Чугун сваривают при исправлении дефектов отливок, а также восстановлении и ремонте деталей: заварке трещин, раковин, приварке отколовшихся частей и пр. Наиболее ча­сто приходится сваривать изделия из серого (литейного) чугуна. Получение качественной сварки чугуна требует от сварщика необходимого опыта и знаний. Разработано много способов сварки чугуна как газовой, так и электрической. Выбор наилучшего способа определяется составом чугуна, конструкцией детали, условиями ее работы и характером де­фекта. При этом следует иметь в виду, что газовая сварка серого чугуна является одним из наиболее надежных спосо­бов, позволяющим получать наплавленный металл, по свой­ствам весьма близкий к металлу чугунной детали. Это обу­словлено тем, что при газовой сварке происходит более дли­тельный и равномерный нагрев и охлаждение свариваемой детали, чем, например, при дуговой сварке. Поэтому газовая сварка обеспечивает лучшие условия для графитизации углерода в наплавленном металле, делает менее вероятным появление в соседних со швом участках основного металла твердых зон отбеленного чугуна и, наконец, уменьшает внут­ренние напряжения в свариваемом изделии и возможность образования трещин. Газовую сварку деталей из чугуна сле­дует производить с применением предварительного подогре­ва, общего или местного.

Скос кромок делают односторонний (V-образный) с уг­лом раскрытия 90°. При толщине до 4 мм скоса кромок не делают. Кромки тщательно очищают от масла, ржавчины и грязи щеткой или пескоструйным аппаратом и прогревают пламенем горелки. В качестве присадочных прутков берут чугунные стержни диаметром 4. 6, 8, 10, 12 мм, длиной 400—700 мм. Согласно ГОСТ 2671—44 стержни (прутки) для сварки чугуна выпускают марок А и Б. Стержни мар­ки А предназначены для сварки массивных деталей с подог­ревом и имеют состав (%): углерода 3—3,6; кремния 3—3,5; марганца 0,5—0,8; фосфора 0,2—0,5, серы не более 0,08, хрома не более 0,05 и никеля не более 0,3. Стержни мар­ки Б предназначены для сварки мелких деталей с местным подогревом, когда охлаждение детали после сварки проис­ходит быстро. Поэтому в стержнях марки Б содержится больше кремния, способствующего графитизации углерода, а именно 3,6—4,8% кремния и 0,3—0,5% фосфора. Осталь­ные элементы содержатся в тех же количествах, как и в прутках марки А.

При сварке чугуна образуются окислы кремния, железа и марганца; для их удаления из сварочной ванны применяют флюс, состоящий из. молотой прокаленной буры технической (ГОСТ 8429—57) или из смеси (%): буры 56, углекислого натрия (соды) 22 и углекислого калия (поташа) 22 или бу­ры 50, соды двууглекислой 47 и кремнезема 3. Применяют также флюс из углекислого натрия и двууглекислого натрия (по 50%). Хорошей раскисляющей способностью обладает флюс состава (%): буры прокаленной 23, углекислого нат­рия 27 и азотнокислого натрия 50. Пруток при сварке сле­дует чаще погружать в флюс и подсыпать флюс в сварочную ванну. Наконечник выбирают мощностью 100—120 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла.

Для сварки чугуна можно применять также газообраз­ный флюс БМ-1, разработанный ВНИИАвтогенмашем и со­стоящий из летучей борорганической жидкости (см. § 5 данной главы). Разработанный для сварки латуни этот флюс дает хорошие результаты и при сварке чугуна.

Сварочное пламя при сварке чугуна должно быть нор­мальным или науглероживающим, так как окислительное вызывает местное выгорание кремния и в металле шва обра­зуются зерна белого чугуна. Места с включениями зерен белого чугуна очень твердые и сильно затрудняют после­дующую обработку шва режущим инструментом. Металл хорошо прогревают, сварку ведут быстро нижним швом, а для массивных деталей — двумя горелками одновременно. Концом прутка все время перемешивают металл сварочной ванны для облегчения выхода растворенных газов, так как иначе шов получится пористым.

Детали сложной формы, имеющие неодинаковое сечение в отдельных частях, отверстия, перемычки и т. д., во избежа­ние появления трещин и внутренних напряжений от нерав­номерного нагрева, необходимо сваривать только с предва­рительным подогревом. Общий подогрев детали осуществ­ляют в печи, горне или яме до 300—400° С, а более крупных деталей — до 600—700° С. При пользовании временными пе-
крывают асбестом. Для поступления воздуха снизу в стен­ках печи делают отверстия. После сварки деталь должна медленно остывать вместе с печью для того, чтобы металл шва получил однородную структуру серого чугуна и в изде­лии не появились трещины от неравномерного охлаждения.

В цехах массового производства, где сваривают большое количество чугунных изделий, для подогрева применяют не­прерывно действующие конвейерные печи.

Местный подогрев при­меняют при сварке очень громоздких изделий или в том случае, когда фор­ма и характер поврежде­ния не требуют нагрева всего изделия. Местный подогрев производится горелками, паяльными лампами, индукционным электронагревом, древес­ным углем, коксом. В по­следних двух случаях ме­сто подогрева ограждают коробкой из листового же­леза с отверстиями для доступа воздуха и засыпают древесным углем или коксом, которые разжигают. При местном подогреве детали подо­греваемого участка должны нагреваться и охлаждаться одновременно и постепенно. Малые сечения при охлажде­нии следует иногда подогревать, поддерживая их в нагре­том состоянии, чтобы они не охлаждались быстрее, чем бо­лее массивные части. Местный подогрев производят так, чтобы кромки в месте сварки предварительно разошлись. На рис. 72 показан пример местного подогрева при сварке чугунной рамы. Если лопнувший средний брус рамы сва­рить в А без предварительного подогрева в Б и В, то при охлаждении средний брус начнет сокращаться по длине, стремясь изогнуть поперечные брусья, как это показано пунктиром. Вследствие сопротивления изгибу поперечных брусьев они в свою очередь будут стремиться разорвать сваренный брус. Так как чугун плохо сопротивляется рас­тяжению, то средний брус лопнет по месту сварки в А. Это­го не произойдет, если перед сваркой нагреть боковые брусья в £ и В. При этом они удлинятся, кромки среднего

бруса в А разойдутся и в таком состоянии его сваривают. При остывании все три' бруса сократятся в одинаковой сте­пени и в Л не возникнет растягивающих усилий.

При сварке чугуна пруток погружают в сварочную ванну только после нагрева конца прутка до светло-красного кале­ния, так как холодный пруток может вызвать местное отбе­ливание чугуна. Металл в ванне непрерывно перемешивают концом прутка для удаления газов и окислов. Пруток сле­дует вынимать из ванны возможно реже и только для того, чтобы покрыть его флюсом.

Пламя нельзя отводить в сторону в процессе сварки, ко­торую ведут с возможно большей скоростью. Если нагрев металла слишком высок, то ядро пламени можно несколько удалить от поверхности ванны, которая, однако, все время должна быть покрыта восстановительной частью пламени. Излишняя задержка пламени на одном месте приводит к выгоранию углерода и кремния в данном месте, что вызыва­ет образование структуры отбеленного чугуна.

После окончания заварки трещин изделию дают полно­стью медленно охладиться вместе с горном с целью преду­предить коробление и образование трещин от неравномер­ного охлаждения. Кроме того, медленное охлаждение пре­пятствует появлению в шве структуры белого чугуна.

Чугуны серый, ковкий и высокопрочный можно свари­вать[14] присадочной проволокой из латуни Л62, имеющей температуру плавления 850 —900° С, т. е. ниже температуры плавления чугуна, равной 1100—1250° С. Сварку ведут без подогрева детали или с местным подогревом. Шов будет достаточно пластичен и прочен, так как латунь пластична и лучше чугуна сопротивляется растяжению и ударам. Чугун­ная деталь при этом способе сварки не подвергается сильно­му нагреву, поэтому в ней не возникают опасные деформа­ции и напряжения. Наконечник при сварке чугуна латунью берут мощностью пламени 60—75 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Угол раскрытия шва 70—80°. Применяют флюс состава (%): плавленой буры 70, поваренной соли 20 и борной кислоты 10. Можно применять только буру или смесь буры и борной кислоты, взятых в равных количествах.

Кромки чугунной детали не расплавляют, а только на­гревают до светло-красного каления, затем их посыпают флюсом и наплавляют латунь, которая облуживает кромки
диффундируя в чугун. После этого латунью постепенно за­полняют весь шов, посыпая жидкий металл флюсом и пере­мешивая его концом присадочной проволоки. Наплавку ве­дут менее горячей частью пламени, держа ядро на большем расстоянии от ванны, чем обычно и направляя пламя преи­мущественно на присадочную латунную проволоку.

Лучше всего чугун смачивается расплавленной латунью при 700—850° С. При более низкой температуре, порядка 600° С, наплавленный металл быстро застывает и содержа­щиеся в нем газы не успевают выделиться, что вызывает по-

ристость швов. При температуре свыше 900° С происходит растворение железа в латуни и испарение из нее цинка, что также вызывает пористость наплавленного металла. Кроме того, при этой температуре из чугуна выгорает графит, что ухудшает смачивание чугуна латунью. Для предупрежде­ния испарения цинка, входящего в состав латуни, пламя должно иметь избыток кислорода до 30—40%.

Для сварки чугуна латунью наиболее целесообразно применять газообразный флюс (см. § 5 этой главы). Кроме того, применяют чугунные прутки с медным покрытием, улучшающие смачиваемость кромок наплавляемым метал­лом, а также прутки из так называемого эвтектического С^чугуна, температура плавления которого 1050—1200°С. При сварке употребляются флюсы в виде пасты. При отсут­ствии специальных чугунных прутков или латуни Л62 тре­щины в чугунных деталях можно заваривать также прово­локой из электролитической красной меди.

При сварке высокопрочного чугуна с шаровидной фор­мой графита применяют прутки, содержащие 0,07% магния.

Низкотемпературная заварка литейных дефектов в чугунных деталях. При данном спосо­бе, разработанном ВНИИАвтогенмашем для заварки литей­ных дефектов деталей из серого чугуна, применяются спе­циальные чугунные прутки и флюсы-пасты. Заварка про­исходит без расплавления основного металла и процесс заварки аналогичен пайке, но вместо припоя из другого ме­талла в данном случае применяется пруток также из чугуна соответствующей марки. Присадочные стержни марки НЧ-1 для заварки изделий с тонкой стенкой имеют состав:

При заварке толстостенных изделий охлаждение наплав­ки происходит быстрее. В связи с этим применяют присадоч­ные стержни марки НЧ-2, в которых повышено содержание кремния до 3,5—4,0%, способствующего графитизации чугу­на наплавки и препятствующего отбеливанию; содержание остальных компонентов то же, что и в марке НЧ-1. Стержни отливаются в кокиль и имеют диаметр 5, 7, 9 и 12 мм. Флю­сы-пасты для этого процесса заварки имеют следующий со­став (%):

Бура плавленая.... Сода кальцинированная Селитра натриевая обез­воженная

Литий углекислый обез­воженный

Воды (% к весу сухой части)

Для прутков НЧ-1 применяют флюс ФСЧ-1, для НЧ-2— флюс ФСЧ-2.

Место сварки зачищают до металлического блеска. При толщине до 10 л*ж кромки делают V-образной формы с уг­лом раскрытия 70—90°, при толщине более 10 мм — Х-об - разной. Литейные дефекты (поры, шлаковые включения) вырубают и кромки разделывают с общим углом раскры­тия шва 45—60°.

Перед сваркой изделие подвергают местному нагреву горелкой до 300—400° С; изделия с более сложной формой подвергают общему нагреву в печи до той же температуры.

На нагретую поверхность наносят слой флюса-пасты и место сварки нагревают горелкой до 820—860°С. Пламя должно быть нормальным (восстановительным). При этой температуре флюс-паста плавится, покрывая место сварки тонкой пленкой. Присадочный стержень покрывается сна­ружи флюсом-пастой и расплавляется постепенно, капля за каплей стекая на завариваемую поверхность и растекаясь по ней. Сварку ведут справа налево, пламя горелки пере­мещают впереди шва. После заварки изделие медленно ох - 'лаждают в песке или под слоем асбеста.

При данном способе сварки в шве отсутствуют зоны твердого отбеленного чугуна, так как основной металл не доводится до плавления; наплавка получается плотной, мягкой и хорошо обрабатывается резцом. Ремонтируемое

изделие испытывает незначительные внутренние напряже­ния и трещины не возникают.

Хорошие результаты при низкотемпературной сварке чугуна дает применение пропан-бутано-кислородного пла­мени и горелок ГЗУ-2-62 или ГЗМ-2-62. Мощность пламени 60—70 дм3/ч пропан-бутана на 1 мм толщины, пламя нор­мальное. При толщине свариваемого металла 6—12 мм де­лают V-образную разделку кромок без притупления, с за­зором до 3 мм и углом раскрытия 55°. Пруток держат под углом 30—35°, а мундштук 45° к поверхности металла. Предварительно очищенные кромки нагревают до 300— 400° С, покрывают флюсом и нагревают до «отпотевания», т. е. 820—860° С. В этот момент в пламя вводят покрытый флюсом пруток и, перемешивая его концом ванну, заполня­ют ее металлом доверху с небольшим усилением шва. Свар­ку ведут без перерыва. При толщине металла 6 мм сварщу ведут в один проход, при 9—12 мм — в два прохода. Режи­мы сварки следующие:

При этом способе получают металл наплавки со струк­турой мелкопластинчатого, равномерно распределенного графита. При твердости основного металла НВ140—160 твердость металла шва и переходной зоны равна НВ 22—245.

Наряду с пропан-бутаном можно применять и другие газы-заменители: природный, городской, нефтяной и др.

§ 4