Существует большое разнообразие способов хо­лодной сварки чугуна:

1) сварка чугуна стальными электродами: а) без по­становки шпилек; б) с постановкой шпилек; в) сварка стальными электродами с карбидообразующими элемен­тами в покрытии;

2) сварка чугунными электродами;

3) сварка электродами из цветных металлов и комби­нированными;

4) сварка в среде углекислого газа, порошковой про­волокой, электрошлаковая и др.

Выбор того или иного способа холодной сварки чугуна определяется рядом технологических и экономических факторов и требуемым качеством соединения.

Сварка электродами из малоуглеродистой стали без постановки шпилек. Данный метод может быть применен при заварке пороков на небольшой глубине и ширине на отливках неответственного назначения и не подлежащих механической обработке, а также при ремонте чугунных изделий.

Сварка первого слоя производится электродами малого диаметра, обычно 3 мм при малой погонной энергии и сварочном токе 60—70 А, вразброс, с перерывами, чтобй температура детали вблизи места сварки не превышала 50—60 °С. Слой получается тонким, пористым и с попе­речными трещинами. Второй слой наносится на первый поперечными валиками, тем самым на поверхности детали в месте сварки создается слой стали. Дальнейшая сварка может производиться с большей погонной энергией, но также с перерывами, чтобы избежать концентрации теп­лоты в одном месте. Последующие слои создают доста­точную плотность шва.

При сварке стыковых соединений для увеличений общей площади связи наплавленного и основного металла шов рекомендуется распространить на кромку детали по ширине, равной толщине детали (рис. 152, а), а дл, я умень­шения напряжения — применить проковку средних слоев.

Этот метод сварки не следует применять для исправления чугунных изделий, работающих при температуре выше 100 °С, так как в месте сварки могут возникнуть допол­нительные напряжения (вследствие разницы в значении коэффициента теплового расширения чугуна и стали), а это может явиться причиной нарушения сплошности соединения.

Сварка электродами из низкоуглеродистой стали с уста­новкой шпилек. Чтобы увеличить прочность соединения при ремонте ответственных крупногабаритных чугунных изделий — станин, рам, кронштейнов и т. п., применяют

Рис. 152. Вид стыкового соединения чугуна: а — стальнение поверхности без установки шпилек; б — стальнение поверх­ности с установкой шпи­лек

стальные шпильки, которые ввертывают на резьбе в тело детали. Назначение шпилек — связать металл шва с чу­гуном и передать усилия от шва в массу основного ме­талла, не подвергшегося термическому воздействию, ми­нуя хрупкие участки околошовной зоны. Диаметр шпи­лек d принимается равным 0,15—0,25 толщины детали, но не менее 3 мм и не более 16 мм; расстояние между шпильками (3-М) d, расстояние от шпилек до кромки (1,5-^2,0) d, глубина ввертывания шпилек 1,5d, высота выступающей части (0,8-г-1,2) d. При выполнении опера­ций по подготовке отверстий для шпилек нельзя приме­нять масло.

Детали толщиной до 12 мм могут свариваться без подготовки кромок с установкой одного ряда шпилек с каждой стороны. В деталях большой толщины выпол­няется односторонняя или двусторонняя подготовка кро­мок с углом раскрытия 80°, и шпильки устанавливаются также по скосам кромок в шахматном порядке.

Сварку производят при малой погонной энергии сталь­ными электродами диаметром 3 мм с тонким покрытием или покрытием УОНИ-13/45. Сначала шпильки обвари­вают кольцевыми швами вразброс, с перерывами для охлаждения деталей. После обварки шпилек до сопри­
косновения кольцевых валиков между собой производится наплавка участков между обваренными шпильками также вразброс. Второй слой выполняется поперечными неболь­шими валиками вразброс. Для остальной части шва могут применяться электроды большого диаметра с соблюде­нием ранее указанных положений по сварке, с заполне­нием шва, как указано на рис. 152, б. При сварке дета­лей большой толщины для уменьшения количества на­плавленного металла целесообразно производить сварку стальных связей различных форм и размеров.

Холодная сварка чугуна стальными электродами с по­становкой шпилек позволяет производить сварку в ниж­нем, вертикальном и потолочном положениях, соединения получаются прочными, но плотность не всегда обеспе­чивается.

Сварка чугуна чугунными электродами. При этом ме­тоде сварки электродом служит чугунный стержень марки А или Б по ГОСТ 2671—80 (табл. 64), на кото­рый наносятся различные толстые покрытия, например ОМЧ-1, которое содержит 25 % мела, 41 % графита, 9 % ферромарганца, 25 % кварцевого песка.

Качество сварного соединения при холодной сварке чугуна чугунными электродами неоднородно, так как трудно обеспечить такую скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны, при которой не было бы отбела на всем протяжении шва. Поэтому в различных сечениях соединения получаются различные структуры и твер­дость. Этот способ сварки широкого применения не имеет. Лучшие результаты получаются при подогреве детали до температуры 300 — 400 °С, т. е. при полугорячей сварке чугуна.

Сварка стальными электродами с карбидообразующими элементами в покрытии. Сущность этого способа заклю­чается в том, что углерод, поступающий в шов из основ­ного металла, связывается в труднорастворимые мелко­дисперсные карбиды ванадием, содержащимся в элек­тродном покрытии. Карбиды эти 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.

Сварка по этому способу выполняется в основном электродами ЦЧ-4, в покрытие которых вводится 70 % феррованадия, в результате чего наплавленный металл содержит 9—10 % ванадия. Сварку чугуна электродами ЦЧ-4 следует производить с малой погонной энергией по принципу наиболее холодного места. Поэтому произво­дительность процесса сварки электродами также низкая.

Холодная сварка электродами из никелевых сплавов. При наличии в жидкой ванне элементов активных графи- тизаторов можно избежать отбела в околошовной зоне. Поэтому, когда поверхность должна быть механически обработана и неравнопрочность соединения с основным металлом допускается, сварка может производиться элек­тродами из цветных металлов, содержащих никель, медь. Наибольшее применение получили электроды из монель - металла, который представляет собой сплав никеля (65—70 %) и меди (25—30 %), и электроды ЦЧ-ЗА, имеющие стержень из проволоки СВ-08Н50 и основное покрытие. На проволоку из монель-металла диаметром 2—4 мм наносятся покрытия специального состава, на­пример из 40 % графита, 60 % мела или мрамора и др.

Наплавка этими электродами производится валиками длиной 50—60 мм; при этом сразу же после наложения валика его необходимо проковать легкими ударами мо­лотка. Это вызвано тем, что усадка монель-металла при переходе из жидкого в твердое состояние составляет около 2 %. Совместное действие усадки и напряжений от сварки может вызвать образование трещин. Для умень­шения расхода дорогостоящего монель-металла и обеспе­
чения обрабатываемости стыкового шва после сварки иногда на кромки, подлежащие сварке, наплавляется слой монель-металла, а остальная часть шва выполняется электродами из малоуглеродистой проволоки. В неко­торых случаях нижняя часть шва наплавляется элек­тродами из малоуглеродистой проволоки, а верхний слой, подлежащий механической обработке, покрывается мо­нель-металлом.

Холодная сварка медными и комбинированными медно­стальными электродами. Медным электродом сваривают изделия, работающие при незначительных статических нагрузках, а также из­делия, требующие плот­ных швов. В производстве широкое применение наш­ли различные варианты комбинированных медно - стальных электродов: мед­ный стержень с оплеткой из мягкой стали, стальной стержень с медной оболоч­кой, пучок ИЗ медных и стальных электродов, мед - Vt/Tirr/f<r,'rr? v!^U ный стержень с толстым покрытием, содержащим железный порошок, на­пример электроды марки ОЗЧ-1 и др.

Появление комбинированного электрода и сплавление его с чугуном создают условия получения качественного шва, так как медь не соединяется с углеродом — она остается пластичной и вязкой, а сталь науглероживается, что повышает ее прочность.

Комбинированные электроды могут изготовляться ИЗ любой марки меди. Наиболее простыми в изготовлении являются электроды, имеющие медный стержень с оплет­кой из мягкой стали. Они изготовляются следующим об­разом: на медный стержень длиной 300—350 мм нави­вается спираль из мягкой жести, нарезанной в виде по­лосок шириной 5—10 мм. Диаметр медного стержня берется равным 4—7 мм. Если между витками спирали будет небольшой интервал, то железа в электроде будет не более 8—12 %. На подготовленные стержни наносят покрытия: меловое, УОНИ-13/45 и др.

Широко и эффективно применяются электроды из меди с железным порошком в составе покрытия. Сварка такими электродами не вызывает затруднений. Для изго­товления таких электродов в шихту покрытия УОНИ-13/55 добавляется 40—50 % железного порошка.

Сваркой пучком электродов отбел первого участка околошовной зоны полностью не устраняется. Лучшие результаты получаются, если в пучок добавляется стер­жень из монель-металла или латуни диаметром 2—3 мм.

Чтобы избежать затекания расплавленного металла впереди дуги, электрод при сварке располагается, как показано на рис. 153.

Механизированные способы сварки чугуна

Применяют следующие способы сварки чугуна:

1) тонкой проволокой в среде С02;

2) порошковой проволокой, без защиты и с защитой в среде С02.

Газоэлектрическая сварка чугуна тонкой стальной проволокой дает возможность: 1) получить небольшой провар; 2) выполнять сварку в любом пространственном положении.

Сварку чугуна в среде С02 тонкой проволокой марки Св-ЮГС или Св-08Г2С следует вести при малой погонной энергии. Для проволоки диаметром 0,8—1,0 мм сила сварочного тока /св = 50ч-75 А, напряжение на дуге t/д = 18ч-21 В, скорость перемещения дуги цп. д = = 10ч-12 м/ч. Сварка производится короткими вали­ками (25—30 мм). Тут же по окончании наплавки валик перекрывается другим, так называемым отжигающим валиком в том же направлении. Металл, наплавленный таким образом, имеет ферритно-перлитную структуру, но заметных изменений структуры зоны термического влияния не наблюдается.

Сварка тонкой проволокой в среде СОа применяется для соединения труб из серого чугуна при сварке детален из высокопрочного модифицированного чугуна и сварке чугуна со сталыо.

Сварка чугуна порошковой проволокой наряду с меха­низацией процесса и повышением производительности позволяет в широких пределах регулировать состав наплавленного металла (изменение состава шихты и коэффициента заполнения проволоки).

. В настоящее время разработаны и рекомендованы к про­мышленному применению три марки порошковой про­волоки для сварки чугуна: ППЧ-1, ППЧ-2, ППЧ-3. Химический состав первых двух марок проволоки при­веден в табл. 65.

Как показали исследования, порошковую проволоку ППЧ-1 можно применять для холодной сварки чугуна на деталях, имеющих сквозные и несквозные дефекты размером до 100 см2 на обрабатываемых и необрабаты­ваемых плоскостях, расположенных в нежестком кон­туре (отбитые части, дефекты на выступающих частях отливок и др.). Для сварки рекомендуется постоянный ток прямой полярности при режиме, обеспечивающем в процессе сварки минимальную скорость охлаждения. Поэтому предпочтительно применение больших токов и малых скоростей перемещения дуги, а именно: для сва­рочной проволоки диаметром 2,8—3,0 мм /св = 280 4- -4-300 А, t/д = 284-32 В, vD. R = 4 м/ч.

Механическая обработка наплавленной поверхности возможна потому, что благодаря большому вводу теплоты скорость охлаждения небольшая, и получается достаточно пластичная структура. Но в тех случаях, когда площадь, подлежащая заварке, большая и когда за счет соответ­ствующего режима сварки нельзя заметно уменьшить скорость охлаждения металла наплавки и околошовной зоны, следует применить местный предварительный на­грев, хотя бы до 100—150° С. Если это нельзя осуществить, сварку следует производить с малой погонной эйергией, валиками длиной 25—30 мм, по принципу наиболее холодного места или путем предварительного стальнения поверхности электродами основного типа, например УОНИ-13/45, для получения сплошной наплавки высо­той 5—6 мм. После этого производится заварка детали порошковой проволокой отдельными участками, при­мерно 80 X 80 мм с полным заполнением их по высоте, с оставлением между участками небольших промежутков, но по ширине достаточных для свободного манипулиро­вания горелкой при их заварке. Эти промежутки зава­риваются в последнюю очередь. При таком методе заварки дефектного места большой площади меньше проявляются напряжения от укорочений при сварке.

Порошковая проволока ППЧ-2 имеет лучшие техно­логические свойства, чем проволока ППЧ-1. При сварке этой проволокой на повышенных режимах заметно улуч­шается растворимость шихты и жидкотекучесть свароч­ной ванны. Она имеет более широкую область применения п может быть использована как для создания лито-свар­ных чугунных конструкций, так и для ремонта чугунных деталей.

Порошковая проволока ППЧ-3 предназначена для горячей сварки чугуна, когда детали предварительно нагревают до температуры 550—650 °С. При диаметре проволоки 3 мм сварку можно производить при следую­щем режиме: /св = 400-г-450 А, (/д — 36-МО В.