Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали

Если выполнить наплавку на чугун электродами, предназначенными для сварки углеродистых или низколегированных конструкционных ста­лей, то в 1-м слое даже при относительно небольшой доле участия основ­ного металла получится высокоуглеродистая сталь, которая при скоро­стях охлаждения, имеющих место в условиях сварки без предварительно­го подогрева из-делия, приобретает резкую закалку. Поэтому металл 1-го слоя будет иметь высокую твердость, низкую деформационную способ­ность и окажется подверженным образованию холодных трещин, а также пористости. Во 2-м слое, естественно, доля участия чугуна уменьшится, однако содержание углерода в нем будет находиться еще на высоком уровне, что также приведет к закалке и возможному образованию тре­щин. В последующих слоях доля участия чугуна окажется незначитель­ной, и металл шва будет обладать определенным уровнем пластичности.

В связи со сказанным такие стальные электроды можно применять то-лько для декоративной заварки небольших по размерам дефектов, если к сварному соединению не предъявляются требования обеспечения проч­ности, плотности и обрабатываемости режущим инструментом. 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 последую-щих 3 ... 4 мм), на малых токах I_св = (20 ... 25)d_э, не перегревая основной металл.

Сначала выполняют облицовку 1-м слоем. Сварку выполняют корот­кими участками, валиками небольших сечений F_H = (6 ... 8) d_эвразброс для ох-лаждения шва и околошовной зоны до температуры 50 ... 60 °С. После 3-го слоя можно применять режимы с несколько большей погонной энерги­ей, но также с перерывами, чтобы зона разогрева чугуна была небольшой. Для уме-ньшения напряжений полезно применять проковку средних слоев.

При сварке чугуна низкоуглеродистыми электродами общего назна­чения 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, когда к нему не предъявляется дру­гих требований (например, при ремонте станин, рам, кронштейнов и дру­гих несущих элементов толстостенных конструкций), применяют сталь­ные шпильки, которые частично разгружают наиболее слабую часть сварного соединения - линию сплавления.

Шпильки имеют резьбу, их ввертывают в тело свариваемой детали. Размеры шпилек обычно зависят от толщины свариваемых деталей. Практикой установлены следующие рекомендации: диаметр шпилек 0,3 ... 0,4 толщины детали, но не более 12 мм; глубина ввертывания шпи­лек 1,5 диаметра их, но не более половины толщины свариваемых дета­лей; высота выступающей части 0,75 ... 1,2 диаметра шпильки. 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 диаметров шпильки.

Сварку выполняют в следующем порядке. Сначала обваривают каж­дую шпильку и облицовывают поверхности кромок электродами диамет­ром 3 мм на малых токах. Затем на облицованные кромки и шпильки на­плавляют валики и окончательно заполняют разделку (рис. 11.6).

При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения количест­ва наплавленного металла рекомендуется в шов вваривать связи из круг­лой или полосовой стали (рис. 11.6, в). Для удержания расплавленного металла шва рекомендуется заформовать трещину (рис. 11.6, г).

Для снижения содержания углерода в металле шва предложено вы­пол-нять сварку по слою флюса, содержащего до 30 % железной окалины (нап-ример: буры 50 %, каустической соды 20 %, железной окалины 30 %).

Углерод, попадающий в сварочную ванну, в высокотемпературной ее части активно окисляется и выводится из нее в виде окиси углерода, не раст-воримой в металле. В результате концентрация углерода к моменту затверде-вания сварочной ванны * снижается. Твердость металла шва уменьшается, деформационная способность возрастает.

Однако для более полного эффекта выжигания углерода необходимо применять режимы сварки, характеризующиеся относительно большой по-гонной 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 частичной релаксацией сварочных напряжений, что снижает вероятность образования трещин в зоне термического влияния.

Для сварки чугуна используют медно-железные, медно-никелевые и

железоникелевые электроды.

Существует несколько типов медно-железных электродов:

1. Медный стержень с оплеткой из жести толщиной 0,25 ... 0,3 мм, ко-торую в виде ленты шириной 5 ... 7 мм навивают на стержень по вин­товой линии. На электрод наносят ионизирующее толстое покрытие. Либо элект-род со стержнем, изготовленным из комбинированной прово­локи, представ-ляющий собой сердечник стальной проволоки, плотно за­прессованный в мед-ную трубку, изготовляют на станках для производст­ва порошковой проволо-ки.

Может быть также и другой вариант: медный стержень со стальной оболочкой. Во всех разновидностях содержание железа в наплавленном ме-талле не должно превышать 10 ... 15 %, так как в противном случае в шве образуются (в большом количестве) очень твердые включения желе­за с высо-ким содержанием углерода, ухудшающие обрабатываемость и снижающие пластичность шва.

2. Пучок электродов, состоящий из одного или двух медных стерж­ней и стального электрода с защитным покрытием любой марки. Пучок связыва-ют в четырех-пяти местах медной проволокой и на конце, встав­ляемом в электрододержатель, прихватывают для надежного контакта между всеми стержнями.

3. Наиболее совершенные из числа медно-железных электродов –электроды марки 03Ч-1, представляющие собой медный стержень диаметром 4 ... 5 мм, на который нанесено покрытие, состоящее из сухой смеси покрытия УОНИ-13 (50 %) и железного порошка (50 %), замешен­ных на жидком стекле.

Медно-железный сплав в шве получается также при сварке медными электродами по слою специального флюса, который состоит из прока­ленной буры (50 %), каустической соды (20 %), железной окалины (15 %) и желез-ного порошка (15 %). Флюс насыпают слоем толщиной около 10 мм, расплавляют дугой; далее по мере перемешивания дуга горит ме­жду медным электродом и расплавленным флюсом.

Рис. 11.6. Сварка чугуна с применением стальных шпилек:

установка шпилек при V-образной подготовке кромок; б - обварка шпилек;

в - вварка стальных связей: У - отверстия с резьбой;

2 - шпильки; 3 - связи; 4 - обварка шпилек и связей; 5 - заварка трещин;

г - формовка при сварке чугуна: / - верхняя; 2 - боковая

Существует несколько типов медно-железных электродов:

1. Медный стержень с оплеткой из жести толщиной 0,25 ... 0,3 мм, ко-торую в виде ленты шириной 5 ... 7 мм навивают на стержень по вин­товой линии. На электрод наносят ионизирующее толстое покрытие. Либо элект-род со стержнем, изготовленным из комбинированной прово­локи, представ-ляющий собой сердечник стальной проволоки, плотно за­прессованный в мед-ную трубку, изготовляют на станках для производст­ва порошковой проволо-ки.

Может быть также и другой вариант: медный стержень со стальной оболочкой. Во всех разновидностях содержание железа в наплавленном ме-талле не должно превышать 10 ... 15 %, так как в противном случае в шве образуются (в большом количестве) очень твердые включения желе­за с высо-ким содержанием углерода, ухудшающие обрабатываемость и снижающие пластичность шва.

2. Пучок электродов, состоящий из одного или двух медных стерж­ней и стального электрода с защитным покрытием любой марки. Пучок связыва-ют в четырех-пяти местах медной проволокой и на конце, встав­ляемом в электрододержатель, прихватывают для надежного контакта между всеми стержнями.

3. Наиболее совершенные из числа медно-железных электродов –электроды марки 03Ч-1, представляющие собой медный стержень диаметром 4 ... 5 мм, на который нанесено покрытие, состоящее из сухой смеси покрытия УОНИ-13 (50 %) и железного порошка (50 %), замешен­ных на жидком стекле.

Сварку медно-железными электродами всех типов 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.

Более удачным оказался другой путь. В металл шва вводят сильный карбидообразователь - ванадий. В этом случае в основном образуются кар-биды данного элемента, не растворяющиеся в железе и имеющие форму мелкодисперсных нетвердых включений. Металлическая основа при этом оказывается обезуглероженной и достаточно пластичной. При­мером могут служить электроды марки ЦЧ-4 со стержнем из низкоугле­родистой прово-локи марок Св-08 или Св-08А и покрытием следующего состава: мрамор 12 %, плавиковый шпат 16 %, феррованадий 66 %, фер­росилиций 4 %, поташ 2 %, жидкое стекло 30 % массы сухой смеси.

Металл, наплавленный этими электродами, имеет следующий со­став: до 0,15 % С; до 0,6 % Si; 0,5 % Мп; 8,5 ... 0,5 % V; серы и фосфора до 0,04 % каждого. Этими электродами сначала облицовывают кромки на малых токах. Сварку выполняют параллельными валиками с перекрыти­ем каждого преды-дущего на половину его ширины. После 2-го слоя силу тока увеличивают на 15 ... 20 %; окончательно разделку заполняют элек­тродами У ОНИ-13/45.

Медно-железный сплав в шве получается также при сварке медными электродами по слою специального флюса, который состоит из прока­ленной буры (50 %), каустической соды (20 %), железной окалины (15 %) и желез-ного порошка (15 %). Флюс насыпают слоем толщиной около 10 мм, расп-лавляют дугой; далее по мере перемешивания дуга горит ме­жду медным электродом и расплавленным флюсом.

Сварку медно-железными электродами всех типов 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.

Более удачным оказался другой путь. В металл шва вводят сильный карбидообразователь - ванадий. В этом случае в основном образуются кар-биды данного элемента, не растворяющиеся в железе и имеющие форму мелкодисперсных нетвердых включений. Металлическая основа при этом оказывается обезуглероженной и достаточно пластичной. При­мером могут служить электроды марки ЦЧ-4 со стержнем из низкоугле­родистой прово-локи марок Св-08 или Св-08А и покрытием следующего состава: мрамор 12 %, плавиковый шпат 16 %, феррованадий 66 %, фер­росилиций 4 %, поташ 2 %, жидкое стекло 30 % массы сухой смеси.

Металл, наплавленный этими электродами, имеет следующий со­став: до 0,15 % С; до 0,6 % Si; 0,5 % Мп; 8,5 ... 0,5 % V; серы и фосфора до 0,04 % каждого. Этими электродами сначала облицовывают кромки на малых токах. Сварку выполняют параллельными валиками с перекрыти­ем каждого преды-дущего на половину его ширины. После 2-го слоя силу тока увеличивают на 15 ... 20 %; окончательно разделку заполняют элек­тродами У ОНИ-13/45.

Область применения таких электродов - сварка поврежденных деталейи заварка дефектов в отливках из серого и высокопрочного чугуна. В случае необходимости можно также сваривать соединения серого и высокопрочного чугуна со сталью. Сварные соединения, выполненные ними электродами, имеют удовлетворительную обрабатываемость, плотность и достаточно вы-сокую прочность. К способам, обеспечивающим получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали, мож­но также отнести механизированную сварку короткими участками элек­тродной проволокой марок Св-08ГС или Св-08Г2С диаметром 0,8 ... 1 мм в углекислом газе. Сила сварочного тока составляет 50 ... 75 А, напряже­ние дуги 18 ... 21 В, скорость сварки 10 ... 12 м/ч.