Сварка чугуна
Сварка чугуна осуществляется дуговой сваркой угольными или же металлическими электродами, термитной сваркой, газовой сваркой. Существует несколько способов сварки чугуна:
— холодный
-полугорячий
-горячий
Холодная сварка осуществляется без предварительного нагрева свариваемых деталей, полугорячая сварка производится при локальном нагреве до температуры 300-400°C, горячая сварка выполняется при полном нагреве до температуры 6 00-800°C. Эти способы сварки делятся на отдельные методы в зависимости от типа сварки, используемых электродов и присадочного металла.
Выбор метода и способа сварки зависит от требований предъявляемых к сварному соединению, а в некоторых случаях и от производственных возможностей. При выборе метода сварки учитывайте необходимость обработки металла шва после сварки, необходимость поддержания однородности металла шва с металлом свариваемых деталей, требования к плотности сварки и нагрузки, при которых свариваемые детали должны использоваться, учитывается необходимость обработки металла шва после сварки.
к плотности сварного шва, а также нагрузки, при которых должны работать свариваемые детали.
Холодная сварка
Этот способ сварки включает несколько видов сварки: сварка чугуна стальными электродами, сварка стальными электродами со специальными покрытиями, сварка стальными электродами с помощью болтов, стальных электродов, комбинированных электродов, медных электродов, электродов из монельного металла, электродов из никель-аустенитного литья, газа (ацетилен-кислородное пламя).
Холодная сварка стальными электродами используется при ремонте неответственных чугунных деталей сравнительно небольших размеров с малым объемом выплавки, не требующих механической обработки после сварки. Сварной шов неоднороден по структуре, часто не имеет достаточной плотности и имеет низкую прочность.
Сварка электродами с защитными легирующими покрытиями выполняется с помощью V-образного или X- образного среза кромок. Для исключения неравномерного нагрева, детали привариваются друг к другу отдельными частями. Длина отдельных свариваемых участков сварного шва не должна быть больше 100-120 мм. После сварки отдельных участков сварки они могут остыть до температуры от 60 до 80 ° C. При сварке изделий толщиной 8-15 мм сварка выполняется с увеличенной шириной армирования шва (рис. 1) выполнено.
Сварка электродами с покрытием ОММ-5 и К-5 может проводиться переменным или постоянным током. Самые хорошие результаты получаются при сварке электродами с покрытием UONI-13/45. Сварка электродами с УОНИ-покрытием выполняется постоянным током обратной полярности.
Сварка болтами требует специальной подготовки свариваемых изделий. Таким способом восстанавливаются ответственные детали малых и больших размеров, которые работают под значительными нагрузками и не требуют механической обработки после соединения сваркой.
При этом способе кромки свариваемых деталей скашиваются под углом 45° (при толщине деталей более 5-6 мм). Общий угол резки должен составлять 90 °. В подготовленных кромках просверливаются отверстия и нарезается резьба. В отверстия вкручиваются болты из низкоуглеродистой стали. Шпильки расположены в шахматном порядке (рис. 2). Они могут иметь разный диаметр в зависимости от толщины свариваемых деталей, при толщине свариваемых деталей до 10 мм диаметр шпилек не должен превышать 6 мм. При большой толщине свариваемых деталей диаметр шпилек подбирается приблизительно по табл.1. В этом случае болты большего диаметра устанавливаются в режущую кромку, а болты меньшего диаметра размещаются рядом с режущей кромкой, как показано на рисунке 2.
Величина выступания шпилек над поверхностью свариваемого металла должна составлять 0,5 — 1 диаметра шпильки. Перед сваркой болты плотно ввинчиваются в корпус свариваемого металла. Глубина посадки шпилек должна составлять 1-2 дюйма от диаметра шпильки. Обрезка кромок может быть V-образной или X-образной. Чаще всего используется V-образная резка на половину толщины свариваемого металла. Металл, подготовленный к сварке с ввинченными в него болтами, необходимо очистить от грязи, масла, влаги и налипшей корки.
При толщине металла до 5 мм диаметр электрода составляет 3-4 мм, при толщине 5-10 мм диаметр электрода составляет 4-5 мм. Приблизительный режим сварки выглядит следующим образом::
Диаметр электрода, мм 3 4 5
Сила тока и 90-100 130-160 180-200
При сварке шпильки сначала обвариваются кольцевыми швами, затем заполняют участки между обшитыми шпильками. После этого они уже растопят всю нарезку целиком. Все вышеперечисленные сварочные операции требуют, чтобы сварка производилась короткими отрезками по 100-150 мм, чтобы изделие сильно не нагревалось. Чтобы избежать коробления, количество расплавленного металла должно быть минимальным, перед сваркой рекомендуется закрепить тонкостенные изделия.
