Особенности сварки чугунных деталей. Холодная и горячая сварка чугуна
Холодная и горячая сварка чугуна. Причины плохой свариваемости.
Cодержание статьи
Что такое чугун
Чугун – это сплав железа и углерода, при этом содержание последнего элемента должно быть не менее 2%. Сплавы с более низким содержанием углерода – это стали. Чугун классифицируют по различным признакам: в зависимости от состава он может быть легированным (содержащим специальные добавки - хром, никель, марганец, которые улучшают свойства сплава) или нелегированным; по структуре выделяют белый и серый чугун.
В зависимости от дополнительных свойств серый чугун подразделяют на ковкий, жаропрочный, коррозионностойкий, литейный, высокопрочный и антифрикционный.
Свариваемость чугуна
Чугун – один из самых распространенных материалов. Конкуренцию ему может составить только сталь. Он применяется как материал для изготовления литых деталей, различных металлических изделий и конструкций. Чугуны отличаются высокой твёрдостью и прочностью к трению. Но при этом они хрупкие и склонны к образованию трещин. Из-за этого сварка чугуна – процесс весьма трудный, так как требует соблюдения множества технических условий.
Тем не менее такой способ соединения этого сплава весьма распространен. Сварка чугуна получила распространение как основной метод исправления литейных дефектов и ремонта чугунных деталей. Реже ее применяют при изготовлении металлических конструкций.
Причины плохой технологической свариваемости:
- Склонность к отбеливанию. Зона шва после нагрева имеет характерную структуру (выделение цементита), из-за чего этот участок будет плохо поддаваться обработке режущими инструментами. Кроме того, по зоне шва возникают напряжения, приводящие к трещинам.
- Сильная жидкотекучесть. Затруднено образование сварного шва, так как расплавленный металл вытекает из зоны нагрева. Возможно возникновение непроваренных участков, в том числе и из-за появления тугоплавких оксидов. Трудно добиться герметичности.
- Сварка чугуна проходит при интенсивном выделении газов. Это обусловлено низкой температурой плавления и тем, что сплав быстро остывает. Газообразование не прекращается даже на стадии кристаллизации, из-за этого швы становятся пористыми.
Методы сварки. Горячая и холодная сварка чугуна
К сварным изделиям из чугуна предъявляют разные требования. Они обусловлены условиями эксплуатации. Чугуны можно сваривать разными способами, например, при помощи газовой и ручной электродуговой сварки, разными электродами – металлическими или угольным и т.п. Но всегда выделяют два вида – это холодная и горячая сварка чугуна, соответственно, без предварительного подогрева и с подогревом.
В зависимости от требований к изделию применяют тот или иной способ. К примеру, чугун сваривают с подогревом, когда хотят получить материал сварного шва, приближенный по свойствам к основному металлу. Без подогрева – когда зона наплавки небольшая или устраняемый дефект незначительный, а также при невозможности осуществить подогрев.
Сварка чугуна в домашних условиях проводится, как правило, одним способом – при помощи аппарата ручной электродуговой сварки и без предварительного нагрева. Подготовка к работе заключается только в очистке металла и разделке кромок. Другие виды сварки в домашних условиях используются крайне редко из-за того, что они более трудоемкие и требуют применения специальной техники.
promsnabservisnk.ru
Холодная и горячая сварка чугуна. Причины плохой свариваемости
Cодержание статьи
Что такое чугун
Чугун - это сплав железа и углерода, при этом содержание последнего элемента должно быть не менее 2%. Сплавы с более низким содержанием углерода – это стали. Чугун классифицируют по различным признакам: в зависимости от состава он может быть легированным (содержащим специальные добавки - хром, никель, марганец, которые улучшают свойства сплава) или нелегированным; по структуре выделяют белый и серый чугун.
В зависимости от дополнительных свойств серый чугун подразделяют на ковкий, жаропрочный, коррозионностойкий, литейный, высокопрочный и антифрикционный.
