Сварка чугуна без подогрева

Обновлено: 19.05.2024

Существует две группы чугунных сплавов: белые и серые сплавы. Первые сварке не поддаются, работать со вторыми можно. Следует учитывать, что повышенное содержание углерода не всегда позволяет получить качественное соединение. Поэтому, если возможно, рекомендуется усилить стыки при помощи шпилек, болтов или хомутов.

Какие электроды выбрать

Для сварки чугуна в России выпускают специальные покрытые электроды:

Электроды, произведённые в России по лицензии:

Имеются импортные аналоги. Компания UTP также даёт подробные рекомендации по использованию своих материалов:

UTP GNX-HD – обеспечивают стабильную дугу даже при малом токе, небольшое образование брызг, плавный перенос основного металла, швы не склонны к образованию разломов и трещин, хорошо подвергаются механической обработке. Варить нужно на короткой дуге, не перегревая заготовки. При работе с чугунными сплавами, склонными к подкалке, рекомендуется вести сварку маленькими валиками с последующей проковкой. Сварку в вертикальном и потолочном положениях лучше вести на переменном токе;
UTP 85 FN – применяют для сварки и наплавки любых (кроме белых) марок чугуна, особенно с шаровыми графитовыми вкраплениями (пример: ВЧ 42-12 — ВЧ 60-2 ) и для соединения этих материалов со сталями и литыми заготовками. Имеет отличные характеристики: во время сварки поддерживается ровная и плавная дуга, высокая скорость производства работ. В результате получается красивый мелкочешуйчатый валик;
UTP 86 FN – ферро-никелевый электрод с биметаллическим сердечником для сварки чугунных сплавов без подогрева. Используют для соединения и наплавок ряда типов (марок) чугуна: пластинчатого серого GG 10 — GG 40 (СЧ 10 — СЧ 40), высокопрочного (с шаровым графитом) GGG 40 — GGG 70 (ВЧ 42-12 — ВЧ 70-2), ковкого GTS 35 — GTS 65, а также для сварки этих сплавов с иными или сталей с литыми сталями;
UTP 8 – для сварки «холодным» методом. Применяемость: серые, ковкие, сверхпрочные чугуны. Литые стальные сплавы. Соединение со сталью, медью и медными сплавами. Лучше всего применять для работы за один проход, нанесения (или наплавке) коренного шва при многослойных способах. Также можно заваривать трещины на старых промасленных чугунных деталях при восстановительных и ремонтных работах.

Ряд сварщиков предпочитает использовать для сварки (и наплавок) чугунов обычные электроды по нержавейке, например:

Но часто также используют УОНИ 13/55. Это самый бюджетный вариант. Иногда стержень предварительно обматывают медной проволокой.

Примерная стоимость электродов УОНИ 13/55 на Яндекс.маркет

В каждом конкретном случае требуется подбирать электроды в зависимости от марки чугуна. Если узнать состав сплава невозможно, то необходимо заварить образец, провести испытания с учётом условий эксплуатации.

Подготовка материалов к сварке

Электроды требуется тщательно просушить. Если в условиях производства для этого используют специальные печи, то в домашней обстановке можно оставить электроды в обычной духовке на несколько (3-4) часов, выставив максимальную температуру.

Чаще всего из чугуна делают литые детали – элементы автомобилей, станков. Лопнувшие элементы нужно предварительно обработать:

Промыть от грязи, масла.
Просушить.
Разделать кромки с помощью болгарки так, чтобы очистить поверхности от графита.
Острые кромки притупить зачистным кругом для предотвращения возникновения напряжений по время сварки.

Перед началом рекомендуется обезжирить поверхности ацетоном.

Настройки сварочного аппарата

При настройке аппарата рекомендуется учитывать информацию, указанную производителем электродов на коробках. В таблице на пачке всегда указывается род сварочного тока (переменный или постоянный), положение шва (нижнее, верхнее), величина силы тока.

Обратная полярность – минус – крепится на деталь, прямая – на электрод.

Процесс сварки

Для соединения двух чугунных деталей их нужно сложить на верстаке или сварочном столе, желательно зафиксировать при помощи струбцин, зажимов, специальных приспособлений для уменьшения вероятности появления деформаций. Если же требуется заварить трещину, крепить элементы необязательно. Существует два способа сварки чугуна при помощи покрытого электрода и инвертора.

Горячий способ с предварительным подогревом

Полностью соблюсти технологию сварки в домашних условиях сложно из-за необходимости прогрева деталей до высоких температур. Принцип метода описан в ГОСТ 30430-96:

Собирают изделие на прихватки.
Свариваемые элементы нагревают до 400-600 градусов.
Производят сварку, тщательно перемешивая расплавленный металл. Важно не прерывать процесс до того, как графит не сгорел в сварочной ванне. В конце нужно вывести электрод за пределы стыка и прервать сварку на основном металле.
После этого деталь снова нагревают и дают ей медленно остыть.

Для контроля над температурным режимом используют термокарандаши, плавящиеся при определённых температурах (ставят метки на чугуне) или переносные пирометры. Чтобы изделие медленно остыло, его помещают в песок.

При необходимости сварки чугуна в домашних условиях можно нагревать детали при помощи газового резака или горелки.

Холодный способ без подогрева

Универсальный способ подойдёт для применения в полевых условиях – в гараже или на даче. Но для осуществления сварки необходимо использовать соответствующие электроды. Суть процесса:

После подготовки детали размещают на верстаке, если нужно – закрепляют.
Нужно сделать несколько прихваток, дать материалу остыть. Проверить размеры изделия.
Варить следует небольшими участками, избегая перегрева. Шлак после остывания нужно удалять, обрабатывать корщёткой до металлического блеска.

