[alex diesel spb]

Материал рухнувшего форума предоставил  valesh

Можно ли заварить трещину в чугунном блоке цилиндров, и каким способом это лучше сделать?

Давайте, как смогу расскажу коротко и доступно.
Чугун - перенасыщенный раствор углерода в железе. При твердении расплава излишний углерод выпадает в осадок (в виде сфер, червячков или чешуек) внутри массы самого металла. Формой графита и легирующими добавками (что абсолютно связано между собой) определяется важнейшие механические характеристики чугуна: высокопрочный серый или вермикулярный. Технология литья, кроме легирования предусматривает еще и определенную температуру расплава и определенную скорость остывания отливки. После отливки чугунные изделия обязательно подвергаются старению (естественному или искусственному). Для справки - естественное старение, это закапывание в землю на 5-15 лет и для ответственных вещей (например станин оптикообрабатывающих станков) отливки сначала старят искусственно, а затем естественно.
Теперь далее, при кристаллизации чугуна из расплава в нем образуются (именно из-за переизбытка углерода) структуры различающиеся по строению кристаллической решетки и, соответственно по объему. Причем при изменении температуры готового изделия (речь идет о температурах 600 градусов и выше до плавления) кристаллическая решетка одного и того же зерна изменяется на другую с изменением объема. Пока изделие сохраняет структуру твердого тела, распадению изделия на отдельные фрагменты при нагреве препятствует выпавший свободный углерод, который, как поры, компенсирует деформацию. Однако его резервы не бесконечны и поэтому термостойкость чугуна штука проблематичная и металлурги много сил потратили, создавая высокопрочные чугуны.
Следующий момент - когда Вы свариваете чугун, вы локально доводите металл до плавления, при холодном изделии. Т.е. скорость охлаждения расплавленного металла в зоне шва огромна. При этом образуются структуры как раз имеющие наибольший объем. Кроме того, прогретый металл вокруг шва и сцепленный швом воедино остывает, и остывая растягивается. А чугун - материал вообще не переносящий напряжений растяжения. Следствие - сетка трещин вдоль сварного шва в ОСНОВНОМ материале. Не в шве. Его то лигатурами кое как облагораживают, а чугун вокруг шва... он-то каким был, таким и остался.
Есть способы проковки швов, есть способы прогрева детали перед сваркой и последующего отжига или старения.
НО! На сколько можно прогреть, допустим, головку блока? на 600 градусов? А надо на 1000! Или 1200! А я посмотрел бы на сварщика производящего сварку на изделии с температурой 1000 градусов. А еще изделие надо варить не одну минуту - оно остывает. Значит нужен подогрев до 1000 градусов. Ну вывод - сварщика надо поместить в печку. Ну конечно греют градусов до 200 и то тяжело работать. А 200 градусов по сравнению с 1000, это можно и вообще не греть.
А последующий отжиг тоже бессмыслен. Ведь шов остывает мгновенно, хоть 20 градусов температура детали хоть 200. Значит и трещины вокруг шва развиваются сразу же, и никаким отжигом их уже не убрать. Я несколько сгустил здесь краски ибо так понятнее на одной страничке можно изложить курс целого вузовского семестра, но главная суть тут изложена.
Да это была бы революция - научиться сваривать чугунные изделия.
Масса умов жизнь положили на это и некоторые успехи есть, но с массой ограничений как по области применения, так и по последующему ресурсу. В любом случае подвергнуть сваренную чугунную деталь циклическим тепловым и механическим нагрузкам означает безоговорочное поражение. Попытки заварить повреждение в чугунной детали на языке сварщиков однозначно называются зас@ать дефект.
По поводу того что кому-то, где-то заварили и оно до сих пор ездит...
Ребята! Ведь Вы не знаете что и как там делали. Ведь можно заварить поверхностную трещину полуавтоматом, а трещину изнутри заполнить любым продуманным герметиком, начиная от жидкого стекла и до любой другой кремнийорганики. И все будет работать, возможно и большое время. Но простите это не сварка. Просто малограмотный клиент на герметик не согласится, а на сварку легко - он такое слово знает. Кроме того, сварной шов пусть с трещинами прекрасно может защищать кремнийорганику от непосредственного контакта с газами и редуцировать давление проникающих газов в трещину. Ну да такие способы имеют право на жизнь. Но ДЯДЯ ВАСЯ прочитав хватает электрод и вешает на гараж объяву ПАЯЕМ - ЛУДИМ. Вот в чем дело.
Так, для подсыпания пороха в огонь. Мы "ввариваем" гильзы в блоки в тех случаях, когда через стенку вылезла рука дружбы. Несколько моторов с легкой руки моих коллег успешно наездили более 100 тыс км (о тех, что были под контролем).Но назвать это сваркой нельзя. Делается это так - вырезается из блока проломленное то, что раньше было стенкой гильзы, туда вставляется то, что будет гильзой. Потом все это обваривается по кругу снизу и сверху очень тонким швом. И делается это только для того, чтобы создать развитую сложноломаную поверхность зацепления между гильзой и блоком. Далее весь контакт между гильзой и блоком со стороны водяной полости заполняется проникающим герметиком, который твердеет в стесненном пространстве из-за отсутствия воздуха. Потом для подстраховки наносится еще слой эластичного герметика. Вот так хлопцы! Но это НЕ СВАРКА!!!

[alex diesel spb]

Несколько статей и глав из учебников, которые позволят несколько подробнее понять проблемы, связанные со сваркой изделий из чугуна.

Технология сварки чугуна Статья, две части
Часть 1
Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затруднительно. В связи с этим чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Тем не менее сварка чугуна имеет очень большое распространение как средство исправления брака чугунного литья, ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструкции.
Качественно выполненное сварное соединение должно обладать необходимым уровнем механических свойств, плотностью (непроницаемостью) и удовлетворительной обрабатываемостью (обрабатываться режущим инструментом). В зависимости от условий работы соединения к нему могут предъявляться и другие требования (например, одноцветность, жаростойкость и др.).
Причины, затрудняющие получение качественных сварных соединений из чугуна, следующие:
1. Высокие скорости охлаждения металла шва и зоны термического влияния, соответствующие термическому циклу сварки, приводят к отбеливанию чугуна, т.е. появлению участков с выделениями цементита той или иной формы в различном количестве. Высокая твердость отбеленных участков практически лишает возможности обрабатывать чугуны режущим инструментом.
2. Вследствие местного неравномерного нагрева металла возникают сварочные напряжения, которые в связи с очень незначительной пластичностью чугуна приводят к образованию трещин в шве и околошовной зоне. Наличие отбеленных участков, имеющих большую плотность (7,4 ... 7,7 г/см3), чем серый чугун (6,9 ... 7,3 г/см3), создает дополнительные структурные напряжения, способствующие трещинообразованию.
3. Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва.
4. Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и формирование шва.
5. Наличие кремния, а иногда и других элементов в металле сварочной ванны способствует образованию на ее поверхности тугоплавких окислов, приводящих к образованию непроваров. Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны может быть охарактеризовано схемой, представленной на рис. 1. В случае низких скоростей охлаждения в чугунном шве и участке околошовной зоны может быть обеспечено сохранение структуры серого чугуна. На схеме W'охлобозначено наибольшее значение скорости охлаждения металла шва и высокотемпературного участка зоны термического влияния при эвтектической температуре, если чугун сваривали без предварительного подогрева.
Практически при любом составе чугуна в шве и высокотемпературном участке околошовной зоны будет иметь место отбеливание. Сварка чугуна с подогревом (300 ... 400 °С) уменьшает скорость охлаждения (W''охл ) на рис. 1). При такой скорости охлаждения в шве и на участке околошовной зоны, в зависимости от количества графитизаторов, может быть получен либо белый, либо серый чугун.
 
