1.2 Выбор электродов для сварки чугуна
Электроды ля сварки чугуна характеризуются по применяемому виду стержня электрода.
Стержень электрода может быть изготовлен из чугунных прутков, стальной сварочной проволоки, медной проволоки и её сплавов, а также из некоторых проволок легированных сталей.
Сварка стальными электродами с применением специальных покрытий. В этом случае применяют электроды из проволоки Св-08 или Св-08А со специальными покрытиями. Важную роль в покрытии играет ферросилиций, который помогает получить серый чугун. Этот способ используется для сварки изделий несложной формы, работающих при незначительных нагрузках. При правильном и тщательном выполнении сварки можно добиться получения плотного сварного соединения, поддающегося механической обработке.
К указанной группе электродов относятся электроды марки ЦЧ-4, в состав покрытия которых входят элементы, активно вступающие в химическое соединение с углеродом свариваемого металла и образующие устойчивые карбиды, нерастворимые в железе.
Также следует отметить электроды марки ЭМЧС, стержень которых состоит из низкоуглеродистой проволоки, а покрытие – из трёх слоёв: 1-й слой является легирующим, 2-й шлако- и газообразующим, 3-й – газозащитным. Применение этих электродов при сварке чугунных изделий с относительно небольшой толщиной свариваемого металла (8-10мм) позволяет получить качественные сварные соединения без предварительного подогрева. При сварке изделий большей толщины первые слои выполняют электродами ЦЧ-4, а последующие – электродами УОНИ-13/45.
Сварка электродами монель-металла. При сварке электродами из монель-металла (25-30% меди и 60-70%) обеспечивается сравнительно хорошая обрабатываемость наплавленного металла и повышенная стойкость против образования трещин. Медь и никель не образуют соединений с углеродом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Поэтому они уменьшают вероятность отбеливания.
Электроды состоят из медно-никелевых стержней диаметром 3-4мм и специального покрытия. Находят применение в промышленности электроды марок МНЧ-1 со стержнем из монель-металла. Сварку ведут электродами диаметром 3-4мм, не допуская перегрева детали (для этого рекомендуются перерывы для охлаждения).
Сварку электродами из монель-металла применяют и в комбинации с другими электродами, что позволяет получить соединения, удовлетворительные по механической прочности и обрабатываемости. Сварка комбинированными электродами. В качестве комбинированных электродов применяются железомедные электродов:
1) Медный стержень с оплёткой из жести толщиной 0,25-0,3мм, которую в виде ленты шириной 5-7мм навивают на стержень по винтовой линии.
2) Пучок электродов, состоящий из одного или двух медных стержней и стального электрода с защитным покрытием любой марки. Пучок связывают в трёх-пяти местах медной проволокой, и на конце, вставляемом в электрододержатель, прихватывают между всеми стержнями.
3) Наиболее совершенные из числа железомедных электродов - электроды марки ОЗЧ-1, представляющие собой медный стержень диаметром 4-5мм, на который нанесено покрытие, состоящее из сухой смеси покрытия УОНИ-13 (50%) и железного порошка (50%), замешанных на жидком стекле.
Сварку железомедными электродами следует вести таким образом, чтобы не допускать сильного разогрева свариваемых деталей: на минимально возможных токах, обеспечивающих стабильное горение дуги, короткими участками, с перерывами для охлаждения свариваемых деталей.
Общий недостаток железомедных электродов – неоднородная структура металла шва: мягкая медная основа и твёрдые включения железной составляющей, затрудняющие обработку и препятствующие получению высокой чистоты обработанной поверхности. Несколько лучшей обрабатываемостью обладают швы, выполненные электродами марки АНЧ-1, стержень которых состоит из аустенитной стали и медной оболочки. На электрод наносят покрытие фтористокальциевого типа. По сравнению железомедными электродами они обеспечивают лучшие обрабатываемость мест сварки и стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин.
Сварка чугуна чугунными электродами. Для сварки чугуна применяют чугунные электроды с покрытием, в которое входит графитообразующие элементы, и электроды из аустенитного никелевого чугуна с покрытием, состоящим из карборунда(55%), и углекислого бария(23,7%), замешанных на жидком стекле. Стержни чугунных электродов изготавливают из круглых стальных прутков.
Таблица 1.2.1.Зависимость длины электрода от его диаметра
| Диаметр прутка (мм) | Длина электрода (мм) |
| 4 | 250 |
| 6 | 350 |
| 8,10,12 | 450 |
Холодной сваркой электродами весьма сложно добиться положительных результатов, так как при больших скоростях охлаждения образуется структура белого чугуна в шве и околошовной зоне.
Для предупреждения отбеливания необходимо обеспечить такой состав металла шва, для которого в этих условиях будет получаться структура серого чугуна. Это может быть достигнуто путём использования специальных электродов. Примером таких электродов могут служить электроды марки ЭМЧ, стержень которых представляет собой чугун с повышенным содержанием кремния, а покрытие двухслойное: 1-й слой – легирующий, 2-й слой обеспечивает газовую и шлаковую защиту. При сварке этими электродами чугунных деталей с толщиной стенки до 12мм без предварительного подогрева удаётся получить швы и околошовную зону без отбеливания. Если же этими электродами сваривают массивные детали, то для получения качественных соединений детали приходится подогревать до 400-450 градусов Цельсия. Для улучшения обрабатываемости и некоторого повышения пластичности металла шва используют электроды из никелевых чугунов. Электроды из никелевых чугунов обеспечивают получение швов, обладающих хорошей обрабатываемостью. Тонкое покрытие, наносимое на стержни из никелевых чугунов, рекомендуется следующего состава: карборунд (55%), углекислый барий (23,7%), жидкое стекло (21,3%).
Сварку выполняют в несколько слоёв с возвратно-поступательным движением конца электрода. Основной недостаток электродов из никелевых чугунов – повышенная склонность к образованию горячих трещин.
Сварка стальными электродами с карбидообразующими элементами в покрытии. Часто для более полного выжигания углерода в металл шва вводят сильный карбидообразователь.
В этом случае в основном образуются карбиды данного элемента, не растворяющиеся в железе. Металлическая основа при этом оказывается достаточно обезуглероженной и пластичной. Примером могут служить электроды марки ЦЧ-4 со стержнем из низкоуглеродистой проволоки марок Св-08 или Св-08А и покрытием следующего состава: мрамор – 12%, плавиковый шпат – 16%, феррованадий – 66%, ферросилиций – 4%, поташ – 2%, жидкое стекло – 30% массы сухой смеси. Этими электродами сначала облицовывают кромки на малых токах.
Сварку выполняют параллельными валиками с перекрытием каждого предыдущего на половину его ширины. После второго слоя силу тока увеличивают на 15-20%. Окончательно разделку заполняют электродами УОНИ-13/45.
Область применения этих электродов – сварка повреждённых деталей и заварка дефектов в отливках из серого и высокопрочного чугуна. В случае необходимости можно также сваривать соединения серого и высокопрочного чугуна со сталью.
Сварные соединения, выполненные этими электродами, имеют удовлетворительную обрабатываемость, плотность и достаточно высокую прочность.
1.3 Холодная сварка чугуна
Холодная сварка электродами из никелевых сплавов. Электроды из никелевых сплавов применяют главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твёрдости недопустимо.
Положительные свойства таких электродов в том, что никель не растворяет углерод и не образует структур, имеющих высокую твёрдость после нагрева и быстрого охлаждения. Отбеливание зоны частичного расплавления при небольших её размерах практически отсутствует, так как никель, проникая в этот участок, оказывает положительное действие.
В то же время никель и железо обладают неограниченной растворимостью, которая способствует надёжному их сплавлению. Для изготовления электродов используют и медно-никелевые сплавы: монель-металл, константан, нихром.
Недостатки этих сплавов – их высокая стоимость и дефицитность, а также большая усадка, приводящая к образованию горячих трещин.
Находят применение в промышленности электроды марок МНЧ-1 со стержнем из монель-металла и МНЧ-2 со стержнем из константана.
Для заварки отдельных небольших дефектов на обрабатываемых поверхностях отливок ответственного назначения из серого и высокопрочного чугуна, а также при ремонте оборудования из чугунного литья, используют также железоникелевые электроды со стержнем, содержащим никель (Ni) – 60% и железо (Fe) – 40%.
При сварке такими электродами обеспечивается достаточно высокая прочность металла шва. Примером таких электродов могут служить электроды марки ЦЧ-3А, со стержнем из проволоки Св-08Н50 и покрытием из доломита (35%), плавикового шпата (25%), графита чёрного (10%) и ферросилиция (30%), замешанных на жидком стекле.
Необходимо всегда иметь в виду, что все электроды на основе никеля дефицитны и могут применяться для сварки чугуна в весьма ограниченных количествах, например, для заварки небольших раковин в деталях больших размеров и большой жёсткости.
Холодная сварка чугуна электродами из низкоуглеродистой стали с установкой шпилек. При сварке чугуна низкоуглеродистыми электродами наиболее слабое место сварного соединения – околошовная зона у границы сплавления. Хрупкость этой зоны и наличие в ней трещин нередко приводят к отслаиванию шва от основного металла. Для увеличения прочности сварного соединения (когда к нему не предъявляется других требований), применяют стальные шпильки, которые частично разгружают наиболее слабую часть сварного соединения – место сплавления.