При появлении дефектов – трещин, свищей, пор – нужно удалить их с применением зачистного круга. Произвести сварку вновь.

Ошибки, которые часто допускают при сварке чугуна. Советы

Разные чугуны свариваются по-разному. Некоторые сплавы соединить невозможно. Типичные ошибки:

Слишком большой ток – при сварке металл сильно кипит, после кристаллизации слышны щелчки, появляются трещины на поверхности шва.
Высокая скорость сварки – образуются горячие и холодные разломы из-за того, что металл слишком быстро остывает. Часто ошибку допускают при использовании «холодного» способа. Рекомендуется варить небольшими швами с разных сторон, переворачивая деталь.
Мало тока – шов плохо формируется, кромки недостаточно проплавляются.

Даже если видимых дефектов не замечено, это не значит, что деталь сварена надёжно. Ответственные соединения нужно проверять: на изгиб, растяжение.

Для получения качественного стыка также используют резьбовые гужоны – стальные стержни с резьбой. Их вкручивают в стыки свариваемых деталей так, чтобы они удерживали обе части. После этого торчащие головки срезают. Важно подготовить детали под сварку заранее, до установки гужонов, затем поставить прихватки и обварить изделие. Гужоны рекомендуется вкрутить таким образом, чтобы будущий сварочный шов как следует соединил их с чугуном.

При заварке трещин применяют метод рассверливания концов разлома. Это предотвращает появление его снова. Нужно отступить от краёв на 5-10 мм, сделать отверстия диаметром 5-6 мм.

Сложность сварки чугуна в домашних условиях заключается в том, что в сплаве повышенное содержание углерода (более 2,14%). После сварки шов получается более пластичным, чем околошовная зона. Из-за этого образуются трещины, разломы. Соблюдение технологии может помочь добиться надёжного соединения. Если «холодным» способом не удаётся получить приемлемый результат, рекомендуется попробовать «горячий» метод.

Сварка чугуна без подогрева

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Холодную сварку чугуна выполняют различными электродами — стальными, чугунными, комбинированными, медными, медно-никелевыми, из никелевого аустенитного чугуна.

Сварку стальными электродами с применением шпилек применяют при ремонте тяжелых и громоздких чугунных деталей. В восстанавливаемой детали выполняют разделку под углом 90°, нарезают отверстия и вворачивают шпильки. Высота возвышения шпильки над поверхностью должна составлять 0,5. 1 диаметра шпильки (но не более 5. 6 мм), а глубина ее посадки — 1. 2 диаметра. В процессе сварки сначала обваривают шпильки кольцевыми швами, затем участки между обваренными шпильками заполняют электродным металлом, обычно применяя электроды ф 3. 4 мм. Сварку ведут при пониженной силе тока (для электродов ф 3 мм—90. 100 А), что позволяет уменьшить отбеливание чугуна.

При ремонте неответственных чугунных изделий небольших размеров шпильки не применяют.

Сварку чугунными покрытыми электродами применяют для исправления дефектов чугунного литья. Прутки изготовляют из чугуна марок А и Б или из никелевого аустенитного. Этими электродами можно производить сварку только в нижнем положении.

Сварка медно-железными электродами обеспечивает достаточные пластичность и плотность шва; ее широко применяют для заварки трещин в блоках цилиндров. Наиболее широко используемые электроды — ОЗЧ-1 и МНЧ-1. Электрод состоит из медного стержня и основного покрытия, в состав которого входит 50 % железного порошка. При сварке используют постоянный ток обратной полярности; сила тока для электрода ф 3 мм составляет 90. 120А, ф 4 мм — 120. 140 А, ф 5 мм — 160. 190 А. Сварку ведут участками длиной 30. 50 мм с тщательной проковкой каждого слоя.

Кроме электродов ОЗЧ-1 и МНЧ-1, изготовляемых промышленностью, применяют и самодельные электроды: медный стержень 0 3. 6 мм с оплеткой из жести или проволоки, покрытый меловой обмазкой; медный стержень в железной трубке со стабилизирующим покрытием; пучок из медных и стальных электродов.

Сварку медно-никелевыми покрытыми электродами применяют для устранения дефектов чугунного литья. Никель и медь не растворяют углерод и не образуют структур с повышенной твердостью после нагрева и быстрого охлаждения. Однако недостатком медно-никелевых сплавов является большая объемная усадка, способствующая образованию горячих трещин. В связи с этим их применение может быть рекомендовано только для исправления дефектов объемом до 10. 12 см 3 .

При сварке медно-никелевыми электродами необходимо выполнять следующие требования: глубина расплавленного основного металла должна составлять не более 0.5. 2 мм; длина шва не должна превышать 40. 60 мм; толщина накладываемого слоя должна быть минимальной; следует тщательно проковывать швы по горячему металлу.

Силу тока выбирают в пределах, рекомендованных для сварки медно-железными электродами.

Технология сварки чугуна

В составе чугуна присутствуют всего два элемента – железо и углерод, поэтому его считают простым сплавом. Высокая прочность материала обеспечила его востребованность. Он находит применение практически во всех жизненных сферах – из него изготавливают радиаторы отопления, сантехнику, посуду, различные конструкции и детали. В статье поговорим о том, что представляет собой технология сварки чугуна, а также расскажем об особенностях данного вида сварочных работ.

Сложности сварки чугуна

Чугун представляет собой расплавленное железо, при остывании которого добавляется большое количество углерода. Поскольку его концентрация значительно превышает предельную растворимость, для вновь образовавшегося сплава характерна высокая твердость, но малая однородность. Материал имеет пористую структуру, крупные вкрапления углерода нарушают его кристаллическую решетку, в связи с чем отличительной чертой его межатомных связей является малый предел упругой деформации.

