Чугун является прочным металлическим сплавом, который состоит из двух видов металла — железа и углерода. Сплав используется практически во всех сферах жизни, из него делают батареи, сантехнические устройства, посуду, а также оградительные конструкции, детали для автомобилей и станочного оборудования.
Но при изготовлении различных конструкций, требуется знать, как выполняется сварка чугуна, потому что именно от соблюдений важных принципов будет зависеть прочность и износостойкость готового изделия. Данный процесс имеет некоторые трудности и сложности, которых можно избежать только при условии, если будет изучена правильная технология сварки.
Лучшая служба для ремонта и установки сантехники, сварки труб отопления и водоснабжения, с вызовом сантехника на дом в Санкт-Петербурге.
Сварка чугуна с местным подогревом
Этот способ газовой сварки чугуна применяют в тех случаях, когда место сварки и характер конструкции позволяют выполнять местный подогрев без появления трещин и напряжений в свариваемых изделиях. Местный предварительный подогрев применяют при сварке массивных деталей или деталей, конструкция которых не создает жесткого контура. В этих случаях участок местного подогрева выбирают так, чтобы в детали создавались тепловые деформации, равнозначные деформациям, которые возникнут на участке сварки, имеющей трещину на участке равномерную тепловую деформацию, необходимо осуществить, подогрев противоположного плеча на участке 2.
Сварка чугунной рамы
Местный подогрев свариваемых деталей выполняют до температуры 300—500°С сварочными горелками, паяльными лампами, индукционным электронагревом и другими способами. При сварке применяют нормальное сварочное пламя или пламя с небольшим избытком ацетилена. Мощность сварочного пламени выбирают из расчета расхода ацетилена 100—120 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. В качестве присадки используют чугунные прутки марки Б диаметром 4, 6, 8, 10 и 12 мм, длиной 250—450 мм. Согласно ГОСТ 2671—80, чугунные прутки марки Б содержат 3,0—3,5% С, 3,5—4,0 Si, 0,5—0,8% Мп, не более 0,08% S, 0,3—0,5% Р, 0,05% Сr и 0,3% N. После сварки места подогрева медленно охлаждают, для чего прикрывают их асбестом и засыпают песком.
Холодная сварка чугуна
Холодная сварка чугуна используется если при нагревании и охлаждении детали свободно сжимаются и расширяются, не вызывая больших остаточных напряжений, в этом случае мощность пламени горелки должна быть максимально возможной. Технологический процесс сварки без предварительного нагрева почти аналогичен процессу горячей сварки, однако имеет и свои особенности. Перед заваркой дефекта необходимо подогревать пламенем горелки участки, прилегающие к дефекту. После окончания заполнения дефекта горелку в течение 2—3 мин медленно отводят, направляя пламя на участки, прилегающие к дефекту. Деталь или часть детали, на которой находится заваренный участок, для медленного охлаждения засыпают песком или покрывают асбестом.
Способ низкотемпературной пайки-сварки чугуна отличается от обычных способов тем, что основной металл не доводится до температуры плавления, а нагревается только до температуры 820—860°С, т. е. до температуры «смачиваемости». Этот способ разработан в институте ВНИИавтогенмаш и основан на применении специальных чугунных прутков и флюсов. Капли расплавленного присадочного металла под действием сварочного пламени легко растекаются по поверхности свариваемого металла, обеспечивая плотное соединение свариваемых деталей. Низкотемпературную сварку чугуна используют при заварке литейных дефектов деталей из серого чугуна, а также при заварке чугунных деталей в готовых изделиях в случаях их поломки, появления трещин и других дефектов. В качестве присадки для заварки тонкостенных отливок применяются чугунные прутки НЧ-2, а для толстостенных — чугунные прутки УНЧ-2. Для низкотемпературной пайки-сварки чугуна применяют специальные флюсы ФСЧ-2 и МАФ-1. Применяемые флюсы химически очищают нагретую свариваемую поверхность от оксидов, жиров и других загрязнений, увеличивают прочность сцепления наплавленного металла с основным, увеличивают жидкотекучесть расплавленного металла и защищают нагретую поверхность и расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Состав флюсов для низкотемпературной пайки-сварки чугуна приведен в таблице.
| Состав | Марка флюса | Состав | Марка флюса | ||
| ФСЧ-2 | МАФ-1 | ФСЧ-2 | МАФ-1 | ||
| Бура плавленая
Сода кальцинированная Азотно-кислый натрий Селитра натриевая |
23
— 50 — |
33
12 — 27 |
Углекислый литий
Углекислый натрий Фтористый натрий Фторцирконий калия Оксид кобальта |
0,5
26,5 — — — |
—
— 12,5 8,5 7 |
Разделку дефектного, участка под низкотемпературную сварку выполняют фрезерованием, сверлением или строганием. Место сварки предварительно зачищают до металлического блеска. Профиль разделки кромок сквозных и несквозных дефектов представлен на рисунке. Угол разделки составляет 70—90°. Неглубокие поры и шлаковые включения вырубают зубилом или удаляют шлифовальным кругом. Перед сваркой изделие подогревают горелкой до температуры 300—400°С. Изделия сложной формы нагревают в печи.