Свариваемость чугуна
Чугун один из самых распространенных материалов. Конкуренцию ему может составить только сталь. Он применяется как материал для изготовления литых деталей, различных металлических изделий и конструкций. Чугуны отличаются высокой твёрдостью и прочностью к трению. Но при этом они хрупкие и склонны к образованию трещин. Из-за этого сварка чугуна процесс весьма трудный, так как требует соблюдения множества технических условий. Тем не менее такой способ соединения этого сплава весьма распространен.
Сварка чугуна получила распространение как основной метод исправления литейных дефектов и ремонта чугунных деталей. Реже ее применяют при изготовлении металлических конструкций.
Большой выбор электродов в Новокузнецке8-950-587-78-68 8-909-511-21-45
Подробнее ...
Причины плохой технологической свариваемости:
- Склонность к отбеливанию. Зона шва после нагрева имеет характерную структуру (выделение цементита), из-за чего этот участок будет плохо поддаваться обработке режущими инструментами. Кроме того, по зоне шва возникают напряжения, приводящие к трещинам.
- Сильная жидкотекучесть. Затруднено образование сварного шва, так как расплавленный металл вытекает из зоны нагрева. Возможно возникновение непроваренных участков, в том числе и из-за появления тугоплавких оксидов. Трудно добиться герметичности.
- Сварка чугуна проходит при интенсивном выделении газов. Это обусловлено низкой температурой плавления и тем, что сплав быстро остывает. Газообразование не прекращается даже на стадии кристаллизации, из-за этого швы становятся пористыми..
Методы сварки. Горячая и холодная сварка чугуна.
К сварным изделиям из чугуна предъявляют разные требования. Они обусловлены условиями эксплуатации. Чугуны можно сваривать разными способами, например, при помощи газовой и ручной электродуговой сварки, разными электродами – металлическими или угольным и т.п. Но всегда выделяют два вида это холодная и горячая сварка чугуна, соответственно, без предварительного подогрева и с подогревом.
В зависимости от требований к изделию применяют тот или иной способ. К примеру, чугун сваривают с подогревом, когда хотят получить материал сварного шва, приближенный по свойствам к основному металлу. Без подогрева когда зона наплавки небольшая или устраняемый дефект незначительный, а также при невозможности осуществить подогрев.
Сварка чугуна в домашних условиях проводится, как правило, одним способом при помощи аппарата ручной электродуговой сварки и без предварительного нагрева. Подготовка к работе заключается только в очистке металла и разделке кромок. Другие виды сварки в домашних условиях используются крайне редко из-за того, что они более трудоемкие и требуют применения специальной техники.
promsnabservisnk.ru
Особенности сварки чугунных деталей
Чугун представляет собой сплав железа с углеродом (содержание углерода более 2 %) и относится к группе плохо сваривающихся металлов.
Свариваемость чугуна неудовлетворительна, что обусловлено его повышенной склонностью к образованию трещин из-за низкой прочности и пластичности металла. Трещины при сварке могут возникать в металле шва и зоне термического влияния при повышенных скоростях охлаждения в результате образования хрупкого белого чугуна (ледебуритных прослоек) и структур закалки.
Чугун можно сваривать дуговой сваркой металлическим или угольным электродами, газовой сваркой, термитной сваркой и заливкой жидким чугуном.
По состоянию свариваемой детали различают три способа сварки чугуна: холодную, полугорячую и горячую. Холодную сварку выполняют без подогрева свариваемых деталей, полугорячую — при полном или местном подогреве до температуры 300...400 °С, горячую — при полном нагреве до температуры 600...800 "С. Эти способы сварки подразделяют на отдельные методы в зависимости от вида сварки, применяемых электродов и присадочного металла.
Холодная сварка. Этот способ сварки имеет несколько разновидностей: стальными электродами, стальными электродами со специальными покрытиями, стальными электродами с помощью шпилек, газовая (ацетилено-кислородным пламенем).
Сварку стальными электродами применяют при ремонте неответственных чугунных изделий небольших размеров с малым объемом наплавки, не требующих после сварки механической обработки. Сварное соединение неоднородно по структуре, часто не обладает достаточной плотностью и имеет низкую прочность.