При толщине металла 10 мм рекомендуется устанавливать анкеры из низкоуглеродистой полосовой или круглой стали между шпильками в ответственных частях. Анкеры устанавливаются под углом 45° или перпендикулярно сварному шву (рис.,
после того, как участки между болтами будут приварены. Анкеры должны плотно прилегать центральной частью к расплавленному металлу, а концами — к свариваемой детали. Длина анкеров берется в пределах 6-12 мм в зависимости от ширины свариваемого участка и толщины или диаметра.
Стальные электроды со специальным покрытием используются для сварки изделий простой формы, среднего размера и массы с толщиной стенки до 15 мм, работающих при малых статических и ударных нагрузках. Сварной шов неоднороден по структуре, однако металл свариваемого шва по составу и свойствам довольно близок к серому чугуну. При правильном и тщательном выполнении сварки можно получить плотное соединение, которое можно обработать режущим инструментом. Этот метод сварки подходит для сварки дефектов заливки при небольшом объеме сварки.
Есть несколько составов специальных электродных покрытий. Эти покрытия в основном состоят из графита, ферросилиция и меди. В зависимости от процентного содержания определенных компонентов в электродном покрытии может быть получен разный химический состав расплавленного металла. Важную роль в составе покрытия играет ферросилиций, который в качестве графитизатора способствует получению серого чугуна. Стальные электроды со специальными покрытиями имеют стальной стержень из никоуглеродистой сварочной проволоки Св-08 или Св-08А. Составы наиболее распространенных специальных покрытий приведены в таблице 2.
Режимы такие же, как и при сварке чугуна обычными стальными электродами.
Холодная сварка стальными электродами в большинстве случаев используется для исправления дефектов чугуна — мелких литейных пор, рыхлостей, раковин и трещин. Сварной металл может быть близким по химическому составу к основной массе металла, однако в сварном металле и прилегающих областях он становится более твердым, что затрудняет последующую обработку.
Чугунные электроды изготавливаются из круглых литых стержней следующих размеров, мм.
Диаметр 4 6 8,10,12
длина 250 350 450
Отклонение допуска длины стержня составляет ±15 мм. На поверхности стержня не должно быть пор, раковин или других дефектов. Прутки изготавливаются из чугуна двух марок: А и В (табл.3).
Стержни марки А используются для газовой сварки и для электродных стержней при горячей сварке, марки В — для электродных стержней, предназначенных для холодной, полугорячей и горячей сварки. Компоненты электродных покрытий для чугунных электродов замешиваются на жидком стекле.
С помощью чугунных электродов сваривать можно только в нижнем положении как при постоянном, так и при переменном токе. Режимы холодной сварки чугунными электродами приведены в табл.4.
Медные электроды применяются при сварке деталей, работающих при небольших статических нагрузках, а также изделий, требующих плотных швов. Сварной шов, выполненный с использованием медных электродов, обрабатывается режущим инструментом. Этот способ сварки применяется для сварки мелких дефектов отливок и ремонта мелких деталей.
Медные электроды изготавливаются из стержней диаметром 3-6 мм, которые затем обматываются низкоуглеродистой стальной лентой или проволокой. На подготовленную сердцевину наносится меловое покрытие. Специальное покрытие, имеющее следующий массовый состав, h: титановая руда 5, также используется вместо обертки из стальной ленты для медных электродов
Ферросилиций 50
Алюминий в порошке 15
Графит 20
Мрамор 15
Плавиковый шпат 10
Медными электродами можно сваривать как при постоянном, так и при переменном токе. Наилучшие результаты достигаются при сварке постоянным током обратной полярности.
Сварка металлическим электродом из монель-металла применяется в тогда, когда сварное соединение не требует большой прочности. В большинстве случаев метод этой сварки используется для заварки дефектов отливки, которые находятся в неотвественных местах отливки. Сварной шов хорошо обрабатывается режущим инструментом.
Электроды монель-металла изготовлены из медно-никелевых стержней диаметром 3-6 мм со специальным покрытием. Составы покрытий для электродов приведены в таблице.5.
Сварка выполняется с использованием постоянного тока обратной полярности. Валики наносят короткими отрезками по 60-70 мм, после чего дают им остыть. В процессе сварки валики подвергаются легкой проковке.
Сварка электродами из никелевого аустенитного литья применяется при исправлении дефектов отливок. Механическая обработка наплавленного металла затруднительна, особенно при однослойной плавке. Сварной шов обладает довольно высокой прочностью.
Электроды состоят из чугунных легированных никелем прутков и специальных покрытий.
Примерный химический состав никелевого чугуна следующий, в % :
Углерод 2,5
Кремний 2-2,5
Марганец 0,6-0,8
Никель 20-22
Медь 5
Сера 0,05-0,6
Фосфор 0,1-0,2
Покрытие состоит из 70% карборунда и 30% карбоната бария или карбоната стронция, разбавленных на жидком стекле. Кроме того, еще можно использовать покрытие из USTM-81, которое наносится на электродный стержень в два слоя. Первый слой состоит из алюминиевого порошка, а второй слой имеет следующий состав,%:
Графит 55
Кремний 2-2,5
Металлический алюминий в порошке 10
Мрамор 5
Сварка выполняется как на переменном, так и на постоянном токе. При многослойной сварке швы подвергаются легкому проковыванию. Сварные швы, выполненные в несколько слоев, можно обрабатывать режущим инструментом.
Газовая сварка — очень распространенный способ ремонта чугунных деталей. При использовании латунных стержней в качестве присадочного металла сварной шов становится довольно плотным и готовым к обработке. Газовую сварку чугуна можно разделить на сварку и пайку. При сварке в качестве присадочного металла используется сварочная проволока СВ-08 и СВ-08А или стержни из чугуна марки А, при пайке используются латунные стержни, химический состав которых приведен в таблице 6.
Состав флюсов, используемых при сварке и пайке, приведен в табл. 7.
В холодном состоянии, с использованием чугунных прутков в качестве присадочного металла, неответственные детали свариваются с небольшим объемом расплава. Приблизительные режимы газовой сварки приведены в табл.8. Для обеспечения отвода газа жидкий металл сварочной ванны перемешивают концом присадочного чугунного стержня.
При ремонте чугунных деталей в холодном состоянии в большинстве случаев используется газовая пайка. Он характеризуется тем, что добавка или припой расплавляются, а металл детали остается в нелегированном состоянии. Чтобы увеличить площадь сваривания наплавляемого металла с металлом детали, подготавливают детали кромки последнего, как показано на рис. 4.
Перед сваркой кромки деталей нагревают, а затем посыпают флюсом. После этого разделку заплавляют латунью. Наконечник горелки отбирается из расчета расхода ацетилена 50-75 л/ч на 1 мм толщины свариваемой детали. При сварке в жидкий металл периодически подается флюс, и сварочная ванна непрерывно перемешивается концом присадочного стержня.
Полугорячая сварка
Сварка чугуна с полунагревом выполняется, когда свариваемая деталь нагревается до 300-400°C. Способствует более медленному охлаждению металла шва и прилегающих участков после сварки. Медленное охлаждение в значительной степени предотвращает образование отбеленных участков, что позволяет проводить механическую обработку сварных соединений. Детали перед сваркой нагревают в термических печах, горелках или с помощью газовых горелок кислородно-ацетиленовым пламенем. При нагревании с помощью газовой горелки необходимо следить за тем, чтобы нагретая поверхность нагревалась равномерно.
Сварку полугорячим способом можно проводить с помощью низкоуглеродистых стальных электродов с защитными легирующими покрытиями, такими как ОММ-5, МР-3, К-5 и УОНИ — 13, специальных стальных электродов, железных электродов и пламени ацетилен-кислород с использованием стержней с присадками к железу. При сварке сплошных трещин или при сварке дефектов по краям деталей необходимо использовать графитовые формы, которые предотвращают вытекание жидкого металла из сварочной ванны. Во время сварки постоянно держите значительное количество расплавленного металла в сварочной ванне и тщательно перемешивайте его с концом электрода или присадочного стержня. Для медленного охлаждения свариваемые детали покрывают мелким древесным углем или сухим песком.
Горячая сварка чугуна
Горячая сварка — это процесс сварки чугунных деталей или конструкций с предварительным нагревом.
Мелкие детали предварительно нагревают до 500-700°C, крупногабаритные (толщина стенок более 30 мм) — до 700-800°C.
Горячая сварка включает в себя следующие операции: механическую обработку места сварки, придание формы свариваемым деталям, нагрев, сварку и охлаждение свариваемых деталей.
Механическая обработка заключается в удалении дефектных участков и очистке их от масла, грязи, шлака и формовочной смеси. При сварке двух отломанных частей скоса кромки не делают, а оставляют зазор между ними, обеспечивающий доступ электрода. Стенки деталей в зазоре должны быть механически обработаны.
Чтобы защитить расплавленный металл от вытекания, свариваемые участки формируют с помощью формовочной смеси и графитовых пластин (рис. 5).
Детали нагреваются в специальных нагревательных печах, колодцах, горнах или с помощью индукционных нагревателей. В некоторых случаях на месте сварки устанавливают временные нагревательные горны и печи.
Для горячей сварки чугуна используются железные электроды со стержнями марок А и В. Наиболее распространенными электродными покрытиями для горячей сварки являются ОМ-1 и USTM -74. Из-за значительного объема расплавленного металла при горячей сварке используются электроды большого диаметра (8-16 мм).
Чугунные детали свариваются с помощью чугунных электродов в следующих режимах:
Диаметр электрода, мм 8 10 12 16
Сила тока и 600-700 750-800 1000-1200 1500-1800
Сварка выполняется без перерыва, чтобы металл сварочной ванны все время находился в расплавленном состоянии. После сварки детали необходимо медленно охладить вместе с нагревательной печью или под слоем мелкого древесного угля. Охлаждение крупных деталей может занять несколько дней.