Крупные вкрапления графита затрудняют процесс сваривания чугуна – для зон нарушения кристаллической решетки характерно местное напряжение, приводящее к хрупкости детали. Особенности технологии сварки чугуна требуют тщательного выбора набора присадок, благодаря которым будет обеспечиваться:

хорошая смешиваемость шва с остальной толщей металла;
наименьшая разница в температурной усадке;
минимально возможная толщина шва;
повышенный показатель равнопрочности.

Сварка чугуна затрудняется еще и большим количеством его разновидностей. А отсутствие конструкторской документации на изделия не позволяет достоверно и точно определить состав сплава. Поэтому в основном для определения сорта чугуна изучают его цвет на изломе, после чего приступают к выбору наиболее подходящих электродов и режимов сварки.

Сварку чугуна в домашних условиях можно назвать лотереей, дающей массу возможностей экспериментировать, чтобы получить наилучший результат.

Работать с серым чугуном, имеющим мелкодисперсную структуру легче, чем с крупнозернистым темным металлом. Если чугунная деталь в течение длительного времени контактировала с маслом или подвергалась окислению, сварить ее не удастся.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Чугун считают материалом, возможности сваривания которого ограничены. Работа с ним требует учета следующих особенностей:

работы выполняются в основном в нижнем положении, поскольку в жидком состоянии металл обладает высокой текучестью;
в местах выгорания углерода образуются поры;
низкая пластичность и нарушение температурного режима приводят к возникновению внутреннего напряжения и растрескиванию швов;
в процессе плавления чугуна образуются окислы, температура плавления которых превышает температуру плавления самого металла.

Подготовка чугунных изделий к сварке

Технология сварки чугуна предполагает грамотный подход к подготовке материала, при котором будут учтены все свойства металла и сведена к минимуму вероятность дефектов по окончанию сварных работ. Процесс подготовки включает в себя:

Распил трещин. В чугуне они отличаются тонкой и глубокой структурой. При толщине обрабатываемого изделия более 4 мм шов, который накладывается сверху, минимально закроет верхнюю часть трещины, при этом внутри останется разрозненная структура. В таком случае у готового изделия будет низкое сопротивление на разрыв и излом. Работа с такими дефектами включает в себя распил трещины «болгаркой» с тонким диском. Чем толще обрабатываемая деталь, тем более глубоким должен быть запил.
Просверливание краев. Трещины могут заканчиваться дальше и глубже, чем это можно увидеть невооруженным глазом. В связи с этим прежде чем приступить к сварным работам, необходимо высверлить отверстия, отступив на 5 мм от видимых краев трещины. В таком случае внутреннее пространство будет лучше заполнено металлом, соответственно снизится вероятность дальнейшего раскола.
Разделка кромок. Сварочные работы с чугуном осложняются тем, что в месте соединения металл перекаливается, становясь хрупким. Для предотвращения подобного эффекта необходимо равномерно прогревать шов по всей длине, а в место соединения добавлять достаточное количество присадочного материала. Помочь может правильная работа с кромками. Соединение толстых пластин требует скосов краев под углом 45°, а также незначительного (3-4 мм) притупления у основания. Такая разделка позволяет лучше заполнить место соединения, создавая участок, устойчивый к появлению трещин.
Подформовка. При работе с тонкими чугунными элементами повышается риск протечки жидкого металла. Графитовая подкладка поможет поддерживать прогретый участок, обеспечивая сохранность первоначальной формы изделия.

Сварка чугуна электродом: технология, нюансы

Технология сварки чугуна позволяет пользоваться стальными низкоуглеродистыми электродами, среди преимуществ которых можно отметить их дешевизну и доступность. Их можно использовать для работы с элементами неответственных деталей и с изделиями, имеющими незначительные дефекты. Однако качественная сварка требует выполнения первого плакирующего слоя в разделке с помощью электродов марки ЦЧ-4.

Чаще всего используются обычные электроды марок АНО-4, УОНИИ 13/45 и др., но в этом случае не обойтись также без медной проволоки. Ее наматывают непосредственно на электрод (ее масса должна быть в 4-5 раз больше массы электрода) либо используют как присадочный пруток.

Сегодня многие производители выпускают специальные электроды, предназначенные для работы с чугуном. Они представляют собой железные, никелевые или медные стержни, поверх которых нанесен тонкий слой обмазки. Изготавливаются, в основном, в соответствии с техническими условиями предприятий-производителей.

Состав обмазки включает железный порошок. Эта группа представлена электродами по чугуну марок ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, ОЗЧ-6, ОЗЖН-1, ОЗЖН-2, МНЧ-2. Выпускаемые электроды имеют диаметр от 2 до 20 мм, и длину – 300, 350 и 450 мм. Они формируют отличный сварочный шов. Использование большинства перечисленных марок позволяет сваривать детали внахлест, встык, соединять их под углом.

На величину сварочного тока (от 50 до 600 А) влияет диаметр электрода. Чаще всего выбирают ток в пределах 50–90 А на 1 мм диаметра электрода. Для сварки используют валики (до 50 мм), которые впоследствии охлаждаются до +50 °С. Технология сварки чугуна требует проковки швов молотком, весящим не более 1,2 кг и имеющим закругленный боек. Учтите, что первый и последний слои при многослойной сварке не проковываются, чтобы не вызвать появление трещин.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Качество сварки чугуна зависит в том числе и от равномерности наложения шва. Перед началом работ кромки пластин необходимо разделать. Корневой шов выполняют прерывистым способом, но без колебаний. При повторном проходе завариваются непройденные участки. Последующие слои накладывают в шахматном порядке, используя для этого валики. Обработанный участок равномерно прогревается и насыщается металлом с меньшим содержанием углерода.