Сварку электродами с защитно-легирующими покрытиями выполняют с V- или Х-образной разделкой кромок. Для устранения неравномерного разогрева детали сваривают отдельными участками вразбивку. Длина отдельных наплавленных участков сварного шва не должна превышать 100... 120 мм. После наплавки отдельных участков им дают возможность остыть до температуры 60...80°С. При сварке изделий толщиной 8... 15 мм сварку ведут с увеличенной шириной усиления шва. Сварку электродами с покрытиями ОММ-5 и К-5 можно выполнять на переменном или на постоянном токе. Наилучшие результаты получают при сварке электродами с покрытием УОНИ-13/45. Сварку электродами с покрытием УОНИ проводят на постоянном токе обратной полярности.
Полугорячая сварка. Подогрев свариваемой детали до 300...400 °С способствует более замедленному охлаждению металла шва и прилежащих к нему зон после сварки. Замедленное охлаждение в значительной степени предотвращает получение отбеленных зон, что позволяет производить механическую обработку сварных соединений. Детали перед сваркой нагревают в термических печах, горнах или с помощью газовых горелок ацетилено-кис-лородным пламенем. При подогреве газовой горелкой необходимо следить за равномерностью нагрева подогреваемой поверхности.
Полугорячую сварку чугуна можно осуществлять низкоуглеродистыми стальными электродами с защитно-легирующими покрытиями типа ОММ-5, MP-3, К-5 и УОНИ-13; стальными электродами со специальным покрытием; чугунными электродами и ацетилено-кислородным пламенем с применением чугунных присадочных прутков.
Горячая сварка. Мелкие детали предварительно подогревают до 600...700 "С, крупногабаритные (толщина стенок более 30 мм) — до 700...800 °С.
Горячая сварка состоит из следующих последовательных операций: механической обработки под сварку, формовки свариваемых деталей, нагрева, сварки и охлаждения сваренных деталей.
Механическая обработка заключается в вырубке дефектных участков и зачистке их от масла, грязи, шлака и формовочной земли. При сварке двух сломанных частей скоса кромок не делают, а оставляют между ними зазор, обеспечивающий доступ электрода. Стенки деталей в зазоре должны быть механически обработаны.
Для предохранения расплавленного металла от вытекания участки, подлежащие сварке, формуют с помощью формовочной земли и графитовых пластинок (рис. 4).
Детали нагревают в специальных нагревательных печах, колодцах, горнах или с помощью индукционных подогревателей. В некоторых случаях на месте сварки сооружают временные нагревательные горны и печи.
Для горячей сварки применяют чугунные электроды со стержнями марок А и Б. Наиболее распространенными электродными покрытиями для горячей сварки являются ОМЧ-1 и УЗТМ-74.
Ввиду значительного объема наплавленного металла при горячей сварке применяют электроды больших диаметров (8...16 мм).
Рис. 4. Горячая сварка чугуна:
1 — формовочная земля; 2 — графитная пластинка; 3 — свариваемые детали; 4— электрод
Чугунные детали сваривают чугунными электродами на следующих режимах.
Газовая сварка является весьма распространенным способом ремонта чугунных деталей. При использовании в качестве присадочного металла латунных прутков сварной шов получается достаточно плотным и поддается механической обработке. При сварке в качестве присадочного металла применяют стальную сварочную проволоку Св-08 и Св-08А или стержни из чугуна марки А.
Особенность сварки деталей из алюминия и его сплавов
Технически чистый алюминий в технике имеет сравнительно ограниченное применение вследствие низкой прочности и высокой пластичности.
Основные затруднения при сварке алюминия и его сплавов следующие: на поверхности расплавленного металла постоянно образуется тугоплавкая пленка оксида алюминия А120з, препятствующая сплавлению между собой частиц металла; высокая температура плавления оксида алюминия (2050 °С) и низкая температура плавления алюминия (658 °С) крайне затрудняют управление процессом сварки.
Высокая теплопроводность алюминия и его сплавов требует применения специальных технологических приемов, а при массивных деталях — предварительного подогрева.
Алюминий и его сплавы сваривают с помощью электродуговой, аргонодуговой и газовой сварки. Независимо от способа сварки алюминиевые изделия перед сваркой должны проходить специальную подготовку, заключающуюся в обезжиривании металла и удалении с его поверхности пленки оксида алюминия. Такой подготовке необходимо также подвергать присадочную проволоку и электродные стержни перед нанесением на них покрытия.
Для деталей из алюминия и его сплавов рекомендуют следующие способы сварки:
неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона (арго-нодуговая сварка). В качестве присадочного материала используют сплавы алюминия. В зависимости от толщины деталей используют электроды диаметром 1...5 мм, силу сварочного тока 45...280 А напряжением 22...24 В. Расход аргона колеблется в пределах 4... 12 л/мин. Сварку ведут на переменном токе без применения флюса;электродами ОЗА-2 (сплава алюминия) и ОЗА-1 (технического алюминия) на постоянном токе обратной полярности, короткой дугой (электродуговая сварка). Силу тока выбирают из расчета 35...45 А на 1 мм диаметра электрода. Стержень электрода изготавливают из алюминиевой проволоки. Электрод имеет покрытие АФ-4А;
studfiles.net
Сварка чугуна, особенности сварки плавлением. Холодная и горячая сварка чугуна.
К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,11%.
Свариваемость чугуна. Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается затруднительно. В связи с этим чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Тем не менее сварка чугуна имеет большое распространение как средство ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструкций. Качественно выполненное сварное соединение должно обладать необходимым уровнем механических свойств, плотностью и удовлетворительной обрабатываемостью.
Причины, затрудняющие получение качественных сварных соединений, следующие:
- высокие скорости охлаждения металла шва и зоны термического влияния, соответствующие термическому циклу сварки, приводят к отбеливанию чугуна, т.е. появлению участков с выделениями цементита. Высокая твердость отбеленных участков практически лишает возможности обрабатывать чугуны режущим инструментом;
- 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 создает дополнительные структурные напряжения, способствующие трещинообразованию;
- интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва;
- повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет формирование шва и удержание расплавленного металла от вытекания.
В зависимости от способов преодоления трудностей существуют три технологических направления сварки чугуна:
- технология, обеспечивающая получение в металле шва чугуна;
- технология, обеспечивающая получение в металле шва низкоуглеродистой стали;
- технология, обеспечивающая получение в металле шва сплавов цветных металлов.
Технология сварки, обеспечивающая получение в металле шва чугуна. Наиболее радикальным способом борьбы с образованием отбеленных и закаленных участков и возникновением трещин является предварительный подогрев. Если температура предварительного подогрева находится в пределах 600-650 °С, сварку называют горячей; если Тпп - 400-450 °С, сварку называют полугорячей. При отсутствии подогрева сварка называется холодной.
Технологический процесс горячей сварки состоит из следующих операций: подготовка изделия под сварку; предварительный подогрев деталей; сварка; последующее охлаждение.
Подготовка под сварку зависит от вида исправляемого дефекта. Однако во всех случаях подготовка дефектного места заключается в тщательной очистке от загрязнений. Для предупреждения вытекания жидкотекучего металла сварочной ванны, а в ряде случаев для придания наплавленному металлу соответствующей формы место сварки формуют. После формовки необходима просушка формы при постепенном подъеме температуры от 60 до 120 °С, затем проводят дальнейший подогрев под сварку со скоростью 120-150 °/ч - в печах или временных нагревательных устройствах. Замедленное охлаждение после сварки достигается при укрывании изделий теплоизолирующим или при охлаждении вместе с печами.
Горячая сварка чугуна позволяет получать сварные соединения, равноценные свариваемому металлу (по механическим характеристикам, плотности, обрабатываемости и др.), однако это трудоемкий и дорогостоящий процесс. Вместе с этим в ряде случаев к сварным соединениям чугуна не предъявляются высокие требования. Часто, например, достаточно обеспечить только равнопрочность или только хорошую обрабатываемость или плотность сварных швов. С помощью различных металлургических и технологических средств можно получить сварные соединения чугуна с теми или иными свойствами при сварке с невысоким подогревом или вовсе без предварительного подогрева (т.е. с помощью полугорячей или холодной сварки).
