Сварка чугуна с местным подогревом
Обновлено: 17.05.2024
Чугун имеет ряд специфических свойств и особенностей, которые требуется принимать во внимание перед его сваркой и требуют применения специальных технологий.
· Высокие скорости охлаждения чугуна. Это приводит к так называемому «отбеливанию», когда на поверхности образуется слой белого хрупкого чугуна, который является необрабатываемым.
· Низкие пластические свойства чугуна. Делает чугун способным к перенапряжениям и в результате сварки могут образовываться трещины.
· Выгорание углерода при сварке. В результате выгорания образуется окись CO, которая способствует образованию пор при сварке.
Хотя чугун имеет множество применений, его особенность быть хрупким становится основной головной болью, когда дело доходит до ремонта объектов из чугуна. Ниже приведены некоторые из процессов, которые окажутся полезными при ремонте и сварке чугуна.
Перед сваркой и ремонтом литья из чугуна, всегда желательно, чтобы поверхность под сварку была гладкой и чистой. Чистота поверхности обеспечивает очень хорошее качество сварки, а также защищает чугун от растрескивания. Сварка чугуна может осуществляться в двух направлениях:
· С подогревом - горячая сварка чугуна
· Без подогрева - холодная сварка чугуна
Технология сварки чугуна с подогревом, как правило, используются в тяжелой промышленности. Концепция применения подогрева делает процесс сложнее, так как для него требуется специальное оборудование для подогрева.
В большинстве случаев изделие под сварку нагревается до температуры от 250 до 650°С. Следует избегать нагрева более 750°С, когда металл переходит в стадию расплавления.
После того, как металл достигает требуемой температуры, начинают его сварку на малых токах, чтобы минимизировать перемешивание и остаточные напряжения.
Большое внесение тепла при сварке также может привести к растрескиванию. После сварки изделие должно охлаждаться постепенно. Для постепенного охлаждения изделие следует поместить в песок или накрыть при помощи специальных изоляционных материалов.
При технологии холодной сварки (без подогрева) очень важно иметь хороший контроль над сварочной дугой и делать как можно короткие сварочные швы. Самый лучший вариант, чтобы швы были длиной не больше 25 мм. Также очень важно, чтобы они остывали постепенно.
· Ручная дуговая сварка электродами
· Аргонодуговая сварка
· Полуавтоматическая сварка
Существует четыре типа электродов, которые могут быть использованы для ручной дуговой сварки чугуна: чугунные электроды, электроды с медной основой, электроды с никелевой основой и стальные электроды. Для использования каждого из этих типов электродов есть свои причины и особенности: обрабатываемость, прочность и пластичность шва после сварки.
При сварке чугунными электродами, необходим разогрев детали до температуры в диапазоне от 120 °C до 425 °C, в зависимости от размера детали. Обычно чугунные электроды бывают диаметром от 6 до 15 мм, и сварочный ток для них требуется от 200 до 600 Ампер. Лучше использовать электроды малого диаметра и относительно низкие токи сварки.
Существует два типа электродов с медной основой: электроды из сплава олова (ECuSn) и электроды из сплава алюминия (ECuAl). Электродами из сплава олова производят производить пайку с получением швов с хорошей пластичностью. Алюминиевые электроды применяют для получения более прочного сварного шва.
Существует три типа электродов с никелевой основой. Первый тип (ENiFe-CI) содержит около 50% никеля, второй (ENiCI) содержит около 85% никеля и тип (ENiCu) содержит никель и медь. Применение этих электродов дает примерно одинаковые результаты. Эти электроды могут быть использованы для сварки без подогрева, но рекомендуется нагрев до 40 °C.
Стальные электроды (E-St) не рекомендуются для сварки чугуна, если сварочный шов будет впоследствии механически обрабатываться. Этот тип электродов должен использоваться только для мелкого ремонта.
Технология сварки
Горячая газовая сварка чугуна нашла широкое применение при исправлении дефектов литья, а также ремонте небольших чугунных деталей. Способ горячей сварки чугуна является наиболее надежным, обеспечивающим лучшее качество сварного соединения. Выбор способа сварки определяется составом чугуна, конструкцией детали, характером дефекта и условиями работы.
Характеристика и классификация чугунов
Чугун сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14 до 6,67%. Наряду с углеродом в чугуне содержится кремний (Si), марганец (Mn), сера (S) и фосфор (Р). Содержание серы (S) и фосфора (Р) в чугуне больше, чем в стали. В специальные (легированные) чугуны вводят легирующие добавки - никель (Ni), молибден (Mo), ванадий (V), хром (Сr) и др.
Чугун делят:
Холодная газовая сварка чугуна
Холодная газовая сварка чугуна используется если при нагревании и охлаждении детали свободно сжимаются и расширяются, не вызывая больших остаточных напряжений, в этом случае мощность пламени горелки должна быть максимально возможной. Технологический процесс газовой сварки без предварительного нагрева почти аналогичен процессу горячей газовой сварки, однако имеет и свои особенности.
Газовая сварка чугуна с местным подогревом
Этот способ газовой сварки чугуна применяют в тех случаях, когда место сварки и характер конструкции позволяют выполнять местный подогрев без появления трещин и напряжений в свариваемых изделиях. Местный предварительный подогрев применяют при сварке массивных деталей или деталей, конструкция которых не создает жесткого контура.
Изготовление сварного стола (видео)
Видео об изготовлении сварного стола для мастерской. Несмотря на то, что видео на английском языке в нем очень подробно рассмотрена технология сборки и сварки.
Также видео будет полезно для сварщиков, которые собираются изготавливать двери, ворота и т.д., поскольку в видео рассмотрены методы предупреждения деформаций при сварке, порядок выполнения прихваток и многое другое.
Юхин Н.А. Ручная сварка при сооружении и ремонте трубопроводов пара и горячей воды
В иллюстрированном пособии изложены принципы и особенности ручной дуговой сварки трубопроводов пара и горячей воды покрытым электродом, аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом и газовой сварки ацетиленокислородным пламенем. Содержатся сведения о технологии и технике сварки трубопроводов, их ремонте с помощью сварки. Пособие рассчитано на электросварщиков ручной сварки и газосварщиков, занятых сооружением и ремонтом трубопроводов пара и горячей воды
Иллюстрированное пособие сварщика
Пособие предназначено для теоретической подготовки, повышения квалификации и переаттестации рабочих следующих профессий:
- газосварщик;
- электрогазосварщик;
- электросварщик ручной сварки
Пособие может быть использовано при подготовке и обучении рабочих следующих профессий:
- газорезчик;
- контролер сварочных работ;
- наладчик сварочного и газоплазморезательного оборудования;
- оператор проекционной аппаратуры и газорезательных машин;
- электровибронаплавщик;
- электросварщик на автоматических и полуавтоматических машинах
Сварка меди
Физико-химические свойства меди
Медь - химический элемент I В группы Периодической системы Д. И. Менделеева с порядковым номером 29 и атомной массой 63,54. Медь кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке, полиморфизмом не обладает, относится к тяжелым металлам, плотность меди различна в зависимости от обработки и составляет, г/см 3 : литой - 8,930, деформированной - 8,940, электролитической - 8,914.
Сварка чугуна с местным подогревом
Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, содержащий углерод от 2 до 6,67%. Наряду с углеродом в чугуне содержатся кремний. Марганец, сера и фосфор. Содержание серы и фосфора значительно больше, чем в стали.
В зависимости от состояния углерода чугуны разделяются - на серые, белые и ковкий.
В сером чугуне углерод находится в виде тонких пластинок и чешуек графита. Он хорошо обрабатывается режущим инструментом, в изломе имеет серый цвет. Серый чугун получается путем медленного охлаждения чугуна после его плавления или нагревания до высоких температур. Получению серого чугуна способствует также повышенное содержание графитизаторов - кремния и углерода. Кремний способствует процессу графитизации чугуна тем, что уменьшает растворимость углерода в железе. Углерод увеличивает число кристаллизационных центров, и процесс перехода углерода в свободное состояние, протекает быстрее.
Белый чугун представляет собой сплав железа с углеродом, в котором углерод находится в виде химического соединения с железом — цементита Fe3C. Чугуны этой группы имеют белый излом, отличаются высокой твердостью и хрупкостью. Если сварной шов и околошовную зону быстро охладить, то они отбеливаются и становятся очень хрупкими и твердыми. Объясняется это тем, что при быстром охлаждении чугуна углерод не успевает выделяться в свободном виде и остается в чугуне в химически связанном состоянии.
Существуют следующие методы сварки чугуна:
1) холодная сварка — без предварительного подогрева;
2) сварка с предварительным местным подогревом или полугорячая;
3) горячая сварка с предварительным общим подогревом.
При втором и третьем методах изделие перед сваркой подогревается до температуры 600—800° в специальных печах, временных горнах или газовой горелкой. Последующее медленное охлаждение после сварки может происходить вместе с печью, в горячем песке или под листовым асбестом.