При производстве особо ответственных изделий используют технологию шпилек. Она более эффективно обеспечивает равномерный прогрев по сравнению с перечисленными способами, однако требует большего количества времени для выполнения.

Для правильного размещения шпилек на пластинах можно посмотреть соответствующее видео. Технология сварки чугуна предполагает их вкручивание по краям кромок и на некотором отдалении от стыка.

В первую очередь обваривают ввинченные элементы, следя за тем, чтобы наплавка была минимальной. Работы выполняются в разброс. После обработки шпилек начинают сцеплять сами пластины. Эта технология сварки чугуна позволяет создать надежное соединение, для чего требуется постепенно накладывать валики, равномерно прогревать материал, а также использовать более податливый металл для сварных работ.

Технология сварки распространенного в промышленности серого чугуна требует обеспечения его медленного остывания. Для этого обработанное изделие засыпают золой или песком и оставляют до тех пор, пока его температура не сравняется с комнатной. Таким образом снимается напряжение в металле, предотвращается появление микротрещин.

Прежде чем приступить к варочным работам, линия соединения посыпается бурой или другими порошками-флюсами. Таким образом снижается соприкосновение воздуха с присутствующим в чугуне углеродом, уменьшаются поры. Помещение, в котором проводятся работы, должно быть оборудовано хорошей системой вентиляции, защищающей сварщиков от газового облака.

Технология сварки чугуна аргоном

Полуавтоматическая технология сварки чугуна аргоном, особенно с использованием инвертора, позволяет получать высококачественные швы.

Изделие необходимо в обязательном порядке прогревать не менее чем до +300 °С. Присадочным материалом в основном выступают никелевые прутки, реже используют присадочную проволоку из сплава алюминия и бронзы, но только в том случае, если готовое изделие не предполагается нагревать при эксплуатации.

Автоматическая технология сварки чугуна с использованием специальных порошковых проволок является более производительной. Такие присадки содержат комплекс специальных модифицирующих элементов, вводимых в виде содержащей кремний лигатуры.

Различные виды работ предполагают использование определенных марок:

ПП-АНЧ-1 – предназначена для заваривания незначительных дефектов, не требует предварительного подогрева, впоследствии поверхности не требуют механической обработки;
ПП-АНЧ-2 – с ее помощью устраняют дефекты на изделиях большой толщины, предварительный прогрев не является обязательным;
ПП-АНЧ-3 – предназначена для заварки дефектов независимо от их размеров, требуется предварительный прогрев до высокой температуры (горячая сварка);
ПП-АНЧ-5 – с ее помощью выполняют ремонтную сварку изделий, изготовленных из высокопрочного чугуна, технология требует предварительного подогрева;
ППСВ-7 – помогает исправлять дефекты на отливках.

Технология газовой сварки чугуна

Технологию газовой сварки чугуна применяют при необходимости получения прочного сварного шва. В этом случае требуется небольшой провар поверхности основного металла. Такие сварочные работы предполагают использование нескольких режимов наложения шва, влияющих на итоговое качество соединения.

Качество сварного соединения зависит от ряда составляющих:

видов режимов подаваемого напряжения;
видов техники накладываемого сварного соединения;
показателя силы тока;
скорости прохождения.

Технология дуговой сварки чугуна, в результате которой получается прочное соединение без трещин, пор и других дефектов, требует соблюдения ряда условий во время выполнения работ:

напряжение дуги должно составлять 18–21 В;
сила тока должна быть в пределах 100–120 А;
скорость прохождения – не превышать 12 м/ч;
использования специальных сварных проволок 09Г2СА или ПАНЧ 11, диаметр которых составляет 1 мм.

Лазерная сварка чугуна и чугунных изделий

Технология лазерной сварки чугуна является современным способом соединения материалов, при котором используется направленный пучок лазерных лучей. Эта технология стала применяться в промышленности 20–25 лет назад, но ее перспективы не вызывают никаких сомнений.

Концентрация тепла на конце лазерного пучка позволяет выполнять узкие, глубокие сварные швы, при этом скорость процесса весьма высока. Исключительные свойства лазерной технологии сварки чугуна привели к ее быстрому распространению в промышленности.

Преимуществами данной технологии являются ее безопасность и высокое качество. Чтобы полученные швы не имели трещин, работы проводятся одним из двух способов:

Лазерной сваркой с индукционным нагревом, осуществляемым либо предварительно, либо непосредственно при работе. Благодаря нагреву повышается контроль над рабочим процессом, в том числе снижаются переходные напряжения; уменьшается возникновение трещин; снижается излишняя твердость наплавленного металла; повышается скорость сваривания.
Лазерной сваркой с присадкой. Таким способом можно эффективно соединять друг с другом не только чугунные изделия, но и чугун с различными типами сталей (конструкционными, цементованными, закаленными). При помощи этой технологии можно сваривать корпусы, элементы шестерен, оси и другие детали в автомобиле- и машиностроении.

Такая технология сварки чугуна обладает следующим преимуществами, выгодно отличающими ее от традиционных способов:

минимальным тепловым влиянием, небольшой ЗТВ и, следовательно, минимальным короблением;
высоким качеством, прочностью, равномерностью и повторяемостью сварных швов;
гибкостью в управлении лазерным пучком, осуществляемом при помощи волоконной оптики, вплоть до его доставки в сварочную зону;
возможностью сварки труднодоступных областей, до которых не добраться другими способами;
высокой скоростью наплавки и производительностью процесса;
простотой контроля и автоматизации процесса;
универсальностью – с помощью одного и того же лазерного инструмента можно выполнять резку, сверление и ряд других работ.

