2. Способы сварки чугуна.

Чугун можно сваривать дуговой сваркой металлическим или угольным электродами, газовой сваркой, термитной сваркой и за­ливкой жидким чугуном.

По состоянию свариваемой детали различают три способа свар­ки чугуна: холодную, полугорячую и горячую. Холодную сварку выполняют без подогрева свариваемых деталей, полугорячую — при полном или местном подогреве до температуры 300 —400 ^СС, горя­чую — при полном нагреве до температуры 600 —800 ^ЭС. Эти способы сварки подразделяют на отдельные методы в зависимости от вида сварки, применяемых электродов и присадочного металла.

Выбор способа и метода сварки зависит от требований, предъ­являемых к сварному соединению, а в некоторых случаях и от производственных возможностей. При выборе метода сварки учитыва­ют необходимость механической обработки металла шва и околошов­ной зоны после сварки, необходимость получения однородности металла шва с металлом свариваемых деталей, требования к плот­ности сварного шва, а также нагрузки, при которых должны рабо­тать свариваемые детали.

1. Холодная сварка.

Этот способ сварки имеет несколько разно­видностей: стальными электродами, стальными электродами со спе­циальными покрытиями, стальными электродами с помощью шпилек, чугунными электродами, комбинированными электродами, медными электродами, электродами из монель - металла, электродами из ни­келевого аустенитного чугуна, газовая (ацетиленокислородным пла­менем).

Сварку стальными электродами применяют при ремонте неответ­ственных чугунных изделий небольших размеров с малым объемом наплавки, не требующих после сварки механической обработки. Сварное соединение неоднородно по структуре, часто не обладает достаточной плотностью и имеет низкую прочность.

Сварку электродами с защитно-легирующими покрытиями выпол­няют с V или Х-образной разделкой кромок. Для устранения неравномерного разогрева детали сваривают отдельными участками вразбивку. Длина отдельных наплавленных участков сварного шва не должна превышать 100—120 мм. После наплавки отдельных участков им дают возможность остыть до температуры 60 —80⁰С. При сварке изделий толщиной 8—15 мм сварку ведут с увеличен­ной шириной усиления шва (рис. 23). Сварку электродами с по­крытиями ОММ-5 и К-5 можно выполнять на переменном или на постоянном токе. Наилучшие результаты получают при сварке электродами с покрытием УОНИ-13/45. Сварку электродами с по­крытием УОНИ производят на постоянном токе обратной полярности.

Рис. 23. Сварка чугунных де­талей стальными электродами с увеличенной шириной усиле­ния сварного шва.

Сварка с помощью шпилек требует специальной подготовки изделий под сварку. Этим способом восстанавливают ответственные изделия как малых, так и больших габаритов (гидравлические и воздушные цилиндры, станины прессов, станков и др.), работаю­щие при значительных нагрузках и не требующие обработки после сварки.

При этом способе кромки свариваемых деталей скашивают под углом 45⁰ (при толщине деталей свыше 5 — 6 мм). Общий угол разделки должен составлять 90⁰ . В подготовленных кромках про­сверливают отверстия и нарезают резьбу. В отверстия ввертывают шпильки из низкоуглеродистой стали. Шпильки располагают в шахматном порядке (рис. 24). Они могут быть разных диаметров в за­висимости от толщины свариваемых деталей, при толщине сваривае­мых деталей до 10 мм диаметр шпилек не должен превышать 6 мм. В разделку уста­навливают шпильки большего диаметра, а около разделки ставят шпильки меньшего диаметра, как показано на рис. 60. Высота возвышения шпилек над поверхностью свариваемого металла должна быть 0,5—1,0 диаметра шпильки. Перед сваркой шпильки плотно ввертывают в тело свариваемого металла. Глубина посадки шпилек должна составлять 1—2 диаметра шпильки. Разделка кромок может быть V- и Х-образная. Наиболее часто применяют V-образную разделку на половину толщины свариваемого металла. Подготовлен­ный под сварку с ввернутыми шпильками металл должен быть очищен от грязи, масла, влаги и литейной корки.

Рис. 24. Подготовка чугунных деталей под сварку с помощью шпилек.

Сварку выполняют на постоянном или переменном токе с ис­пользованием электродов с защитно-легирующими покрытиями типов 342. Э42А, Э50 и Э50А. При толщине металла до 5 мм диаметр электрода берут 3 — 4 мм, при толщине 5—10 мм диаметр электрода 4 — 5 мм.

В процессе сварки вначале обваривают шпильки кольцевыми швами, затем заполняют участки между обваренными шпильками. После этого заплавляют уже всю разделку. При выполнении всех перечисленных операций сварку нужно вести короткими участками по 100—150 мм, чтобы не разогревать сильно изделие. Во избежа­ние коробления количество наплавленного металла должно быть минимальным, тонкостенные изделия реко­мендуется перед сваркой закреплять.

При толщине металла 10 мм в ответ­ственных деталях рекомендуется устанавли­вать между шпильками анкеры, изготовлен­ные из полосовой или круглой низко­углеродистой стали. Анкеры устанавливают под углом 45' или перпендикулярно к сварному шву (рис. 25), после того как будут заварены участки между шпильками. Ан­керы должны плотно прилегать средней частью к наплавленному металлу, а кон­цами к свариваемой детали. По толщине анкеры можно заваривать не полностью. Длину анкеров берут в за­висимости от ширины свариваемого участка, а толщину или диаметр в пределах 6—12 мм.

Рис.25. Сварка чугунных деталей с помощью шпилек и анкеров.

Стальными электродами со специальным покрытием сваривают изделия несложной формы, средних размеров и массы, с тол­щиной стенок до 15 мм, работающие при незначительных стати­ческих и ударных нагрузках. Сварное соединение неоднородно по структуре, однако металл сварного шва по составу и свойствам достаточно близок к серому чугуну. При правильном и достаточно тщательном выполнении сварки можно получить плотное соединение, поддающееся обработке режущим инструментом. Этот метод сварки пригоден для заварки литейных дефектов с небольшим объемом наплавки.

Существуют несколько составов специальных покрытий электро­дов. Эти покрытия в основном состоят из графита, ферросилиция и меди. В зависимости от процентного содержания тех или иных компонентов в электродном покрытии можно получить различный химический состав наплавленного металла. Важную роль в составе покрытия играет ферросилиций, который как графитизатор способствует получению серого чугуна. Стальные электроды со специаль­ными покрытиями имеют стальной стержень из низкоуглеродистой сварочной проволоки Св-08 или Св-08А. Режимы сварки берут такие же, как и при сварке чугуна обычными сталь­ными электродами.

Сварку чугунными электродами в холодном состоянии в боль­шинстве случаев применяют для исправления дефектов чугунного литья — мелких литейных пор, рыхлостей, раковин и трещин. Металл сварного шва можно получить близким по химическому составу к основному металлу, однако в металле сварного шва и прилежащих к нему зонах наблюдается отбел, что затрудняет последую­щую механическую обработку.

Чугунные электроды изготовляют из круглых литых прутков.

На поверхности прутков не должно быть пор, раковин и других дефектов. Прут­ки изготовляют из чугуна двух марок: А и Б. Прутки марки А применяют для газовой сварки и для стержней электродов при горячей сварке, марки Б — для стержней электродов, предназна­ченных для холодной, полугорячей и горячей сварки. Компоненты электродных покрытий для чугунных электродов замешивают на жидком стекле.

Чугунными электродами можно сваривать только в нижнем по­ложении как на постоянном, так и на переменном токе.

Медными электродами сва­ривают изделия, работающие при незначительных статических нагрузках, а также изделия, требующие плотных швов. Вы­полненный медными электро­дами сварной шов обрабаты­вают режущим инструментом. Этот способ сварки можно применять для заварки мелких дефектов в отливках, а также для ремонта малогабаритных деталей.

Медные электроды изготовляют из стержней диаметром 3 — 6 мм, которые затем обертывают стальной низкоуглеродистой лентой или проволокой. На подготовленный стержень наносят меловое покрытие. Вместо обертки из стальной ленты для медных электродов при­меняют также специальное покрытие, имеющее следующий состав масс, ч:

Титановая руда 5

Ферросилиций 50

Алюминий в порошке 15

Графит 20

Мрамор 15

Плавиковый шпат 10

Медными электродами можно сваривать на постоянном и на переменном токе. Лучшие результаты получаются при сварке на постоянном токе обратной полярности.

Сварку электродом из монель - металла применяют в тех слу­чаях, когда от сварного соединения не требуется большой проч­ности. В большинстве случаев этот метод сварки применяют для заварки дефектов литья, расположенных в неответственных местах отливки. Сварной шов хорошо обрабатывается режущим инстру­ментом.

Электроды из монель - металла состоят из медно-никелевых стерж­ней диаметром 3 — 6 мм и специального покрытия. Сварку производят на постоянном токе обратной полярности. Валики накладывают короткими участками по 60 — 70 мм, после чего им дают остыть. В процессе сварки валики подвергают легкой проковке.

Сварку электродами из никелевого аустенитного чугуна приме­няют при исправлении дефектов в отливках. Механическая обра­ботка наплавленного металла затруднительна, особенно при одно­слойной наплавке. Сварное соединение имеет достаточно высокую прочность. Электроды состоят из чугунных легированных никелем прутков и специальных покрытий.

Примерный химический состав никелевого чугуна следующий, %:

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 % углекислого бария или углекислого стронция, разведенных на жидком стекле. Кроме того, можно применять покрытие УЗТМ-81, наносящееся на электродный стержень в два слоя. Первый слой состоит из алюминиевого порошка, а второй слой имеет следующий состав, %:

Графит 55

Титановая руда 30

Алюминий металлический в порошке 10

Мрамор 5

Сварку выполняют как на переменном, так и на постоянном токе. При многослойной сварке швы подвергают легкой проковке.

Сварные швы, выполненные в несколько слоев, поддаются обработке режущим инструментом.

Газовая сварка является весьма распространенным способом ремонта чугунных деталей. При использовании в качестве приса­дочного металла латунных прутков сварной шов получается доста­точно плотным и поддается механической обработке. Газовую свар­ку чугуна можно разделить на сварку и на пайку. При сварке в качестве присадочного металла применяют стальную сварочную про­волоку Св-08 и Св-08А или стержни из чугуна марки А, при пайке — латунные прутки

В холодном состоянии с применением в качестве присадочного металла чугунных прутков сваривают неответственные детали с малым объемом наплавки. Для обеспечения выхода газов жидкий ме­талл сварочной ванны перемешивают концом присадочного чугун­ного прутка.

При ремонте чугунных де­талей в холодном состоянии в большинстве случаев применя­ют газовую пайку. Она харак­теризуется тем, что присадка или припой расплавляются, а металл детали остается в нерасплавленном состоянии. Для увеличения поверхности сцепления наплавленного металла с металлом детали кромки последней подготовляют, как показано на рис. 26. Перед сваркой кромки детали прогревают, а затем посыпают флюсом. После этого разделку заплавляют латунью. Наконечник горелки берут из расчета расхода 50 — 75 л/ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемой де­тали. В процессе сварки в жидкий металл периодически подают флюс, а сварочную ванну непрерывно перемешивают концом при­садочного прутка.

Рис. 26. Подготовка кромок для пайки чугуна латунью.