Горячая сварка чугуна
Горячая газовая сварка чугуна нашла широкое применение висправлении дефектов литья, а также ремонте небольших чугунных деталей.
Способ горячей сварки чугуна является наиболее надежным способом, обеспечивающим лучшее качество сварного соединения. Выбор способа сварки определяется составом чугуна, конструкцией детали, характером дефекта и условиями работы.
Процесс горячей газовой сварки разбивается на целый ряд отдельных операций, от которых зависит качество сварного соединения. К этим операциям относятся:
- подготовка деталей под сварку;
- предварительный подогрев деталей;
- охлаждение деталей после сварки.
Подготовка к сварке определяется видом дефекта отливки или характером поломки детали. Для предотвращения распространения трещин концы их перед сваркой рекомендуется засверливать. Раковины, трещины и другие поверхностные дефекты подготавливают разделкой места заварки. Разделку ведут вырубкой или другими механическими способами.
Свариваемое изделие перед сваркой собирают и прихватывают по кромкам. Диаметр прихваток не должен превышать 5—6 мм. Без подготовки кромок сваривают детали толщиной до 4 мм. На деталях толщиной свыше 5 мм производят разделку кромок под углом 70—90°. Свариваемые кромки тщательно очищают от грязи, ржавчины, масла или других загрязнений металлической щеткой или пламенем сварочной горелки.
Детали, подготовленные под горячую сварку, подвергают, нагреву до 500—700°С. Температура общего предварительного подогрева определяется, размером деталей, толщиной стенок, жесткостью конструкции, объемом наплавляемого металла и структурой чугуна. Общий подогрев свариваемых деталей ведется в электрических и газовых печах, а при единичных ремонтных работах — в специальных термических печах, ямах и горнах.
Рисунок 5.1 - Коксовый горн
1-рама, 2-чугунная опока, 3-колосниковая решетка
Для общего нагрева, а также последующей термической обработки сваренных деталей, используют горны и печи различного типа. На рис. 5.1 представлен горн, состоящий из металлического каркаса и чугунной опоки с колосниковой решеткой. Естественная тяга через колосниковую решетку обеспечивает такую скорость сгорания кокса, которая необходима для постепенного нагрева деталей. При сварке чугуна используют также камерные печи и печи с выдвижным подом.
Рисунок 5.2 - Печи: а- камерная, б - с выдвижным поддоном
При отсутствии специальных печей на месте сварки сооружают временные печи. При пользовании временными печами деталь обкладывают древесным углем и закрывают асбестом. Для поступления воздуха делают снизу отверстие или оборудуют специальную систему поддува. После того, как свариваемая деталь нагреется до требуемой температуры, ее извлекают из печи и подают на рабочее место сварщика. Во избежание охлаждения свариваемой детали во время сварки ее закрывают листовым асбестом. Открытым остается только место сварки. После сварки изделие медленно охлаждают в яме или вместе с горном. Равномерное и медленное охлаждение предупреждает коробление, образование трещин и структур отбела.
Сварку чугуна выполняют нормальным пламенем или пламенем с небольшим избытком ацетилена. В начале сварки пламя горелки устанавливают почти вертикально, по мере сварки делают необходимый угол в зависимости от толщины свариваемого металла. Ядро пламени должно находиться на расстоянии 2—3 мм от поверхности свариваемого металла. Наконечник горелки выбирают из расчета расхода ацетилена 120 дм 3 /ч на 1 мм толщины свариваемого металла.
В качестве присадки согласно ГОСТ 2671—80 для горячей газовой сварки применяют чугунные прутки марки ПЧ-2 диаметром 4, 6, 8 и 12 мм, длиной 250—450 мм. Чугунные прутки марки ПЧ-2 с торца маркируют белой краской. Прутки должны храниться в сухом месте в ящиках или на стеллажах.
При горячей сварке чугуна необходимо учитывать резкий переход из жидкого состояния в твердое образование окисной пленки на поверхности жидкой ванны, что затрудняет выделение газа из жидкого металла. Для облегчения выделения газа сварочную ванну необходимо непрерывно помешивать присадочным прутком.
При горячей газовой сварке чугуна применяют флюс, способствующий улучшению процесса сварки и удаления образовавшихся окислов. В качестве флюса используют прокаленную буру или смесь 56% прокаленной буры, 22% углекислого натрия и 22%. углекислого калия. Кроме того, при сварке чугуна можно применить газообразный флюс БМ-1 (ТУП-42-64).