Эта технология сварки чугуна востребована в автомобиле- и машиностроении, она используется для соединения корпусов, элементов шестерен, осей и пр. С ее помощью развиваются новые дизайнерские направления, кроме того, она отличается эффективной стоимостью.

Почему следует обращаться к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Сварка чугуна без предварительного подогрева

Сварка стальными электродами с применением шпилек. Сталь при наплавке на чугун плохо с ним сцепляется ввиду разной их усадки. Кроме того, наплавленная на чугун сталь обогащается углеродом в зоне плавления, становится хрупкой, склонной к закалке и дает при остывании трещины. Поэтому при сварке чугуна стальными электродами для надежного сцепления наплавленного металла с основным на кромках в шахматном порядке на резьбе ставят стальные шпильки, как показано на рис. 121, а. При толщине стенки менее 10 мм шпильки ставят только на нескошенной части кромок. Шпильки сначала обвариваются кругом, после чего шов заполняется наплавленным металлом (рис. 121, 6 и в).

Диаметр шпилек зависит от толщины стенки : d= (0,15 -=-0,2)6, где d — диаметр шпильки, а 6 — толщина стенки, мм. Шпильки диаметром менее 3 мм не ставят. Расстояние между шпильками составляет (4 6) d, глубина посадки 2d, расстояние от кромок не

менее (1,5 Н - 2) d.

Рис. 121. Сварка чугуна с применением стальных шпилек:

с—установка шпилек при V образной подготовке кромок, б — обварка шпилек, установленных в шахматном порядке, а — обварка шпилек по способу завода «Красное^Сормово»

Сварка чугуна без подогрева стальными электродами с дополнительным креплением стальными шпильками является вполне надежной и применяется при ремонте ответственных крупногабаритных деталей, испытывающих большие нагрузки. На рис. 121, в показана обварка шпилек и порядок наложения валиков (обозначен цифрами) по способу завода «Красное Сормово», примененному при заварке трещин нижнего чугунного кольца направляющего аппарата турбины Горьковской ГЭС.

Состав шихты защитного слоя

Вещества, входящие в защитный слой

Содержание компонентов, %, в составах

Полевой шпат Железная ока

Во избежание перегрева завариваемой детали и уменьшения выгорания кремния используют постоянный ток обратной полярности. Для уменьшения в деталях внутренних напряжений сварку ведут с перерывами, не давая изделию нагреться выше 100°. Для электродов диаметром 3 мм ток не должен превышать 120 а; диаметром 4 мм — 150 а; 5 мм — 220 а. При сварке чугуна следует применять толстопокрытые электроды, так как шлак замедляет остывание шва, уменьшает выгорание кремния и препятствует отбеливанию чугуна в месте сварки. Хорошие результаты дает покрытие УОНИ-13/55.

При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения количества наплавленного металла и усиления шва рекомендуется в шов вваривать связи из круглой или полосовой стали. Для увеличения площади соприкосновения наплавленного и основного металла верхние слои наплавляют также на наружные поверхности детали в обе стороны от шва на ширину, равную толщине стенки в данном месте.

Сварка стальными электродами с применением специальных покрытий. В качестве электродов используется проволока Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246—60диаметром 4—5 мм. Покрытие, предложенное П. С. Елистратовым, состоит из 40—50% графита и 50—60% ферросилиция, замешанных на жидком стекле. При расплавлении электроды с таким покрытием дают металл, имеющий структуру серого чугуна и содержащий 3,5—4% углерода и 3—5% кремния. Графит и ферросилиций должны быть размолоты возможно тоньше и проходить через сито с 1600 отв/см2. Вес покрытия должен составлять 20—30 % от веса проволоки. Для повышения легкоплавкости покрытия на него сверху наносится защитный слой толщиной 0,5— 0,6 мм (табл. 42).

Защитный слой плавится одновременно с основным покрытием, растворяя его и способствуя переходу графита и кремния в сварочную ванну. Вместо ферросилиция в покрытие можно вводить
60—70% карборунда. Тогда количество графита в покрытии должно составлять 30—40%.

При диаметре проволоки 4 мм используется ток 200 о, при диаметре 5 мм—250 а. Свариваемые кромки скашиваются под углом 45° с притуплением в корне шва, равным 0,5—1 мм. Во избежание возможности протекания жидкого металла зазор между кромками не оставляется.

Я. Я - Синеок вместо одного стального электрода диаметром 4—5 мм предложил применять пучок электродов из 5—10 стальных проволок диаметром 1,7—1,8 мм. Ток берется из расчета 8—11 а на 1 мм2 общего сечения проволок в пучке. При этом достигается лучшее взаимодействие капель расплавленного металла и покрытия, обеспечивающее более постоянный и равномерный состав наплавленного металла, близкого по свойствам к серому литейному чугуну.

На Таганрогском котельном заводе применяют предложенные Б. Н. Котовым и М. И. Зуевым электроды из стальных трубок диаметром 12, 13 и 16 мм с толщиной стенки 1,5 мм, заполненные специально приготовленной гранулированной шихтой, а сверху имеющие покрытие. Вес покрытия составляет 23%, а вес шихты — 35% к общему весу электрода. Наплавленный металл приобретает структуру модифицированного высококачественного чугуна.