Схема устранения сквозных дефектов (трещин) показана на рисунке. При устранении засверленных дефектов (пористость, раковины) присадочный металл наносят по винтовой восходящей линии. На нагретую наплавляемую поверхность равномерно наносят слой флюса. Место сварки нагревают горелкой до температуры 820—860°С, пламя должно быть строго нормальным. При этой температуре паста-флюс плавится, покрывая тонкой пленкой место сварки. Присадочный пруток также покрывают флюсом. Расплавляясь, присадочный металл стекает на завариваемую поверхность и растекается по ней. Сварку ведут левым способом. Расстояние между ядром пламени и концом прутка должно составлять 2—3 мм, угол между осью горелки и плоскостью детали — 20—30°.
После сварки изделие медленно охлаждают под слоем асбеста или в песке. Так как при данном способе основной металл не доводят до расплавления, то отсутствуют участки отбеленного чугуна и металл шва получается плотным, мягким и хорошо обрабатывается механическими способами.
Профиль разделки дефекта под пайкосварку: а — разделка несквозиого дефекта, б — сквозного дефекта с применением подкладки из огнеупорного материала
При низкотемпературной пайке-сварке чугуна вместо ацетилена можно применять газы-заменители. При применении в качестве горючего газа пропан-бутана мощность сварочного пламени выбирают из расчета пропан-бутана 60—70 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Пламя берется нормальное. При толщине металла до 6 мм сварку выполняют за один проход, при толщине 9—12 мм — в два прохода. При использовании в качестве флюса ФСЧ-2 рабочая температура составляет 900—950°С. При такой температуре не исключено появление структур закалки в зоне термического влияния, поэтому указанный флюс имеет ограниченное применение. Его используют в тех случаях, когда допускается повышенная твердость наплавленного металла. Флюс МАФ-1 позволяет вести процесс низкотемпературной пайки-сварки при рабочей температуре 750—800°С.
Схема устранения сквозных трещин (а) и засверленных дефектов (б)
В некоторых случаях целесообразно применять пайку-сварку чугуна латунными припоями. Этот метод используют при ремонтной сварке. Преимущество пайки-сварки чугуна латунью по сравнению со сваркой плавлением заключается в том, что нагрев чугуна до температуры плавления латуни (850—900°С) существенно не изменяет структуры металла, что исключает опасность отбела чугуна и не вызывает значительных термических напряжений. Кромки детали толщиной до 25 мм скашивают под углом 45°, а при большей толщине рекомендуется ступенчатая разделка; при пайке-сварке латунью лучше, когда поверхности соединяемых кромок шероховаты.
Углерод с поверхности соединяемых кромок выжигают на глубину 0,12—0,15 мм двумя способами: соединяемые кромки детали покрывают пастой из железных опилок и борной кислоты и нагревают пламенем горелки до 750— 900°С; кромки детали нагревают пламенем горелки, отрегулированным с избытком кислорода до той же температуры. Наибольшее применение нашел второй способ. Техника пайки-сварки состоит в следующем. Кромки нагревают до красного цвета, посыпают флюсом и облуживают участками. Сварочное пламя должно быть нормальным или с небольшим избытком кислорода. Деталь должна находиться в наклонном положении, пайку-сварку выполняют снизу вверх. Положение горелки и присадочного металла такое же, как при правом способе. Мощность сварочного пламени выбирается из расчета 60—75 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины.
Для пайки-сварки разработаны специальные флюсы ФПСН-1 и ФПСН-2, которые нейтрализуют действие свободного графита, частицы которого выступают на свариваемой поверхности и мешают ее смачиванию. В качестве припоя используется кремнистая проволока ЛОК 59-1-03, содержал в среднем до 0,3% Si. Для пайки-сварки изделий, к механическим свойствам которых предъявляются повышенные требования, применяют припой ЛОМНА 49-25-10-4-0,4, содержащий Сu, Sn, Mn, Ni и до 0,6% Аl. При пайке этим припоем металл паяльно-сварного шва имеет цвет чугуна, твердость НВ 180—200 и временное сопротивление разрыву 280—340 МН/м2.
Для пайки используют поверхностно-активный флюс марки ФПСН-2. Он содержит 45% борной кислоты, 22,5% углекислого лития, 22,5% соды кальцинированной и 10% солевой лигатуры. Его применяют в виде порошка или пасты. Флюс плавится при температуре 600—650°С. Пайку выполняют обычной сварочной горелкой, работающей на ацетилене или газах-заменителях. Вначале при пайке-сварке слегка окисленным пламенем нагревают место наплавки до 450—500°С, а затем в разделку вводят флюс. Пайку-сварку начинают в момент плавления флюса, направляя пламя на прилегающие к разделке участки. Расплавленный флюс прутком припоя равномерно распределяют по всей поверхности завариваемого места; затем пламя направляют на конец прутка, расплавляют его и заполняют разделку металлом припоя. Наплавленный металл сразу же после сварки проковывают ручным медным молотком.
