Газовая сварка чугуна

Чугуны в зависимости от их структуры различаются на три вида — белые, серые и ковкие. Все три вида в свою очередь делятся на легированные и нелегированные.

Белый чугун. Газосварочные работы с ним осуществляются только в части исправления брака литья, наплавки, наварки. Сам по себе белый чугун очень твердый металл, практически не обрабатываемый в машиностроении. Белый чугун — трудносвариваемый металл, очень жидкотекуч при сварке. Излом у него светлосерый.

Серый чугун. Применяется как конструкционный металл. Степень свариваемости может быть как хорошей, так и плохой, в зависимости от его структуры. Есть простая практика определения свариваемости чугуна. Если излом у серого чугуна черный — свариваемость плохая. Излом крупнозернистый, с крупными включениями графита — ограниченная свариваемость. При светло-сером изломе свариваемость будет хорошей.

Ковкий чугун. Наиболее применим в промышленности по причине хорошей обрабатываемости. Сам по себе ковкий чугун — это результат переработки белого чугуна. Суть этой переработки в том, что белый чугун подвергается медленному нагреву (томлению) в течение нескольких суток при температуре 900 — 1000°С. Затем такими же медленными темпами происходит охлаждение.

Все три вида чугуна для конкретных целей могут быть легированы различными добавками для повышения их прочности и улучшения технологичности.

Переходя к вопросу газовой сварки чугунных изделий, сразу оговоримся, что основной объем сварочных работ — это ремонт поврежденных или изношенных деталей или же исправление брака литья, обработки термической или механической.

Способов сварки чугуна достаточно много. Прежде всего, сварка может проводиться как с расплавлением основного металла, так и без этого. В свою очередь, сварка с расплавлением металла делится на холодную и горячую сварку. А сварка без расплавления основного металла предполагает пайкосварку с чугунным присадочным материалом и латунным припоем.

Горячая сварка чугуна. При горячей сварке обязателен предварительный подогрев свариваемых деталей. Детали при нагреве должны находиться в жестком закрепленном каркасе, что позволит устранить возникающие при нагреве напряжения, которые впоследствии, при сварке, могут привести к образованию трещин. Если нагрев носит местный характер, то жесткий каркас можно не применять. Крупные детали нагреваются до температуры 500 — 700°С, а небольшие до 300 — 400°С. Каким способом нагреть деталь, сварщик решает в зависимости от имеющихся условий. Конечно, лучше всего осуществить нагрев установками индукционного нагрева с применением токов промышленной частоты. Но чаще всего нагрев осуществляется пламенными горелками, паяльными лампами и, конечно же, горелками индукционного типа ЛГК-15 и ЛГК-25.

При горячей сварке чугуна обязательно применение флюсов. Попадая в сварочную ванну, они предотвращают окисление кромок твердого металла, извлекают оксиды и неметаллические включения из расплавленного металла, а также способствуют образованию пленки, защищающей его от воздействия газов пламени и воздуха. Положительное влияние флюсов сказывается также в улучшении смачивания поверхности твердого металла жидким присадочным металлом.

Кроме того, при сварке чугуна можно применять газообразный флюс БМ-1, который представляет собой смесь метилбората (70 — 75%) с метанолом (25 — 30%). Эта смесь в виде жидкости заливается в специальный флюсосмеситель типа КГФ-3, через который пропускается горячий газ для сварки. Поскольку флюс легко испаряется, пары его извлекаются горючим газом и подаются с ним по рукаву в горелку, где они сгорают в пламени. Процесс с использованием газообразного флюса называется газофлюсовой сваркой. Флюс БМ-1 обеспечивает получение густого, вязкого шлакового покрова на поверхности сварочной ванны.

Холодная сварка чугуна. Холодная сварка не потребует предварительного нагрева деталей. Применима она в тех случаях, когда детали имеют возможность свободно расширяться без возникновения внутренних напряжений при нагревании и охлаждении. Подготовку кромок можно выполнить как механическим, так и термическим способом (расплавить кромки вдоль шва). При термическом способе жидкий чугун должен быстро удаляться присадочным прутком и тут же на кромки наносится флюс. Пламя, расплавляя кромки, удаляет жиры, которые могут глубоко проникнуть в пористый чугун. Сама газовая сварка осуществляется ацетиленокислородным пламенем. Горелки, которые используются при этом — универсальные Г2 и ГЗ (или их прототипы). Если применяются газы-заменители ацетилена, то используются уже специальные горелки ГЗУ. Можно использовать и горелки Г2 и ГЗ, но они должны быть обязательно укомплектованы наконечниками, которые на один номер больше, чем те, которые использовались при ацетиленокислородной сварке.

Сама сварка производится нормальным пламенем или пламенем с небольшим избытком ацетилена. Если ацетилена будет много, это приведет к образованию пор. Если же процесс сварки будет вестись медленно и пламя при этом будет окисляющим, то в шве будет большое количество оксидов и шлаковых включений.

Присадочным материалом будет служить чугунный пруток длиной от 400 до 700 мм. Мощность пламени и диаметр присадочного прутка выбирают с учетом толщины свариваемой детали. Есть определенная зависимость диаметра присадочного прутка, номера наконечника горелки и площади дефекта, которая сведена в таблице 8:

Таблица 8.Подбор расходных материалов

Диаметр прутка (в мм2) Площадь дефекта (в см2) Номер наконечника
6 5 5
6-8 5-20 6
8-10 20-30 6
12 больше 30 7

Таблица 9. Флюсы, которые применяются при сварке (холодной, горячей) чугуна

Номер флюса Содержание флюса (в %)
1 100 плавленой буры
2 100 прокаленной буры
3 100 технической буры
4 56 прокаленной буры, 22 углекислого натрия, 22 углекислого калия
5 50 технической буры, 50 двууглекислого натрия
6 23 плавленой буры, 27 углекислого натрия, 50 натриевой селитры
7 50 прокаленной буры, 50 натриевой селитры, 4 керосина (сверх 100)

Таблица 10. Чугунные присадочные прутки для газовой сварки

Свариваемые детали Наплавленный металл (структура) Марка прутков Состав прутков
Детали сложного профиля с тонкими стенками Ферритная структура Б Кремний до 4 — 5% при невысоком содержании углерода
Крупногабаритные отливки (предварительно подогретые) — » — А Кремний 3 — 3,5% при невысоком содержании углерода
— » — Перлитная структура большой плотности I (з-д «Станколит») Кремний 4 — 5%, невысокое содержание углерода, легирование хромом (0,10%), никелем (0,10%), титаном (0,10%), оловом (0,3 -0,5%)
Детали сложного профиля с тонкими стенками (при наличии местного подогрева) Перлитная структура большой плотности I (з-д «Станколит») То же, но с легированием

Последовательность технологических операций при проведении горячей сварки чугуна.

Отчистка поверхности пламенем горелки или металлическим скребком (щеткой). Кромки надо разделать под углом 70°.

Подогрев детали. Мало- и среднегабаритные детали надо подогревать до температуры 300 — 400°С, а крупногабаритные до 500 — 600°С (до появления коричнево-красного цвета).

Установка детали. Установить деталь в зоне действия вытяжной вентиляции с расположением дефекта в нижнем положении и горизонтальной плоскости (продолжительность перерыва между окончанием подогрева и началом сварки для небольших отливок несложной конфигурации не должна превышать 3 — 5 мин во избежание охлаждения детали ниже 400°С).

Нагрев и обработка поверхности. Отрегулировать нормальное пламя удельной мощности 100 — 120 л/ч на 1 мм толщины металла и восстановительной ее частью (на расстоянии 2 — 3 мм от ядра), равномерно прогреть кромки дефекта до расплавления с одновременным нанесением флюса и равномерным распределением его по поверхности дефекта с помощью присадочного прутка.

Заполнение места сварки присадочным металлом. Расплавить пруток наиболее горячей частью пламени (ближе к ядру) и заполнить дефект (трещину, ржавчину) расплавленным присадочным металлом, добавляя периодически флюс на кончике прутка. Вести сварку ванным способом (отдельными сварочными ваннами длиной 20 — 50 мм каждая) с поддержанием металла в жидком состоянии до полного заполнения дефекта присадочным металлом; при заварке краевых дефектов поддерживать ванну в полужидком состоянии (для исключения стекания металла) за счет периодического отведения пламени от места дефекта для охлаждения ванны и изменения угла наклона горелки к поверхности изделия с 80 до 10°. Удалять неметаллические включения из ванны в процессе сварки с помощью флюсования жидкого металла и интенсивного его перемешивания присадочным прутком.

Окончание процесса сварки. Сначала надо медленно отвести горелку от поверхности ванны на 50 — 60 мм и наплавленный металл подогреть пламенем в течение 0,5 -1,5 мин, накрыть деталь листовым асбестом для замедленного охлаждения металла шва и обеспечения свойств сварного соединения, равноценных со свойствами основного металла.

Последним следует этап термообработки. Детали нагреваются, мелкие до 300 — 400°С, крупные до 500 — 600°С с последующим медленным охлаждением.

Последовательность технологических операций при проведении низкотемпературной пайкосварки чугуна. Подготовка места наплавки и прилегающей поверхности (очищаются от грязи, оксидов, других загрязнений). Очистка производится пламенем горелки и металлической щеткой.

Разделка будущего места наплавки (зубило, сверло, фре­за, другие механические способы обработки поверхно­сти). Схематично разделка дефекта под пайкосварку изоб­ражена на рис.6.

 

Рис.6. Схема процесса низкотемпературной пайка-сварки чугуна чугунным присадочным материалом при исправлении дефектов: а — с продольной разделкой; б — с дефектом типа раковин

Установка и нагрев детали. Сама деталь должна быть установлена в зоне действия вытяжной вентиляции с расположением дефекта в нижнем положении и горизонтальной плоскости. Нагреть поверхности разделочного дефекта и металл в зоне дефекта до 300 — 350°С. Нанести на поверхность дефекта флюс и нагреть его факелом пламени, а не ядром, во избежание выдувания. Горелку наклонить под углом 50 — 60°. На рис. представлена пайкосварка правым способом. Продолжить нагрев кромки дефекта до температуры 750 — 800°С при использовании прутков УНЧ-2 и флюса МАФ-1 или до 900 — 950°С при применении прутков НЧ-2 и флюса ФСЧ2. Одновременно нагреть конец прутка до оплавления и обмакнуть его во флюс. Равномерно распределить флюс на поверхности дефекта концом прутка. Расплавить конец прутка трением его о нагретую поверхность.

Заполнение места разделки расплавленным металлом. Для этого расплавить пруток наиболее горячей частью факела пламени (на 2 — 3 мм от ядра). Заполнить объем разделки каплями жидкого присадочного металла и ванным методом, перемещая горелку и пруток по винтовой восходящей линии или круговыми движениями, в зависимости от вида дефекта. Производить наплавку за один проход при толщине металла до 6 мм и в два прохода при толщине 8 — 12 мм. Периодически добавлять флюс в расплавленный металл и непрерывно перемешивать металл прутком, касаясь стенок дефекта.

Рис.7. Правый способ пайкосварки. 1 — движение горелки; 2 — движение прутка; 3 — движение горелки и прутка

Правильное охлаждение места напайки (заварки). Заваренный участок медленно охлаждается под пламенем горелки в течение 1,5 — 3 мин. После этого, обеспечивая замедленное охлаждение, медленно отвести горелку. Очистить шов от остатков флюса и промыть его водой.