Особенности сварки чугуна

Многие детали автомобилей изготовляют из серого и ковкого чугуна. На­пример, блоки цилиндров, головки блоков, картеры КПП, ступицы колёс и др.

Наиболее распространёнными дефектами этих деталей являются различные трещины, отколы, пробоины, срыв резьбы и т.п. Устранение таких дефектов пред­ставляет определённые трудности, обусловленные следующими свойствами чугуна: высоким содержанием углерода, низкой пластичностью и ударной вязкостью, высокой чувствительностью к нагреву и необратимым изменениям объёма при нагревании.

В процессе сварки чугуна в деталях возникают внутренние напряже­ния вследствие высокого нагрева и быстрого охлаждения, следствием этого явля­ются трещины. Быстрое охлаждение ведёт к отбеливанию чугуна, особенно в тон­костенных деталях.

Физическая сущность отбеливания состоит в том, что при очень быстром охлаждении жидкого чугуна углерод не успевает выделиться в ви­де графита и остаётся в химически связанном соединении, чугун отбеливается, становится твёрдым и не поддаётся механической обработке. Высокая твёрдость отбеленной зоны и разница в коэффициентах линейного расширения белого и се­рого чугуна ведёт к образованию внутренних напряжений и появлению трещин.

Чтобы исключить возможность отбеливания необходимо медленно нагре­вать и охлаждать детали, т.к. процесс графитизации протекает и в отвердевшем чугуне.

Чугун очень жидкотекуч, поэтому сварку необходимо вести в горизон­тальном положении.

Для восстановления деталей из чугуна используется газовая и электродуго­вая сварка. Сварка проводится с общим, местным нагревом или без него. Сварка с нагревом детали называется горячей сваркой, а без нагрева - холодной.

Газовая сварка ведётся при подогреве детали до температуры 600 ... 650 °С. Более высокий нагрев приводит к необратимому росту кристаллов чугуна, а при низких температурах (меньше 400 °С) происходит быстрое охлаждение металла шва. Нагрев деталей проводят в муфельных или электрических печах и обычно применяют двухстадийный нагрев. Первая стадия - нагрев до 200 ... 300 °С со скоростью 600 °С в час, вторая стадия - нагрев до 600 ... 650 °С со скоростью 1600 °С в час. Такой нагрев предупреждает появление трещин даже в напряжён­ных частях деталей.

Для уменьшения скорости охлаждения деталь перед сваркой помещают в термоизоляционный кожух. В процессе сварки деталь не должна ох­ладиться ниже 450 °С. Обычно горячая сварка ведётся нейтральным кислородо-ацетиленовым пламенем с небольшим избытком ацетилена. Мощность горелки Q выбирается исходя из толщины свариваемого материала h и определяется по формуле:

В качестве присадочного материала используются чугунные стержни марок А и Б диаметром 4 - 8 мм (ГОСТ 2671-70), отличающиеся по химическому соста­ву. Стержни марки А применяются при сварке массивных деталей, а Б -мелких.

Для удаления окислов из сварочной ванны применяется флюс состоящий из: 50% буры, 47% двууглекислого натрия и 3% окиси кремния.

Для снятия внутренних напряжений деталь после сварки нагревают до температуры 600 ... 650 °С и мед­ленно охлаждают.

При сварке деталей в качестве присадочного материала ис­пользуются прутки из латуни Л 62 и стержни марки НЧ-1, НЧ-2. Мощность горелки составляет

При этом используют флюсы ФСЧ-1, ФСЧ-2 и др.

Хотя горячая сварка чугуна и обеспечивает высокие качества сварного со­чинения, однако по техническим и экономическим соображениям применяется сравнительно редко.

Полугорячий состоит в том, что производится местный нагрев детали д0 температуры 400 ... 450 °С. В этом случае сохраняются все основные условия и технологические приёмы горячей сварки.

Холодная сварка получила наиболее широкое распространение. Деталь в этом случае не подогревают, поэтому сварной шов быстро охлаждается и может произойти отбеливание чугуна.

Для снижения отрицательных факторов, возни­кающих в процессе отбеливания, применяю ряд специальных способов сварки. К ним относится способ отжигающих валиков обычными или специальными элек­тродами. Сущность его состоит в том, что накладывают электродом, например,Э-42 сварной валик длиной 30 ... 50 мм, а затем на него сразу кладут новый, что по­зволяет первому более длительное время находиться в нагретом состоянии и, сле­довательно, углерод успевает выделиться в виде графита. Этот способ применяет­ся при толщине стенок 6 ... 7 мм. При толщине стенок от 8 мм и более трещину разделывают.

Для холодной сварки чугуна применяют специальные электроды, содержа­щие в своём составе медь, никель или электроды со специальными обмазками. Для холодной сварки применяют следующие электроды: ОЗЧ-2, МНЧ-2, ЖНБ-1, АПЧ-1, УЧ-4. Электроды ОЗЧ-2 представляют собой медную проволоку с фтори­сто-кальциевым покрытием, содержащим железный порошок. Электроды МНЧ-2 изготовлены из монель-металла (Cr-37%, Ni-63%). Наплавленный слой электро- ' дами ОЗЧ-2 представляет собой железомедный сплав, обладающий хорошей вяз­костью. Однако в около шовной зоне образуются участки отбеленного чугуна. Лучшие результаты даёт электрод МНЧ-2. Шов получается пластичный и плот­ный. Электроды ЖНБ-1 состоят из стержня железо-никелевого сплава Fe-45%,Ni-55%. Применяют в отдельных случаях вместо МНЧ-2. В электродах УЧ-4 стержень из проволоки Св-08А, а в покрытие входит фторокальций с вана­дием или титаном. Их применяют для обварки кромок трещин. Шов имеет высо­кую прочность соединения.

Электрод АНЧ-1 из сердечника изготовленного из проволоки Св-04Х19Н9Т и медной оболочки.

В последнее время для выполнения сварки деталей из серого, ковкого и вы­сокопрочного чугуна применяется проволока ПАНЧ-11 разработанная институ­том электросварки им. E.G. Патона. Эта проволока самофлюсующаяся и в своём составе содержит элементы предотвращающие окисление наплавленного металла.

Сварку проводят на полуавтомате А-547-У, на постоянном токе обратной полярности, участками длиной 30 ... 40 мм с проковкой шва и возобновляют сварку после охлаждения детали до температуры 50 ... 60 °С.

Наибольшую трудность представляет сварка деталей из ковкого чугуна, так как при нагреве их до температуры больше 950 °С углерод отжига растворяется в железе, а при охлаждении выделяется в виде химического соединения цементита (Ре2С), т. е. происходит отбеливание. Поэтому при сварке следует при­менять присадочный материал, имеющий температуру плавления ниже 950 °С. Таким требованиям отвечает латунь Л-62(температура плавления 870 °С), латун­ные электроды ЛОМКА-49-05-10-04, электроды из монель-металла. Можно также применять и проволоку ПАНЧ-11.