/ч, сила тока 600…700 А, напряжение дуги 35…37 В) производительность возрастает до.

15…20 кг/ч наплавленного металла.

Основным недостатком горячей сварки чугуна является большая трудоемкость и тяжелые условия труда сварщиков. Однако высокое качество сварных соединений, равноценных свариваемому металлу, делает горячую сварку в ряде случаев единственно возможным способом исправления дефектов. Поэтому постоянно ведутся работы по изысканию составов сварочных материалов и технологических средств, позволяющих значительно снизить или вовсе устранить предварительный подогрев чугунных изделий перед сваркой.