Зварювання чавуну
Гаряче зварювання чавуну
Найбільш радикальним засобом боротьби з утворенням відбілених і загартованих ділянок шва і навколошовної зони та утворенням пор і тріщин служить підігрів виробу з чавуну до температури 600…650°С і повільне охолодження його після зварювання (50…100°С/год).
Технологічний процес гарячого зварювання складається з наступних елементів: підготовка виробу під зварювання, попередній підігрів деталей; зварювання, подальше охолодження.
Підготовка під зварювання залежить від виду дефекту, що виправляється. Однак, у всіх випадках підготовка дефектного місця полягає в ретельному очищенні від забруднень і в обробленні для утворення порожнин, що забезпечують доступність для маніпулювання електродом і впливу зварювальної дуги. Для попередження витікання рідкотекучого металу зварювальної ванни, а в ряді випадків для додання наплавленого металу відповідної форми, місце зварювання формують. Формовку виконують залежно від розмірів і місця розташування дефекту за допомогою графітових пластинок, що скріплюються формувальною масою, яка складається з кварцевого піску, замішаного на рідкому склі, або іншими формувальними матеріалами, а також формувальними матеріалами, що застосовуються в ливарному виробництві. Після формування необхідна просушка форми при поступовому підйомі температури від 60 до 120°С, потім проводять подальший підігрів для зварювання зі швидкістю 120…150°С/год. в печах, горнах або тимчасових нагрівальних пристроях.
Деталі й чавунні виливки нагрівають до температури 300-700 о С (в залежності від форми деталі, дефекту, способи зварювання). Зварювання виконують чавунними електродами або порошковим дротом із присадкою керамічного стрижня. Підігрів необхідний для того, щоб після зварювання відбувалося рівномірне охолодження усього виробу і не утворювалися тріщини.
Для зварювання використовують електроди зі стрижнями з чавуну. До складу покриття, що наноситься на литі прутки, діаметром 5-20 мм, входять стабілізуючі і легуючі матеріали. В якості останніх, зазвичай, використовують графіт, карборунд, феросиліцій, силікокальцій, силікомагній та інші, що містять елементи графітизатори. Гаряче зварювання чавуну виконують на великих силах струму без перерв до кінця заварки дефекту, при великих обсягах зварюваного дефекту процес ведуть два зварника, що працюють по черзі.
Для гарячого зварювання чавуну можна використовувати дугове зварювання вугільним електродом. Зварюють на постійному струмі прямої полярності вугільними електродами діаметром 8 - 20 мм. У якості присадкового матеріалу використовують чавунні прутки. Для переводу тугоплавких окислів у легкоплавкі з'єднання застосовують флюси на борній основі, найчастіше технічну безводну (прожарену) буру. Вельми прогресивним, що значно полегшує умови праці є гаряче зварювання порошковим дротом ППЧ- 3. Гаряче зварювання чавуну дозволяє отримувати зварні з'єднання, рівноцінні зварювальному металу (за механічними характеристиками, щільністю, оброблювальністю та ін), проте це трудомісткий і дорогий процес.
Напівгаряче зварювання чавуну, що забезпечує в металі шва отримання сірого чавуну
Холодне зварювання чавуну електродами, позитивних результатів не забезпечує, так як при великих швидкостях охолодження, відповідно до умов проведення зварювання, утворюється структура білого чавуну в шві і високотемпературній області навколошовної зони, а також відбувається гартування ділянок зони термічного впливу. Виникаючі при цьому деформації перевищують деформаційну здатність металу, в результаті чого утворюються тріщини. Для попередження відбілювання необхідно забезпечити такий склад металу шва, для якого в цих умовах буде утворюватись структура сірого чавуну з найбільш сприятливою формою графітних включень. Це може бути досягнуто шляхом введення в наплавлений метал досить великої кількості графітизаторів (ванадій, ніобій, титан, електроди ЦЧ-4) і легування чавуну елементами, що сприяють сфероїдації карбідів (магній). Прикладом таких електродів можуть служити електроди марки ЭМЧ, стрижень яких представляє собою чавун з підвищеним (5,2 %) вмістом кремнію, покриття двошарове: перший шар - легуючий, другий - забезпечує газовий та шлаковий захист. Отримати в наплавленому металі і металі шва сірий чавун можна, застосовуючи спеціальні зварювальні матеріали, які забезпечують легування через електродне покриття. Прикладом таких матеріалів можуть служити електроди, стрижень яких виготовлений з низьковуглецевого дроту, наприклад, марок Св-08 або Св-08А, а в легуючому покритті міститься достатня кількість елементів графітизаторів - вуглецю і кремнію (ЦЧ-5). Найбільш характерні електроди марки ЕМЧС, стрижень яких складається з низьковуглецевого електродного дроту, а покриття з трьох шарів.
Для холодного та напівгарячого зварювання чавуну автоматами і, головним чином, напівавтоматами, використовують спеціальні порошкові дроти, що забезпечують отримання у шві сірого чавуну. Для холодного зварювання виробів з відносно невеликою товщиною стінок (у місці зварювання) рекомендується дріт марки ППЧ-1, для напівгарячого зварювання - дріт ППЧ-2.
Холодне зварювання чавуну електродами, що забезпечують отримання в наплавленому металі низьковуглецевої сталі
Холодне зварювання чавуну проводиться електродами діаметром 3 - 4 мм на низьких значеннях струму. Якщо виконати наплавку на чавун електродами, призначеними для зварювання вуглецевих або низьколегованих конструкційних сталей, то в 1-му шарі навіть при відносно невеликій частці участі основного металу отримують високовуглецеву сталь, яка при швидкостях охолодження, що мають місце в умовах зварювання без попереднього підігріву виробу, дасть структури загартування. У зв'язку зі сказаним, такі сталеві електроди можна застосовувати тільки для декоративного заварювання невеликих за розмірами дефектів, якщо до зварного з'єднання не пред'являються вимоги забезпечення міцності, щільності та оброблюваності ріжучим інструментом. З метою зменшення частки участі основного металу у шві, а також розмірів зони термічного впливу, в тому числі і ділянок відбілювання та гартування, застосовують електроди невеликих діаметрів. Спочатку виконують облицювання 1-м шаром. Зварювання виконують короткими ділянками, валиками невеликих перерізів врозкид з перервами для охолодження шва і навколошовної зони до температури 50 - 60°С. На 1-й шар наносять 2-й поперечними валиками, потім 3-й. Після 3-го шару можна застосовувати режими з дещо більшою погонною енергією, але також з перервами, щоб зона розігріву чавуну була невеликою. Для зменшення напружень корисно застосовувати проковку середніх шарів. При зварюванні чавуну низьковуглецевими електродами загального призначення найбільш слабке місце зварного з'єднання - навколошовна зона біля границі сплавлення. Крихкість цієї зони та наявність в ній тріщин нерідко призводять до відшарування шва від основного металу. Для збільшення міцності зварного з'єднання, коли до нього не пред'являється інших вимог (наприклад, при ремонті станин, рам, кронштейнів та інших несучих елементів товстостінних конструкцій), застосовують сталеві шпильки, які частково розвантажують найбільш слабку частину зварного з'єднання - лінію сплавлення.
Холодне зварювання чавуну електродами, що забезпечують отримання в металі шва кольорових і спеціальних сплавів
Для отримання швів, які мають досить високу пластичність в холодному стані, застосовують електроди, що забезпечують отримання в наплавленому металі сплавів на основі міді та нікелю. Мідь і нікель не утворюють сполук з вуглецем, але їх наявність у сплаві зменшує розчинність вуглецю в залізі і сприяє графітизації. Тому, потрапляючи в зону неповного розплавлення, прилеглу до шву, вони зменшують ймовірність відбілювання. Крім того, пластичність металу шва сприяє частковій релаксації зварювальних напружень і тим самим знижується ймовірність утворення тріщин у зоні термічного впливу. Для зварювання чавуну використовують мідно-залізні, мідно-нікелеві і залізо-нікелеві електроди. Існує кілька типів мідно-залізних електродів. Зварювання мідно-залізними електродами всіх типів слід виконувати таким чином, щоб не допускати сильного розігріву зварювальних деталей: на мінімально можливих струмах, що забезпечують стабільне горіння дуги, короткими ділянками врозкид, з перервами для охолодження зварювальних деталей. Основна перевага цих електродів - можливість проковки наплавленого металу в гарячому стані для зменшення рівня зварювальних напружень. Проковування обов'язкове, так як при цьому зменшується небезпека утворення тріщин у навколошовній зоні.