Существуют два способа сварки чугуна, широко применяемых в про­мышленности.

I. Горячая сварка. При этом способе изделие, подлежащее сварке, нагревают до температуры 600...650 °С с медленным последую­щим охлаждением после выполнения всех сварочных работ. Та­кой режим не приводит к образованию отбеленных и закален­ных участков в ЗТВ и металле шва.

Для каждой марки серого чугуна следует выбирать такие скорости охлаждения, которые приводят к обеспечению сохранения в этих зонах структуры серого чугуна.

Способы нагрева могут быть весьма различны и зависят в основ­ном от габаритов свариваемых изделий. Это могут быть муфельные печи, горны и т. д. В качестве электродов применяют чугунные прутки с нанесенным на них покрытием. Состав чугунных стержней приве­ден в табл. 11.1. Диаметр прутков 5,0...20,0 мм. В состав покрытия входят стабилизирующие и легирующие компоненты. К последним относятся графит, корбарунд, ферросилиций, силикокальций, снликомагний. Наиболее применяемые электроды марок ОМЧ-1, ВЧ-3, ЭП4. Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщи­ны свариваемого элемента, сила тока - от диаметра электрода: I = (60... 100)<7 . Возможно применение угольного электрода; сварка производится на постоянном гоке прямой полярности. В качестве присадки можно применять прутки марок А и Б, в качестве флюса - безводную (прокаленную) буру.

Последнее время применяют механизированную сварку порошко­вой проволокой марки Г1ПЧ-3, что позволяет повысить производитель­ность процесса сварки за счет его механизации и облегчить труд свар­щика.

Горячая сварка - тяжелый производственный процесс, однако он по­зволяет получать сварные соединения со свойствами, практически равно­ценными свойствам основного металла для многих марок чугунов.

2. Холодная сварка. Основная трудность, возникающая при холод­ной сварке чугунными электродами, заключается в образовании структур белого чугуна в шве и околошовной зоне и резкой за­калке участков металла, нагретых при сварке выше температур точки А , что, в конечном итоге, ведет к образованию трещин. При этом' на их образование влияют следующие свойства серого чугуна:

• он обладает очень низкими пластичностью и деформационной способностью;

• при всех температурах его прочность значительно ниже прочно­сти углеродистых сталей;

• быстрое охлаждение тонких элементов детали при литье ведет к их отбеливанию.

С учетом этого выбор сварочных материалов для холодной сварки дол­жен обеспечить такой состав металла шва, при котором его пластичность должна быть гораздо выше пластичности самого чугуна.

Во избежание образования холодных трещин можно идти разными путями.

Одним из них является получение металла шва со структурой серого чугуна с благоприятной формой графитовых включений, что достигает­ся введением в наплавленный металл достаточно большого количества графитпзаторов и легированием элементами, способствующими получе­нию сферических карбидов (например, магнием).

31 г»

Для этого применяются, например, электроды ЭМЧ. Их стержень изготовлен из чугуна с высоким содержанием кремния (до 5,2%), а по­крытие имеет два слоя. Первый слой содержит легирующие компонен­ты (графит, силикомагний, алюминий, железный порошок), а второй - компоненты, обеспечивающие шлаковую и газовую защиту (мрамор, плавиковый шпат). Этими электродами удается без подогрева свари­вать детали с толщиной стенки до 12,0 мм и получать при этом швы без отбеливания. Повышение свариваемой толщины приводит к увеличе­нию скоростей охлаждения и требует предварительного подогрева до температур 400 °С.

Иногда в качестве электродного прутка применяют никелевые чу - гуны, так как они обеспечивают получение металла шва с хорошей об­рабатываемостью. При этом следует помнить, что металл шва, выпол­ненный такими электродами, обладает повышенной склонностью к образованию горячих трещин.

Серый чугун в шве можно получить, применяя в качестве прутков обычную малоуглеродистую проволоку (Св-08А), вводя при этом в шов через покрытие достаточное количество графитизаторов. Примером яв­ляются электроды марки ЭМЧС, которые имеют трехслойное покрытие. Первый слой содержит компоненты графитизаторы, второй - защитные компоненты (создающие газовую и шлаковую защиту), третий слой со­стоит из 100% графита. Такими электродами можно сваривать изделия с толщиной стенок до 10,0 мм; большая толщина требует подогрева.

Для механизированной холодной сварки можно применять порошко­вые проволоки (до толщин 10,0 мм без подогрева марки ППЧ-1; при боль­шей толщине - проволоку марки ППЧ-2 с подогревом изделия). Структу­ра швов при сварке этими проволоками близка к структуре серого чугуна за счет высокого содержания в ее составе кремния.

Вторым путем при холодной сварке является получение в металле шва низкоуглеродистой стали. При сварке чугуна низкоуглеродисты­ми электродами наибольшую опасность представляют первые прохо­ды, так как даже небольшая доля участия основного металла в металле шва приводит к получению в металле слоя высоколегированной стали (по мере увеличения количества слоев легированность их, естественно, уменьшается). Поэтому наибольшую опасность, с точки зрения отслое­ния металла и появления в нем трещин, представляет первый слой (точ­нее, зона линии сплавления). Для уменьшения опасности перегрева ос­новного металла применяют сварку электродами малых диаметров на минимально допустимых токах. Однако все эти приемы не гарантиру­ют отсутствия дефектов, поэтому этот способ служит в основном для декоративной заделки дефектов литья.

Для увеличения прочности сварного соединения при ремонте кон­струкций из чугуна применяют метод постановки и обварки стальных шпилек. Дефект (например, трещина) надлежащим образом разделы­вается, по разделке делается высверловка с нарезкой резьбы и последу­ющей постановкой стальных шпилек так, чтобы выступающая часть составляла 0,45...1,2 диаметра шпильки (диаметр шпильки зависит от ремонтируемой толщины и составляет (0,3...0,4)sn., но не более 12,0 мм).

Шпильки обычно располагают в шахматном порядке, на кромках раз­делки трещины, расстояние между ними должно быть достаточным для свободного манипулирования дугой. Затем, применяя электрод диамет­ром не более 3,0 мм, на минимально возможных токах сначала обварива­ют шпильки, а затем заполняют промежутки между ними. Иногда при этом способе применяют специальные флюсы (состоящие, например, из 50% буры, 20% каустической соды и 30% железной окалины), что приво­дит к энергичному окислению углерода и, как результат, к увеличению деформационной способности металла шва. Здесь положительные резуль­таты можно получить при относительно небольших свариваемых толщи­нах, ибо при их увеличении необходимо увеличивать тепловую мощность душ, что приводит к отбеливанию металла в ЗТВ и образованию в ней трещин.

Можно поступать и по-иному. Если в металл шва ввести ванадий, который является энергичным карбидообразователем, то в нем образу­ются карбиды ванадия, которые не растворяются в железе и имеют от­носительно невысокую твердость, что способствует при их мелкодис­персном распределении повышению пластичности металла. Такие электроды имеют марку ЦЧ-4 (стержень из проволоки марки Св-08А); содержат в покрытии 66% феррованадия. Этими электродами произво­дят облицовку (выполняют первый слой на малых токах короткими швами), а затем разделку заполняют электродами УОНИ 13/45. Спо­соб вполне применим для заварки дефектов литья, проведения ремонт­ных работ на изделиях из серого и высокопрочного чугуна. Он обеспе­чивает достаточно хорошую прочность и обрабатываемость металла шва.

Довольно широкое распространение приобрел способ холодной свар­ки чугуна, обеспечивающий получение в металле шва цветных или спе­циальных сплавов. Его суть заключается в создании сварных швов из сплавов на основе меди или никеля.

И медь, и никель способствуют уменьшению растворимости угле­рода в железе и его графитизации; при этом ни тот, ни другой металл соединений с углеродом не образуют. В зоне неполного растворения (у линии сплавления) они уменьшают возможность отбеливания. Ме­талл шва при этом обладает высокой пластичностью, что способствует

релаксации остаточных сварочных напряжений и уменьшает возмож­ность образования трещин.

Проще всего осуществить этот способ, применяя пучок электродов. Стальной электрод может быть любой марки (лучше УОНИ 13/45 или УОНИ 13/55). Диаметр медного прутка должен быть больше диаметра стального электрода примерно на 25%. В качестве 3-го прутка рекомен­дуется латунный пруток диаметром 1,5...3,0 мм. Медные прутки можно покрывать обычной меловой обмазкой толщиной 0,2...0,3 мм на сторо­ну.

Опыт применения комбинированного пучка электродов показал, что их легко и просто изготавливать на заводе, где необходимо произво­дить сварку той или иной конструкции из чугуна. Следует лишь соблю­дать ряд требований:

• комбинированные пучки необходимо составлять из стальных и медных прутков небольшого сечения (диаметром 1,6...4,0 мм для сварки в нижнем положении и не более 3,0 мм для сварки в вер­тикальном положении);

• на медные прутки лучше наносить качественное покрытие газо­шлакообразующего типа;

• электроды из трех составляющих следует собирать не в ряд, а компактно (треугольником).

Сварочный ток выбирается в зависимости от общего сечения стер­жней в пучке. Так, при диаметре стального электрода 3,0 мм и двух мед­ных электродах диаметром по 3,0 мм /в = 140... 160 А (для работы на деталях толщиной не более 12,0 мм). При диаметре стального электро­да 4,0 мм и двух медных по 4,0 мм / в = 170... 190 А ( для работ на деталях с толщиной более 12,0 мм).

При ремонте деталей, долгое время бывших в эксплуатации, свар­кой пучком электродов рекомендуется применять флюс, целиком со­стоящий из плавленой буры.

Сварку пучком электродов следует вести поперечными, равномер­ными, дугообразными движениями с наклоном электрода в сторону сварки на угол 35...450, что необходимо для хорошего перемешивания ванны. Пучок ведется таким образом, чтобы медный пруток был впе­реди стального для лучшего омеднения поверхности. Провар должен быть минимальным, дуга во избежание сильного окисления металла должна быть предельно короткой, сварку лучше проводить «на себя», ибо этот способ позволяет хорошо наблюдать за тем, как идет облу - живание поверхности медью.

Применяется и другой тип электродов, когда медный стержень оплетается жестью толщиной 0,25...0,3 мм, которая в виде ленты по
спирали навита на него. После этого на электрод наносят покры­тие. Могут быть и другие конструкции электродов, но во всех слу­чаях содержание железа в наплавленном металле не должно пре­вышать 10...15% во избежание образования большого количества очень твердых включений железа, что ухудшает пластичность ме­талла шва.

Существуют также медно-железные электроды, когда на медный стержень наносится основное покрытие, состоящее на 50% из железно­го порошка и на 50% из покрытия УОНИ 13 (электроды марки ОЗЧ-1). Металл шва, выполненный такими электродами, достаточно пластичен, что позволяет в горячем состоянии проводить его проковку с целью разрядки остаточных сварочных напряжений и предотвращения обра­зования трещин в металле ЗТВ.

При сварке электродами этих групп не следует допускать высокого разогрева детали, для этого ведут сварку короткими участками с пере­рывами на охлаждения на минимальных токах, при которых возможно стабильное горение дуги (длина участка 30...80 мм с послойным охлаж­дением).

Все медно-железные электроды дают достаточно неоднородную структуру шва: в мягкой медной матрице расположены твердые вклю­чения железа, что затрудняет последующую обработку швов. Не­сколько облегчает дело замена стального низкоуглеродистого прут­ка на аустенитный. Все разновидности медно-железных электродов можно с успехом применять при ремонте литья ответственного на­значения.

Если в системе медь-железо заменить последнее на никель, то мож­но получать швы без твердых железисто-углеродистых включений, так как никель и медь не растворяют углерод. В качестве прутков для таких электродов используют монель-металл (например, НМЖМц28-2,5-1,5), константан (НМЦ40-1,5) или нихром (Х20Н80). Ограничивает при­менение таких электродов дефицит никеля и высокая склонность металла шва к образованию горячих трещин. Поэтому электроды не рекомендуется применять в случае больших объемов наплавки, где трудно избежать образования горячих трещин и понижения прочности.

Рассматривая достоинства и недостатки горячей и холодной сварки чугуна, следует отметить следующее.

При горячей сварке чугуна, как правило, в наплавленном металле получается чугун с заданными свойствами.

Все применяемые здесь способы сварки проводятся с предваритель­ным подогревом, температура которого (150...650 °С) связана с маркой чугуна, габаритами изделий и спецификой способа. К таким способам относится и газовая сварка, применяемая для исправления таких дефектов литья как трещины, раковины малых и средних размеров на обрабатываемых и обработанных поверхностях. Сварка ведется с при­менением чугунных присадочных прутков ІІЧ-1, ПЧ-2 и т. д. и флюса (бура).

Ручная электродуговая сварка электродами на основе чугуна со спе­циальным покрытием применяется для исправления крупных дефек­тов литья.

Механизированная электродуговая сварка порошковыми проволо­ками ПП-АН41, ПП-43м, ПП-В45 и др. также рациональна для исправ­ления крупных дефектов.

Все эти способы обеспечивают одинаковость структуры основного и наплавленного металла, хорошие свойства наплавленного металла, в том числе и его последующую обрабатываемость механическими спо­собами.

Все способы холодной сварки, проводимой без подогрева, дают на­плавленный металл не чугунного состава, который обладает удовлет­ворительной обрабатываемостью резанием. Здесь применяются различ­ного рода сварочные материалы. Для исправления несквозных дефектов малых и средних размеров на обрабатываемых и обработанных поверх­ностях могут применяться электроды из медно-никелевой проволоки со специальным покрытием типа МНЧ-2 или электроды из железони­келевой проволоки типа ОЗЖН-1. Для исправления небольших дефек­тов в ответственных изделиях хорошо себя зарекомендовали электро­ды из никелевой проволоки типа ОЗЧ-З или ОЗЧ-4.

Область применения стальных электродов и проволок ограничи­вается заваркой несквозных дефектов на необрабатываемых поверх­ностях чугунных отливок; при этом часто в наплавленном металле и металле околошовной зоны образуется сетка мелких трещин. И здесь какие-либо приемы бессильны для их полного предотвращения. По­этому для заварки ответственного литья стальные электроды в боль­шинстве случаев рекомендованы быть не могут.

При большом объеме холодной сварки для заварки дефектов литья желательна ее механизация. Для этого можно применять самозащит - ные проволоки сплошного сечения на основе никеля (ПАНЧ-11) и мед­но-никелевого сплава (МН-25). Применяя тонкую проволоку, следует использовать узкую разделку для уменьшения объема наплавленного металла.