При осуществлении холодной электродуговой сварки все металлургические процессы в сварочной ванне завершаются в течение секунд. Кристаллизация наплавленного металла проте­кает в условиях очень быстрого охлаждения. В связи с этим в процессе холодной сварки чугуна стальными или чугунными
электродами наплавленный металл, как правило, имеет высокую твердость, исключающую возможность обработки резцом. В зоне термического влияния образуются трещины, ослабляющие свар­ное соединение.

В практической работе часть трудностей, связанная с полу­чением твердой и непрочной наплавки, преодолевается примене­нием различных электродов из цветных и других специальных сплавов (медно-никелевых, железоникелевых, медно-стальных и др.). Однако применяя электроды на медно-никелевой, мед­но-стальной, железоникелевой основах, необходимо помнить, что медь и никель являются дефицитными материалами, исполь­зование которых для сварки чугуна создает безвозратный расход меди и никеля. Поэтому расходование электродов на их основе следует всемерно сокращать за счет более широкого применения сварки чугуна чугуном.

Рис. 23. Схема сварного соединения:

1 — наплавленный металл; II — зона сплавления (область взаимной кристал­лизации); III — зона термического

влияния:

I— участок " перегрева (950 —1100° С);

2 — участок нагрева до температуры 750—950° С;т3 — участок нагрева до температуры 700—750° С (переход к неизменной структуре основного ^ металла; IV — основной металл

Трудности, связанные с появлением повышенной твердости, трещин и ослаблением основного металла в зоне термического влияния, возникают в результате тепловых явлений сварочного процесса. Эти трудности должны преодолеваться технологиче­скими мероприятиями при выполнении сварки.

При холодной сварке чугуна образуется разнородное сварное соединение, для которого характерно наличие обособленных зон (рис. 23): зоны наплавленного металла; зоны сплавления, имею­щей склонность подкаливаться, и зоны термического влияния, характеризующейся в определенной части понижением механи­ческой прочности. В условиях холодной сварки чугуна образо­вание этих зон создает основные трудности, обусловленные при­родными свойствами чугуна.

Зона наплавленного металла. При сварке основной металл (чугун) расплавляется на некоторую глубину. Расплавленный основной металл перемешивается в сварочной ванне с металлом электрода. Если при этом металл электрода способен 'образовы­вать соединения с углеродом (стальные, чугунные, медносталь­ные электроды), то под действием диффузии наплавленный металл науглероживается за счет углерода расплавленного "‘'чугуна. При последующем быстром затвердевании наплавленный металл приобретает повышенную твердость и склонность к трещинооб- разованию.

Электроды, в состав которых входят металлы, не образующие соединений с углеродом (медь, никель), обеспечивают в наплавке хорошую обрабатываемость и удовлетворительные прочностные свойства.

Зона сплавления. Зона сплавления представляет собой тонкий слой, прилегающий к границе наплавленного металла. В этом слое при свойственных холодной сварке высоких скоростях охлаж­дения (свыше 30° С/с) углерод расплавленного чугуна не успе­вает выделиться в виде графита и застывает в связанном состоя­нии, образуя твердую прослойку.

Зона термического влияния. Основной металл в процессе сварки испытывает тепловое воздействие, связанное с отдачей теплоты сварочной ванны в массу изделия. Возникающие при этом явления с практической точки зрения можно разделить на две группы: изменение структуры основного металла вблизи зоны сплавления; возникновение местных внутренних напряжений, вызывающих образование трещин в теле отливки.

Изменение структуры в основном металле, прилегающем ко шву, приводит к понижению прочности основного металла в око­лошовной зоне. Исследование микроструктуры металла в зоне термического влияния при сварке различными электродами, позволило установить наиболее важные факторні, влияющие на структуру зоны термического влияния: структуру и химический состав металла свариваемого изделия, скорость нагрева и охлаж­дения околошовной зоны.

Скорость нагрева и охлаждения околошовной зоны при холод­ной сварке чугуна зависит от толщины завариваемой стенки от­ливки, режимов сварки (силы сварочного тока, скорости сварки, диаметра электрода и др.), а также от размеров завариваемого дефекта и техники ведения процесса.

При достаточной прочности наплавленного металла наиболее слабым местом сварного соединения является не зона сплавле­ния, а околошовная зона в основном металле. Испытания сварных образцов показывают, что снижение прочности серого чугуна в околошовной зоне достигает примерно 15—20% по сравнению с прочностью основного металла вне зоны термического влияния.

Образование трещин. Трещины при сварке чугуна — один из наиболее распространенных и трудноустранимых дефектов. Для уменьшения опасности их появления при холодной сварке чугуна приходится применять пониженные токовые режимы, сваривать короткими участками с остыванием предыдущего ва­лика перед наложением последующего, применять проковку вали­ков и другие меры.

В наплавках значительной длины (примерно 250 мм) не удается избежать образования трещин, если в Шве или в зоне сплавления появляется цементит (ледебурит). Однако отсутствие отбела в зоне сплавления еще не означает, что появление трещин удается предотвратить.

Трещины, образующиеся При сварке чугуна, учитывая Темпе­ратуру их появления и характер разрушения, а также склонность чугуна к образованию закалочных структур в околошовной зоне, можно отнести к холодным трещинам.

Разрушение серого чугуна, поскольку у него практически отсутствует запас пластичности, происходит в местах наибольшего включения графита.

Трещины при сварке чугуна образуются, в отличие от холодных трещин при сварке закаливающихся сталей, не при постоянной температуре, а чаще всего в процессе охлаждения, когда внут­ренние напряжения вследствие усадки шва непрерывно возрас­тают.

Напряжения не могут релаксироваться ввиду ничтожной пла­стичности серого чугуна, и если напряжения превышают опре­деленную величину, в этом месте происходит зарождение тре­щины. После этого напряжения распределяются еще более не­благоприятно, снова происходят локальные разрушения, которые, наконец, перерастают в явную трещину.

Металлографический анализ показывает, что для образова­ния трещин наличие закалочных структур (цементита, мартен­сита) в околошовной зоне не обязательно. В то же время возник­новение трещин значительно облегчается, если в околошовной зоне имеется мартенсит, который увеличивает напряжения второго рода. Таким образом, за образование трещин ответственны напря­жения первого рода, возникающие вследствие торможения усадки металла шва и околошовной зоны. Напряжения второго рода, появляющиеся в результате фазовых превращений, играют вто­ростепенную роль.

Для предупреждения образования трещин в основном металле при сварке чугуна нельзя допускать не только образования закалочных структур в околошовной зоне, но и того, чтобы напря­жения первого рода достигали величины, при которой могут зарождаться очаги разрушения.

Величина напряжений первого рода зависит от режима сварки, жесткости изделия, величины свободной линейной усадки металла и других факторов. При одинаковой жесткости изделия и режима сварки величина напряжений первого рода в наибольшей степени будет определяться величиной свободной линейной усадки, по­этому при холодной сварке чугуна особое значение наряду с при­меняемым электродным материалом приобретает техника ведения процесса заварки дефекта.

При холодной сварке чугуна большую опасность представ­ляют местные перегревы, резко увеличивающие напряжения первого рода. Способ заилавления дефектов зависит от их харак­тера. Сквозные дефекты (трещины, спаи и т. д.) заваривают одним или несколькими узкими и длинными валиками. Несквозные дефекты (раковины, ужимины, перекос, скол и др.) заплавляют многими валиками в один или несколько слоев.

При непрерывном процессе сварки нарастание температуры в месте наплавки резко увеличивается, так как теплоотвод в массу изделия замедляется. Создается значительный местный перегрев, внутренние напряжения увеличиваются и могут вызвать обра­зование трещин в теле отливки.

Скорость нарастания температуры в большой мере зависит от толщины завариваемой стенки. В тонкостенных отливках отвод теплоты в массу изделия слишком замедлен. Быстрое нарастание температуры в месте сварки приводит к тому, что в основном металле под наплавленным слоем и по его краям образуются сквозные трещины. Поэтому в обычных условиях возможность сварки тонкостенных изделий из чугуна очень затруднена даже при незначительном количестве наплавленного металла.

С увеличением толщины стенки, при прочих равных условиях, температура местного нагрева снижается. При толщине стенок свыше 20 мм трещины возникают только в случае наплавки на большой площади без перерывов для охлаждения металла.

Таким образом, основные факторы образования местных пере­гревов: продолжительность наплавки и толщина завариваемых стенок. Для предотвращения образования трещин площадь на­плавки за один проход (до перерыва на охлаждение) устанавли­вают в зависимости от толщины завариваемой стенки:

Толщина стенки,

мм.......................... 6 8 10 12 15 20

Допустимая пло­щадь наплавки,

см'2 (до перерыва

на охлаждение) 5—8 10—12 15—20 20—25 25—30 30—35

Наплавку возобновляют по мере снижения температуры до 60—80° С, которую можно определить прикосновением руки к отливке.

При сварке электродами на медно-никелевой основе к наплав­ленному металлу предъявляются условия главным образом хоро­шей обрабатываемости и плотности. Широкое распространение получили электроды на медно-никелевой основе, например марки МНЧ-2. Они предназначены для холодной сварки и наплавки чугуна при исправлении несквозных дефектов небольших и сред­них размеров на обрабатываемых или обработанных поверхностях отливок и деталей (рис. 24), могут быть также использованы при восстановлении чугунных деталей бывших в эксплуатации. Про­мышленный выпуск электродов МНЧ-2 организован на Опытном сварочном заводе.

Наплавленный металл твердостью НВ 140—160 легко под­дается обработке резанием. В зоне сплавления образуется узкая полоска повышенной твердости. Однако это не снижает показа­телей обрабатываемости сварного соединения. На чистоту обра­ботанной поверхности оказывает влияние толщина снимаемого слоя резцом. Чистая и ровная поверхность получается при тол­

щине снимаемой стружки менее 4 мм. При более толстой стружке могут образоваться неровности и задиры. Это объясняется раз­личием вязкости наплавленного (медно-никелевого слоя) и основ­ного металла (чугуна). Для улучшения условий обрабатываемости необходимо предварительно снять усиление наплавленного металла заподлицо с основным. Сварное соединение обладает высокими прочностными показателями.

Рис. 24. Отливки, дефекты в которых исправлены электродами на медноникеле­вой основе: а — до заварки; 6 — после заварки; / — направляющая станины; 2 — плоскость разъема

Наплавку однослойную или многослойную осуществляют укладкой валиков. Медь и никель, не образующие соединений с углеродом, обеспечивают хорошую обрабатываемость сплава и в сочетании с покрытием электрода специального состава — необходимую плотность в слоях металла и технологичность про­цесса наплавки. Зажигание дуги легкое (с одного прикосно­вения), горение дуги стабильное, почти без разбрызгивания, шлаки легкие — подвижные, отделяемость шлаков хорошая. Манипулирование электродом не затруднено. Шов имеет форму, близкую к полусфере без образования подрезов. Наплавленный металл плотный, проплавление основного металла минимальное.

Рациональная область использования (условно) определяется дефектами с максимальной глубиной после разделки 15—20 мм и площадью (по наплавленному металлу) до 30 сма — без напол­нителя и до 50 см2 — с наполнителем.

Применение электродов МНЧ-2 различных диаметров: Диаме­тром 3 мм, если требуется обеспечить минимальный прогрев основ­ного металла и минимальные размеры зоны сплавления, что необ­ходимо при заварке дефектов небольших размеров на механиче­ски обработанных поверхностях деталей, а также укладке первого слоя при многослойной наплавке; диаметром 4—5 мм — для за­варки дефектов небольших и средних размеров, для первых (изолирующих) слоев при МНО­ГОСЛОЙНОЙ наплавке с примене­нием в качестве наполнителя стальных или специальных электродов; диаметром б мм — при заварке дефектов средних и крупных размеров, когда первые слои выполнены медно­стальными или стальными эле­ктродами, а электродами МНЧ-2 наполняется верхняя часть нап­лавки под обработку.

В практической работе на­ходит применение наплавка полужидкой ванной электро­дами с тонким покрытием. Для

этого используют проволоку „

J r J Рис. 25. Подготовка под сварку: а —

или литые прутки на медно - до раздЄЛКИ; а — после разделки:

никелевой основе диаметром, _ ужншш и раковнн; 3 _ краевых

6—8 мм. Наплавку ведут на дефектов

повышенных токовых режимах

с подформовкой или без подформовки дефекта по контуру. Использование электродов МНЧ-2 для работы на повышенных токовых режимах с образованием полужидкой ванны или без нее не рекомендуется, так как качественные показатели наплав­ленного металла и сварного соединения в целом будут ухудшаться.

Подготовку дефектов выполняют в зависимости от характера дефекта и наличия подручных средств вырубкой, сверлением,

фрезерованием до чистого основного металла. Ужимины, рако­вины, имеющие отлогие края, разделывают с приданием стенкам более крутого скоса (рис. 25, 1). Краевые дефекты (раковины, сколы) разделывают с приданием стенкам более крутого скоса (рис. 25, 2).

Источниками электропитания служат преобразователи по­стоянного тока или выпрямители (4- на электроде).

Выбор величины тока для медно-никелевых электродов опре­деляется диаметром электрода:

Диаметр электрода,

мм............................................ 3 4 5 6

Сила тока, А... 70—90 100—130 130—150 160—180

При наплавке электродами МНЧ-2 на подслой, выполненный электродами ОЗЧ-2, силу тока увеличивают на 10%, что соот­ветствует верхнему пределу для указанных диаметров электро­дов. Для повышения устойчивости дуги целесообразно вести процесс на повышенном напряжении холостого хода, что дости­гается настройкой источника тока на ступень, превышающую рабочий ток; рабочий ток подбирают балластным реостатом. Заварку дефектов электродами на медно-никелевой основе вы­полняют наплавкой в один или несколько слоев, при этом необ­ходимо соблюдать определенную последовательность операций.

Весь объем разделки заплавляют электродами МНЧ-2 отдель­ными параллельными валиками. Каждый валик очищают от шлака, зачищают металлической щеткой и проковывают. При укладке последующего валика предыдущий перекрывают на 1/3 ширины. Наплавленный металл должен возвышаться над отметкой обра­ботки на 3—4 мм.

При заварке дефекта многослойной наплавкой с медно-сталь - ным подслоем нижнюю часть объема разделки заплавляют элек­тродами ОЗЧ-2 (медно-стальными). Каждый наплавленный валик очищают от шлака, зачищают металлической щеткой и проковы­вают с целью снижения напряжений в слоях наплавки. Наплавка начинается с укладки валиков через центр разделки с последующим заплавлением левой и правой частей разделки. Верхний слой, в пределах припуска на обработку, наплавляют электродами МНЧ-2, очищают от шлака, зачищают металлической щеткой и проковывают. Граница сплавления медно-стального и медно-ни­келевого слоев должна находиться ниже припуска на обра­ботку.

При заварке дефектов многослойной наплавкой с медно-нике­левым подслоем нижнюю часть разделки наплавляют электро­дами МНЧ-2 (медно-никелевыми) в один слой. Очищают поверх­ность наплавки от шлака, затем проковывают шов. Последующие слои наплавляют стальными электродами. Во избежание отслаи­вания наплавленного металла наплавку следует вести участками площадью не более 30 см2. Наплавленные слои проковывают. В процессе наплавки необходимо следить затем, чтобы наплавлен­ный слой стальными электродами не выходил за пределы изо­лирующего медно-никелевого слоя (табл. 32).

Сварка электродами на медно-стальной основе рекомендуется для исправления сквозных дефектов в чугунных отливках и деталях в виде трещин, спаев, разбитых частей, отверстий, не - сплошности металла, создающих течь, и т. п., нарушающих проч­ностные показатели чугунных изделий. Если сварное соединение должно обладать только высокими показателями прочности, а обрабатываемость, разнородность наплавленного металла и различие цвета относительно чугуна не имеют существенного значения, находит применение холодная дуговая сварка чугуна медно-стальными электродами, например марки ОЗЧ-2.

т

Т а б л и ц а 32. Возможные дефекты при заварке медно-никелевыми электродами

Дефекты

Причины возникновения

Пористость наплавки Чернота в слоях Трещины в сварном сое­динении Подкалка переходной зоны

Некачественное покрытие. Применена беглая на­плавка при увеличенной силе тока. Не применена прокалка электродов после длительного хранения. Наплавка произведена на поверхности, не очищен­ную от коррозии и загрязнений Недостаточная очистка очередных валиков от шлака, некачественная разделка поверхности де­фекта. Наплавленный слой недостаточно поднят над поверхностью стенки отливки Недостаточная проковка. Наплавка выполнена чрез­мерно уширенными валиками. Перегрев металла при сварке Чрезмерно увеличена сила тока

Промышленный выпуск электродов ОЗЧ-2 осуществляет Лоси­ноостровский электродный завод.

—"Электроды на медно-стальной основе предназначены для руч­ной холодной дуговой заварки трещин, спаев, мест течи, сварки

Рис. 26. Отливка, подготовленная для сварки медносталь­ными электродами с заплатой на боковой поверхности

и приварки разбитых частей, вварки вставок и других сквозных дефектов в чугунных отливках и деталях преимущественно на необрабатываемых поверхностях (рис. 26).

Наплавленный металл — медно-стальной сплав (80% меди, 20% стали), представляющий собой механическую смесь меди

(основа) и стальных включений. Стальная составляющая наблю­дается в виде мелких включений, расположенных по всему сече­нию, а также крупных полей в районе зоны сплавления с основ­ным металлом. Прочностные показатели сварного соединения на 10—15% ниже, чем у основного металла (ослабление происходит в зоне термического влияния). Наплавленный металл имеет характерный красный оттенок. В зоне сплавления имеются пре­рывистые отбеленные участки, создающие определенные труд­ности при механической обработке.

Сварку выполняют валиками в один или несколько проходов. При плавлении медно-стального электрода, медь, не образуя соединений с углеродом, обусловливает вязкость и пластические свойства шва; сталь претерпевает науглероживание. В смеси со стальной составляющей медная основа приобретает высокие прочностные показатели, сохраняя при этом вязкие и пласти­ческие свойства. Благодаря этому металл шва может пласти­чески деформироваться под воздействием сварочных напряжений и противостоять образованию трещин. Для получения медно­стального сплава на медную проволоку'наносят слой специального покрытия, в состав которого введен железный порошок.

Электрод обеспечивает плотность в слоях наплавленного ме­талла и технологичность процесса сварки. Зажигание дуги — легкое, горение стабильное, почти без разбрызгивания, шлаки легкие, подвижные, отделяемость шлаков хорошая. Манипулиро­вание электродом при сварке не затруднено, сварочный валик имеет форму, близкую к полусфере без образования под­резов.

Рациональная область использования определяется сквоз­ными дефектами (трещины, спаи, разбитые части, несплошности, создающие течь, сквозные отверстия) различной протяженности, когда от сварного соединения требуется высокая прочность и плотность и менее строго — обрабатываемость и цвет.

Электроды ОЗЧ-2 различных диаметров рекомендуется приме­нять преимущественно диаметром 3 мм —• при заварке тонкостен­ных отливок и деталей, мест течи по жеребейкам, для первых проходов 'при многослойном заполнении разделанных канавок; диаметром 4—5 мм — для наложения вторых и последующих слоев при двух-трехслойном заполнении канавок; диаметром 5—6 мм — для вторых и последующих слоев при заварке дефек­тов всех видов толстостенных отливок и деталей.

"К практической работе иногда находят применение, как вы­нужденная мера, медно-стальные электроды кустарного изготов­ления. Для этих целей используют медную проволоку с оплеткой из жести, медные трубки со вставленной внутрь стальной прово­локой, сдваивают или страивают медные стержни со стальными электродами и др. Применяют меловую обмазку. Качество на­плавленного металла при этом не имеет стабильных результатов. Применение электродов кустарного изготовления должно все* Н4

мерно сокращаться за счет более широкого внедрения электродов промышленного изготовления.

Подготовку дефектов под заварку выполняют в зависимости от характера, размеров и расположения сквозного дефекта — вырубкой, воздушно-дуговой резкой, фрезерованием, изготовле­нием вставок и др.

Трещины, спаи, разбитые части разделывают снятием кромок; V-образную канавку разделывают для односторонней сварки, если для разделки и сварки доступна одна сторона стенки; дру­гую сторону, неудобную для разделки и сварки, по возможности разделывают после заполнения канавки выплавлением дугой корня шва на глубину, достаточную для заплавления в один про­ход; Х-образпую канавку разделывают для двусторонней сварки, если для разделки и сварки доступны обе стороны стенки. В от­дельных случаях для усиления сварного соединения в толсто­стенных деталях на кромках канавок устанавливают ввертыши. В толстостенных отливках целесообразна разделка трещин с об­разованием сквозного паза.

Сквозные отверстия, отсутствующие части. Дефектным местам придается форма наиболее удобная для вварки вставки. По кон­туру подготовленного места изготовляют вставку (чугунную или стальную). Кромки сопрягающихся стенок и вставки разделы­ваются для образования канавок. Несгілошности металла, созда­ющие течь, разделывают вырубкой пневмозубилом (рис. 27).

Источниками электропитания служат преобразователи по­стоянного тока или выпрямители («+» на электроде). Выбор ве­личины тока определяется диаметром электрода.

Диаметр электрода,

мм................................ 3 4 5 б

Сила тока, А... 90—110 120—150 160—180 190—220

При укладке первого слоя на чугун следует пользоваться нижним пределом тока. При наплавке второго и последующих слоев на ранее наплавленный медно-стальной слой необходимо увеличить силу тока на 10%, что соответствует верхнему пределу для указанных диаметров электродов. Заварку дефектов медно­стальными электродами выполняют в один или несколько слоев при соблюдении определенной последовательности опе­раций.

Разделку кромок заполняют валиками в один или несколько проходов. Каждый валик очищают от шлака и обязательно про­ковывают. Для очистки и проковки наплавленного металла реко­мендуется применять пневмомолоток с набором зубил, специально заточенных под различный профиль. Подготовленный дефект заплавляют участками, соизмеренными с общей протяженностью разделки и жесткостью контура. Первый валик следует уклады­вать в корень разделки электродом диаметром 3 мм при небольшой силе сварочного тока (—90 А). Оставшийся объем разделки за­
полняют последующими валиками с применением электродов диаметром 4—6 мм.

Заварку швов с V-образной подготовкой кромок при неболь­шой толщине стенки следует проводить в один-два прохода (рис. 28, а); при большой толщине стенки в несколько проходов (рис. 28, б). Во всех случаях, когда противоположная сторона стенки доступна для сварки, необходимо подваривать корень шва, для чего воздушно-дуговой резкой следует выплавить ка­навку вдоль корня шва глубиной, достаточной для заплавления в один проход. Удобно также пользоваться для выплавления корня шва электродами ОЗР-1. При отсутствии воздушно-дуговой

Рис. 27. Подготовка под заварку места течи по жеребейке: а — до разделки; б — после разделки

Рис. 28. Схема заварки трещин с V-образной под­готовкой кромок

резки или специальных электродов можно выплавить корень шва обычными сварочными электродами, повысив силу рабочего тока на 30—40%. В этом случае необходимо деталь установить так, чтобы придать шву вертикальное положение.

При заварке канавок с Х-образиой подготовкой кромок необ­ходимо учитывать жесткость контура. Если требуется избежать поводки привариваемой части, канавки заплавляют укладкой валиков поочередно с одной и другой сторон разделки. При жест­ком закреплении свариваемых частей практикуется поочередное полное заплавление разделки.

Заварку трещин большой протяженности следует выполнять участками длиной не более 100—150 мм. Каждый участок ограни­чивают прихваткой (рис. 29). Сварку начинают с места выхода трещины на край стенки. Заплавляют половину объема канавки первого участка, затем последовательно — второго, третьего и т. д. Каждый валик очищают от шлака, наплавленный металл проковывают. Окончательное заполнение канавки рекомендуется удлиненными проходами, уширенными валиками. Наплавлен­ный металл необходимо проковать.

При вварке вставок и приварке частей заполнение канавки следует начинать с укладки валика по центру разделенных кромок. Зазоры значительных размеров, образующиеся в ре­зультате неточности подготовки кромок, необходимо заплавлять укладкой валиков в нижней части кромок. В отдельных слу­чаях при заплавлении зазоров больших размеров могут быть применены подкладки (медные, графитовые). Заполнение канавки рекомендуется вести участками протяженностью 100—150 мм. Первоначально заплавляют половину объема канавки по всему периметру вставки.

Каждый валик очищают от шлака и проковывают. Окончательно канавку заполняют в следующем порядке: полностью завари­

Рис. 30. Схема заполнения сквозного паза

Рис. 29. Схема заварки трещин большой протяженности

вают одну сторону вставки (преимущественно сторону большей протяженности), поочередно укладывая валики, заплавляют оста­ющуюся часть. Каждый валик очищают от шлака и проковывают. Если обратная сторона вставки доступна для сварки, то выпол­няют подварку корня шва путем укладки усиленного валика.

Заварку шва с ввертышами на кромках выполняют обычным порядком, принятым для сварных швов с Х-образной и V-образ­ной подготовкой кромок. При сварке необходимо следить за тща­тельной обваркой ввертышей по контуру.

Заварку сквозного паза выполняют уширенными вертикаль­ными валиками. Нижнюю часть паза ограничивают огнеупорным кирпичом для удерживания металла в нижней части валика (рис. 30). Валики очищают от шлака и проковывают (табл. 33).

Сварка электродами на железоникелевой основе применяется при восстановлении отливок и ремонтной сварке чугуна в случаях необходимости обеспечения хорошей обрабатываемости сварного шва обычным режущим инструментом с сохранением высокой прочности соединения. Оптимальный вариант в подобной ситуа­ции — применение горячей сварки чугуна чугуном. Но по раз­личным причинам механического и организационного порядка это не всегда возможно. Тогда целесообразна холодная сварка электродами на железоникелевой основе, например ОЗЖН-1. Данный электрод обеспечивает сварное соединение с высокими

прочностными свойствами. Наплавленный металл представляет собой железоникелевый сплав с пределом прочности 42— 50 кгс/мм2. Отбел чугуна в околошовной зоне практически от­сутствует.

Таблица 33. Возможные дефекты при сварке медно-стальными электродами Дефекты Причины возникновения Пористость наплавленно­го металла Чернота и слоях напла­вленного металла и зоне сплавления Трещины в наплавленном металле Трещины в околошовной зоне Некачественное покрытие электродов. Повышенная скорость наплавки при увеличенной силе сварочного тока Некачественная подготовка поверхности дефекіа. Недостаточная очистка валиков от шлака Превышение допустимых величин сварочного тока. Применение электродов с повышенным содержанием железа. Недостаточная проковка валиков Местный перегрев, особенно при заварке тонких стенок

Электроды на железоникелевой основе обеспечивают хорошую обрабатываемость при высоких показателях плотности и проч­ности, т. е. они в значительной мере объединяют свойства элек­тродов на медно-никелевой и медно-стальной основе. Отсюда и их основное назначение: заварка дефектов небольших размеров на обработанных поверхностях, а также трещин и сколов. Весьма перспективно применение железоникелевых электродов в комби­нации с медно-никелевыми, медно-стальными и стальными элек­тродами.

Заварку дефектов электродами на железоникелевой основе, в зависимости от размеров и расположения дефектов можно вы­полнять в один или несколько слоев. Подготовку несквозных дефектов под сварку выполняют так же, как и для медно-никеле­вых электродов, сквозных дефектов — аналогично для медно­стальных электродов.

В качестве источника питания рекомендуются сварочные пре­образователи или выпрямители для ручной дуговой сварки. По­лярность — обратная. Величину тока выбирают в зависимости от диаметра электрода:

Диаметр электрода,

мм............................................ 3 4 5 б

Сила тока, А... 70—100 100—130 140—160 170—200

Техника заполнения разделки определяется характером ис­правляемого дефекта: для несквозных дефектов последователь­ность операций и техника их выполнения такие же, как и при сварке медно-никелевыми электродами, для сквозных — как и 118 при сварке медно-стальными электродами. Хорошие результаты также обеспечивают электроды на чисто никелевой основе. Но они дороже, поэтому их применение ограничено.

Отличительная особенность сварки чугуна стальными элек­тродами с карбидообразующими элементами в покрытии — свя­зывание углерода, поступающего в шов из основного металла, в труднорастворимые мелкодисперсные карбиды титаном или ванадием, содержащимися в электродном покрытии. Карбиды титана и ванадия столь прочны, что углерод, находящийся в них, не участвует в фазовых превращениях. Если карбидообразующие элементы содержатся в шве в избытке по отношению к углероду, структура шва получается ферритной с включениями мелкодис­персных карбидов. Обрабатываемость наплавленного слоя удов­летворительная. Наиболее характерны электроды с титаном в покрытии — электроды СЧС-ТЗ, с ванадием — ЦЧ-4.

Для связывания углерода предпочтительнее использование ванадия, так как титан энергично соединяется с кислородом и азотом и шов сильно загрязняется неметаллическими включе­ниями. Поэтому большее распространение получили электроды ЦЧ-4, имеющие*в покрытии феррованадий. Эти электроды можно применять дляТзаварки несквозных дефектов на обработанных поверхностях отливок частично взамен электродов на медно­никелевой и никелевой основе. Наплавленный металл поддается механической обработке резанием, хотя практически очень трудно избежать зоны повышенной твердости на границе сплавления. При твердости основного металла НВ 180—220 и наплавленного НВ '207—220 зона сплавления имеет твердость НВ 320—350.

В зависимости от размеров дефектов и глубины после разделки применяют электроды: диаметром 3 мм — для заварки дефектов небольших размеров при однослойной или многослойной наплавке; диаметром 3—4 мм — для выполнения облицовочных переходных слоев при заварке дефектов средних размеров; диаметром 4— 5 мм — для выполнения наполнительных слоев при заварке дефектов средних размеров; диаметром 5—6 мм — для выпол­нения облицовочных переходных и наполнительных слоев при заварке дефектов крупных размеров; диаметром 3—6 мм — для заварки вмятин и выравнивания поверхности деталей после механической обработки.

Разделку дефектов под заварку следует выполнять так же, как и для электродов на медно-никелевой основе. Наплавку выполняют на постоянном токе обратной полярности («+» на электроде) или переменном токе с подключением осциллятором (табл. 34)

Технологический процесс заварки необходимо выполнять, как и при других способах сварки, в определенной последова­тельности и с соблюдением требуемой техники сварки.

Дефекты заплавляют с учетом припусков на обработку. На­плавленный металл должен возвышаться над поверхностью де­тали на 3—4 мм. Начинать заварку следует с укладки валиков через центр разделанного дефекта с последующим заплавлением участков. Каждый валик обязательно выводить на поверхность наплавленного металла и тщательно заваривать кратер. На­плавка — непрерывная. Каждый валик тщательно очищают от шлака и проковывают легкими ударами затупленного пневма­тического зубила. Дефекты крупных размеров, заплавляемые более чем тремя наплавочными слоями, предварительно подогре­вают до температуры 150—250° С при помощи индукторов или газовых горелок.

Таблица 34. Сила тока при сварке электродами ЦЧ-4, А Слои Диаметр электрода, мм 3 4 5 6 Облицовочный.................. 60—75 90—110 120—140 150—160 Наполнительные.... — 110—120 140—160 160-180

Наплавка облицовочного переходного слоя — однослойная на всю поверхность дефекта с укладкой параллельных валиков вдоль разделки. Не допускается на поверхности дефекта неза­полненных облицовочным слоем мест. Каждый валик тщательно очищают от шлака. Наплавленный облицовочный слой обяза­тельно проковывают.

Второй и последующие наполнительные слои до заполнения объема дефекта наплавляют по слою чугунной стружки. Измель­ченную чугунную стружку следует насыпать слоем толщиной 2—3 мм. Валики наполнительных слоев укладывают вдоль вали­ков облицовочного переходного слоя.

При наплавке слоя отжигающих валиков (наполнительного слоя) нельзя допускать выхода дуги на основной металл за обли­цовочный слой. Заканчивать наплавку необходимо наложением последних отжигающих валиков по краю облицовочного слоя. Наплавленный металл обязательно заточить наждачным кругом и тщательно осмотреть поверхность наплавки после заточки (табл. 35).

Область применения стальных электродов (проволоки) ограни­чена в основном заваркой несквозных дефектов на необрабатывае­мых поверхностях чугунных отливок. В наплавленном металле и переходной зоне образуется сетка мелких трещин, что значительно ослабляет сварное соединение. Поэтому сварка стальными элек­тродами без специального покрытия допустима в тех случаях, когда не требуется механическая обработка, не оговорена проч­ность сварного соединения. Наплавленный металл при сварке чугуна стальными низкоуглеродистыми электродами обогащается углеродом, кремнием, марганцем и другими элементами рас­плавленного основного металла и представляет собой обычно высокоуглеродистую сталь с содержанием 0,7—0,9% С. Вслед­ствие быстрого охлаждения, свойственного холодной сварке, наплавленный металл закаливается и, имея ограниченные пла­стические свойства, недостаточные для восприятия возникающих напряжений, растрескивается.

Таблица 35. Возможные дефекты при сварке электродами с карбидообразующим покрытием Дефекты Причины возникновения Повышенная твердость в наплавке Не выдержан режим заварки. Отжигающие валики вышли на основной металл Поры в наплавленном ме­талле Недостаточно очищен шлак при наплавке наполни­тельного слоя Трещины в слоях напла­вленного металла Превышение допустимого объема наплавки. Недо­статочная проковка. Отсутствие местного подогрева Отслаивание (отрыв) на­плавленного металла Превышение допустимой толщины слоя наплавки. Отсутствие местного подогрева. Не использована чугунная стружка при наплавке последующих слоев

Твердость наплавленного металла при однослойной наплавке высока, вследствие чего возможность обработки резцом исклю­чается. Заваренное место обычно затачивают наждачным кругом.

При многослойной наплавке содержание углерода по попе­речному сечению наплавленного металла колеблется в весьма широких пределах. Например, при наплавке на чугун, содержа­щий 3,13% С, стальным электродом, содержащим 0,17% С, в пе­реходной зоне оказалось 2,84% С, на поверхности первого слоя 0,62% С, второго слоя — 0,40% С, третьего слоя 0,21% С. В чет­вертом и последующих слоях наплавки сохраняются свойства электродного металла, т. е. мягкой низкоуглеродистой стали. Эти слои не растрескиваются и легко обрабатываются резцом. Поэтому иногда применяют многослойную наплавку стальными электродами на обрабатываемых поверхностях, поверхность де­фекта облицовывают слоем наплавленным медно-никелевыми электродами, тем самым ликвидируется зона сплавления чугуна со сталью.

Дефекты под заварку разделывают пневматическим зубилом или воздушно-дуговой резкой до чистого металла. Подготовлен-
пая под сварку поверхность не должна иметь шлаковых'включений. Выбор силы тока определяется диаметром применяемого сталь­ного электрода:

240

Оптимальная толщина одного слоя наплавки 4—5 мм. При за - плавлении дефектов больших размеров сварку следует вести враз­брос в каждом слое. Такой прием позволяет избежать местного перегрева, создающего большие внутренние напряжения, приво­дящие к отрыву наплавленного металла от основного. Для предот­вращения отслаивания также следует делать перерывы во времени

Рис. 31. Отвод теплоты путем охла­ждения водой

между наплавкой отдельных участков с целью охлаждения металла до температуры 60— 80° С.

При заварке раковин и ужи - мин, которые, углубляясь в тело отливки, уменьшают се­чение стенки до 3—10 мм, а также при наплавке на тонко­стенное литье (толщиной менее 10 мм) и при вварке вставок в сильной степени проявляется склонность к закалке и рас­трескиванию, что создает до­полнительные трудности в прак­тической работе. Получить положительные результаты в подобной ситуации помогает сварка с интенсивным отводом теп­лоты [16]. Отвод теплоты осуществляется путем контакта завари­ваемой плоскости с водой, подводимой со стороны, противополож­ной заварке (рис. 31).

Вследствие интенсивного отвода теплоты, ускоренной кристал­лизации сварочной ванны и быстрого охлаждения наплавленного металла углерод не успевает диффундировать из основного ме­талла в наплавленный и концентрируется преимущественно в зоне сплавления, которая отбеливается. Верхние слои сварного шва сохраняют химический состав и свойства электродного металла, т. е. низкоуглеродистой стали, и не подвержены растрескиванию. Распространение теплоты в тело отливки крайне ограничено, по­этому не создаются местные перегревы в основном металле, не возникают напряжения большой величины и отсутствуют трещины.

Сварка с интенсивным отводом теплоты обеспечивает наплав­ленный и основной металл, не подверженные растрескиванию; наплавленный металл с достаточной плотностью и повышенной вязкостью; практическую возможность заварки тонкостенных из­

делий из чугуна; возможность заварки до конца непрерывно без опасения появления трещин в основном металле.

При толщине стенок более 20 мм эффект, получаемый от ин­тенсивного отвода теплоты, снижается, так как в верхних слоях металла удерживается часть теплоты, способствующая насыще­нию сварного шва углеродом. Наплавленный металл подвержен растрескиванию, в основном же металле трещины не возникают (табл. 36).

Таблица 36. Возможные дефекты при сварке с отводом теплоты Дефекты Причины возникновения Трещины в основном и наплавленном металле Несоблюдение интервалов для охлаждения. Отсут­ствие искусственного отвода теплоты Отслаивание (отрывы) на­плавленного металла от основного Наплавка на большой площади выполнена невраз­брос. Недостаточная разделка дефекта (заварка на незачшценной поверхности) Чернота в слоях напла­вленного металла, выяв­ляемая после заточки на­ждачным кругом Недостаточная очистка валиков от шлака

Холодная дуговая или с небольшим подогревом сварка чугун­ными и стальными электродами с графитизирующими покрытиями

применяется при исправлении дефектов на механически обраба­тываемых или обработанных поверхностях, не работающих в усло­виях трения и износа, доводку которых выполняют шлифованием (без шабрения).

Заварка дефектов чугунными электродами без предваритель­ного подогрева отливок широкого практического применения не имеет по причине непостоянства качественных показателей на­плавленного металла и переходной зоны, а также склонности к об­разованию трещин в наплавленном и основном металлах.

При холодной сварке чугуна чугунными электродами сварщик не всегда может имеющимися у него средствами регулировать скорость застывания ванны и поэтому, как правило, процесс на­плавки протекает в условиях быстрого охлаждения наплавлен­ного металла, что может приводить к образованию трещин.

Для снижения твердости наплавленного металла и переходной зоны сварщик должен максимально прогреть основной металл электрической дугой, поддерживая ванну в жидком состоянии длительное время. Применение этого способа целесообразно и до­пускается только в таких местах отливок, где концентрирован­ный местный нагрев электродугой не приводит к образованию трещин в зоне наплавки, заварка сопровождается свободной усад­кой наплавленного металла, например, при приварке отбитых вы­ступающих частей, заварки угловых дефектов, наплавке зубьев шестерен и т. п.

Для этих целей можно использовать чугунные электроды на базе чугунных прутков с покрытием, приведенным в табл. 14. Сварку выполняют на переменном и постоянном токе только в нижнем положении. Горение дуги весьма устойчиво, что по­зволяет сварщику спокойно манипулировать электродом. Элек­троды в процессе плавления дают незначительное количество шлака, ими можно сваривать валиками, а также ванным способом. Дугу следует перемещать медленно и спокойно, избегая быстрых колебаний, и в особенности мгновенных «забегов» на основной металл, стремясь поддерживать дугу только над расплавленным металлом. Место заварки следует подформовывать графитовыми пластинами или огнеупорной глиной специального состава, при­меняемой при горячей сварке чугуна.

Есть основания опасаться возникновения больших внутрен­них напряжений в детали при исправлении дефектов, когда за­труднена свободная усадка наплавленного металла, при этом требуется предварительный подогрев детали до температуры 300— 400° С.

Попытки расширить область холодной сварки чугуна чугуном привели к созданию электродов из медно-никелевого чугуна, со­держащего 2,5% С; 2,2% Si; 0,6—0,8 %Мп; 20—22% Ni; 5% Си; не более 0,06% S; до 0,2% Р. Для обеспечения высоких стабили­зирующих свойств на электрод наносят покрытие из 70% зеленого карборунда и 30% углекислого бария. Сварку можно вести на постоянном и переменном токе. Сварочный ток выбирают из рас­чета 45—50 А на каждый миллиметр диаметра электрода.

Для получения обрабатываемого по всему сечению наплавлен­ного слоя расплавленный участок должен как можно дольше под­вергаться действию дуги. По окончании наплавки и достижении темно-красного цвета наплавленный металл подвергают проковке. При наплавке следует следить за тем, чтобы основной металл не подвергался чрезмерному перегреву во избежание образования трещин в теле отливки. При заварке раковин площадью свыше 12 см2 данными электродами появляется опасность возникновения трещин. При соблюдении указанных технологических приемов металл, наплавленный электродами из медно-никелевого чугуна, обладает низкой твердостью, достаточной плотностью и хорошей обр абатываемостью.

Если раковина после разделки имеет площадь, превышающую 12 см2 и небольшую глубину, то такие раковины заплавляют па­раллельными валиками длиной не более 50 мм. Каждый валик следует зачистить от шлака и проковать. Начало каждого валика должно быть расположено на поверхности раковины, а конец — на поверхности наложенного ранее валика с тем, чтобы не образо - 124 вывались поджоги обработанной поверхности. Поверхность на­плавленного металла должна возвышаться над основным металлом на 3—4 мм.

Раковины площадью до б—7 см2 на плоскостях, не работающих в условиях трения, могут быть также заварены стальными элек­тродами ЦЧ-5. Электроды представляют собой низкоуглероди­стые стержни, на которые нанесена обмазка, содержащая графи - тизирующие элементы; в наплавленном металле получается синтетический чугун. В качестве примера стальных электродов сграфитизирующим покрытием можно привести электрод со стерж­нем из проволоки Св-08 с покрытием, содержащим 35% графита серебристого; 25% фероосилиция; 19% мрамора; 20% плавико­вого шпата; 1% алюминиевого порошка.

Дефекты перед сваркой разделывают сверлом диаметром 15— 25 мм. Сверло затачивают на двойной конус. Разделенная рако­вина не должна иметь большого углубления. Дно подготовлен­ного под сварку дефекта должно иметь форму, удобную для хоро­шего провара. Заплавление раковины начинают с наиболее глу­бокого места дефекта и ведут кругообразными движениями элек­трода. По окончании наплавки металл очищают от шлака и про­ковывают. Затем производят контрольную обработку наплавлен­ного металла наждачным кругом. Если при этом дефектов не обна­ружено, деталь направляют в окончательную обработку шлифова­нием.

При заплавлении раковин площадью более 7 см2 сварку сталь­ными электродами с графитирующим покрытием следует выполнять с предварительным подогревом до температуры 400—500° С в це­лях избежания образования трещин.

Известен также способ холодной сварки по слою гранулиро­ванной шихты специального состава. Его применение обеспечи­вает в наплавленном металле чугун с повышенным содержанием графитизаторов по сравнению с обычным чугуном, что уменьшает склонность шва к отбеливанию. Однако способ сварки по слою шихты почти не находит применения, так как имеет ряд существен­ных недостатков: сложная техника сварки, трудность получения стабильных результатов и т. д.

В последние годы ряд авторов предпринимали попытки создать порошковые проволоки для полуавтоматической сварки чугуна без подогрева. Отличительная особенность этих проволок — вве­дение в шихту повышенного количества графитизаторов. Этот путь оказался более реальным, чем применение сварки чугунными электродами по слою гранулированной шихты. Удается получить более стабильные результаты по химическому составу наплавлен­ного металла. Однако весьма трудно избежать образования от - бела и трещин. Наиболее удачными следует считать порошковые проволоки ППЧ-1 и ППЧ-2, применяемые для заварки дефектов на отливках из серого чугуна с толщиной стенки в месте дефекта 15 мм и более.

Назначение проволок следующее: ППЧ-1 — для заварки без предварительного подогрева небольших дефектов (раковин, пор, сыпи, недоливов и т. п.); ППЧ-2 — для заварки с предваритель­ным подогревом до температуры 300—350° С дефектов на толстых стенках отливок, а также без предварительного подогрева в слу­чаях, если при заварке обеспечивается достаточный разогрев зна­чительной массы основного металла и имеется возможность сво­бодной усадки наплавленного металла.

Наплавку выполняют на постоянном токе прямой полярности при скорости подачи проволоки 172 м/ч, силе тока 340—380 А, напряжении дуги 33—35 В и скорости сварки не более 5 м/ч.