В процессе сварки сварщику необходимо следить за тем, чтобы в наплавленном металле не оставалось шлака, и расплавленный присадочный металл хорошо сплавлялся с основным металлом.
Для получения сварного соединения, свойства которого равноценны свойствам основного металла, необходимо после сварки уменьшить скорость охлаждения. Для этого пламя сварочной горелки отводят от поверхности свариваемого металла на 50—60 мм, а наплавленный металл подогревают пламенем в течение 1—1,5 мин.
Для уменьшения внутренних напряжений в массивных деталях сложной конфигурации рекомендуется сваренные детали подвергать вторичному нагреву до температуры 600—750° С и охлаждать вместе с печью.
Сварка чугуна с местным подогревом
Этот способ газовой сварки чугуна применяют в тех случаях, когда место сварки и характер конструкции позволяют производить местный подогрев без появления трещин и напряжений в свариваемых изделиях. Местный предварительный подогрев применяют при сварке массивных деталей или деталей, конструкция которых не создает жесткого контура. В этих случаях участок местного подогрева выбирают так, чтобы в детали создавались тепловые деформации, равнозначные деформациям, которые возникнут на участке сварки. Например, в чугунной раме (рис. 5.3), имеющей трещину на участке 1, для того чтобы создать равномерную тепловую деформацию, необходимо осуществить подогрев противоположного плеча на участке 2.
Рисунок 5.3 - Сварка чугунной рамы
Местный подогрев свариваемых деталей выполняют до температуры 300—500°С сварочными горелками, паяльными лампами, индукционным электронагревом и другими способами.
При сварке применяют нормальное сварочное пламя или пламя с небольшим избытком ацетилена. Мощность сварочного пламени выбирают из расчета расхода ацетилена 100—120 дм 3 /ч на 1 мм толщины свариваемого металла.
В качестве присадки используют чугунные прутки марки ПЧ-3 диаметром 4, 6, 8, 10 и 12 мм, длиной 250— 450 мм. Согласно ГОСТ 2671—80 чугунные прутки марки ПЧ-3 содержат углерода 3,0—3,5%, кремния — 3,5— 4,0%, марганца 0,5—0,8%, серы не более 0,08%, фосфора 0,3—0,5%, хрома 0,05% и никеля 0,3%.
После сварки места подогрева медленно охлаждают, для чего прикрывают их асбестом или засыпают песком.
Холодная сварка чугуна
Холодную сварку чугуна применяют в тех случаях, когда детали при нагревании и охлаждении способны свободно расширяться и сжиматься, не вызывая значительных остаточных напряжений. При этом мощность пламени горелки должна быть максимально возможной. Технологический процесс сварки без предварительного нагрева почти аналогичен процессу горячей сварки, однако имеет и свои особенности. Перед заваркой дефекта необходимо подогревать пламенем горелки участки, прилегающие к дефекту. После окончания заполнения дефекта горелку в течение 2—3 мин медленно отводят, направляя пламя на участки, прилегающие к дефекту. Деталь или часть детали, на которой находится заваренный участок, для медленного охлаждения засыпают песком или покрывают асбестом.
Способ низкотемпературной пайки-сварки чугуна отличается от обычных способов тем, что основной металл не доводится до температуры плавления, а нагревается только до температуры 820—860°С, т. е. до температуры «смачиваемости».
Этот способ разработан в институте ВНИИАвтогенмаш и основан на применении специальных чугунных прутков и флюсов. Капли расплавленного присадочного металла под действием сварочного пламени легко растекаются по поверхности свариваемого металла, обеспечивая плотное соединение свариваемых деталей. Низкотемпературную сварку чугуна используют при заварке литейных дефектов деталей из серого чугуна, а также при заварке чугунных деталей в готовых изделиях в случаях их поломки, появления трещин и других дефектов.
В качестве присадки для заварки тонкостенных отливок применяются чугунные прутки НЧ-2, а для толстостенных — чугунные прутки УНЧ-2.
Для низкотемпературной пайки-сварки чугуна применяют специальные флюсы ФСЧ-2 и МАФ-1. Применяемые флюсы химически обрабатывают нагретую свариваемую поверхность от окислов, жиров и других загрязнений, увеличивают прочность сцепления наплавленного металла с основным, увеличивают жидкотекучесть расплавленного металла и защищают нагретую поверхность и расплавленный металл от кислорода и азота воздуха.
Состав флюсов для низкотемпературной пайки-сварки чугуна приведен в табл. 1.
Таблица 1 - Состав флюсов для низкотемпературной пайки-сварки чугуна
Разделку дефектного участка под низкотемпературную сварку производят фрезерованием, сверлением или строганием. Место сварки предварительно зачищают до металлического блеска. Профиль разделки кромок сквозных и несквозных дефектов представлен на рис. 5.4. Угол разделки составляет 70—90.
Рисунок 5.4 - Профили разделки дефекта под пайку - сварку: а- разделка несквозного дефекта, б - разделка дефекта с применением подкладки из огнеупорного материала
Неглубокие поры и шлаковые включения вырубают зубилом или удаляют шлифовальным кругом.
Перед сваркой изделие подогревают горелкой до температуры 300— 400° С. Изделия сложной формы нагревают в печи.
Схема устранения сквозных дефектов (трещин) показана на рис. 5.5а. При устранении засверленных дефектов (пористость, раковины) присадочный металл наносят по винтовой восходящей линии (рис. 5.5б).
Рисунок 5.5 - Схема устранения дефектов а - сквозных трещин, б - засверленных дефектов
На нагретую наплавляемую поверхность равномерно наносится слой флюса. Место сварки нагревают горелкой до температуры 820—860°С, пламя должно быть строго нормальным. При этой температуре паста-флюс плавится, покрывая тонкой пленкой место сварки. Присадочный пруток также покрывают флюсом, расплавляясь, присадочный металл стекает на завариваемую поверхность и растекается по ней. Сварку производят левым способом, Расстояние между ядром пламени и концом прутка должно составлять 2—3 мм, угол между осью горелки и плоскостью детали — 20—30°
После сварки изделие медленно охлаждают под слоем асбеста или в песке. Так как при данном способе основной металл не доводят до расплавления, то при пайке-сварке отсутствуют участки отбеленного чугуна, и металл шва получается плотным, мягким и хорошо обрабатывается механическими способами.
При низкотемпературной пайке-сварке чугуна вместо ацетилена можно применять газы-заменители. При применении в качестве горючего газа пропан - бутана мощность сварочного пламени выбирают из расчета расхода пропан - бутана 60—70 дм 3 /ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Пламя берется нормальное. При толщине металла до 6 мм сварку выполняют за один проход, при толщине 9—12 мм — в два прохода. При использовании в качестве флюса ФСЧ-2 рабочая температура составляет 900—950° С. При такой температуре не исключено появление структур закалки в зоне термического влияния, поэтому указанный флюс имеет ограниченное применение. Его используют в тех случаях, когда допускается повышенная твердость наплавленного металла. Флюс МАФ-1 позволяет вести процесс низкотемпературной пайки-сварки при рабочей температуре 750—800° С.
В некоторых случаях целесообразно применять вместо сварки пайку-сварку чугуна латунными припоями. Этот метод используют при ремонтной сварке. Преимущество пайки-сварки чугуна латунью по сравнению со сваркой плавлением заключается в том, что нагрев чугуна до температуры плавления латуни (850-900°С) существенно не изменяет структуры металла и не вызывает значительных термических напряжений.
Кромки детали толщиной до 25 мм скащивают под углом 45°, а при большей толщине рекомендуется ступенчатая разделка. При пайке-сварке латунью лучше, когда поверхности соединяемых кромок шероховаты.
Углерод с поверхности соединяемых кромок выжигают на глубину 0,2— 0,15 мм двумя способами: соединяемые кромки детали покрывают пастой из железных опилок и борной кислоты и нагревают пламенем горелки; кромки детали нагревают пламенем горелки, отрегулированным с избытком кислорода. В обоих случаях кромки деталей нагревают до 750—900° С. Наибольшее применение нашел второй способ.
Техника пайки-сварки состоит в следующем. Кромки нагревают до красного цвета, посыпают флюсом и облуживают участками. Сварочное пламя должно быть нормальным или с небольшим избытком кислорода. Деталь для пайки-сварки должна находиться в наклонном положении, пайку-сварку выполняют снизу вверх. Положение горелки и присадочного металла такое же, как при правом способе. Мощность сварочного пламени выбирается из расчета 60;—75 дм /ч ацетилена на 1 мм толщины. Для пайки-сварки применяют припой ЛОК 59-1-03, который обеспечивает получение более плотного паяно-сварного шва и обусловливает бездымный процесс его плавления. В качестве флюса используют буру (100%) или смесь 50% буры и 50% борной кислоты.
Низкотемпературная пайка-сварка чугуна латунными припоями протекает при температуре 700—750° С, при которой в чугуне не происходит структурных изменений. Это исключает опасность отбела чугуна и уменьшает возможность образования трещин. Пайку-сварку латунным припоем применяют при исправлении дефектов на обработанных поверхностях чугуна. Для пайки-сварки латунными припоями разработаны специальные флюсы ФПСН-1 и ФПСН-2. Эти флюсы нейтрализуют действие свободного графита, частицы которого выступают на свариваемой поверхности и мешают ее смачиванию. В качестве припоя используется кремнистая проволока ЛОК 59-1-03, содержащая в среднем до 6,3% кремния. Для пайки-сварки изделий, к механическим свойствам которых предъявляют повышенные требования, применяют припой ЛОМНА 49-25-10-4-0,4, содержащий медь, олово, марганец, никель и до 0,6% алюминия,. При пайке этим припоем металл паяно-сварного шва имеет цвет чугуна, твердость НВ 180—200 и временное сопротивление разрыву 280—340 МН/м 2 .
Для пайки используют поверхностно-активный флюс марки ФПСН-2. Он содержит 45% борной кислоты, 22,5% углекислого лития, 22,5% соды кальцинированной и 10% солевой лигатуры. Его применяют в виде порошка или пасты. Флюс плавится при температуре 600— 650° С. Пайку выполняют обычной сварочной горелкой, работающей на ацетилене или газах-заменителях. Вначале при пайке-сварке слегка окисленным пламенем нагревают место наплавки до 450—500°С, а затем в разделку вводят флюс. Пайку-сварку начинают в момент плавления флюса, направляя пламя на прилегающие к разделке участки. Расплавленный флюс прутком припоя 5 равномерно распределяют по всей поверхности завариваемого места; затем пламя направляют на конец прутка, расплавляют его и заполняют разделку металлом припоя. Наплавленный металл сразу же после сварки проковывают ручным медным молотком.
Порядок выполнения работы
4.1 Выбрать параметры режима для сварки чугунных пластин толщиной 6 мм
4.1.1 Выбрать вид разделки кромок, в соответствии с ГОСТ
4.1.2 Определить вид и мощность сварочного пламени по формуле
4.1.3 Определить марку присадочного стержня
4.1.4 Выбрать флюс
4.2 Собрать встык пластины, прихватить (см. схему сборки)
4.3 Подогреть кромки пластин до красного каления, ввести флюс и заварить стык.
4.4 Произвести медленное охлаждение после сварки. Для этого отвести горелку на 50-60 мм от поверхности свариваемого металла и задержать на 1-2 мин., затем поместить соединение в ящик с нагретым песком или накрыть асбестом
Содержание отчета
5.1 Эскиз сварного соединения
5.2 Технология газовой сварки с общим подогревом
5.2.1 Вид и мощность сварочного пламени, расчет Va
5.2.2 Угол наклона мундштука горелки
5.3.4 Присадочные прутки - марка, химический состав, диаметр
5.3.5 Марка и химический состав флюса
5.3.5 Скорость и способ охлаждения 5.4 Ответы на контрольные вопросы
Контрольные вопросы
6.1 Назовите способы газовой сварки чугуна.
6.2 Перечислите трудности при сварке чугуна?
6.3 Какова область применения и виды холодной сварки чугуна?
6.4 Перечислите способы предварительного подогрева и последующего охлаждения чугуна после сварки.
6.5 Какой вид пламени применяется при газовой сварке чугуна?
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.028)
Технология сварки чугуна
К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает
2,14 %. В этих сплавах обычно присутствует также кремний и некоторое количество марганца, серы и фосфора, а иногда и другие элементы, вводимые как легирующие добавки для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др. В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение карбид железа Fe3C - цементит. В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде графита. Если серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, то белые обладают очень высокой твердостью и режущим инструментом обрабатываться не могут.
В зависимости от структуры чугуны классифицируют на высокопрочные (с шаровидным графитом) и ковкие. По степени легирования чугуны подразделяют на простые, низколегированные (до 2,5 % легирующих элементов), среднелегированные (2,5 .. 10 % легирующих элементов) и высоколегированные (свыше 10 % легирующих различных легирующих элементов).
Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, обозначающими предел прочности чугуна данной марки при растяжении в МПа. Наибольшее распространение получили чугуны марок: СЧ10, СЧ15, СЧ25, СЧ30, СЧ35.
Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ и цифрами, обозначающими временные сопротивления при растяжении и относительное удлинение (%). Примерами марок ковких чугунов могут служить КЧ 30-6; КЧ 33-8; КЧ 35-10; КЧ 37-12 с ферритной металлической основой и КЧ 45-7; КЧ 50-5 и КЧ 60-3, имеющие перлитную основу.
Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ и цифрами, характеризующими временное сопротивление чугуна при растяжении в МПа. Например, ВЧ 60 или ВЧ 40.
Главный процесс, формирующий структуру чугуна – процесс графитизации (выделение углерода в структурно-свободном виде),так как от него зависит не только количество, форма и распределение графита в структуре, но и вид металлической основы (матрицы) чугуна. Некоторые элементы, вводимые в чугун, способствуют графитизации: C, Si, Al, Ni, Co, Cu, другие задерживают процесс графитизации (отбеливание): S, V, Cr, Sn, Mo, Mn.
Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затруднительно.
Причины, затрудняющие получение качественных сварных соединений из чугуна, следующие:
1. Высокие скорости охлаждения металла шва и зоны термического влияния, соответствующие термическому циклу сварки, приводят к отбеливанию чугуна, т.е. появлению участков с выделениями цементита той или иной формы в различном количестве.
2. Вследствие местного неравномерного нагрева металла возникают сварочные напряжения, которые в связи с очень незначительной пластичностью чугуна приводят к образованию трещин в шве и околошовной зоне.
3. Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва.
4. Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и формирование шва.
5. Наличие кремния, а иногда и других элементов в металле сварочной ванны способствует образованию на ее поверхности тугоплавких окислов, приводящих к образованию непроваров.
Наиболее эффективное средство предотвращения отбеливания металла шва и высокотемпературного участка околошовной зоны, а также резкой закалки на участке околошовной зоны является высокий предварительный или сопутствующий подогрев чугуна до температуры 600 . 650 °С. Сварку с таким подогревом называют горячей сваркой чугуна. Высокий подогрев и замедленное охлаждение способствуют также ликвидации трещин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, а также уменьшения температурного градиента и термических напряжений.
Сварку с подогревом до температур 300 . 400 °С называют полугорячей, а без предварительного подогрева – холодной сваркой чугуна.
Горячая сварка чугуна. Технологический процесс горячей сварки состоит из следующих этапов: I - подготовка изделия под сварку; II - предварительный подогрев деталей; III - сварка; IV - последующее охлаждение.
Подготовка под сварку зависит от вида исправляемого дефекта, а также для предупреждения вытекания жидкотекучего металла сварочной ванны, а в ряде случаев для придания наплавленному металлу соответствующей формы, место сварки формуют.
Способы нагрева и нагревательные устройства применяют в зависимости от характера производства: конвейерные печи; для ремонтных работ удобен нагрев в муфельных печах; для разовых ремонтных работ крупногабаритных изделий изготовляют временные нагревательные устройства из огнеупорного кирпича печи – ямы в земле.
Для сварки используют плавящиеся электроды со стержнями из чугуна. Стержни получают отливкой в кокиль. В состав покрытия, наносимого на литые прутки, диаметром 5 . 20 мм, входят стабилизирующие и легирующие материалы. Горячую сварку чугуна выполняют на больших токах Iсв = (60. 100)dэ без перерывов до окончательной заварки дефекта. Электро-додержатель для горячей сварки должен обеспечивать хороший контакт с чугунным электродом и иметь щиток для защиты руки сварщика от теплового ожога.
Горячая сварка чугуна позволяет получать сварные соединения, равноценные свариваемому металлу (по механическим характеристикам, плотности, обрабатываемости и др.), однако это трудоемкий и дорогостоящий процесс.
При полугорячей и холодной сварке чугуна широко, используют металлургические и технологические средства воздействия на металл с целью повышения качества сварных соединений.
К их числу относятся:
1) легирование наплавленного металла элементами-графитизаторами, с тем чтобы при данной скорости охлаждения получить в шве структуру серого чугуна.
Примером таких материалов могут служить электроды марки ЭМЧ, стержень которых представляет собой чугун с повышенным (до 5,2%) содержанием кремния, и дополнительно легированы магнием. При сварке этими электродами массивных деталей для получения бездефектных сварных соединений приходится их подогревать до температуры 400°С. Для улучшения обрабатываемости и некоторого повышения пластичности металла шва используют электроды из никелевых чугунов: нирезиста (2% – С; 29% – Ni; 1,3% – Si; 7,6% – Cu; 0,4% – Mn) или никросилаля (2,3% – С; 20% – Ni; 6% – Si; 0,5% – Mn). Электроды из никелевых чугунов обеспечивают получение швов, обладающих хорошей обрабатываемостью. Сварку выполняют в несколько слоев при возвратно-поступательном перемещении электрода. Основной недостаток электродов из никелевых чугунов – повышенная склонность к образованию горячих трещин.