В этом случае для предупреждения отбеливания необходимо обеспечить такой состав металла шва, для которого в этих условиях будет получаться структура серого чугуна с наиболее благоприятной формой графитных включений. Это может быть достигнуто путем введения в наплавленный металл достаточно большого количества графитизаторов и легирования чугуна элементами, например магнием. Примером таких электродов могут служить электроды марки ЭМЧ, стержень которых представляет собой чугун с повышенным (до 5,2%) содержанием кремния и двухслойное покрытие: первый слой - легирующий, второй - обеспечивает газовую и шлаковую защиту:
1-й слой Графит41% Силикомагний40% Железная окалина14% Алюминий (порошок) 5%
2-й слой Мрамор 50%Плавиковый шпат 50%Относительная масса каждого слоя 15-20%
Технология сварки, обеспечивающая получение в металле шва низкоуглеродистой стали. Если выполнить наплавку на чугун электродами, предназначенными для сварки углеродистых или низколегированных конструкционных сталей, то в первом слое даже при относительно небольшой доле участия основного металла получится высокоуглеродистая сталь, которая при скоростях охлаждения, имеющих место в условиях сварки без предварительного подогрева, приобретает резкую закалку. Поэтому металл первого слоя будет иметь высокую твердость, низкую деформационную способность и окажется подверженным образованию трещин, а также пористости. Во втором слое доля участия чугуна уменьшится, однако содержание углерода в нем будет находиться еще на высоком уровне, что также приведет к закалке и возможному образованию трещин. В последующих слоях доля участия чугуна окажется незначительной и металл шва будет обладать определенным уровнем пластичности.
При сварке чугуна низкоуглеродистыми электродами общего назначения наиболее слабое место сварного соединения - околошовная зона у границы сплавления. Хрупкость этой зоны и наличие в ней трещин нередко приводят к отслаиванию шва от основного металла. Для увеличения прочности сварного соединения, когда к нему не предъявляется других требований (например, при ремонте станин, рам), применяют стальные шпильки, которые частично разгружают наиболее слабую часть сварного соединения - линию сплавления.
Однако более рационально применение специальных электродов, позволяющих ввести в металл шва сильный карбидообразователь - ванадий. В этом случае в шве образуются карбиды данного элемента, не растворяющиеся в железе и имеющие форму мелкодисперсных нетвердых включений. Металлическая основа при этом оказывается обезуглероженной и достаточно пластичной. Примером могут служить электроды марки ЦЧ-4 со стержнем из низкоуглеродистой проволоки марки Св08А.
Область применения таких электродов - сварка поврежденных деталей и заварка дефектов в отливках из серого и высокопрочного чугуна. В случае необходимости можно также сваривать соединения серого и высокопрочного чугуна со сталью. Сварные соединения, выполненные этими электродами, имеют удовлетворительную обрабатываемость, плотность и достаточно высокую прочность. К способам, обеспечивающим получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали, можно также отнести механизированную сварку короткими участками электродной проволокой марок Св08ГС; Св08Г2С диаметром 0,8-1 мм в СО2. Технология сварки, обеспечивающая получение в металле шва сплавов цветных металлов. Для получения швов, обладающих достаточно высокой пластичностью в холодном состоянии, применяют электроды, обеспечивающие получение в наплавленном металле сплавов на основе меди и никеля. Медь и никель не образуют соединений с углеродом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Поэтому, попадая в зону неполного расплавления, прилегающую к шву, они уменьшают вероятность отбеливания. Кроме того снижается вероятность образования трещин в зоне термического влияния. Для сварки чугуна используют медно-железные, медно-никелевые и железо-никелевые электроды.
Сварку медно-железными электродами всех типов следует выполнять таким образом, чтобы не допускать сильного разогрева свариваемых деталей: на минимально возможных токах, обеспечивающих стабильное горение дуги, короткими участками вразброс, с перерывами для охлаждения свариваемых деталей.
stydopedya.ru
