Холодная и полугорячая сварка чугуна

Она может выполняться по трем направлениям: с получением в шве серого чугуна, низкоуглеродистой стали и цветных или специальных сплавов.

Технология сварки, обеспечивающая получение в металле шва серого чугуна. При сварке чугунных деталей с толщиной стенки до 12 мм без предварительного подогрева для предупреждения отбеливания вводят в наплавляемый металл достаточно большое количество графитизаторов и легируют элементами, способствующими сфероидизации карбидов (магнием). Примером таких покрытых электродов могут служить электроды марки ЭМЧ, стержень которых представляет собой чугун с повышенным (до 5,2%) содержанием кремния, покрытие двухслойное: первый слой — легирующий, второй — обеспечивает газовую и шлаковую защиту:

При сварке этими электродами чугунных деталей указанной выше толщины без предварительного подогрева удается получить швы и околошовную зону без отбеливания и закалки. При этом некоторому замедлению скорости охлаждения способствует реакция между железной окалиной и алюминиевым порошком, содержащимся в первом слое покрытия. Эта реакция протекает с выделением теплоты. Чтобы при сварке электродами ЭМЧ массивных деталей получить бездефектные сварные соединения, приходится их подогревать до температуры 400 °C в зависимости от толщины чугуна и жесткости изделий.

Механизированную холодную и полугорячую сварку чугуна обычно выполняют с использованием специальных порошковых проволок, обеспечивающих получение в шве серого чугуна. Для холодной сварки изделий с относительно небольшой толщиной стенок применяют проволоку, например, марки ППЧ-1 с повышенным содержанием углерода (6,5…7%) и кремния (3,8…4,2%), для полугорячей сварки — проволоку ППЧ-2 (5,7…5,5 % С, 3,3…4,0 % Si). Сварка порошковой проволокой позволяет получать металл шва, близкий по составу и структуре к свариваемому чугуну.

Технология сварки, обеспечивающая получение в металле шва низкоуглеродистой стали. Холодная сварка чугуна низкоуглеродистыми электродами общего назначения типа Э42 и Э42А не дает положительных результатов, так как вследствие образования металла шва в виде высокоуглеродистой стали отдельные участки сварного соединения приобретают резкую закалку, подвергаясь грещинообразованию. Поэтому наиболее рационально применение специальных электродов, позволяющих ввести в металл шва сильный карбидообразователь — ванадий, который при сварке связывает углерод в мелкодисперсные нетвердые карбиды, равномерно распределенные в низкоуглеродистой матрице. При этом металлическая основа оказывается достаточно пластичной. Примером могут служить электроды марки ЦЧ-4 со стержнем из низкоуглеродистой проволоки Св-08А и покрытием следующего состава: 12% мрамора, 16% плавикового шпата, 66% феррованадия, 4% ферросилиция, 2% поташа, 30% жидкого стекла к массе сухой смеси.

Металл, наплавленный электродами ЦЧ-4, имеет следующий состав: до 0,15% С; до 0,16% Si; 0,5% Мп; 8,5… 10,5% V; до 0,4% S и Р. Этими электродами сначала облицовывают свариваемые кромки на малых токах (/_св = (20…25)d-_}), затем сварку выполняют параллельными валиками с перекрытием каждого последующего валика на половину его ширины. После второго слоя силу тока увеличивают на 15…20%. Окончательно разделку заполняют электродами У ОНИ-13/45.

Область применения электродов ЦЧ-4 — сварка поврежденных деталей и заварка дефектов в отливках из серого и высокопрочного чугуна, а также в случае необходимости можно сваривать соединения из этих чугунов и стали. Сварные соединения, выполненные этими электродами, имеют удовлетворительную обрабатываемость, плотность и достаточно высокую прочность.

Технология сварки, обеспечивающая получение в металле шва сплавов цветных металлов. Для получения швов, обладающих достаточно высокой пластичностью в холодном состоянии, применяют электроды на основе меди и никеля. Медь и никель не образуют соединений с углеродом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Попадая в зону неполного расплавления, прилегающую к шву, они уменьшает вероятность отбеливания. Кроме того, пластичность металла шва способствует частичной релаксации сварочных напряжений, поэтому снижается вероятность образования трещин в зоне термического влияния. Для сварки чугуна используют медно-железные, медно-никелевые и железоникелевые электроды.

Медно-железные электроды наиболее рационально применять для заварки отдельных небольших дефектов в малогабаритных изделиях, работающих при незначительных статических нагрузках, или заварки небольших неплотностей, создающих течи на отливках ответственного назначения, в том числе работающих под давлением (фланцы, подшипники).

К медно-никелевым электродам относятся марки ОЗЧ-1, ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6. Первые представляют собой медный стержень диаметром.

4…5 мм, на который нанесено покрытие, состоящее из сухой смеси покрытия электродов УОНИ-13/45 (50%) и железного порошка (50%), замешанных на жидком стекле. Электроды ОЗЧ-6 также имеют основное покрытие, содержащее железный порошок. Их стержень изготовляют из проволоки Ml по ГОСТ 859–78. Указанные электроды предназначены для дуговой холодной сварки изделий из серого и ковкого чугуна при ремонте тонкостенных конструкций.

Сварку медно-железными электродами всех типов следует выполнять таким образом, чтобы не допускать сильного разогрева свариваемых деталей: на минимально возможных токах, обеспечивающих стабильное горение дуги, короткими участками вразброс с перерывами для охлаждения изделия.

Основное преимущество этих электродов — возможность проковки наплавленного металла в горячем состоянии для уменьшения уровня сварочных напряжений и, соответственно, уменьшения опасности образования трещин в околошовной зоне.

Общий недостаток медно-железных электродов — неоднородная структура металла шва: мягкая основа и достаточно твердые включения железной составляющей, затрудняющие обработку и препятствующие получению высокой чистоты обработанной поверхности. Несколько лучшей обрабатываемостью обладает металл, наплавленный электродами марки АНЧ-1, стержень которых состоит из аустенитной проволоки марки Св-04Х18Н9 и медной оболочки.

Мсдно-никслсвыс электроды применяют в производстве главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где недопустимо местное повышение твердости. Положительные свойства таких электродов состоят в том, что никель и медь не растворяют углерод и не образуют структур, имеющих высокую твердость после нагрева и быстрого охлаждения. Отбеливание зоны частичного расплавления при небольших ее размерах практически отсутствует, так как медь и никель — элементы-графитизаторы, проникая в этот участок, оказывают положительное воздействие. В то же время никель и железо обладают неограниченной растворимостью, способствуя надежному сплавлению.

Для изготовления стержней электродов используют медноникелевые сплавы: монель-металл, содержащий 65…75% Ni, 27…30% Си, 2…3% Fe и 1,2… 1,8% Мп (например, НМЖМц 28−2,5−1,5) и константан, содержащий ~ 60% Ni и ~ 40% Си (МНМц 40−1,5).

Недостатки этих сплавов — высокая стоимость и дефицитность, а также большая усадка, приводящая к образованию горячих трещин. Поэтому данные сплавы не рекомендуется применять для заварки трещин в изделиях, которые несут силовую нагрузку. Заварка же отдельных мелких раковин позволяет получить хорошие результаты, так как обеспечивает возможность последующей механической обработки.

В промышленности находят применение электроды марок МНЧ-1 со стержнем из монель-мегалла и МНЧ-2 со стержнем из Константина с покрытием основного вида. Сварку выполняют электродами диаметром.

3…4 мм ниточным швом, короткими участками при возвратнопоступательном движении электрода, не допуская перегрева детали, для чего рекомендуются перерывы для охлаждения. Наплавленные валики в горячем состоянии следует тщательно проковывать ударами легкого молотка.

Для заварки отдельных небольших дефектов на обрабатываемых поверхностях отливок ответственного назначения из серого и высокопрочного чугуна и при ремонте оборудования из чугунного литья, используют также железоникелевые электроды со стержнем из сплава, содержащего 40…60% Ni и 60…40% Fe. Примером электродов такого типа могут служить электроды марок ЦЧ-ЗА и ОЗЖН-1. Стержень электродов выполнен из проволоки Св-08Н50 по ГОСТ 2246–70. Состав наплавленного металла включает: 48% Ni, по 2% Si и Мп, остальное — железо.

При повышенных требованиях к чистоте обрабатываемой поверхности при наличии ударных нагрузок для заварки указанных дефектов используют никелевые электроды марок ОЗЧ-З. Стержень электрода — никелевая проволока марки НП-2 по ГОСТ 2195–75.

В последнее время для холодной сварки чугуна нашла широкое применение проволока марки ПАНЧ-11, обеспечивающая аустенитную структуру металла шва (высоконикелевый сплав) и хорошие механические свойства сварного соединения. Данная проволока — самозащитная, сплошного сечения диаметром 1,0… 1,2 мм, предназначенная для сварки постоянным током прямой полярности (100… 140 А) без дополнительной защиты.