Режимы сварки чугуна чугунными электродами

Сварочный ток, а

Таблица 43 Режимы сварки чугуна трубчатыми электродами

Напряжение дуги, в

Сварка чугунными электродами. Сварка чугуна голым чугунным электродом без подогрева невозможна, так как металл электрода начинает плавиться раньше, чем основной металл, и, стекая каплями на недостаточно нагретую деталь, застывает, не сплавля-

Шихта имеет следующий состав: 55 % чугунного порошка, 2% силикокальция, 5,8% ферросилиция, 4,8% алюминиевого порошка, 21% графита черного, 11,4% железной окалины, 10% жидкого стекла к весу сухой шихты. Состав наружного покрытия: 28% мрамора, 21% плавикового шпата, 25% графита черного, 10,8% известняка, 7,2% магнезии, 8% ферромарганца, 30% жидкого стекла к весу сухой части покрытия. Толщина покрытия равняется 1—1,5 мм на сторону. При сварке чугуна трубчатыми электродами применяются режимы, приведенные в табл. 43.

ясь с основным металлом. Охлаждение расплавленного металла электрода замедляют применением, например, покрытия ОМЧ-1 следующего состава: 25% мрамора, 25% мела, 41% графита, 25% плавикового шпата, 9% ферромарганца, 30% жидкого стекла к весу сухой смеси.

Это и подобные покрытия содержат кремний, способствующий выделению углерода в виде графита и получению в металле шва структуры серого чугуна. Дополнительно остывание можно замедлять введением в покрытие термита[11]. Чугунные стержни имеют диаметр 6, 8 и 10 мм и следующий состав по ГОСТ 2671—44, марка Б: 3—3,6% углерода, 3,6—4,8% кремния, 0,5—0,8% марганца, до 0,08 серы, 0,3—0,5% фосфора. При сварке используется постоянный ток при обратной полярности. Режимы сварки чугунными электродами приведены в табл. 44.

При заварке мелкие раковины глубиной до 10 мм и длиной до 50 мм полностью вырубают и зачищают. Заварку производят в один прием, начиная с середины раковины; процесс сварки ведут без перерыва. Длина дуги поддерживается равной 4—5 мм, электроды применяют диаметром 6—8 мм.

При холодной сварке чугу на чугунными электродами трудно получить замедленное охлаждение наплавляемого металла. Около - шовная зона часто становится более твердой и хрупкой вследствие повышенных скоростей охлаждения, что приводит к образованию трещин. Для снижения скорости охлаждения наплавленного металла рекомендуется предварительный подогрев детали до 450—550°. Детали несложной формы достаточно подогревать до 150—200°.

Лучшие результаты дают электроды из легированных никелевых чугу нов (табл. 45).

Таблица 45 Состав электродов из легированных никелевых чугунов

Никель не растворяет углерода и не вступает с ним в химическое соединение, но легко сплавляется с железом чугуна. На эти электроды наносится покрытие состава:

Углекислый стронций или углекислый барий. 30

Жидкое стекло входит в количестве 21,3 cmz на 100 г сухой смеси.

Сварка электродами из монель-металла[12]. Этот способ дает хорошие результаты и применяется в тех случаях когда место сварки подлежит обработке резцом.

Электроды имеют диаметр 2, 3, 4, 5 и 6 мм и следующий состав: 32—35% меди, 65% никеля, 1% марганца, 2% железа, 0,75% кремния. Применяется покрытие состава: 66% графита, 32,5% мела, 1,5% поташа. Можно также использовать покрытия, состоящие из 40% графита и 60% мела.

Электроды из монель-металла имеют более низкую температуру плавления, чем чугун, поэтому при сварке деталь нагревается незначительно. Монель-металл дает большую усадку, поэтому сварку им ведут короткими валиками длиной до 50 мм с перерывами для охлаждения во избежание излишнего разогрева детали.

Наплавленный металл слегка проковывают в горячем состоянии, что способствует уплотнению шва. При сварке используют постоянный ток при обратной полярности: для электрода диаметром 3 мм ток берется от 90 до 120 а при толщине свариваемого металла от 4 до 20 мм.

При заварке трещины ее кромки оставляют шероховатыми, а концы засверливают. Трещины разделывают под углом 70—90° на глубину до 2/3 толщины стенки. Поверхность рядом с трещиной на ширине 10—15 мм зачищают до металлического блеска. Наличие ржавчины, масла и прочих загрязнений приводит к пористости наплавки.

Лучшие результаты получают при однослойной наплавке короткими участками с проковкой. Последующий участок должен свариваться после охлаждения предыдущего до 40—50°. Можно первые слои сваривать электродами из монель-металла, а последующие — стальными.

В процессе сварки электродами из монель-металла выделяются пары цветных металлов, вредные для здоровья сварщика, поэтому необходима усиленная вентиляция.

Сварка комбинированными электродами. При ремонтных работах, связанных со сваркой чугуна, применяют также комбинированные медно-железные электроды из стального стержня, вставленного в медную трубку. В шве образуется расплав меди с включенными в него шарообразными частицами науглероженной стали. Медь обеспечивает надежное сцепление металла наплавки с основным металлом, а сталь придает 1пву необходимую прочность. Наилучшие результаты достигаются при наличии в шве 10—15% стали, остальное — медь.

Способ изготовления комбинированных электродов, предложенный П. И. Шориным, следующий: на электродную проволоку Св-08 диаметром 3 мм наносят покрытие слоем 0,25 мм. После просушки на воздухе проволоку вставляют в медную трубочку диаметром 4— 6 мм и в таком виде используют при сварке. Призаваркедефектав толстостенных чугунных деталях с большим объемом наплавленного металла на наружную поверхность медной трубки наносят покрытие слоем толщиной0,5 jKj«, а стальную проволоку берут диаметром 3,5 мм. В качестве покрытия используют смесь из 30% графита, 40% ферросилиция и 30% мела, разведенную на жидком стекле. После просушки на воздухе в течение 5—6 час при температуре 15— 18° электроды прокаливают 30—40 мин при 100—120°. Кромки раковины разделывают под углом 45° и на ее поверхность наплавляют комбинированными электродами слой металла толщиной 5 мм. После этого раковину заваривают обычными стальными электродами с покрытием ОММ-5, ЦМ-7; УОНИ-13/45 и др. Сварка ведется на постоянном токе любой полярности. При заварке не следут перегревать деталь.