2) легирование наплавленного металла такими элементами, которые позволяют получить в шве перлитно-ферритную структуру, характерную для низкоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, более прочные, чем цементит, и равномерно распределенные в металле.
Примером могут служить электроды марки ЦЧ-4 со стержнем из, низкоуглеродистой проволоки марок Св-08 или Св-08А и покрытием содержащим до 66% феррованадия. С целью уменьшения доли участия основного металла в шве, а также размеров зоны термического влияния, в том числе и участков отбеливания и закалки, применяют электроды небольших диаметров (для 1-го слоя 3 мм, для 2-го и последующих 3-4 мм), на малых токах Iсв = (20. 25)dэ не перегревая основной металл.
При сварке чугуна данными электродами наиболее слабое место сварного соединения – околошовная зона у границы сплавления. Хрупкость этой зоны и наличие в ней трещин нередко приводят к отслаиванию шва от основного металла. Для увеличения прочности сварного соединения применяют стальные шпильки, которые частично разгружают наиболее слабую часть сварного соединения – линию сплавления.
Шпильки имеют резьбу, их ввертывают в тело свариваемой детали. Шпильки располагают в шахматном порядке на скошенных кромках деталей и в один ряд на поверхности детали с каждой стороны стыка, причем расстояние между ними должно быть равно 4—6 диаметрам шпильки.
3) введение в состав сварочных материалов кислородосодержащих компонентов с целью максимального окисления углерода (выжигания его) и получения в металле шва низкоуглеродистой стали.
Для снижения содержания углерода в металле шва предложено выполнять сварку по слою флюса, содержащего до 30% железной окалины (например, буры 50% Na2B4O7, едкий натрий NaOH 20%, железной окалины 30%). Углерод, попадающий в сварочную ванну, в высокотемпературной ее части активно окисляется и выводится из нее в виде окиси углерода, не растворимой в металле. Твердость металла шва уменьшается, деформационная способность возрастает.
Однако для более полного эффекта выжигания углерода необходимо применять режимы сварки, характеризующиеся относительно большой погонной энергией, что, однако, отрицательно сказывается на околошовной зоне: в ней образуются значительные по размерам участки отбеливания и закалки, приводящие к образованию трещин. При сварке чугуна с достаточно высоким содержанием элементов-графитизаторов при небольшой толщине стенки свариваемых деталей можно получить положительные результаты.
4) применение сварочных материалов, обеспечивающих в наплавленном металле получение различных сплавов цветных металлов: медно-никелевых, медно-железных, железоникелевых и др., обладающих высокой пластичностью и имеющих температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна.
Сварку медно-железными электродами всех типов (ОЗЧ-1, АНЧ-1) 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 свариваемых деталей.
Основное преимущество этих электродов – возможность проковки наплавленного металла в горячем состоянии для уменьшения уровня сварочных напряжений. Проковка обязательна, так как при этом уменьшается опасность образования трещин в околошовной зоне. Общий недостаток медно-железных электродов – неоднородная структура шва: мягкая медная основа и очень твердые включения железной составляющей, затрудняющие обработку и препятствующие получению высокой чистоты обработанной поверхности
Медно-никелевые электроды в производстве применяют главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твердости недопустимо. Положительные свойства таких электродов в том, что никель и медь не растворяют углерод и не образуют структур, имеющих высокую твердость после нагрева и быстрого охлаждения.
Недостатки этих сплавов – их высокая стоимость и дефицитность, а также большая усадка, приводящая к образованию горячих трещин. Горячие трещины иногда имеют вид сплошной сетки, что снижает прочность сварного соединения.
Для заварки отдельных небольших дефектов на обрабатываемых поверхностях отливок ответственного назначения из серого и высокопрочного чугуна используют железоникелевые электроды со стержнем из сплава, содержащего 40-60% Ni в 60-40% Fe (электроды марки ЦЧ-ЗА). При сварке такими электродами обеспечивается достаточно высокая прочность и некоторая вязкость металла шва. Железо-никелевые электроды обладают определенными преимуществами, к числу которых, кроме высокой прочности, можно отнести меньшую, чем у медно-никелевых сплавов, литейную усадку, одноцветность наплавки с чугуном.
Читайте также: