Чавунна зварювання: способи і прийоми, застосовувані під час зварювання чавуну

Чавун є сплавом заліза і вуглецю (близько 2,1%) з вмістом кремнію (близько 3%), марганцю (близько 1%), сірки, фосфору, а також, як правило, легуючих добавок у вигляді хрому, нікелю, ванадію, алюмінію , магнію і т.д. Якщо в чавуні відсутні легирующие добавки і якщо він не пройшов термообробку, то міцність, твердість і пластичність його дуже низькі.

види чавуну

Вуглець присутній в чавуні у формі цементиту і графіту. Залежно від кількості цементиту і форми графіту чавуни можуть бути:

  • білими;
  • сірими;
  • ковкими;
  • половинчастими;
  • високоміцними.

Білим називається такий чавун, в якому вуглець представлений в формі цементиту. На зламі він світлий. Білому чавуну властива дуже висока твердість, тому він не підлягає обробці за допомогою ріжучого інструменту. Цей вид чавуну в основному використовується при виробництві куванням його різновиди.

Практично весь вуглець, що міститься в сірому чавуні, представлений графітом. Його злам має сірий колір. Сірому чавуну притаманні високі ливарні властивості, і він піддається всім видам металевої обробки.

Ковкий чавун проводиться з білого за допомогою його термічної обробки. Даний вид цього матеріалу використовується в основному для чавунних деталей в автомобіле- і тракторобудування.

У половинчастому чавуні вуглець присутній у формі графіту і цементиту. Він застосовується в якості фрикційного матеріалу і при виробництві деталей, що мають підвищену зносостійкість.

Високо-випробувальний чавун містить кулястий графіт, що утворюється при кристалізації. Цей матеріал застосовують при виробництві важливих деталей в машинобудуванні, при виготовленні високоміцних водопровідних труб, газо- і нафтопроводів.

Здатність чавуну до зварювання

Технологічна зварюваність чавуну дуже низька через наступні випадки:

  • при швидкому охолодженні зварного шва виникають вибілені ділянки, що володіють високим рівнем твердості, що негативно позначається на можливості подальшої механічної обробки;
  • в разі нерівномірного нагрівання та охолодження цього матеріалу на звареному шві з’являються тріщини, що пояснюється високим ступенем крихкості чавуну;
  • рідкотекучий характер сплаву обумовлює ускладнення утримання від витікання розплавленого металу, що ускладнює формування шва;
  • зварений шов може містити пори, викликані інтенсивним виділенням газу;
  • ймовірність непроварів через наявність тугоплавких оксидів, утворених внаслідок окислення кремнію та інших елементів.

Способи, що застосовуються для зварювання чавуну

При зварюванні чавуну використовуються покриті або вугільні електроди, порошковий дріт, а також обладнання газового зварювання.

З технологічної точки зору, в зварюванні чавунних виробів використовуються три основних напрямки:

  • отримання шва в складі матеріалу;
  • отримання низкоуглеродистого шва в складі матеріалу;
  • отримання шва зі сплаву кольорових металів в складі матеріалу.

Для запобігання утворенню загартованих і вибілених ділянок, а також тріщин використовується попередній прогрів деталей, що піддаються зварюванні. Ступеня прогріву дозволяють виділити такі різновиди зварювання:

  • гаряча – при підігріві від 600 до 650 ° С;
  • напівгарячому – при підігріві від 400 до 450 ° С;
  • холодна – без підігріву.

Дві перших різновиди застосовуються тоді, коли необхідно отримати в шовному металі чавун, властивості якого близькі до властивостей основного матеріалу. Під час гарячої зварювання холодна зварювана деталь прогрівається до 600-650 ° С, чим створюються умови для щодо рівномірного нагріву і досить повільного охолодження після зварювання, що є запорукою графитизации чавуну (виділення вуглецю у формі графіту) і запобігання виділення його в формі цементиту.

В процесі напівгарячої зварювання чавуну підвищення графитизации забезпечується за допомогою введення Графітізуючі речовин (алюмінію, титану, кремнію) в зварювану область і попереднього прогріву деталі на меншу, ніж під час гарячої зварювання, температуру.

Холодне зварювання чавуну виробляється в тих випадках, коли наявність цього матеріалу в складі шва не передбачено. Холодне зварювання також застосовується, якщо в матеріалі шва потрібне отримання чавуну, за умови застосування Графітізуючі речовин при незначних некрізних дефектах.

Шов з вмістом чавуну за допомогою дугового зварювання

Гаряча зварка має своєму складі наступні етапи:

  • підготовка деталей, що зварюються;
  • попереднє прогрівання;
  • зварювання;
  • уповільнене охолодження.

Під час підготовки виробляють ретельне очищення місця зварювання і оброблення крайок. З тим, щоб запобігти витіканню розплавленого матеріалу зварювальної ванни і з метою надання шву певної форми, виробляють формовку місця зварювання. Для виготовлення форм застосовуються графітові пластинки, що скріплюються за допомогою формувальної маси.

Після закінчення формування форму просушують, поступово підвищуючи її температуру до 120 ° С. Подальший прогрів деталі у формі проводиться за допомогою печі або іншого нагрівального пристрою. По завершенню зварювання уповільнене охолодження забезпечується, завдяки укривання теплоізоляційним шаром або завдяки спільному охолодженню деталі разом з пристроєм, в якому відбувався нагрів. Тривалість охолодження великих деталей може становити 3-5 доби.

В процесі дугового зварювання за допомогою гарячого ручного методу використовуються плавкі електроди, що мають чавунні стержні марки А або Б, або ж вугільні електроди. Гарячу зварювання виробляють без перерви на високих рівнях струму до завершення заварки. Якщо обсяг зварювальних робіт значний, то вони виконуються по черзі двома зварниками. У покритті литих прутків, що мають діаметр від 5 до 20 мм, містяться легирующие (феросиліцій, силикокальций, графіт, карборунд і т.п.) і стабілізуючі матеріали. На тримачі електрода повинен бути щиток для захисту руки робітника від високої температури. Сварка за допомогою вугільних електродів, що мають діаметр від 8 до 20 мм, виконується на постійних токах прямоїполярності.

Метод гарячої зварювання чавуну дає можливість отримати шов, практично рівнозначний за складом основній масі вироби з точки зору оброблюваності, механічних властивостей, щільності і т.д. Однак цей метод має такі недоліки:

  • велика трудомісткість виконуваних операцій, обумовлена ​​складною формуванням в місці зварювання, складністю рівномірного прогріву всієї маси виробу;
  • велика тривалість і висока дорожнеча процесу.

Однак в деяких випадках зварні шви з чавуну піддаються менш жорстким вимогам, коли потрібно, наприклад, лише певна міцність або равнопрочность шва. Це досягається за допомогою спеціальних технологічних прийомів і металургійних коштів в процесі зварювання при незначному підігріві або за умови відсутності попереднього підігріву, тобто за допомогою застосування технології напівгарячої або холодної зварювання чавуну.

Запобігання відбілювання чавуну може бути забезпечено за допомогою введення в наплавлений метал великого обсягу графито-заторів, а також легуючих елементів. Наприклад, чавунний стрижень зварювальних електродів марки ЕМЧ має підвищений вміст кремнію, що досягає 5,2%, а також двошарове покриття, в якому перший має легирующие властивості, а другий забезпечує газову і шлакову захист.

Холодне зварювання виробів із чавуну, що мають стінки завтовшки до 12 мм, за допомогою електродів марки ЕМЧ дозволяє утворити шви і прилеглу до них зону, що не містять загартованих і вибілених ділянок.

Для зварювання масивних чавунних деталей за допомогою електродів марки ЕМЧ отримання бездефектних швів забезпечується попередніми прогріванням до 400 ° С з урахуванням товщини чавуну і жорсткості виробів.

За допомогою електродів з нікелевих чавунів вдається отримати зварні шви, які мають хорошу оброблюваність. Однак імовірність формування гарячих тріщин при цьому підвищується. Зварювання виробляють в кілька шарів за допомогою зворотно-поступального переміщення електрода.

Легування електродами марки ЕМЧС забезпечується через покриття. Низьковуглецевий дріт утворює їх стержень, який має тришарове покриття: легуючих, шлако і газоутворюючих, газозахисних. У тому випадку, коли товщина зварювальних деталей становить 8-10 мм, бездефектні зварні з’єднання при використанні цих електродів можуть бути сформовані методом холодного зварювання, а в разі великих тріщин – методом гарячого зварювання.

Напівавтоматична холодна, напівгарячому і гаряча зварка чавуну виробляється, як правило, за допомогою порошкових дротів ПП-Анч-1, ПП-Анч-2, ПП-Анч-3 і т.п. Дроту містять сукупність модифікують елементів, що вводяться до складу шихти в формі лігатури на базі кремнію.

Газове зварювання

Одержання металу швів за допомогою газового зварювання розглядається як надійний спосіб отримання матеріалу шва, практично ідентичного основному металу вироби. Під час газового зварювання нагрівання та охолодження є більш тривалими і рівномірними в порівнянні з процесом дугового зварювання. Це дозволяє забезпечити більш сприятливі умови графітизації вуглецю і зниження ймовірності формування ділянок відбілювання в складі чавунних зварних швів і при шовного зони.

Операції газового зварювання бажано випереджати загальним або місцевим підігрівом. Краї скошуються V-образно так, щоб кут розкриття становив 90 °. З них за допомогою піскоструминного апарату або щітки видаляються бруд, іржа і масло. Їх прогрів проводиться за допомогою газового полум’я.

Використовувані присадочні прутки, як правило, є чавунними стрижнями, що належать до наступних марок:

  • «А» – використовується при гарячої газової зварюванні чавуну;
  • «Б» – використовується при газовому зварюванні чавунних виробів з місцевим нагріванням;
  • «НЧ-1» – застосовується при газовій зварці тонкостінних чавунних виробів;
  • «НЧ-2» – застосовується при газовій зварці товстостінних чавунних виробів;
  • «БЧ» і «ХЧ» – використовуються при зносостійкого наплавлення чавуну.

Діаметр прутка підбирається в діапазоні між d / 2 і (d / 2 + 1 мм), де d є товщиною основного металу деталі.

Газове зварювання чавуну вимагає застосування флюсу з метою:

  • захисту від окислення матеріалу зварювальної ванни;
  • перекладу тугоплавких оксидів заліза, кремнію та марганцю в легкоплавкі шлаки;
  • поліпшення сплавляемостью шляхом створення мікроуглубленія в процесі окислення і часткового розчинення графітних включень;
  • підвищення жидкотекучести матеріалу шлаків і зварювальної ванни.

У процесі зварювання необхідно частіше опускати пруток у флюс, а останній частіше досипати в зварювальну ванну. Ацетилен під час зварювання подається зі швидкістю 100-120 дм3 / год на кожен міліметр товщини деталі. Скошування крайок виробляють лише в тому випадку, коли товщина стінок перевершує 4 мм.

Ядро полум’я може періодично віддалятися від верху зварювальної ванни, але відновна його частина повинна постійно накривати поверхню ванни. У разі надмірної затримки полум’я в одному місці спостерігається вигоряння кремнію і вуглецю, що може викликати відбілювання чавуну.

Для заборони появи дефектів під час зварювання деталей, що мають складну форму, роботу слід проводити лише після загального попереднього підігріву.

Після закінчення зварювальних робіт виріб необхідно накрити шаром азбесту, щоб уповільнити процес охолодження деталі.

електрошлакове зварювання

У процесі електрошлакового зварювання в якості електродів застосовуються чавунні литі пластини. Застосовувані флюси повинні бути обезсірковуючу і неокислювального. За допомогою електрошлакового зварювання вдається отримати шви задовільної якості на деталях із сірого чавуну без утворення тріщин, пор, вибілених ділянок і інших дефектів.

Ссылка на основную публикацию