§ 82. Горячая сварка чугуна

Горячую сварку можно применять для изделий ограниченных размеров и массы, практически до 2,5 т, так как при большом объеме нагретого металла производить сварку трудно.

Горячая сварка чугуна выполняется в такой последовательности.

1. Подготовка к сварке. Раковины и шлаковые включения полностью удаляются обычно механическим способом - вырубкой или сверлением. Трещины, подлежащие заварке, вырубаются с V-образной или чашеобразной разделкой; невырубленным остается притупление в 3 - 6 мм. Если объем металла, подлежащего наплавке, велик и превышает 60 см³, то место, предназначенное к сварке, должно быть заформовано так, чтобы можно было обеспечить заполнение этой части ванны жидким чугуном. Формовку выполняют графитовыми пластинами или формовочным песком, замешанным на жидком стекле. Формовка должна исключить возможность вытекания жидкого металла из ванны (рис. 103). Объем расплавленной ванны должен обеспечивать возможность поддержания ее в жидком состоянии.

Рис. 103. Подготовка чугунного изделия с трещиной под сварку с подогревом: 1 - трещина, 2 - графитовые пластины, 3 - формовочная смесь, 4 - графитовая вставка, 5 - свариваемое изделие

После заварки одной секции и затвердения заваренного участка вставка вынимается.

39. Состав чугунных присадочных прутков (по ГОСТ 2671 - 70)

2. Подогрев изделий производится в печах или специальных нагревательных ямах. Обычно температура нагрева при газовой сварке поддерживается в пределах 450 - 600°С и при дуговой сварке - 700 - 850°С. Подогрев чугунных изделий перед сваркой до таких высоких температур требуется для того, чтобы снизить скорость охлаждения металла шва и придать ему относительно высокие пластические свойства и возможность обработки режущим инструментом; подогрев необходим также после сварки, чтобы происходило равномерное охлаждение всего изделия и не возникали трещины. Более высокая температура подогрева чугунного изделия при дуговой сварке объясняется тем, что погонная тепловая энергия в этом случае меньше, чем при газовой сварке. 3. Присадочным материалом при горячей сварке служат чугунные прутки марок А и Б (ГОСТ 2671 - 70, табл. 39), в которых графитизация углерода обеспечивается повышенным содержанием кремния. В результате этого наплавленый металл имеет преимущественно ферритную структуру; прочность его ниже прочности самого чугунного изделия. Заводом "Станколит" предложены специальные низколегированные прутки (табл. 40), обеспечивающие наплавленный металл перлитной структуры. Литые стержни имеют диаметры 4, 6, 8, 10, 12 мм.

40. Состав низколегированных чугунных присадочных прутков

4. Выполнение сварки. Газовая сварка производится нормальным пламенем горелкой с наконечниками № 5 - 8. Допускается сварка науглероживающим пламенем. Применение флюсов (табл. 41) при газовой сварке чугунов обязательно.

41. Флюсы, применяемые при сварке чугуна

Флюсы предназначены для удаления из сварочной ванны окислов растворением и переводом их в легкоплавкие шлаки, а также для улучшения сцепления между расплавленным и основным металлом на участке неполного расплавления. Чаще всего в качестве флюса используют прокаленную буру или смесь из 50% углекислого и 50% двууглекислого натрия. ВНИИ автогенмаш рекомендует флюсы ФСЧ-1 и ФСЧ-2. Первый флюс состоит из 23% прокаленной буры, 27% углекислого натрия и 50% азотнокислого натрия. Добавка к этой смеси небольшого количества (1 - 2%) углекислого лития (флюс ФСЧ-2) улучшает растворяющие и смачивающие свойства флюса при сварке. Однако он дороже флюса ФСЧ-1 и употребляется лишь при низкотемпературной сварке.

Защиту сварочной ванны эффективно выполнять газообразным флюсом БМ-1, состоящим из летучей бороорганической жидкости (он чаще применяется для сварки латуней, см. гл. XVIII).

При газовой сварке чугунный пруток погружают в сварочную ванну только после нагрева его конца до температуры светлокрасного каления. Пруток вынимают из ванны по возможности редко и только для нанесения флюса. Основной металл и присадочный пруток плавятся под флюсом.

Дуговая сварка чугуна выполняется как угольным электродом с применением чугунного присадочного прутка, так и покрытыми чугунными электродами. Для удаления окислов кремния при сварке угольной дугой используют те же флюсы, что и при газовой сварке чугуна.

Режимы дуговой сварки чугуна угольным электродом приведены в табл. 42.

42. Режимы дуговой сварки чугуна угольным электродом

При дуговой сварке металл сварочной ванны также поддерживают в жидком состоянии до полного заполнения дефекта или заформованного блока. Это обеспечивает наиболее полное удаление газов и неметаллических включений из металла шва и равномерную структуру в металле шва и околошовном металле.

Качество соединения свариваемых частей и температура, от которой оно зависит, определяются формой сварочной ванны. Выпуклая поверхность ванны (рис. 104, а) говорит о плохом соединении.

В этом случае сварщик должен увеличить нагрев стенок изделия. Когда ванна чрезмерно горяча, расплавление стенок изделия идет весьма интенсивно, образуется очень характерный подрез стенки (рис. 104, б); в этом случае требуется пламя или дугу перенести в центр ванны, уменьшить температуру ванны добавлением в нее кусочков стержней, электродов или заранее приготовленных мелких кусков чугуна.

Правильный процесс сварки характеризуется вогнутой поверхностью сварочной ванны (рис. 104, в) без подреза; жидкий чугун хорошо смачивает стенки детали.

Рис. 104. Форма сварочной ванны в зависимости от ее нагрева: а - холодная, б - перегретая, в - нормальная

Многослойная сварка чугуна применяется редко и лишь в случаях, когда невозможно поддерживать всю ванну в жидком состоянии.

5. Охлаждение изделий производится с малой скоростью, иногда в течение 3 - 5 суток. Подготовка к охлаждению заключается в том, что после окончания сварки поверхность металла шва засыпается слоем мелкого порошка древесного угля, а все изделие со всех сторон закрывается асбестовыми листами и сухим песком.

При дуговой сварке чугуна с подогревом применяют чугунные стержни, указанные в табл. 39 и 40 с покрытием, например, ОМЧ-1. Состав покрытия ОМЧ-1 следующий: 25% мела, 41% графита, 25% плавикового шпата, 9% ферромарганца, 30% жидкого стекла к массе сухой смеси. Толщина покрытия 0,2 - 0,3 мм на сторону. Сварочный ток для стержня диаметром 6 мм - 250 А, для стержня диаметром 12 мм - 600 А. Удовлетворительные результаты получены при наплавке чугуна чугунным электродом по слою гранулированной шихты - 30° чугунной стружки, 28% ферросилиция (75%-ного), 30% алюминия, 12% силикокальция. Смесь шихты в измельченном состоянии замешивается на жидком стекле, прокаливается при 300°С и размалывается в крошку размером зерен 1 - 3 мм. Толщина слоя щихты при наплавке составляет 8 - 10 мм.

При диаметре чугунного электрода 6 - 8 мм сварочный ток 200 - 400 А. Род тока - любой, при постоянном токе применяют прямую полярность.