Применяют также комбинированные медно-железные электроды из медного стержня диаметром 3,5 мм, обернутого жестью в виде ленты толщиной 0,3 мм или покрытого слоем железа толщиной 0.6— 0,8 мм электролитическим способом. Соотношение меди и железа в этих электродах составляет: 60—62 % меди, 38—40% железа. Берется покрытие УОНИ-13/55. Сварка производится постоянным током обратной полярности.

На использовании комбинированных медно-железных электродов основана сварка чугуна но способу А. Г. Назарова. Сварка производится пучком электродов, состоящим из стального электрода с покрытием ОММ-5 или УОНИ-13/55, медного стержня и латунного стержня, связанных проволокой. Лучшие результаты получаются при использовании покрытия УОНИ-13/55. Если покрытие нанесено также и на медный пруток, то сварку можно вести на вертикальной плоскости.

Количество и диаметр медных прутков подбирают так, чтобы содержание меди в наплавке составляло от 60 до 70%. Латунь служит для введения в наплавку цинка, являющегося раскислителем. Сечение медной проволоки или полоски должно быть от 6 до 18 мм2, а латунной —от 7 до 10 мм2. Сварка ведется ка постоянном токе при обратной полярности или на переменном токе с осциллятором. При использовании электрода ОММ-5 диаметром 4 мм, медного прутка диаметром 4 мм и латунного прутка диаметром 3 мм ток равен от 150 до 175 а; при двух электродах ОММ-5 диаметром 5 мм, двух медных диаметром 5 мм и одном латунном диаметром 3 мм—240— 260 а.

При сварке медный электрод должен перемещаться впереди стального, покрывая слоем меди наплавляемую поверхность. Пучок электродов должен быть наклонен к детали под углом 35—45°. Для лучшего перемешивания и защиты металла ванны концу электрода сообщают плавные спиралеобразные движения.

При сварке этим способом серого чугуна можно получить достаточно хорошее сплавление и формирование шва, плотную структуру, однако иногда происходит отбеливание переходной зоны, что затрудняет последующую обработку места сварки. Этот недостаток в большинстве случаев является общим для всех способов холодной сварки чугуна электродами со стальными стержнями.

Лучшие результаты получаются при введении железа в покрытие медного электрода. Такой способ разработан П. А. Глуховым и получил распространение на железнодорожном транспорте при ремонте с помощью сварки чугунных деталей. В этом случае берут медные электроды с покрытием УОНИ-13/55, в которые вводится 40— 50% железного порошка к весу покрытия. Содержание меди в электроде должно составлять 80—85%. Сварка ведется участками не более 50 мм, с проковкой наплавленного металла после остывания до 60—70°.

Чугун, длительное время работавший при высоких температурах, сваривают с предварительным подогревом кромок до 500— 550° горелкой. Сварка производится после полного остывания кромок. Без предварительного подогрева такой чугун плохо сваривается, в нем появляется отслаивание металла шва и пористость.

Опытно-сварочным заводом Мосгорсовнархоза выпускаются медно-железные электроды ОЗЧ-1 для холодной сварки чугуна. Институтом электросварки им. Е. О. Патона для холодной ремонтной сварки чугуна разработан электрод из аустенитной хромоникелевой стальной проволоки 0Х18Н9или IX18H9 с медной оболочкой и покрытием основного типа, например УОНИ-13/55. При диаметре стержня электрода 3,5 мм толщина покрытия равна 0,3—0,4 мм на сторону.

Медная оболочка на проволоку диаметром 2 мм наносится совместной протяжкой с медной лентой толщиной 0,8 мм, шириной 12 мм через фильер (оправку с отверстиями). Содержание меди в электроде равно 75—80%. Сварка производится постоянным током 100—120 а при обратной полярности. Наплавка таким электродом дает мягкий чугун с мелкораспределенными включениями железа и меди. Трещин и пор при сварке не образуется.

Сварка чугуна с предварительным подогревом

Предварительный подогрев применяют для предупреждения отбеливания чугуна, вызываемого ускоренным охлаждением его в месте сварки. Подогрев способствует понижению скорости охлаждения детали. Температура нагрева зависит от веса детали и ее формы. Иногда достаточно подогреть деталь до 150—200°; детали более сложной формы нагревают до 500—600°. По существу процесс сварки чугуна с подогревом является заливкой детали жидким металлом, расплавленным с помощью сварочной дуги.

Перед сваркой дефектное место тщательно вырубают до непористого металла и зачищают. Вырубка должна иметь плавные очертания без острых углов, в которых жидкий металл может не сплавляться с основным металлом. Свариваемая поверхность должна располагаться горизонтально. Вокруг свариваемого места выкладывают форму из графитовых или угольных пластинок, плотно прилегающих к изделию, препятствующих стеканию расплавленного металла и придающих шву нужные очертания. Иногда применяют фор - - му из кварцевого песка, замешанного на жидком стекле, которая должна быть просушена при температуре 30—50°.

Для подогрева деталь помещают в печь или горн. Если деталь большая, то в полу цеха делают яму и выкладывают ее огнеупорным кирпичом, помещают туда деталь и засыпают древесным углем. Вместо ям можно использовать железные ящики с большим количеством отверстий в стенках для доступа воздуха. В ящик помещают нагреваемую деталь. Чтобы в детали не появились значительные деформации и трещины, подогрев следует вести медленно и равномерно. После нагревания детали до нужной температуры пространство, образованное формой, заполняют расплавленным металлом электрода, причем необходимо во время всего процесса сварки ванну поддерживать в жидком состоянии. Поэтому крупные дефекты заваривают, разбивая их на участки, которые отделяют графитовыми пластинками, плотно пригнанными к поверхности металла.

Соседние участки для обеспечения большей плотности заполняют песком. Чтобы не было перерывов во время смены электродов, сварку часто выполняют два сварщика.

При горячей сварке применяют покрытые чугунные электроды того же состава, что и при холодной сварке; диаметр электродов равняется от 6 до 20 мм. Ток подбирают из расчета 45—50 а на 1 мм диаметра электрода. Применяется как постоянный, но прямой полярности, так и переменный ток.

При сварке необходимо следить, чтобы температура ванны не была слишком высокой или слишком низкой. В первом случае наплавленный металл быстро плавит основной металл («съедает» его), ■а во втором плохо сплавляется с ним. В перегретую ванну рекомендуется подбрасывать куски электродов для охлаждения; при недостаточном нагреве увеличивать ток и усиливать предварительный подогрев.

1 Во избежание отбеливания и-появления трещин после сварки деталь подвергают медленному охлаждению. Деталь засыпают древесным углем, закрывают асбестом и постепенно снижают температуру в печи или горне. Продолжительность остывания в зависимости от веса и формы детали длится от нескольких часов до нескольких суток.

При сварке чугуна с предварительным подогревом основной и присадочный металл можно расплавлять на постоянном токе 250— 450 а с применением угольного электрода. Вследствие большой ско - рости плавления и обусловленного этим большого объема сварочной ванны этим способом заваривают крупные поверхностные дефекты чугунного литья и исправляют литейный брак. Для удаления окислов кремния при сварке чугуна угольной дугой в качестве флюса используют буру или другие флюсы, употребляемые при газовой сварке чугуна.

Правильное ведение процесса сварки обеспечивает получение в шве плотного однородного серого чугуна, хорошо поддающегося механической обработке. При неправильном проведении сварки можно получить в шве пористый или отбеленный чугун, не поддающийся обработке, хрупкий и склонный к образованию трещин.

Иногда сварка выполняется с нагревом только части детали, находящейся около шва. Такой процесс называется сваркой с частичным подогревом. Заварку дефектов в этом случае можно производить одним из вышеуказанных способов.

Сотрудником Ростовского института инженеров транспорта А. И. ЗеленоЕым разработан способ наплавки чугуна чугунным электродом по слою гранулированной шихты следующего состава: 30% стружки чугунной, 28% ферросилиция 75%-ного, 30% алю - ми: я, 12% силикокальцита. Шихта замешивается ка жидком стекле, затем сушится, прокаливается при 300° и размалывается в крошку размером 1—3 мм. Толщина слоя шихты при сварке 4—6 мм, при наплавке 8—10 мм, ширина слоя 75—80 мм. Диаметр электрода равен 7—8 мм, ток применяется постоянный или переменный, лучшие результаты дает постоянный ток. Благодаря наличию в шихте графитизаторов и замедленному охлаждению наплавленного слоя металл наплавки получается мягким и хорошо обрабатывается резцом.

Дуговая сварка может применяться также при ремонте деталей из ковкого и высокопрочного чугуна. Ковкий чугун получают из белого чугуна путем длительной термообработки в печах при высокой температуре (томления). По механическим свойствам ковкий чугун близок к стали и способен выдерживать ударные нагрузки. Для сварки деталей из ковкого чугуна применяют электроды из белого чугуна или угольные, а деталь перед сваркой нагревают до 200—■ 400°. Затем сваренную деталь подвергают томлению. Если чугун сваривают после томления, то применяют электроды с обмазкой УОНИ-13/55 или из монель-металла. После сварки детали, подлежащие механической обработке, отжигают при 650—750°.

Высокопрочный (модифицированный) чугун имеет ферритную и перлитно-ферритную основу структуры; ферритный чугун выдерживает напряжение на разрыв 40—50 кгс/мм2 при относительном удлинении 3—10%, а перлитко-ферритный—50—60 кгс/м. м2 при относительном удлинении 1—3%. Дуговая сварка высокопрочного чугуна производится железо-никелевыми электродами, содержащими: 0,15% углерода, 0,1—0,3% марганца, 55—60% никеля, 0,15%

кремния, не более 0,035% серы, не более 0,04% фосфора, остальное — железо.

В качестве покрытия используется смесь из 35% доломита, 25% плавикового шпата, 10% графита, 30% ферросилиция. Шихта покрытия замешивается на жидком стекле, составляющем 30—32% к весу сухой части шихты. Сварка производится с предварительным нагревом изделия до 300—350° и возвратным движением электрода для прогрева металла шва. После сварки участка длиной 25—50 мм его проковывают в горячем состоянии. Предел прочности металла, наплавленного таким способом, 24—34 кгс/см2, т. е. 50—75% прочности основного металла.

Выбор того или иного способа сварки чугуна зависит от характера и расположения поврежденного места, назначения детали и условий ее работы, производственных возможностей сварочного цеха, состава чугуна и пр.

Существующие способы сварки чугуна продолжают все время совершенствоваться: изыскиваются новые составы электродных стержней и покрытий для них, улучшается сама технология сварки.

Читайте также: