При сварке с предварительным подогревом отливок создается возможность в широких пределах регулировать скорость охлаж­дения наплавленного металла, что способствует получению свар­ного соединения, полностью соответствующего основному ме­таллу, и избавляет металл от образования трещин. Кроме того, сварка с общим и местным подогревом обеспечивает высокую производительность процесса и при исправлении дефектов круп­ных размеров в большинстве случаев незаменима.

Наиболее эффективны, распространены и общедоступны спо­собы сварки для получения наплавленного металла в виде серого чугуна следующие: ручная дуговая чугунными электродами, меха­низированная дуговая порошковыми проволоками, полуавтомати­ческая порошковой проволокой с использованием керамических стержней, газовая с чугунной присадкой.

Необходимость существования нескольких способов горячей сварки чугуна определяется разнохарактерностью дефектов на обрабатываемых поверхностях чугунных изделий, а также воз­можностью получения однородного сварного соединения, соот­ветствующего основному металлу. Это имеет особенно важное значение при заварке дефектов на обрабатываемых рабочих по­верхностях — скольжения, перемещения и других, работающих на износ, требованиям эксплуатации которых не удовлетворяет ни один из способов холодной сварки чугуна. Так, например, сварное соединение, выполненное электродами из медно-никеле­вых сплавов, обладает удовлетворительной обрабатываемостью, но различная с чугуном вязкость наплавленного металла и на­личие незначительной подкладки в зоне сплавления недопустимы на поверхностях трения.

При исправлении дефектов на обрабатываемых нерабочих поверхностях только в некоторых их частях целесообразно и допускается применение холодной сварки медно-никелевыми спла­вами, основная же масса дефектов подлежит заварке горячими способами. Сквозные дефекты на обрабатываемых и необрабаты­ваемых поверхностях, работающих в условиях динамических нагрузок или в агрессивной среде, также подлежат заварке чугун­ными сварочными металлами с подогревом отливок.

Таким образом, несмотря на многочисленность способов хо­лодной сварки чугуна, горячие 'способы сварки не только не теряют своего значения, наоборот, для определенного круга дефектов, когда требуется наплавка с заданной структурой и твердостью, единственно приемлемы. При правильной организа­ции исправления дефектов горячей сваркой восстанавливается свыше 50% общею количества исправляемых отливок и де­талей.

При горячей сварке чугуна качество наплавленного металла достигается одновременным действием нескольких факторов, ока­зывающих влияние на конечные результаты сварки. Важнейшие из них: термический режим (температура нагрева, поддержание отливки в нагретом состоянии в процессе заварки, охлаждение после заварки); качество электродного и присадочного материала; технология ведения сварки, требующая от сварщика соответствую­щих практических навыков.

Процесс нагрева отливки, охлаждения и полного затвердева­ния сварочной ванны связан па первом этапе с расширением на­греваемых частей, на втором — с усадкой; на обоих этапах воз­никает опасность образования трещин.

Чугуны всех марок обладают большой чувствительностью к резким температурным изменениям. В практической работе по исправлению чугунных изделий встречаются отливки и детали несложной конфигурации (и их оказывается большинство), подо­грев которых не представляет больших трудностей. Другая их часть — отливки и детали сложной конструкции, представляют определенные трудности для нагрева. При их нагреве следует учи­тывать, что конструктивные формы, особенно в местах сочлене­ния стенок больших и малых толщин, резких переходов, наличия ребер и стенок различной протяженности, становятся источни­ками внутренних напряжений, которые могут вызвать появление трещин в различных частях изделий. Трещины в результате не­равномерного нагрева и охлаждения возникают в температур­ном интервале 300—400° С, поэтому сложные по конструкции отливки и детали должны нагреваться и охлаждаться медленно.

Величина линейной усадки чугуна колеблется от —0,5 до + 1,2%. Усадка при охлаждении в температурном интервале ох­лаждения между 1200 и 700° С (доперлитная) составляет в серых чугунах около 25% общей усадки и практически в расчет не при­нимается. Усадка (послеперлитиая), происходящая при темпера­туре ниже 700° С, составляет около 75% общей усадки и имеет решающее значение в практической работе как фактор возникно­вения остаточных напряжений. Следовательно, при горячей сварке с предварительным подогревом до температуры 650—700° С внутренние напряжения в отливке уменьшаются и деталь может подвергаться сварке без опасения появления трещин. Темпера­тура наплавленного металла выравнивается с температурой отливки и при дальнейшем медленном охлаждении претерпевает совместную с отливкой послеперлитную усадку.

Предварительный нагрев отливок также имеет большое зна­чение для формирования структуры сварного соединения. По мере возрастания температуры нагрева чугуна теплопроводность

его снижается. Это свойство чугуна в условиях горячей сварки обеспечивает медленную теплоотдачу сварочной ванной тепла в массу изделия, создавая тем самым благоприятные условия для образования мягкого чугуна, обладающего хорошей обрабатывае­мостью.

| Структура чугуна при одном и том же его химическом составе в сильной степени зависит от скорости охлаждения. При быстром прохождении эвтектических и эвтектоидных температур процесс графитизации не успевает полностью закончиться, что может привести к выпадению свободного цементита и сохранению пере­ходных структур (продуктов распада аустенита): мартенсита, троостита, сорбита, наличие любой из которых затрудняет меха­ническую обработку наплавленного слоя.

Получение в наплавленном металле перлитно-цементитных структур с участками свободного цементита вызвано не только распадом аустенита в области эвтектоидного превращения. Чаще наличие цементита обусловлено быстрым охлаждением чугуна при затвердевании и эвтектическим образованием. Количество цементита тем больше, чем больше скорость охлаждения чугуна при затвердевании эвтектики.

При замедленном охлаждении в сварочной ванне образуется перлитная структура. Эта структура чугуна, состоящая из пер­лита, феррита и включений свободного графита, обеспечивает хорошую обрабатываемость поверхности. Нагрев выше темпера­туры 650—700° С и длительное выдерживание отливок при этих температурах нежелательны, так как это может снизить твердость нагреваемых частей. При высокой температуре (800—840° С) уже через 20—30 мин нагрева происходит заметная ферритизация структуры, прогрессирующая при увеличении длительности вы­держки при этой температуре. В отливках с перлитной или сор - битной основой температура нагрева и длительность выдержки должны соблюдаться особенно тщательно.

Механические свойства чугуна (прочность и твердость) в ос­новном зависят от характера металлической массы (соотношения феррита и перлита) и от количества и характера расположения графита.

Одной из самых существенных, постоянно присутствующих в чугуне примесей, определяющих характер чугуна, является кремний. В зависимости от его количества в сплаве возможно образование либо твердых растворов кремния в железе, либо силикокарбидов малой устойчивости, либо химических соедине­ний кремния с железом. При содержании кремния менее 1% он целиком растворяется в железе и оказывает очень незначи­тельное влияние на графитообразование. При средних количе­ствах кремния (3,0—3,5%) достигается максимальное образо­вание графита. При высоких содержаниях кремния графито­образующая способность его снова ослабевает и образуются силикокарбиды.

В условиях повышенных скоростей охлаждения сварочной ванны при сварке происходит измельчение графита и получение более дисперсных форм металлической основы в виде сорбито­образного перлита. Твердость наплавленного металла в этом случае повышается до НВ 250, однако чугун сохраняет хорошую обрабатываемость и серый цвет.

Технологический процесс горячей сварки состоит из следую­щих операций: разделки дефекта; приготовления формы по кон­туру дефектной части отливки; предварительного нагрева отливки; заварки; отжига и охлаждения.

Сварочные способы, предназначенные для исправления де­фектов чугунных отливок с общим или местным предварительным подогревом, имеют свою специфику, определяемую применяе­мым оборудованием и сварочными материалами. Вопросы подо­грева, подготовки дефектов, охлаждения после сварки, термо­обработки — общие для всех способов горячей сварки чугуна. Они определяются массой и конфигурацией отливки, характером и размерами дефекта, его расположением на отливке и т. п.

Разделка дефекта. Земляные и шлаковые раковины очищают от земли и шлака путем вырубки до чистого основного металла. Раковины, имеющие отлогие края, а также раковины, расположен­ные на углах отливки и выходящие на поверхность в виде отло­гого скоса, следует искусственно углублять.

При горячей сварке трещины и другие сквозные дефекты, наряду с механическими способами, можно разделывать воздушно­дуговой резкой или выплавлять дугой. Ширина прорези должна быть достаточной для удобства сварки. Трещины, образовав­шиеся в результате усадочных напряжений, засверливают по кон­цам и после засверливания прорезают. Трещины, образовавшиеся в результате разрушения отливки от удара, прорезают без предва­рительного засверливания.

При разделе сквозных отверстий следует обращать внимание на то, чтобы края их были освобождены от земляных включений. Если от сквозного отверстия отходят спаи, то путем вырубки или вырезания им придают наиболее выгодную для заварки форму.

Отбитую часть, предназначенную для горячей заварки, при­ставляют к старому месту и укрепляют в нем путем приварки скоб (рис. 10, а, б). По месту стыка проделывают прорезь воздушно­дуговой резкой; ширина прорези должна быть достаточной для удобства формовки и заварки. Если отбитая часть утеряна, то следует отрезать соответствующую часть от забракованной от­ливки или отлить ее по модели; отлитую часть подготовляют к заварке так же, как и отбитую.

При горячей дуговой сварке одновременно в расплавленном состоянии может находиться несколько килограммов металла. При этом скорость застывания металла искусственно замедляется. Для удержания и формирования металла форму изготовляют из
огнеупорной глины, которая и придает наплавленному металлу определенную форму.

Горячую сварку можно выполнять только в нижнем положе­нии; поэтому устанавливать отливку и изготовлять форму необ­ходимо с учетом того, что поверхность наплавленного металла бу­дет горизонтальной.

Формы для заварки дефектной части отливки изготовляют из специальной жаростойкой формовочной смеси следующего со­става: 40% песка кварцевого; 40% глины белой огнеупорной; 20% графита. Смесь замешивают на воде до состояния крутого теста. Форму изготовляют путем окантовки контура дефекта

формовочной смесыо, для чего последнюю раскатывают на пласты и укладывают на увлажненную поверхность отливки. Внутреннюю часть формы тщательно отделывают гладилкой и формовочным крючком. Расположение стенок формы должно обеспечивать сво­боду манипулирования дугой и доступность визуального контроля ванны. Форма должна отстоять от краев разделки на 10—15 мм (рис. 10, в, г) и служить контрольной мерой высоты наплавлен­ного металла (примерно 8—10 мм над поверхностью отливки).

Размер сварочной ванны не должен превышать величину, при которой возможно расплавить всю поверхность участка и поддер­живать ванну в жидком состоянии. Для этого при ручной дуговой сварке чугунным электродом диаметром 14 мм и силе тока 1200 А площадь участка должна быть не более 80—100 см2, при диаметре электрода 16 мм и силе тока 1300—1400 А — не более 100—120 см2; при механизированной сварке одной порошковой проволокой диаметром 3—3/2 мм и силе тока 700—900 А — до 50 см2, тремя 80

порошковыми проволоками при силе тока 1300—1500 А — до 150 см2. Дефекты размерами, превышающими указанные, разби­вают на участки в соответствии с возможностями способа сварки и применяемых режимов. Перегородки должны быть легко вы­биваемыми и изготовляемыми из графитовых пластинок.

Отливки сложной конфигурации с дефектами крупных и очень крупных размеров в жестком контуре подвергают общему нагреву в камерных или ямных печах до температуры 650° С. При заварке дефектов в отливках несложной конфигурации при расположении дефекта вне жесткого контура, на краю детали, применяют мест­ный нагрев до температуры 600° С в горнах или переносными го­релками.

При заварке особо сложных и ответственных отливок, имею­щих резкие изменения толщины стенок, а также в тех случаях, когда непосредственно процесс заварки занимает длительное время, необходимо применять сопутствующий подогрев, чтобы температура отливки выдерживалась в процессе сварки постоян­ной.

Термообработку заваренных отливок проводят немедленно после сварки с использованием тех же средств, что и при нагреве. Режимы термообработки следующие: в печах — нагрев до тем­пературы 700° С (быстрый), выдержка 1 —1,5 ч, охлаждение с печыо до температуры 200—250° С; на горцах — нагрев до температуры 650—700° С, выдержка 1 —1,5 ч при включенных горелках, выдержка 1 ч при выключенных горелках; переносными горелками — нагрев до температуры 650—700° С, выдержка 1 — 1,5 ч.

Горячая дуговая заварка чугунными электродами и механи­зированная порошковой проволокой. Эти процессы предназначены для исправления различных дефектов крупных размеров па об­рабатываемых и обработанных поверхностях отливок, не под­вергающихся и подвергающих­ся поверхностной закалке.

Мощной электрической ду­гой, возникающей между элек­тродом и отливкой, основной металл расплавляется, образуя жидкую ванну большого объ­ема, которая сосуществует с основным металлом, предвари­тельно нагретым до температуры 600—650° С, в процессе всей наплавки. При правильно организованном нагреве и охлажде­нии внутренние напряжения в отливке оказываются минималь­ными, что уменьшает возможность образования трещин.

При ручной дуговой заварке расплавление основного металла и образование жидкой ванны осуществляются чугунными элек­тродами по режиму, приведенному в табл. 25.

(і її. I’. Иианои

При механизированной заварке в зону расплавления (рис. 11) со скоростью, указанной в табл. 26, непрерывно подается одна (рис. 11, а) или несколько (рис. 11,6) порошковых проволок; при этом используются высокие значения плотности тока, не­обходимые для образования жидкой ванны большого объема. Это создает условия для полноты протекания реакции усвоения компонентов порошковой проволоки, графитизации, дегазации

Рис. 11. Схема механизированной свар­ки чугуна порошковой проволокой:

1 — порошковая проволока; 2 — токо­съемник (мундштук); 3 — дуга; 4 — ванна расплавленного металла; ' 5 — глиняная форма; 6 — основной металл

и выравнивания химического состава в расплаве. Выравниваются также структура и твердость по всему сечению сварного соеди­нения.

Вылет проволоки в процессе сварки при правильно установ­ленном режиме должен" составлять 40—50 мм. При сварке тремя проволоками последние'в токосъемнике свариваются и подаются

в зону плавления не раздельно, а монолитно. Начинать заварку дефекта следует с расплавления донной части дефекта, сосредо­тачивая дугу на участках, имеющих неметаллические включения. Расплав следует обязательно удалить и тщательно осмотреть поверхность дна. При необходимости операцию расчистки путем расплавления загрязненных участков и удаления расплава пов­торить.

Заплавление объема дефекта необходимо начинать с расплавле­ния очищенного участка дефекта с образованием жидкой ванны большого объема. После наведения жидкой ванны требуется при­остановить наплавку и удалить шлаки металлическим крючком,

В процессе наплавки необходимо обязательно поддерживать ванну в жидком состоянии, при этом во избежание прожогов стенок дефекта следить, чтобы дуга не концентрировалась на граничной зоне металла с формой, а также на стенках дефекта. Движение дуги следует ограничивать расплавом.

По мере подъема ванны можно делать периодически проходы по граничной зоне основного и расплавленного металлов. Для ускорения процесса наплавки вводить в ванну чугунные добавки. В качестве добавок можно использовать чистые куски чугуна, близкого по составу к основному металлу (скрап галтовочных барабанов, чугунную стружку и др.). Добавлять следует после очистки поверхности ванны от шлаков небольшими порциями в количестве до 35% к наплавленному металлу. Каждую порцию тщательно расплавлять.

По достижении толщины наплавленного слоя уровня поверх­ности основного металла необходимо сконцентрировать дугу у подножия формы и медленно пройти дугой по контуру формы, перевести дугу в центр расплава. Наплавленный металл должен возвышаться над основным на 5—8 мм. По окончании наплавки ванну накрывают куском асбеста или на затвердевшую раскален­ную поверхность расплава насыпают слой угольной мелочи, а при ее отсутствии — слой формовочной отработанной смеси, песка.

В процессе наплавки и по окончании ее сварщик обязан сле­дить за состоянием расплава и формы: появление на поверхности ванны при заварке порошковой проволокой нерастворившейся шихты свидетельствует о недостаточной величине тока или о по­вышенной скорости подачи проволоки — необходимо отрегули­ровать режим заварки; выбрасывание отдельных брызг из ра­сплава свидетельствует о наличии в глубине ванны неметалличе­ских включений — необходимо удалить наплавленный металл, расчистить ванну и повторить наплавку; разрушение формовоч­ной смеси под воздействием дуги свидетельствует о несоответствии состава формовочной смеси — следует заменить состав формовоч­ной смеси.

Причины возможных дефектов в наплавленном металле при горячей дуговой сварке чугунными электродами и механизиро­ванной сварке порошковой проволокой приведены в табл. 27.

На рис. 12 приведены примеры отливок, восстановленных горячей сваркой чугунными электродами и порошковой прово­локой.