Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изме­няют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и около - шовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затрудни­тельно. Б связи с этим чугун относится к материалам, облада­ющим плохой технологической свариваемостью. Тем не менее свар­ка чугуна имеет очень большое распространение как средство исправления брака чугунного литья, ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструкций. Качественно выпол­ненное сварное соединение должно по меньшей мере обладать необходимым уровнем механических свойств, плотностью (непро­ницаемостью) п удовлетворительной обрабатываемостью (обра­батываться режущим инструментом). В зависимости от условий работы соединения к нему могут предъявляться и другие требо­вания (например, одноцветность, жаростойкость и др.).

Причины, обусловливающие затруднения в получении качест­венных сварных соединений, следующие.

1. Высокие скорости охлаждения металла шва и зоны терми­ческого влияния, соответствующие термическому циклу сварки, приводят к отбеливанию чугуна, т. е. появлению участков с вы­делениями цементита той или иной формы в различном коли­честве. Высокая твердость отбеленных участков практически лишает возможности обрабатывать чугуны режущим инструмен­том.

2. Вследствие местного неравномерного нагрева металла воз­никают сварочные напряжения, которые в связи с очень незна­чительной пластичностью чугуна приводят к образованию тре­щин в шве и околошовной зоне. Наличие отбеленных участков, имеющих большую плотность (7,4—7,7 г/см3), чем серый чугун (6,9—7,3 г/см3), создает дополнительные структурные напряже­ния, способствующие трещинообразованию.

3. Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва.

4. Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и формирование шва.

5. Наличие кремния, а иногда и других элементов в металле сварочной ванны способствует образованию на ее поверх­ности тугоплавких окислов, приводящих к образованию не­проваров.

Для оценки влияния термического цикла сварки на структуру и свойства различных зон сварного соединения рассмотрим псев - добнпарную диаграмму состояний Fe — С — Si, связав ее с рас­пределением температур в шве и околошовной зоне (рис. 152). Шов представляет собой металл, полностью расплавлявшийся. В зависимости от скорости охлаждения структура его будет пред­ставлять собой белый или серый чугун, с различным количест­вом структурно-свободного углерода.

Участок 1 (неполного расплавления) характеризуется нали­чием в нем одновременно жидкой и твердой фаз. Твердая фаза представляет собой аустенит с предельным содержанием угле­рода (до 2,14%). После быстрого охлаждения жидкая фаза обра­зует белый чугун, в аустенитных участках возможно образование мартенсита.

Участок 2 ограничен эвтектической и эвтектоидпой темпе­ратурами. Структура его в значительной мере зависит от исход­ной структурі,! чугуна и может состоять из аустенита и цементита или аустенита и графита (в зависимости от скорости охлаждения и состава чугуна). При быстром охлаждении металлическая основа приобретает структуру закалки.

Участок 3 (неполной перекристаллизации) вследствие быст­рого нагрева и кратковременности пребывания металла в этом интервале температур феррит — основа структурной составляю­щей чугуна при комнатной температуре — не успевает полностью раствориться. После охлаждения в этом участке может наблю­даться некоторое измельчение зерна. При быстром охлаждении металлическая основа может приобрести частичную закалку.

Участок 4 представляет собой ту часть околошовной зоны, которая нагревалась от 500° С до температуры Асх. При длитель­ном пребывании в этом интервале температур может происхо­дить графитизация за счет частичного распада цементита и сферо-

турного участка зоны термического влияния (участок 2, рис. 152) при эвтектической температуре, если чугун сваривали без предва­рительного подогрева. Практически при любом составе чугуна в шве и участке 2 околошовной зоны будет иметь место отбели­вание. Сварка чугуна с подогревом (300—400° С) уменьшает скорость охлаждения (шоХЛ па рис. 153). При такой скорости охлаждения в шве и на участке 2 околошовной зоны в зависимости от количества графитизаторов может быть получен либо белый, либо серый чугун.

При высоком подогреве (600—650° С) скорость охлаждения при эвтектической температуре снижается до w’(','xn, при которой отбеливания не происходит. Замедление охлаждения приводит к распаду аустенита с образованием ферритной или перлитно­ферритной металлической основы. Таким образом, наиболее эффек­тивное средство предотвращения отбеливания металла шва и высокотемпературного участка околошовной зоны, а также резкой закалки на участке околошовной зоны, нагревавшейся выше тем - ператуты Acs, — высокий предварительный или сопутствующий подогрев чугуна до температуры 600—650° С. Сварку с таким подогревом называют горячей сваркой чугуна. Высокий подогрев и замедленное охлаждение способствуют также ликвидации тре­щин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, а также уменьшения тем­пературного градиента, термических напряжений.

Сварку с подогревом до температур 300—400° С называют полугорячей, а без предварительного подогрева — холодной свар­кой чугуна. При полугорячей и холодной сварке чугуна широко

т

используют металлургические и технологические средства воз­действия на металл с целью повышения качества сварных сое­динений. К их числу относятся:

легирование наплавленного металла элемснтами-графитизато - рами, с тем чтобы при данной скорости охлаждения получить в шве структуру серого чугуна;

легирование наплавленного металла такими элементами, ко торые позволяют получить в шве перлитно-ферритную структуру, характерную для низкоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, более прочные, чем цементит, и равномерно распределенные в металле;

введение в состав сварочных материалов кислородосодержа­щих компонентов с целью максимального окисления углерода (выжигания его) и получения в металле шва пизкоуглеродистой стали;

применение сварочных материалов, обеспечивающих в нап­лавленном металле получение различных сплавов цветных метал­лов: медио-никелевых, медно-железных, железоникелевых и др., обладающих высокой пластичностью и имеющих температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна.