Сварка и наплавка чугунных деталей

Особенности сварки и наплавки чугунных деталей

Как известно, в чугуне углерод существует в виде графита и цементита. Хорошо обрабатывается металлорежущими инструментами серый чугун и плохо обрабатывается белый чугун, так как имеет очень высокую твердость, низкую пластичность. Графитизация или отбеливание чугуна зависит от его химического состава и скорости охлаждения при кристаллизации или после высокотемпературного нагрева. Отбеливанию чугуна способствует содержание в нем марганца, ванадия, молибдена, серы, а графитизации – кремния, никеля.

Нагрев в процессе сварки и последующее охлаждение могут сильно изменить структуру металла шва и околошовной зоны, поэтому чугун относится к материалам, имеющим плохую свариваемость. Тем не менее, в машиностроении разработаны специальные технологии сварки чугуна, учитывающие все специфические особенности. В основном они состоят в следующем.

1. Отбеливание чугуна в зоне нагрева вследствие высокой скорости охлаждения металла шва и околошовной зоны с высокой твердостью резко снижает технологичность чугуна.

2. Возможность образования трещин в шве и околошовной зоне в связи с незначительной пластичностью чугуна, подвергаемого неравномерному местному нагреву.

3. Интенсивное газовыделение из сварочной ванны вследствие окисления углерода с образованием его окиси, в результате чего шов получается пористым. Газовыделение продолжается и на стадии кристаллизации.

4. Повышенная жидкотекучесть расплавленного чугуна, затрудняющая удержание его от вытекания при сварке и формировании шва.

5. Наличие в чугуне кремния и других элементов с тугоплавкими окислами, тогда как сам чугун плавится при температуре 1250... 1260 °С. Эти окислы, образуя на поверхности сварочной ванны твердую окисную пленку, могут привести к образованию непроваров.

Горячая сварка и наплавка чугуна

Горячая сварка является радикальным способом предотвращения отбеливания шва и околошовной зоны, образования пор и трещин. Сущность процесса состоит в подогреве чугуна до температуры 600... 650 °С с последующим медленным охлаждением после сварки. Технологический процесс горячей сварки включает подготовку изделия под сварку, подогрев до нужной температуры подготовленной детали, сварку и медленное охлаждение до комнатной температуры при всех видах горячей и холодной сварки.

Подготовка изделия к сварке определяется характером дефекта. При всех вариантах подготовки дефектное место тщательно очищается от загрязнений и разделывается так, чтобы образовать полости для воздействия источником тепла при сварке и подачи присадочного материала.

Сварка подготовленного изделия производится электрической дугой или газовым пламенем. Для сварки используются плавящие электроды из чугуна марок А, Б, НЧ-1 или НЧ-2 сердечниками, электродов диаметром 5... 20 мм. Покрытия содержат стабилизирующие и легирующие компоненты: графит, карборунд, ферросилиций, силикокальций и другие материалы. Горячая сварка чугуна осуществляется без перерывов до конца заварки дефекта силой тока, определяемой зависимостью Iсв = (60... 100)dэ, где dэ – диаметр прутка, мм. Поскольку сварка производится при температуре 600... 650 °С, электродержатель должен иметь защитный щит, предохраняющий руку сварщика от ожогов.

Горячая сварка чугуна может производиться также угольным электродом с использованием в качестве присадочного материала чугунных прутков. Диаметр электрода и силу сварочного тока выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла. Сварка производится с использованием флюса на основе бора, чаще всего прокаленной технической буры.

Для горячей сварки чугуна можно использовать и порошковую проволоку ППЧ-3, содержащую углерод, кремний, алюминий и титан. В состав шихты порошковой проволоки вводятся компоненты, позволяющие получить металл шва, близкого по составу с чугуном. Так, металл шва, сваренного порошковой проволокой ППЧ-3, содержит 3,0... 3,8 % углерода, 3,0... 3,8 % кремния, по 0,1 % алюминия и титана.

Горячую сварку можно осуществить также кислородно-ацетиленовым пламенем с небольшим избытком ацетилена. Сварочные горелки выбирают так, чтобы обеспечивался расход ацетилена 100,..200 дм³/ч на 1 мм толщины металла, присадочным материалом чугунные прутики марки А и Б, как и при электродуговой сварке.

Флюсы: бура(Nа2В2O7) смеси, состоящей из 50 % буры, 47 % кислого двууглекислого натрия (НаНСОз) и 3 % окиси кремния (SiO2); смеси на 56 % буры, 22 % углекислого натрия (Na2СОз) и углекислого калия (КзСОз). Флюс вносят погружением в него нагретого прутика.

Различные металлургические и технологические средства позволяют производить полугорячую электродуговую сварку с прогревом - до 400 °С с присадочным прутком из никелевого чугуна или порошковой проволокой ППЧ-2.

При сварке порошковой проволокой ППЧ-2 металл шва соответствует структуре серого чугуна с наиболее благоприятной формой графитных включений. Графитизации чугуна способствует применению электрода марки ЭМЧ, содержащего до 5,2 % кремния, позволяющего сваривать даже массивные чугунные изделия с подогревом только до 400 °С.

Холодная сварка и наплавка чугуна

Холодная сварка чугуна может производиться электродами, позволяющими получить, в наплавленном металле состав низкоуглеродистой и специальных сталей или цветных сплавов. Если чугун сваривать обычными электродами, предназначенными для углеродистой и низколегированной стали, то неизбежно в металле шва образуется высокоуглеродистая сталь, которая при охлаждении чугуна без предварительного нагрева будет закалена, в результате чего может образоваться трещина.

Более доступными для ремонта чугунных деталей автомобиля являются электроды на основе меди и никеля, не образующих с углеродом химических соединений, способствующих графитизации чугуна и уменьшающих растворимость углерода в железе. Кроме того, пластичность металла шва на основе меди и никеля снижает вероятность образования трещин. Ремонт чугунных деталей осуществляется с использованием медно-железных, медно-никелевых и железоникелевых электродов.

При холодной сварке широко используют проволоки ПАНЧ-11 и ПАНЧ-12 (табл. 13.3).

Установлено, что наличие большого количества никеля при сочетании с редкоземельными элементами (литий, церий и др.) позволяет получить пластичный, без трещин и пор металла шва. В зоне сплавления отсутствует ледебурит.

Достоинством этих проволок является применение их без покрытия, флюсовой или газовой защиты.

Разработана технология ремонта сваркой корпусных деталей, например блоков цилиндров автомобильных двигателей.

Таблица 13.3

Примерный состав проволоки, %

Компонент	ПАНЧ-11	ПАНЧ-12
Никель		Остальное
Медь	2…3	2…3
Марганец	1…4	1…4
Редкоземельные элементы	0,1…0,5	0,1…0,5
Железо	Остальное	25…28

Восстановление чугунных деталей сваркой

Из обычных серых, ковкого и высокопрочного чугунов изготовляются блоки цилиндров, головки блоков, коленчатые и распределительные валы, картеры коробок передач и главной передачи задних мостов, чашка дифференциала задних мостов и другие детали автомобилей и тракторов.

Для получения качественных сварных соединений на чугунных деталях производят предварительную операцию под сварку, соблюдая следующие условия.

1. Приступая к подготовке к заварке различных дефектных участков на чугунных деталях, необходимо выявить границы их распространения (визуальный осмотр в лупу, керосиновая проба и т.п.) и установить форму разделки. При обнаружении трещин следует произвести засверловку их концов.

2. Удаление дефектных участков производится механическими способами, а именно фрезерованием, сверловкой, вырубкой зубилом и т.п.

3. Поверхность детали или отливки, прилегающая к месту сварки, на 10... 20 мм вокруг него зачищается абразивным кругом или щеткой до металлического блеска.

4. Разделка кромок трещин, спаев и других дефектных участков производится путем снятия фасок вдоль края. При доступности для сварки только одной стороны детали, а также при толщине стенки до 15 мм делается V-образная разделка кромок с общим углом раскрытия 60... 70°. В местах, доступных двусторонней сварке, при толщине стенки свыше 15 мм производится двусторонняя Х - образная разделка с тем же углом раскрытия.

5. Усадочные, газовые и шлаковые раковины разделываются до неповрежденного металла до тех пор, пока не будет достигнута возможность выполнения сварки выбранным диаметром электрода. При этом наилучшей формой разделки подобных дефектов считается полусфера.

6. На подготовленных к сварке поверхностях не должно быть масла, керосина или других органических соединений, а также влаги, поскольку это может привести к образованию газовых включений в металле шва. Сквозные отверстия, отбитые части чугунных деталей могут быть восстановлены посредством приварки чугунных или стальных вставок.

7. Вставки тщательно подгоняются по месту дефекта с равномерным зазором, а их кромки и кромки основного металла разделываются, как указано ранее. Для уменьшения напряжений, возникающих при сварке, вставкам рекомендуется придать предварительный выгиб, а их краям - округлую форму.

8. Подготовка под сварку чугунных деталей или их сочетаний со стальными деталями осуществляется так же, как это предусмотрено для стальных конструкций.

Обломы краев площадки крепления генератора, обломы или трещины фланцев крепления картера сцепления или крышки распределительных шестерен, фланца крепления нижнего картера, гнезд вкладышей коренных подшипников могут устраняться наплавкой металла на место обломов. Поврежденное место может быть подготовлено к наплавке формовкой. Место, подлежащее восстановлению сваркой, предварительно нагревается кислородно-ацетиленовым или пропано-бутано-кислородным пламенем с использованием горелки типа ГС-53 с наконечниками № 6 или 7. Температура нагревания 600... 650 °С. Сварку производят чугунными прутками с использованием флюсов.

Проволокой ПАНЧ-11,(12) можно восстанавливать также картеры коробок передач, картеры сцеплений, картеры редукторов задних мостов и другие детали, используя общие рекомендации разработанной технологической схемы.

Кроме общих дефектов, характерных чугунным деталям, возможны специфичные дефекты в виде трещин глубиной проникновения до 18 мм, возникающих на головках цилиндров двигателей, например двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238, между гнездами клапанов, проходящих через отверстие под форсунку. Такую трещину необходимо разделать на всю глубину ее залегания абразивным кругом диаметром 60... 70 мм. Перед сваркой требуется отверстие под форсунку заполнить материалом, предотвращающим затекание расплавленного металла в отверстие (асбестом или шамотной глиной). При заполнении отверстия шамотной глиной сварку можно осуществить лишь после полного высыхания глиняного вкладыша.

Дата добавления: 2015-07-19