Контакты :+7 (921) 993-75-75
+7 (905) 209-34-10


 

Сварка чугуна

Работы по сварке чугуна в Петербурге: +7 (921) 993 75 75,  +7 (905) 209 34 10


Методы сварки

Сварка чугуна используются при изготовлении цельносварных конструкций и при проведении ремонтных работ. В зависимости от условий эксплуатации и типа сварных соединений чугунных деталей к ним предъявляются различные требования по плотности (газо- и водонепроницаемость), прочности и обрабатываемости режущими инструментами. Данные требования обеспечить довольно сложно в связи с физико-химическими свойствами чугуна. Трудности, которыми характеризуется сварка чугуна, как правило, обусловлены низкой стойкостью металла сварного шва к образованию трещин и его плохой обработке на механических станках.

Плохая стойкость основного металла и поверхности околошовного участка к образованию трещин характерна для чугуна, имеющего пониженный запас деформационной способности (пониженная пластичность и прочность).

Данные особенности чугуна связаны с нарушением его металлической основы вкраплениями графита и его склонностью к закалке и отбелке даже при малых скоростях охлаждения. Эти свойства чугуна определены высоким содержанием находящегося в нем углерода.

Чтобы соединить между собой чугунные детали, используют пайку, литейную, дуговую, термитную и газовую сварку, а также электрошлаковку, сварные работы осуществляются без подогрева (холодный способ), с местным или общим подогревом всей конструкции. При дуговой сварке чугуна применяют легированные, стальные, графитовые и угольные электроды, а также электроды из цветных металлов. Места под сварку подготавливают огневым способом или механическим путем.

Чтобы удержать расплавленный металл сварочной ванны (его называют жидкотекучим чугуном), используют специальные формовочные формы. Состав формовочной массы таков: 30% белой глины, 30% формовочной земли и 40% кварцевого песка, замешанного на жидком стекле.

Деталь, подготовленную к сварке, подвергают местному или общему подогреву до температуры 350-450 градусов. Для деталей повышенной сложности необходим нагрев до 550-600 градусов.

Сварка чугуна может выполняться на переменном или постоянном токе, его величину подбирают, исходя из расчета 50-90 А/1 мм диаметра электрода.

Технология сварки чугуна

Чугунными называют те сплавы железа, которые содержат более двух процентов углерода. От состава и структуры чугуна во многом зависят свойства сварных соединений и свариваемость. Чугуны различают по форме графита, которая содержится в сплаве. В маркировке указываются физические свойства чугуна. Например, индексом «СЧ» отмечается серый чугун, чьи механические свойства обусловлены наличием углерода, находящегося в несвязанном состоянии с углеродными кристаллами, имеющими пластинчатую форму. Как правило, эту разновидность чугуна используют при изготовлении конструкций. Индексом «ВЧ» маркируется чугун высокой прочности. В этом виде чугуна графит присутствует в шаровидной форме, формирующейся благодаря введению магния.

За счет длительного обжига чугуна графит обретает хлопьевидную форму, что дает ему возможность находиться в свободном состоянии. Благодаря этому пластичность основного материала увеличивается, поэтому такой чугун называется ковким – он обозначается индексом «КЧ». «БЧ» — это белый чугун, в котором углерод содержится в виде химического соединения под названием цементит. Цементит делает чугун более твердым, но хрупким, поэтому его использование в конструктивных целях ограничено.

Технология, материалы и режимы сварки конструкций и чугуна зависят от вида чугуна и условий использования свариваемой конструкции. Сварка может выполняться холодным либо горячим способом. Сварка чугуна предполагает наличие определенных трудностей: так, это может быть хрупкость сварного соединения и образование трещин, которые возникают в связи с остаточными напряжениями и деформациями. Чтобы исключить эти явления, используют предварительный, а затем сопутствующий подогрев, который обеспечивает необходимую структуру сварного соединения.

Ход подготовки свариваемых поверхностей схож с ранее рассмотренными вариантами, в него входит очистка деталей, разделка кромок и пр. Чтобы расплавленный металл во время сварки не вытекал, работу лучше производить в нижнем положении с формовкой сварочной ванны. При сварке требуется быть предельно внимательным, так как появление на поверхности сварочной ванны тугоплавких окислов приводит к образованию непроваров.

Сварка чугуна выполняется с помощью медно-железных, медно-никелевых, железно-никелевых, никелевых и стальных электродов.

Особенности сварки чугуна

Определенные затруднения при сварке чугуна связаны с большой склонностью к образованию мартенсита и ледебурита в сварочном шве, что существенно снижает его обрабатываемость и повышает возможность появления трещин.

Чтобы уменьшить опасность образования трещин при использовании электродов, которые дают наплавленный металл, чей состав отличается от чугуна, лучше производить сварку короткими участками, проковку и применять другие меры. При сварке с помощью чугунных электродов появляются дополнительные трудности, связанные с большой склонностью чугуна к образованию закалочных структур и низкой пластичностью шва. Также трещины в сварных швах образуются из-за линейной усадки чугуна. Величина и характер линейной усадки при условии быстрого охлаждения зависят от химического состава металла. Минимальная склонность к появлению трещин при одинаковых условиях сварки отмечается у наплавленного металла с большим содержанием углерода.

Величина линейной усадки – это важный критерий, позволяющий оценить склонность чугуна к образованию трещин. При этом определяющую роль при образовании трещин играет не величина доперлитной усадки, а сумма расширения при эвтектоидном и эвтектическом превращениях и доперлитной усадки, а также интенсивность хода усадки на каждом этапе.

Сварка различных видов чугунов происходит по-разному. Чугуны, имеющие грубую структуру с крупными включениями графита, большими ферритными зернами и фосфидной эвтектикой свариваются хуже остальных. Свариваемость чугуна улучшает легирование молибденом, титаном, никелем и некоторыми другими элементами. Плохо свариваются чугунные изделия, которые длительное время находились под воздействием высоких температур или водяного пара. При их ремонте необходимо принимать особые меры. Лучше других свариваются неокисленные серые чугуны с небольшими включениями графита, в которых содержится минимальное количество фосфора и серы.

Структура металла шва и околошовный участок также имеют свои особенности. Проводя анализ структурных превращений, которые протекают в чугуне в процессе сварки, необходимо учитывать высокую скорость охлаждения металла. В связи с этим некоторые элементы влияют на структуру чугуна, поэтому уровень графитизации может изменяться.

Графитизируюее воздействие элементов в процессе сварки гораздо ниже, чем при изготовлении отливок из чугуна. Максимальная графитизация в условиях сварки происходит из-за углерода, минимальная – из-за кремния. Чтобы предупредить образование ледебурита в шве, требуется повысить в нем содержание кремния и углерода по сравнению с их долей в простом литейном чугуне. Медь и никель оказывают слабое влияние на графитизацию в условиях высоких скоростей охлаждения.

А вот марганец, который является карбидообразующим элементом, при содержании от 1 до 1,2% влияет на процесс графитизации достаточно специфическим образом. Он увеличивает уровень графитизации чугуна при условии низкого содержания углерода и уменьшает ее при его высоком содержании.

Если ввести в металл шва немного хрома, ванадия и титана, графит будет измельчаться. При дальнейшем повышении содержания данных элементов в швах начнет образовываться ледебурит.

Если ввести в металл шва модификаторы, можно изменить уровень дисперсности структурных составляющих и условия кристаллизации, тем самым повлияв на технологические и механические свойства металла шва. Процесс кристаллизации металла немного изменяется, так как меняются процессы зарождения и роста центров кристаллизации. Главная идея модифицирования чугуна предполагает изменение условий эвтектического превращения таким образом, что появляется графитная эклектика с максимально благоприятным распределением и формой графита.

Чтобы получить в шве серый чугун, который не будет склонен к образованию трещин, требуется иметь в сварочной ванне углерод и кремний в достаточном количестве – они уменьшают линейную усадку и способствуют процессу графитизации. Также требуется обеспечить особые условия охлаждения металла, которые позволят протекать процессу графитизации максимально полно.

На механические свойства сварного соединения, его качество и обрабатываемость влияют не только свойства наплавленного металла, но и структурные превращения, которые протекают в околошовном участке. Так как температура в данной зоне постоянно меняется, основной металл подвергается различным структурным превращениям. Главные факторы, которые влияют на эти превращения – это скорость нагрева и охлаждения околошовного участка, химический состав и структура основного металла, а также химический состав наплавленного металла.

Самые серьезные превращения структуры отмечаются на участке неполного расплавления, где жидкий металл соединяется с твердым. При сварке чугуна без подогрева, когда скорость охлаждения составляет более пяти градусов в секунду в интервале от 300 до 500 градусов, у границ сплавления можно заметить образование прослоек мартенсита и ледебурита. Прослойка ледебурита появляется в связи с определенным химическим составом сварочной ванны. Использование сварочной проволоки и электрода, в состав которых входит кремний, углерод или никель, уменьшает размер прослойки ледебурита, а при определенных условиях (режим сварки, концентрация данных элементов) и вовсе устраняет ее.

Мартенсит в околошовной участке и ширина его прослойки зависят не от химического состава металла электрода, а от режима сварки (скорости охлаждения в промежутке минимальной устойчивости аустенита). Одна из самых действенных мер, которая способствует предупреждению появления мартенсита и ледебурита в околошовной зоне – это использование предварительного нагрева чугуна перед сварочными работами.