Горячая сварка чугуна
Горячая газовая сварка чугуна нашла широкое применение при исправлении дефектов литья, а также ремонте небольших чугунных деталей. Способ горячей сварки чугуна является наиболее надежным, обеспечивающим лучшее качество сварного соединения. Выбор способа сварки определяется составом чугуна, конструкцией детали, характером дефекта и условиями работы. Процесс горячей газовой сварки разбивается на целый ряд отдельных операций, от которых зависит качество сварного соединения. К этим операциям относятся: подготовка деталей под сварку, предварительный подогрев деталей, сварка деталей, охлаждение деталей после сварки. Подготовка к сварке определяется видом дефекта отливки или характером поломки детали. Для предотвращения распространения трещин концы их перед сваркой рекомендуется засверливать. Раковины, трещины и другие поверхностные дефекты подготавливают разделкой места заварки. Разделку ведут вырубкой или другими механическими способами. Свариваемое изделие перед сваркой собирают и прихватывают по кромкам. Диаметр прихваток не должен превышать 5—6 мм. Без подготовки кромок сваривают детали толщиной до 4 мм. На деталях толщиной свыше 5 мм выполняют разделку кромок под углом 70—90°.
Температура общего предварительного подогрева определяется размером деталей, толщиной стенок, жесткостью конструкции, объемом наплавляемого металла и структурой чугуна. Общий подогрев свариваемых деталей ведется в электрических и газовых печах, а при единичных ремонтных работах — в специальных термических печах, ямах и горнах. Для общего нагрева, а также последующей термической обработки сваренных деталей используют горны и печи различного типа. На рисунке представлен горн, состоящий из металлического каркаса 1 и чугунной опоки 2 с колосниковой решеткой 3. Естественная тяга через колосниковую решетку обеспечивает такую скорость сгорания кокса, которая необходима для постепенного нагрева деталей.
При сварке чугуна используют также камерные печи и печи с выдвижным подом. При отсутствии специальных печей на месте сварки сооружают временные печи. При пользовании временными печами деталь обкладывают древесным углем и закрывают асбестом. Для поступления воздуха делают снизу отверстие или оборудуют специальную систему поддува. После того как свариваемая деталь нагреется до требуемой температуры, ее извлекают из печи и подают на рабочее место сварщика. Во избежание охлаждения свариваемой детали во время сварки ее закрывают листовым асбестом. Открытым остается только место сварки. После сварки изделие медленно охлаждают в яме или вместе с горном. Равномерное и медленное охлаждение предупреждает коробление, образование трещин и структур отбела.
Сварку чугуна выполняют нормальным пламенем или пламенем с небольшим избытком ацетилена. В начале сварки пламя горелки устанавливают почти вертикально, по мере сварки делают необходимый угол в зависимости от толщины свариваемого металла. Ядро пламени должно находиться на расстоянии 2—3 мм от поверхности свариваемого металла. Наконечник горелки выбирают из расчета расхода ацетилена 120 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла.
Печи: камерная (а) и с выдвижным подом (б)
В качестве присадки согласно ГОСТ 2671—80 для горячей газовой сварки применяют чугунные прутки марки А диаметром 4, 6, 8 и 12 мм, длиной 250—450 мм. Чугунные прутки марки А имеют следующий химический состав: 3,0—3,5% С, 3,0—3,4% Si, 0,5—0,8 Мп, не более 0,08% S, 0,2—0,4% Р, не более 0,05% Сr, 0,3% Ni. Чугунные прутки марки А с торца маркируют белой краской. Прутки должны храниться в сухом месте в ящиках или на стеллажах. При горячей сварке чугуна необходимо учитывать резкие переход из жидкого состояния в твердое и образование окисной пленки на поверхности жидкой ванны, что затрудняет выделение газа из жидкого металла. Для облегчения выделения газа сварочную ванну необходимо непрерывно помешивать присадочным прутком. При горячей газовой сварке чугуна применяют флюс, способствующий улучшению процесса сварки и удалению образовавшихся оксидов. В качестве флюса используют прокаленную буру или смесь 56% прокаленной буры, 22% углекислого натрия и 22% углекислого калия. Кроме того, при сварке чугуна можно применить газообразный флюс БМ-1 (ТУП 42—64).
В процессе сварки сварщику необходимо следить за тем, чтобы в наплавленном металле не оставалось шлака и расплавленный присадочный металл хорошо сплавлялся с основным металлом. Для получения сварного соединения, свойства которого равноценны свойствам основного металла, необходимо после сварки уменьшить скорость охлаждения. Для этого пламя сварочной горелки отводят от поверхности свариваемого металла на 50—60 мм, а наплавленный металл подогревают пламенем в течение 1—1,5 мин. Для уменьшения внутренних напряжений в массивных деталях сложной конфигурации рекомендуется сваренные детали подвергать вторичному нагреву до температуры 600—750°С и охлаждать вместе с печью.