Рис. 1 Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны
При высоком подогреве (600 ... 650 °С) скорость охлаждения при эвтектической температуре снижается до W'''охл, при которой отбеливания не происходит. Замедление охлаждения приводит к распаду аустенита с образованием ферритной или перлитно-ферритной металлической основы. Таким образом, наиболее эффективное средство предотвращения отбеливания металла шва и высокотемпературного участка околошовной зоны, а также резкой закалки на участке околошовной зоны, нагревавшейся выше температуры Ас3, - высокий предварительный или сопутствующий подогрев чугуна до температуры 600 ... 650 °С. Сварку с таким подогревом называют горячей сваркой чугуна.
Высокий подогрев и замедленное охлаждение способствуют также ликвидации трещин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, а также уменьшения температурного градиента и термических напряжений.
Сварку с подогревом до температур 300 ... 400 °С называют полугорячей, а без предварительного подогрева - холодной сваркой чугуна. При полугорячей и холодной сварке чугуна широко используют металлургические и технологические средства воздействия на металл шва с целью повышения качества сварных соединений. К их числу относятся:
•   Легирование наплавленного металла элементами-графитизаторами, с тем чтобы при данной скорости охлаждения получить в шве структуру серого чугуна;
•   Легирование наплавленного металла такими элементами, которые позволяют получить в шве перлитно-ферритную структуру, характерную для низкоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, более прочные, чем цементит, и равномерно распределенные в металле;
•   Введение в состав сварочных материалов кислородосодержащих компонентов с целью максимального окисления углерода (выжигания его) и получения в металле шва низкоуглеродистой стали;
•   Применение сварочных материалов, обеспечивающих в наплав ленном металле получение различных сплавов цветных металлов: медно-никелевых, медно-железных, железоникелевых и др., обладающих высокой пластичностью и имеющих температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна.
Горячая сварка чугуна
Наиболее радикальным средством борьбы с образованием отбеленных и закаленных участков шва и околошовной зоны и образованием пор и трещин служит подогрев изделия до температуры 600 ... 650 °С и медленное охлаждение его после сварки. Технологический процесс горячей сварки состоит из следующих этапов: I - подготовка изделия под сварку; II - предварительный подогрев деталей; III - сварка; IV - последующее охлаждение.
Подготовка под сварку зависит от вида исправляемого дефекта. Однако во всех случаях подготовка дефектного места заключается в тщательной очистке от загрязнений и в разделке для образования полостей, обеспечивающих доступность для манипулирования электродом и воздействия сварочной дуги. Для предупреждения вытекания жидкотекучего металла сварочной ванны, а в ряде случаев для придания наплавленному металлу соответствующей формы, место сварки формуют. Формовку выполняют в зависимости от размеров и местоположения исправляемого дефекта с помощью графитовых пластинок, скрепляемых формовочной массой, состоящей из кварцевого песка, замешенного на жидком стекле, или другими формовочными материалами, а также в опоках формовочными материалами, применяемыми в литейном производстве (рис. 2).
После формовки необходима просушка формы при постепенном подъеме температуры от 60 до 120°С, затем проводят дальнейший нагрев под сварку со скоростью 120 ... 150°С в час в печах, горнах или временных нагревательных устройствах. Замедленное охлаждение после сварки достигается при укрывании изделий теплоизолирующим слоем (листами асбеста и засыпкой песком, шлаком и др.) или при охлаждении вместе с печами, горнами.
 
Рис. 2 Формовка места сварки для горячей сварки чугуна:
а - несквозной раковины; б - недолива кромки детали, с облицовкой заплавляемой полости графитовыми пластинами; в - общий вид заформованного дефекта; 1 - деталь; 2 - формовка; 3 - графитовые пластины
 
 
Способы нагрева и нагревательные устройства применяют в зависимости от характера производства (устранение литейных дефектов, ремонтная сварка и т.д.). Например, при массовом производстве в литейных цехах автомобильных и тракторных заводов целесообразно использовать конвейерные печи; для ремонтных работ удобен нагрев в муфельных печах или в горнах с открытым кожухом; для разовых ремонтных работ крупногабаритных изделий изготовляют временные нагревательные устройства из огнеупорного кирпича, в том числе печи-ямы в земляном полу цеха.
Остывание в зависимости от веса и формы детали длится от нескольких часов до нескольких суток. Для сварки используют плавящиеся электроды со стержнями из чугуна марок А или Б (табл. 1). Стержни получают отливкой в кокиль и другими способами.
В состав покрытия, наносимого на литые прутки, диаметром 5 ... 20 мм, входят стабилизирующие и легирующие материалы. В качестве последних обычно используют графит, карборунд, ферросилиций, силикокальций, силикомагний и другие элементы-графитизаторы. Горячую сварку чугуна выполняют на больших токах без перерывов до окончательной заварки дефекта. При больших объемах завариваемого дефекта два сварщика, работающие поочередно.
Табл. 1 Состав чугунных стержней для сварки чугуна
Марка   С   Si   Мn   Р   S   Сr   Ni   Назначение
А   3,0 ... 3,5   3,0 ... 3,4   0,5... 0,8
 
    0,2 ... 0,4   До 0,08   До 0,05   До 0,3   Для горячей сварки
Б      3,5 ... 4,0      0,3 ... 0,5            Для горячей и полугорячей сварки
Для горячей сварки чугуна можно использовать дуговую сварку угольным электродом. По возможности изменения теплового воздействия на свариваемый металл сварка угольным электродом занимает промежуточное положение между газовой сваркой и сваркой плавящимся электродом. Сваривают на постоянном токе, прямой полярности угольными электродами диаметром 8 ... 20 мм. Диаметр электрода и силу сварочного тока выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла (табл. 2).
В качестве присадочного материала используют прутки марок А и Б. Для перевода тугоплавких окислов в легкоплавкие соединения применяют флюсы на борной основе, чаще всего техническую безводную (прокаленную) буру.
Табл. 2 Режимы сварки угольным электродом
Толщина металла, мм   Диаметр электрода, мм   Сила тока, А
6 ... 10   8 ... 10   280 ... 350
10 ... 20   10 ... 12   300 ... 400
20 ... 30   12 ... 16   350 ... 500
30 и более   16 ... 18   350 ... 600
Табл. 3 Состав порошковой проволоки ППЧ-3 и наплавленного металла*, %
Материал   С   Si   Аl   Ti
Порошковая проволока
Наплавленный металл   4,5 ... 5,0
3,0 ... 3,8   3,3 ... 4,0
3,0 ... 3,8   0,1 ... 0,3
До 0,1   0,1 ... 0,3
До 0,1
* Остальное Fe.
Горячая сварка чугуна ручным способом, особенно массивных изделий - тяжелый труд. Весьма прогрессивный способ, облегчающий труд и повышающий производительность, - механизированная сварка порошковой проволокой. В состав шихты вводят компоненты, которые позволяют получать состав металла шва, представляющий собой чугун. Состав порошковой проволоки марки ППЧ-3 для горячей сварки чугуна приведен в табл. 3.
Горячая сварка чугуна позволяет получать сварные соединения, равноценные свариваемому металлу (по механическим характеристикам, плотности, обрабатываемости и др.), однако это трудоемкий и дорогостоящий процесс. Вместе с этим в ряде случаев к сварным соединениям из чугуна не предъявляется таких требований. Часто, например, достаточно обеспечить только равнопрочность или только хорошую обрабатываемость, или плотность сварных швов. С помощью различных металлургических и технологических средств можно получить сварные соединения из чугуна с теми или иными свойствами при сварке с невысоким подогревом или вовсе без предварительного подогрева (т.е. с помощью полугорячей или холодной сварки).
Холодная и полугорячая сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение серого чугуна в металле шва
Холодная сварка чугуна электродами положительных результатов не обеспечивает, так как при больших скоростях охлаждения образуется структура белого чугуна в шве и высокотемпературной области околошовной зоны, а также происходит резкая закалка металлической основы участков зоны термического влияния, нагревающихся в процессе сварки выше температуры Ас3. Возникающие при этом деформации превышают деформационную способность металла шва и околошовной зоны, в результате чего образуются трещины.
Для предупреждения отбеливания необходимо обеспечить такой состав металла шва, для которого в этих условиях будет получаться структура серого чугуна с наиболее благоприятной формой графитных включений. Это может быть достигнуто путем введения в наплавленный металл достаточно большого количества графитизаторов и легирования чугуна элементами, способствующими сфероидизации карбидов (магнием). Примером таких электродов могут служить электроды марки ЭМЧ, стержень которых представляет собой чугун с повышенным (до 5,2 %) содержанием кремния, покрытие двухслойное: первый слой - легирующий, второй - обеспечивает газовую и шлаковую защиту. При сварке этими электродами чугунных деталей с толщиной стенки до 12 мм без предварительного подогрева удается получить швы и околошовную зону без отбеливания и закалки. Некоторому замедлению скорости охлаждения при эвтектической температуре способствует реакция между железной окалиной и алюминиевым порошком, протекающая с выделением теплоты.
При сварке этими электродами массивных деталей, для получения бездефектных сварных соединений, приходится их подогревать до температур 400 °С. Для улучшения обрабатываемости и некоторого повышения пластичности металла шва используют электроды из никелевых чугунов, например нирезиста или никросилаля (табл. 4).
Электроды из никелевых чугунов обеспечивают получение швов, обладающих хорошей обрабатываемостью. Тонкое покрытие (М), наносимое на стержни из никелевых чугунов, рекомендуется следующего состава: карборунд 55 %; углекислый барий 23,7 %; жидкое стекло 21,3 %. Сварку выполняют в несколько слоев при возвратно-поступательном перемещении электрода. Основной недостаток электродов из никелевых чугунов - повышенная склонность к образованию горячих трещин.
Табл. 4 Состав электродных стержней из никилевых чугунов, %*
Чугун   С   Ni   Si   Сu   Мn
Нирезист
Никросилаль   2,0
2,0 ... 2,3   29
19 ... 22   1,3
5,2 ... 6,4   7,6
-   0,4
0,5
* Остальное Fe.
Получить в наплавленном металле серый чугун можно, применяя специальные сварочные материалы, которые обеспечивают легирование через электродное покрытие. Примером таких материалов могут служить электроды, стержень которых изготовлен из низкоуглеродистой проволоки, например, марок Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246-70, а в легирующем покрытии содержится достаточное количество элементов-графитизаторов - углерода и кремния. Наиболее характерны электроды марки ЭМЧС, стержень которых состоит из низкоуглеродистой электродной проволоки, а покрытие - из трех слоев:
1-й слой является легирующим, 2-й шлако- и газообразующим, 3-й - газозащитным. Графит и силикомагний, входящие в состав 1-го слоя, служат графитизаторами, причем магний в некоторой степени способствует сфероидизации графита; гематит и алюминий, вступая во взаимодействие, способствуют некоторому снижению скорости охлаждения при эвтектической температуре и тем самым получению в шве структуры серого чугуна.
Применение этих электродов при сварке чугунных изделий с относительно небольшой толщиной свариваемого металла (до 8 ... 10 мм) позволяет получить качественные сварные соединения без предварительного подогрева изделия; при больших толщинах необходимо применять полугорячую сварку.
Для холодной и полугорячей сварки чугуна полуавтоматами используют специальные порошковые проволоки, обеспечивающие получение в шве серого чугуна. Для холодной сварки изделий с относительно небольшой толщиной стенок (в месте сварки) рекомендуется проволока марки ГШЧ-1, для полу горячей сварки - проволока ППЧ-2 (табл. 5), а также проволоки ППНЧ-7; МН-25; ПАНЧ-11.
Механизированная сварка порошковой проволокой позволяет получать наплавленный металл близкий по составу и структуре к свариваемому чугуну. При заварке дефектов в крупных чугунных отливках, для исправления которых необходимо наплавить большой объем металла, а также при изготовлении крупногабаритных массивных изделий из высокопрочных чугунов с шаровидным графитом, можно использовать электрошлаковую сварку пластинчатыми электродами. Эти электроды представляют собой литые чугунные пластины с содержанием элементов-графитизаторов (углерода и кремния), равном содержанию последних в электродных стержнях марок А и Б, и 0,04 ... 0,08 % Mg.
Табл. 5 Составы порошковых проволок и наплавленного ими металла для холодной и полугорячей сварки чугуна, %
Материал   С   Si   Мn   Ti   Аl   Назначение
Порошковая проволока ППЧ-1
 
Наплавленный металл (1-й слой)   6,5 ... 7,0
 
4,5 ... 5,5   3,8 ... 42
 
3,5 ... 4,2   0,4 ... 0,6
 
0,5 ... 0,9   0,4 ... 0,6
 
0,3 ... 0,5   0,7 ... 1,0
 
0,5 ... 0,8   Для холодной сварки
Порошковая проволока ППЧ-2
 
Наплавленный металл   5,7 ... 6,5
 
3,5 ... 4,5   3,3 ... 4,0
 
3,0 ... 3,8   0,4 ... 0,6
 
0,5 ... 0,9   0,4 ... 0,6
 
0,2 ... 0,5   0,6 ... 0,9
 
0,3 ... 0,6   Для полугорячей сварки
При электрошлаковой сварке чугуна применяют фторидные обессеривающие и неокислительные флюсы. Замедленное охлаждение металла шва и околошовной зоны, характерное для электрошлаковой сварки, позволяет получать сварные соединения без отбеленных и закаленных участков, трещин, пор и других дефектов. Электрошлаковая сварка обеспечивает вполне удовлетворительные механические свойства сварных соединений из чугуна и хорошую их обрабатываемость.
Кроме общего подогрева, применяемого при полугорячей сварке различными способами, в ряде случаев (в зависимости от конструкции) можно ограничиться местным подогревом до нужной температуры. В процессе сварки необходимо обращать внимание на то, чтобы изделие в районе сварки не охлаждалось ниже заданной температуры подогрева.
Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали
Если выполнить наплавку на чугун электродами, предназначенными для сварки углеродистых или низколегированных конструкционных сталей, то в 1-м слое даже при относительно небольшой доле участия основного металла получится высокоуглеродистая сталь, которая при скоростях охлаждения, имеющих место в условиях сварки без предварительного подогрева изделия, приобретает резкую закалку. Поэтому металл 1-го слоя будет иметь высокую твердость, низкую деформационную способность и окажется подверженным образованию холодных трещин, а также пористости. Во 2-м слое, естественно, доля участия чугуна уменьшится, однако содержание углерода в нем будет находиться еще на высоком уровне, что также приведет к закалке и возможному образованию трещин. В последующих слоях доля участия чугуна окажется незначительной, и металл шва будет обладать определенным уровнем пластичности.
В связи со сказанным такие стальные электроды можно применять только для декоративной заварки небольших по размерам дефектов, если к сварному соединению не предъявляются требования обеспечения прочности, плотности и обрабатываемости режущим инструментом. С целью уменьшения доли участия основного металла в шве, а также размеров зоны термического влияния (в том числе и участков отбеливания и закалки) применяют электроды небольших диаметров (для 1-го слоя 3 мм, для 2-го и последующих 3 ... 4 мм), на малых токах, не перегревая основной металл.
Сначала выполняют облицовку 1-м слоем. Сварку выполняют короткими участками, валиками небольших сечений вразброс для охлаждения шва и околошовной зоны до температуры 50 ... 60 °С. После 3-го слоя можно применять режимы с несколько большей погонной энергией, но также с перерывами, чтобы зона разогрева чугуна была небольшой. Для уменьшения напряжений полезно применять проковку средних слоев.
При сварке чугуна низкоуглеродистыми электродами общего назначения 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 (например, при ремонте станин, рам, кронштейнов и других несущих элементов толстостенных конструкций), применяют стальные шпильки, которые частично разгружают наиболее слабую часть сварного соединения - линию сплавления.
Шпильки имеют резьбу, их ввертывают в тело свариваемой детали. Размеры шпилек обычно зависят от толщины свариваемых деталей.

[alex diesel spb]

Часть 2
Практикой установлены следующие рекомендации: диаметр шпилек 0,3 ... 0,4 толщины детали, но не более 12 мм; глубина ввертывания шпилек 1,5 диаметра их, но не более половины толщины свариваемых деталей; высота выступающей части 0,75 ... 1,2 диаметра шпильки. Шпильки располагают в шахматном порядке на скошенных кромках деталей и в один ряд на поверхности детали с каждой стороны стыка, причем расстояние между ними должно быть равно 4 ... 6 диаметров шпильки.
Сварку выполняют в следующем порядке. Сначала обваривают каждую шпильку и облицовывают поверхности кромок электродами диаметром 3 мм на малых токах. Затем на облицованные кромки и шпильки наплавляют валики и окончательно заполняют разделку (рис. 3).
При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения количества наплавленного металла рекомендуется в шов вваривать связи из круглой или полосовой стали (рис. 3, в). Для удержания расплавленного металла шва рекомендуется заформовать трещину (рис. 3, г).
Для снижения содержания углерода в металле шва предложено выполнять сварку по слою флюса, содержащего до 30 % железной окалины (например: буры 50 %, каустической соды 20 %, железной окалины 30 %).
 
Рис. 3 Сварка чугуна с применением стальных шпилек:
а - установка шпилек при V-образной подготовке кромок; б - обварка шпилек;
в - вварка стальных связей: 1 - отверстия с резьбой;
2 - шпильки; 3 - связи; 4 - обварка шпилек и связей; 5 - заварка трещин;
г - формовка при сварке чугуна: 1 - верхняя; 2 – боковая
 
 
Углерод, попадающий в сварочную ванну, в высокотемпературной ее части активно окисляется и выводится из нее в виде окиси углерода, не растворимой в металле. В результате концентрация углерода к моменту затвердевания сварочной ванны снижается. Твердость металла шва уменьшается, деформационная способность возрастает.
Однако для более полного эффекта выжигания углерода необходимо применять режимы сварки, характеризующиеся относительно большой погонной энергией, что, однако, отрицательно сказывается на околошовной зоне: в ней образуются значительные по размерам участки отбеливания и закалки, приводящие к образованию трещин. При сварке чугуна с достаточно высоким содержанием элементов-графитизаторов при небольшой толщине стенки свариваемых деталей можно получить положительные результаты частичной релаксацией сварочных напряжений, что снижает вероятность образования трещин в зоне термического влияния.
Для сварки чугуна используют медно-железные, медно-никелевые и железоникелевые электроды. Существует несколько типов медно-железных электродов:
1.Медный стержень с оплеткой из жести толщиной 0,25 ... 0,3 мм, которую в виде ленты шириной 5 ... 7 мм навивают на стержень по винтовой линии. На электрод наносят ионизирующее толстое покрытие. Либо электрод со стержнем, изготовленным из комбинированной проволоки, представляющий собой сердечник стальной проволоки, плотно за прессованный в медную трубку, изготовляют на станках для производства порошковой проволоки.
Может быть также и другой вариант: медный стержень со стальной оболочкой. Во всех разновидностях содержание железа в наплавленном металле не должно превышать 10 ... 15 %, так как в противном случае в шве образуются (в большом количестве) очень твердые включения железа с высоким содержанием углерода, ухудшающие обрабатываемость и снижающие пластичность шва.
2. Пучок электродов, состоящий из одного или двух медных стержней и стального электрода с защитным покрытием любой марки. Пучок связывают в четырех-пяти местах медной проволокой и на конце, вставляемом в электрододержатель, прихватывают для надежного контакта между всеми стержнями.
3. Наиболее совершенные из числа медно-железных электродов - электроды марки ОЗЧ-1, представляющие собой медный стержень диаметром 4 ... 5 мм, на который нанесено покрытие, состоящее из сухой смеси покрытия УОНИ-13 (50 %) и железного порошка (50 %), замешенных на жидком стекле.
Медно-железный сплав в шве получается также при сварке медными электродами по слою специального флюса, который состоит из прокаленной буры (50 %), каустической соды (20 %), железной окалины (15 %) и железного порошка (15 %). Флюс насыпают слоем толщиной около 10 мм, расплавляют дугой; далее по мере перемешивания дуга горит между медным электродом и расплавленным флюсом.
Сварку медно-железными электродами всех типов следует выполнять таким образом, чтобы не допускать сильного разогрева свариваемых деталей: на минимально возможных токах, обеспечивающих стабильное горение дуги, короткими участками вразброс, с перерывами для охлаждения свариваемых деталей.
Более удачным оказался другой путь. В металл шва вводят сильный карбидообразователь - ванадий. В этом случае в основном образуются карбиды данного элемента, не растворяющиеся в железе и имеющие форму мелкодисперсных нетвердых включений. Металлическая основа при этом оказывается обезуглероженной и достаточно 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.
Металл, наплавленный этими электродами, имеет следующий состав: до 0,15 % С; до 0,6 % Si; 0,5 % Мn; 8,5 ... 0,5 % V; серы и фосфора до 0,04 % каждого. Этими электродами сначала облицовывают кромки на малых токах. Сварку выполняют параллельными валиками с перекрытием каждого предыдущего на половину его ширины. После 2-го слоя силу тока увеличивают на 15 ... 20 %; окончательно разделку заполняют электродами УОНИ-13/45.
Область применения таких электродов - сварка поврежденных 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. К способам, обеспечивающим получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали, можно также отнести механизированную сварку короткими участками электродной проволокой марок Св-08ГС или Св-08Г2С диаметром 0,8 ..-. 1 мм в углекислом газе. Сила сварочного тока составляет 50 ... 75 А, напряжение дуги 18 ... 21 В, скорость сварки 10 ... 12 м/ч.
Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в металле шва цветных и специальных сплавов
Для получения швов, обладающих достаточно высокой пластичностью в холодном состоянии, применяют электроды, обеспечивающие получение в наплавленном металле сплавов на основе меди и никеля. Медь и никель не образуют соединений с углеродом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Поэтому, попадая в зону неполного расплавления, прилегающую к шву, они уменьшают вероятность отбеливания. Кроме того, повышению пластичности металла шва способствует возможность проковки наплавленного металла в горячем состоянии для уменьшения уровня сварочных напряжений. Проковка обязательна, так как при этом уменьшается опасность образования трещин в околошовной зоне.
Общий недостаток медно-железных электродов - неоднородная структура шва: мягкая медная основа и очень твердые 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 марки Св-04Х18Н9 и медной оболочки. На электрод наносят покрытие фтористокальциевого типа.
Наиболее рационально применять медно-железные электроды для заварки отдельных несквозных пороков или небольших неплотностей, создающих течи на отливках ответственного назначения, в том числе работающих под давлением (фланцы, подшипники).
Медно-никелевые электроды в производстве применяют главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твердости недопустимо. Положительные свойства таких электродов в том, что никель не растворяет углерод и не образует структур, имеющих высокую твердость после нагрева и быстрого охлаждения. Отбеливание зоны частичного расплавления при небольших ее размерах практически отсутствует, так как медь и никель (элементы-графитизаторы) проникая в этот участок, оказывают положительное действие. В то же время никель и железо обладают неограниченной растворимостью, способствуя надежному сплавлению.
Для изготовления электродов используют и медно-никелевые сплавы: монель-металл, содержащий 65 ... 75 % Ni, 27 ... 30 % Си, 2 ... 3 % Fe и 1,2 ... 1,8 % Мn (например, НМЖМц 28-2,5-1,5); константан, содержащий ~ 60 % Ni и ~ 40 % Сu (МНМц 40-1,5); нихром (Х20Н80).
Недостатки этих сплавов - их высокая стоимость и дефицитность, а также большая усадка, приводящая к образованию горячих трещин. Горячие трещины иногда имеют вид сплошной сетки, что снижает прочность сварного соединения. В связи с этим данные сплавы не рекомендуется применять для заварки трещин в изделиях, которые несут силовую нагрузку. Заварка же отдельных мелких раковин позволяет получить хорошие результаты, так как обеспечивает возможность последующей механической обработки.
Находят применение в промышленности электроды марок МНЧ-1 со стержнем из монель-металла и МНЧ-2 со стержнем из константана. Обе марки имеют электродные покрытия вида типа Б. Сварку выполняют электродами диаметром 3 ... 4 мм, ниточным швом, короткими участками при возвратно-поступательном движении электрода, не допуская перегрева детали, для чего рекомендуются перерывы для охлаждения. Наплавленные валики в горячем состоянии следует тщательно проковывать ударами легкого молотка. Для заварки отдельных небольших дефектов на обрабатываемых поверхностях отливок ответственного назначения из серого и высокопрочного чугуна, пороков, выявленных на механически обработанных поверхностях изделий и при ремонте оборудования из чугунного литья, используют также железоникелевые электроды со стержнем из сплава, содержащего 40 ... 60 % Ni и 60 ... 40 % Fe.
При сварке такими электродами обеспечивается достаточно высокая прочность и некоторая вязкость металла шва. Железоникелевые электроды обладают определенными преимуществами, к числу которых кроме высокой прочности можно отнести меньшую, чем у медно-никелевых сплавов, литейную усадку, одноцветность наплавки с чугуном. Примером электродов такого типа могут служить электроды марки ЦЧ-ЗА со стержнем из проволоки Св-08Н50 и покрытием из доломита (35 %), плавикового шпата (25 %), графита черного (10 %) и ферросилиция (30 %), замешенных на жидком стекле. Чугун также можно сваривать в среде аргона проволокой из меди МНЖКТ 5-1-0,2-0,2, содержащей никель, железо, кремний, титан.
Необходимо всегда иметь в виду, что все электроды, содержащие никель, дефицитны и могут применяться для сварки чугуна ограниченно, например, для заварки небольших раковин, вскрытых на последних операциях механической обработки, в деталях больших размеров и большой жесткости.
Газовая сварка чугуна
Газовая сварка чугуна является одним из наиболее надежных способов, позволяющих получать наплавленный металл по свойствам, близким к основному металлу. Это обусловлено тем, что при газовой сварке происходит более длительный и равномерный нагрев и охлаждение детали, чем при дуговой сварке, а поэтому обеспечиваются лучшие условия для графитизации углерода в наплавленном металле и менее вероятно появление в соседних со швом участках зон отбеленного чугуна. Уменьшаются внутренние напряжения в свариваемом изделии и возможность образования в нем трещин.

[alex diesel spb]

Часть 3
Газовую сварку серого чугуна лучше вести с применением предварительного подогрева. Скос кромок делают односторонний (V-образный), с углом раскрытия 90°. Кромки тщательно очищают от масла, ржавчины и грязи щеткой или пескоструйным аппаратом и прогревают пламенем горелки. В качестве присадочных прутков для сварки и наплавки используют чугунные стержни диаметром 6; 8; 10; 12; 14 и 16 мм, длиной 400 ... 700 мм марок "А" и "Б" (см. табл. 1), а также: НЧ-1 -для низкотемпературной газовой сварки тонкостенных отливок; НЧ-2 -для низкотемпературной газовой сварки толстостенных отливок; ВЧ и ХЧ т- для износостойкой наплавки.
Прутки выпускаются: 0 6 мм, длиной 350 мм: 0 8 ... 10 и 12 ... 16 мм, длиной 450 мм. Прутки должны иметь следующую характеристику:
Марка прутка   НЧ-1   НЧ-2   БЧ   ХЧ
Химический состав, %               
углерод   3 ... 3,5   3 ... 3,5   2,5 ... 3   2,5 ... 3
кремний   3 ... 3,4   3,5 ... 4   1 ... 1,5   1,2 ... 1,5
марганец   0,5 ... 0,8   0,5 ... 0,8   0,2 ... 0,6   0,5 ... 0,8
сера, не более   0,05   0,05   0,05   0,05
фосфор   0,2 ... 0,4   0,2 ... 0,4   Не более   0,1
титан   0,03 ... 0,06   -   -
хром   -   1,2 ... 2,0   -   -
Твердость               
поверхности
наплавленного
слоя       44 ... 46
 
HRC   48 ... 52
 
HRC   
При малом объеме сварки, а также при сварке тонкостенных деталей без подогрева или с местным подогревом, охлаждение металла происходит быстрее. Поэтому в прутках марки Б увеличено содержание кремния, который способствует выделению углерода в виде графита, а также содержится больше фосфора.
Диаметр прутка берется равным половине толщины основного металла.
При газовой сварке чугуна необходимо применение флюса, который:
1. Растворяет тугоплавкие окислы железа, кремния и марганца, переводя их в легкоплавкие шлаки;
2. Окисляет и частично растворяет графитные включения чугуна, создавая микроуглубления, улучшающие сплавляемость;
3. Защищает ванну от окисления;
4. Увеличивает жидкотекучесть шлаков и металла ванны. В качестве флюса используют прокаленную буру или смесь состава: 56 % буры, 22 % углекислого натрия (соды) и 22 % углекислого калия (поташа). Применяют также флюс, состоящий из углекислого и двууглекислого натрия (по 50 %). Хорошей раскисляющей способностью обладает флюс ФСЧ-1, состоящий из 23 % буры прокаленной, 27 % углекислого натрия, 50 % азотнокислого натрия.
Флюс ФСЧ-1 предназначен преимущественно для заварки больших дефектов, а флюс ФСЧ-2, отличающийся от ФСЧ-1 добавкой углекислого лития, применяют для заварки небольших деталей и низкотемпературной сварки.
Хорошие результаты дает также сварка чугуна с применением газообразного флюса БМ-1, состоящего из летучей борорганической жидкости.
Пруток при сварке следует чаще погружать во флюс, а флюс подсыпать в сварочную ванну. Наконечник горелки должен обеспечивать подачу 100 ... 120 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Кромки скашивают только при толщине стенки более 4 мм.
Сварочное пламя должно быть нормальным или науглероживающим, так как окислительное пламя вызывает сильное местное выгорание кремния и в металле шва образуются зерна белого чугуна. Металл хорошо прогревают, сварку выполняют в нижнем положении быстро, а для массивных деталей желательно двумя горелками одновременно. Концом прутка следует все время перемешивать металл сварочной ванны для облегчения выхода из него растворенных газов, чтобы шов получился непористым.
При сварке пруток погружают в сварочную ванну только после нагрева его конца до температуры светло-красного каления, так как ненагретый пруток может вызвать местное отбеливание чугуна. Пруток вынимают из ванны возможно реже и только для того, чтобы покрыть его флюсом.
Ядро пламени можно периодически удалять от поверхности ванны, которая, однако, все время должна быть закрыта восстановительной частью пламени. Излишняя задержка пламени на одном месте приводит к выгоранию углерода и кремния в данном месте шва, что может вызвать отбеливание чугуна.
Детали сложной формы, имеющие неодинаковое сечение в различных частях, отверстия, перемычки и т.д., во избежание появления в них трещин и внутренних напряжений от неравномерного нагрева необходимо сваривать только с общим предварительным подогревом.
После сварки изделие закрывают асбестом и оно должно медленно остывать.
Низкотемпературная пайка-сварка чугуна латунными припоями. Процесс протекает при температуре 700 ... 750 °С, при которой в чугуне не происходит структурных изменений. Это исключает опасность отбеливания чугуна и уменьшает возможность образования трещин. Пайку-сварку целесообразно применять при исправлении дефектов на уже обработанных поверхностях, где важно сохранить первоначальную форму изделия, нельзя использовать предварительный подогрев, а также в тонких сечениях, когда необходимо снизить опасность возникновения деформации. Этот способ позволяет получать соединения чугуна с чугуном и другими металлами, что упрощает конструкцию отливок.
В качестве припоя используется кремнистая латунь ЛОК-59-1-0,3, содержащая до 0,4 % кремния. Временное сопротивление металла шва при разрыве равно 230 МПа, твердость НВ 100.
Для пайки-сварки изделий, к механическим свойствам и товарному виду которых предъявляются повышенные требования, применяется припой ЛОМНА-54-1-10-4-02, содержащий медь, олово, марганец, никель и до 0,6 % алюминия. При пайке-сварке этим припоем металл паяносварного шва имеет цвет чугуна, твердость 180 ... 200 НВ и временное сопротивление разрыву 280 ... 340 МПа.
Применяется поверхностно-активный флюс марки ФПСН-2, содержащий 50 % борной кислоты (Н3ВОз), 25 % углекислого лития (LiCO3), 25 % углекислого натрия (Na2CO3) и галоидосодержащую добавку для удаления вязкой окиси алюминия, образующейся в процессе пайки-сварки.
Флюс плавится при 650 °С и служит индикатором начала процесса. Пайку выполняют обычной сварочной горелкой, работающей на ацетилене или газах-заменителях. Пламя должно быть нормальным. Кромки подготавливают механической обработкой. На поверхности чугуна не допускается грязь, окалина. Следы жиров удаляют протиркой растворителями (ацетоном, бензином и др.). Флюс наносят на основной металл после предварительного подогрева кромок до 300 ... 400 °С. Пайку-сварку начинают в момент плавления флюса, направляя пламя на прилегающие к разделке участки основного металла во избежание раздувания флюса. Расплавленный флюс прутком припоя равномерно распределяют по всей поверхности свариваемого места; затем пламя направляют на конец прутка, оплавляют его и по спирали снизу вверх заполняют разделку металлом припоя. Сразу же после затвердевания наплавки ее проковывают медным молотком.
Низкотемпературная сварка-заварка литейных дефектов в чугунных деталях. Данный способ состоит в заварке литейных дефектов без расплавления основного металла. Применяются присадочные прутки НЧ-1 и НЧ-2.
Флюсы-пасты, применяемые для сварки, содержат 5 % двуокиси титана, 10 % азотнокислого калия, 12 % фтористого натрия, 40 % буры плавленой, 11 % ферротитана, 15 % углекислого лития, 7 % железного порошка, 7 весовых частей керосина на 50 частей сухой смеси. При заварке тонкостенных изделий прутками НЧ-1 можно применять флюс ФСЧ-1.
При сварке прутками НЧ-2 используется флюс ФСЧ-2, состоящий из 18 % буры, 25 % углекислого натрия, 56,5 % азотнокислого натрия, 0,5 % углекислого лития.
Место сварки зачищают до металлического блеска. При толщине стенки до 10 мм кромкам придают V-образную форму с углом раскрытия 70 ... 90°, при толщине стенки более 10 мм - Х-образную. Литейные дефекты (поры, шлаковые включения) вырубают и кромки разделывают с общим углом раскрытия шва 45 ... 60°.
Перед сваркой деталь подвергают местному нагреву горелкой до 300 ... 400 °С, детали более сложной формы - общему нагреву в печи до той же температуры.
На нагретую поверхность наносят слой флюса-пасты и место сварки нагревают горелкой до 820 ... 860 °С. Пламя должно быть нормальным. При такой температуре флюс-паста начинает плавиться, покрывая место сварки тонкой пленкой. Присадочный стержень покрывается флюсом-пастой и расплавляется, постепенно растекаясь по завариваемой поверхности. Сварку ведут справа налево, пламя горелки перемещают впереди шва. После заварки изделие медленно охлаждают в песке или под слоем асбеста.
Такой способ сварки обеспечивает отсутствие зоны отбеленного чугуна, так как основной металл не доводится до состояния плавления, наплавка получается плотной, мягкой и хорошо обрабатывается резцом. Ремонтируемое изделие испытывает незначительные внутренние напряжения, и трещины при заварке не образуются.
Для низкотемпературной сварки чугуна используют пропан-бутан-кислородное пламя с подогревом мундштука (2700 °С) и горелки ГЗУ-1-62 и ГЗМ-1-62. Для сварки применяются прутки НЧ-1 и НЧ-2 указанного выше состава. Мощность пламени должна составлять 60 ... 70 дм /ч пропан-бутана на 1 мм толщины металла, пламя нормальное. При сварке металла толщиной 6 ... 12 мм применяют V-образную подготовку кромок без притупления с увеличенным зазором (до 3 мм) и углом разделки кромок 55°. Пруток держат под углом 30 ... 35°, а мундштук горелки под углом 45° к поверхности металла. Предварительно очищенные кромки нагревают до 300 ... 400 °С, покрывают их флюсом и снова нагревают до 820 ... 860 °С ("отпотевания"). В этот момент в пламя вводят покрытый флюсом пруток и перемешивают его концом ванну, заполняя ее металлом доверху с небольшой выпуклостью. Сварку ведут без перерыва. При толщине металла 6 мм делают один проход, при 9 ... 12 мм - два прохода. Применяют следующие режимы сварки:
Толщина, мм    6   9   12
Номер наконечника    5   6   7
Скорость сварки, м/ч    1,7   1,8   0,48
Производительность наплавки, кг/ч    0,73   0,86   1,13
Металл наплавки имеет структуру с равномерно распределенным мелкопластинчатым графитом, твердость металла шва и переходной зоны 220 ... 245 НВ при твердости основного металла 140 ... 160 НВ.
Наряду с пропан-бутаном можно применять и другие газы-заменители: природный газ, городской газ и т.п.
Источник: http://www.shtorm-its.ru

[alex diesel spb]

Технология сварки чугуна Учебник, четыре части
Часть 1
Чугун получил широкое распространение как конструкционный материал в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности в связи с рядом преимуществ перед многими материалами, среди которых основные - невысокая стоимость и хорошие литейные свойства. Изделия, изготовленные из него, имеют достаточно высокую прочность и износостойкость при работе на трение и характеризуются меньшей, чем сталь, чувствительностью к концентраторам напряжений. Наряду с перечисленными преимуществами изделия из серого литейного чугуна хорошо обрабатываются режущим инструментом. Последнее вместе с хорошими литейными свойствами позволяет оценить чугун как весьма технологичный материал.
К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,11 % (2,14 %). В этих сплавах обычно присутствует также кремний и некоторое количество марганца, серы и фосфора, а иногда и другие элементы, вводимые как легирующие добавки для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др.
В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение карбид железа Fe3C - цементит. В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде графита. Если серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, то белые обладают очень высокой твердостью и режущим инструментом обрабатываться не могут. Поэтому белые чугуны для изготовления изделий применяют крайне редко, их используют главным образом в виде полупродукта для получения ковких чугунов. Получение белого или серого чугуна зависит от состава и скорости охлаждения.
В зависимости от структуры чугуны классифицируют на высокопрочные (с шаровидным графитом) и ковкие. По степени легирования чугуны подразделяют на простые, низколегированные (до 2,5 % легирующих элементов), среднелегированные (2,5 ... 10 % легирующих элементов) и высоколегированные (свыше 10 % легирующих элементов).
Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затруднительно. В связи с этим чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Тем не менее сварка чугуна имеет очень большое распространение как средство исправления брака чугунного литья, ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструкции.
Качественно выполненное сварное соединение должно обладать необходимым уровнем механических свойств, плотностью (непроницаемостью) и удовлетворительной  обрабатываемостью (обрабатываться режущим инструментом). В зависимости от условий работы соединения к нему могут предъявляться и другие требования (например, одноцветность, жаростойкость и др.).
Причины, затрудняющие получение качественных сварных соединений из чугуна, следующие:
1.   Высокие скорости охлаждения металла шва и зоны термического влияния, соответствующие термическому циклу сварки, приводят к отбеливанию чугуна, т.е. появлению участков с выделениями цементита той или иной формы в различном количестве. Высокая твердость отбеленных участков практически лишает возможности обрабатывать чугуны режущим инструментом.
2.   Вследствие местного неравномерного нагрева металла возникают сварочные напряжения, которые в связи с очень незначительной пластичностью чугуна приводят к образованию трещин в шве и околошовной зоне. Наличие отбеленных участков, имеющих  большую плотность (7,4 ... 7,7 г/см3), чем серый чугун (6,9 ... 7,3 г/см3), создает дополнительные структурные напряжения, способствующие трещинообразованию.
3.   Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва.
4.   Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и формирование шва.
5.   Наличие кремния, а иногда и других элементов в металле сварочной ванны способствует образованию на ее поверхности тугоплавких окислов, приводящих к образованию непроваров. Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны может быть охарактеризовано схемой, представленной на рис. 1. В случае низких скоростей охлаждения в чугунном шве и участке околошовной зоны может быть обеспечено сохранение структуры серого чугуна. На схеме W'охл обозначено наибольшее значение скорости охлаждения металла шва и высокотемпературного участка зоны термического влияния при эвтектической температуре, если чугун сваривали без предварительного подогрева.
Практически при любом составе чугуна в шве и высокотемпературном участке околошовной зоны будет иметь место отбеливание. Сварка чугуна с подогревом (300 ... 400 °С) уменьшает скорость охлаждения (W''охл ) на рис. 1). При такой скорости охлаждения в шве и на участке околошовной зоны, в зависимости от количества графитизаторов, может быть получен либо белый, либо серый чугун.
 
Рис. 1 Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны
При высоком подогреве (600 ... 650 °С) скорость охлаждения при эвтектической температуре снижается до W'''охл, при которой отбеливания не происходит. Замедление охлаждения приводит к распаду аустени-та с образованием ферритной или перлитно-ферритной металлической основы. Таким образом, наиболее эффективное средство предотвращения отбеливания металла шва и высокотемпературного участка околошовной зоны, а также резкой закалки на участке околошовной зоны, нагревавшейся выше температуры Ас3, - высокий предварительный или сопутствующий подогрев чугуна до температуры 600 ... 650 °С. Сварку с таким подогревом называют горячей сваркой чугуна.
Высокий подогрев и замедленное охлаждение способствуют также ликвидации трещин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, а также уменьшения температурного градиента и термических напряжений.
Сварку с подогревом до температур 300 ... 400 °С называют полугорячей, а без предварительного подогрева - холодной сваркой чугуна. При полугорячей и холодной сварке чугуна широко используют металлургические и технологические средства воздействия на металл шва с целью повышения качества сварных соединений. К их числу относятся:
•   Легирование    наплавленного    металла   элементами-графитизаторами, с тем чтобы при данной скорости охлаждения получить в шве структуру серого чугуна;
•   Легирование наплавленного металла такими элементами, которые позволяют получить в шве перлитно-ферритную структуру, характерную для низкоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, более прочные, чем цементит, и равномерно распределенные в металле;
•   Введение в состав сварочных материалов кислородосодержащих компонентов с целью максимального окисления углерода (выжигания его) и получения в металле шва низкоуглеродистой стали;
•   Применение сварочных материалов, обеспечивающих в наплав ленном металле получение различных сплавов цветных металлов: медно-никелевых, медно-железных, железоникелевых и  др., обладающих высокой пластичностью и имеющих температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна.
Горячая сварка чугуна
Наиболее радикальным средством борьбы с образованием отбеленных и закаленных участков шва и околошовной зоны и образованием пор и трещин служит подогрев изделия до температуры 600 ... 650 °С и медленное охлаждение его после сварки. Технологический процесс горячей сварки состоит из следующих этапов: I - подготовка изделия под сварку; II - предварительный подогрев деталей; III - сварка; IV - последующее охлаждение.
Подготовка под сварку зависит от вида исправляемого дефекта. Однако во всех случаях подготовка дефектного места заключается в тщательной очистке от загрязнений и в разделке для образования полостей, обеспечивающих доступность для манипулирования электродом и воздействия сварочной дуги. Для предупреждения вытекания жидкотекучего металла сварочной ванны, а в ряде случаев для придания наплавленному металлу соответствующей формы, место сварки формуют. Формовку выполняют в зависимости от размеров и местоположения исправляемого дефекта с помощью графитовых пластинок, скрепляемых формовочной массой, состоящей из кварцевого песка, замешенного на жидком стекле, или другими формовочными материалами, а также в опоках формовочными материалами, применяемыми в литейном производстве (рис. 2).
После формовки необходима просушка формы при постепенном подъеме температуры от 60 до 120°С, затем проводят дальнейший нагрев под сварку со скоростью 120 ... 150°С в час в печах, горнах или временных нагревательных устройствах. Замедленное охлаждение после сварки достигается при укрывании изделий теплоизолирующим слоем (листами асбеста и засыпкой песком, шлаком и др.) или при охлаждении вместе с печами, горнами.
 
 
Рис. 2 Формовка места сварки для горячей сварки чугуна:
а - несквозной раковины; б - недолива кромки детали, с облицовкой заплавляемой полости графитовыми пластинами; в - общий вид заформованного дефекта; 1 - деталь; 2 - формовка; 3 - графитовые пластины
 
 
Способы нагрева и нагревательные устройства применяют в зависимости от характера производства (устранение литейных дефектов, ремонтная сварка и т.д.). Например, при массовом производстве в литейных цехах автомобильных и тракторных заводов целесообразно использовать конвейерные печи; для ремонтных работ удобен нагрев в муфельных печах или в горнах с открытым кожухом; для разовых ремонтных работ крупногабаритных изделий изготовляют временные нагревательные устройства из огнеупорного кирпича, в том числе печи-ямы в земляном полу цеха.
Остывание в зависимости от веса и формы детали длится от нескольких часов до нескольких суток. Для сварки используют плавящиеся электроды со стержнями из чугуна марок А или Б (табл. 1). Стержни получают отливкой в кокиль и другими способами.
В состав покрытия, наносимого на литые прутки, диаметром 5 ... 20 мм, входят стабилизирующие и легирующие материалы. В качестве последних обычно используют графит, карборунд, ферросилиций, силикокальций, силикомагний и другие элементы-графитизаторы. Горячую сварку  чугуна  выполняют  на  больших токах без перерывов до окончательной заварки дефекта. При больших объемах завариваемого дефекта два сварщика, работающие поочередно.
 Табл. 1 Состав чугунных стержней для сварки чугуна
Марка   С   Si   Мn   Р   S   Сr   Ni   Назначение
А   3,0 ... 3,5   3,0 ... 3,4   0,5... 0,8
 
    0,2 ... 0,4   До 0,08   До 0,05   До 0,3   Для горячей сварки
Б      3,5 ... 4,0      0,3 ... 0,5            Для горячей и полугорячей сварки

[alex diesel spb]

Часть 2
Для горячей сварки чугуна можно использовать дуговую сварку угольным электродом. По возможности изменения теплового воздействия на свариваемый металл сварка угольным электродом занимает промежуточное положение между газовой сваркой и сваркой плавящимся электродом. Сваривают на постоянном токе, прямой полярности угольными электродами диаметром 8 ... 20 мм. Диаметр электрода и силу сварочного тока выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла (табл. 2).
 В качестве присадочного материала используют прутки марок А и Б. Для перевода тугоплавких окислов в легкоплавкие соединения применяют флюсы на борной основе, чаще всего техническую безводную (прокаленную) буру.
Табл. 2 Режимы сварки угольным электродом
Толщина металла, мм   Диаметр электрода, мм   Сила тока, А
6 ... 10   8 ... 10   280 ... 350
10 ... 20   10 ... 12   300 ... 400
20 ... 30   12 ... 16   350 ... 500
30 и более   16 ... 18   350 ... 600
Табл. 3 Состав порошковой проволоки ППЧ-3 и наплавленного металла*, %
Материал   С   Si   Аl   Ti
Порошковая проволока
Наплавленный металл   4,5 ... 5,0 3,0 ... 3,8   3,3 ... 4,0 3,0 ... 3,8   0,1 ... 0,3 До 0,1   0,1 ... 0,3 До 0,1
* Остальное Fe.
Горячая сварка чугуна ручным способом, особенно массивных изделий - тяжелый труд. Весьма прогрессивный способ, облегчающий труд и повышающий производительность, - механизированная сварка порошковой проволокой. В состав шихты вводят компоненты, которые позволяют получать состав металла шва, представляющий собой чугун. Состав порошковой проволоки марки ППЧ-3 для горячей сварки чугуна приведен в табл. 3.
Горячая сварка чугуна позволяет получать сварные соединения, равноценные свариваемому металлу (по механическим характеристикам, плотности, обрабатываемости и др.), однако это трудоемкий и дорогостоящий процесс. Вместе с этим в ряде случаев к сварным соединениям из чугуна не предъявляется таких требований. Часто, например, достаточно обеспечить только равнопрочность или только хорошую обрабатываемость, или плотность сварных швов. С помощью различных металлургических и технологических средств можно получить сварные соединения из чугуна с теми или иными свойствами при сварке с невысоким подогревом или вовсе без предварительного подогрева (т.е. с помощью полугорячей или холодной сварки).
Холодная и полугорячая сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение серого чугуна в металле шва
Холодная сварка чугуна электродами положительных результатов не обеспечивает, так как при больших скоростях охлаждения образуется структура белого чугуна в шве и высокотемпературной области околошовной зоны, а также происходит резкая закалка металлической основы участков зоны термического влияния, нагревающихся в процессе сварки выше температуры Ас3. Возникающие при этом деформации превышают деформационную способность металла шва и околошовной зоны, в результате чего образуются трещины.
Для предупреждения отбеливания необходимо обеспечить такой состав металла шва, для которого в этих условиях будет получаться структура серого чугуна с наиболее благоприятной формой графитных включений. Это может быть достигнуто путем введения в наплавленный металл достаточно большого количества графитизаторов и легирования чугуна элементами, способствующими сфероидизации карбидов (магнием). Примером таких электродов могут служить электроды марки ЭМЧ, стержень которых представляет собой чугун с повышенным (до 5,2 %) содержанием кремния, покрытие двухслойное: первый слой - легирующий, второй - обеспечивает газовую и шлаковую защиту. При сварке этими электродами чугунных деталей с толщиной стенки до 12 мм без предварительного подогрева удается получить швы и околошовную зону без отбеливания и закалки. Некоторому замедлению скорости охлаждения при эвтектической температуре способствует реакция между железной окалиной и алюминиевым порошком, протекающая с выделением теплоты.
При сварке этими электродами массивных деталей, для получения бездефектных сварных соединений, приходится их подогревать до температур 400 °С. Для улучшения обрабатываемости и некоторого повышения пластичности металла шва используют электроды из никелевых чугунов, например нирезиста или никросилаля (табл. 4).
 Электроды из никелевых чугунов обеспечивают получение швов, обладающих хорошей обрабатываемостью. Тонкое покрытие (М), наносимое на стержни из никелевых чугунов, рекомендуется следующего состава: карборунд 55 %; углекислый барий 23,7 %; жидкое стекло 21,3 %. Сварку выполняют в несколько слоев при возвратно-поступательном перемещении электрода. Основной недостаток электродов из никелевых чугунов - повышенная склонность к образованию горячих трещин.
Табл. 4 Состав электродных стержней из никилевых чугунов, %*
Чугун   С   Ni   Si   Сu   Мn
Нирезист Никросилаль   2,0
2,0 ... 2,3   29
19 ... 22   1,3
5,2 ... 6,4   7,6
-   0,4
0,5
* Остальное Fe.
Получить в наплавленном металле серый чугун можно, применяя специальные сварочные материалы, которые обеспечивают легирование через электродное покрытие. Примером таких материалов могут служить электроды, стержень которых изготовлен из низкоуглеродистой проволоки, например, марок Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246-70, а в легирующем покрытии содержится достаточное количество элементов-графитизаторов - углерода и кремния. Наиболее характерны электроды марки ЭМЧС, стержень которых состоит из низкоуглеродистой электродной проволоки, а покрытие - из трех слоев:
1-й слой является легирующим, 2-й шлако- и газообразующим, 3-й - газозащитным. Графит и силикомагний, входящие в состав 1-го слоя, служат графитизаторами, причем магний в некоторой степени способствует сфероидизации графита; гематит и алюминий, вступая во взаимодействие, способствуют некоторому снижению скорости охлаждения при эвтектической температуре и тем самым получению в шве структуры серого чугуна.
 Применение этих электродов при сварке чугунных изделий с относительно небольшой толщиной свариваемого металла (до 8 ... 10 мм) позволяет получить качественные сварные соединения без предварительного подогрева изделия; при больших толщинах необходимо применять полугорячую сварку.
 Для холодной и полугорячей сварки чугуна полуавтоматами используют специальные порошковые проволоки, обеспечивающие получение в шве серого чугуна. Для холодной сварки изделий с относительно небольшой толщиной стенок (в месте сварки) рекомендуется проволока марки ГШЧ-1, для полу горячей сварки - проволока ППЧ-2 (табл. 5), а также проволоки ППНЧ-7; МН-25; ПАНЧ-11.
 Механизированная сварка порошковой проволокой позволяет получать наплавленный металл близкий по составу и структуре к свариваемому чугуну. При заварке дефектов в крупных чугунных отливках, для исправления которых необходимо наплавить большой объем металла, а также при изготовлении крупногабаритных массивных изделий из высокопрочных чугунов с шаровидным графитом, можно использовать электрошлаковую сварку пластинчатыми электродами. Эти электроды представляют собой литые чугунные пластины с содержанием элементов-графитизаторов (углерода и кремния), равном содержанию последних в электродных стержнях марок А и Б, и 0,04 ... 0,08 % Mg.
Табл. 5 Составы порошковых проволок и наплавленного ими металла для холодной и полугорячей сварки чугуна, %
Материал   С   Si   Мn   Ti   Аl   Назначе¬ние
Порошковая проволока ППЧ-1
Наплавлен¬ный    металл (1-й слой)   
6,5 ... 7,0
 
4,5 ... 5,5   
3,8 ... 42
 
3,5 ... 4,2   
0,4 ... 0,6
 
0,5 ... 0,9   
0,4 ... 0,6
 
0,3 ... 0,5   
0,7 ... 1,0
 
0,5 ... 0,8   Для   хо¬лодной сварки
Порошковая проволока ППЧ-2
Наплавлен¬ный металл   
5,7 ... 6,5
 
3,5 ... 4,5   
3,3 ... 4,0
 
3,0 ... 3,8   
0,4 ... 0,6
 
0,5 ... 0,9   
0,4 ... 0,6
 
0,2 ... 0,5   
0,6 ... 0,9
 
0,3 ... 0,6   Для   по¬лугоря¬чей сварки
При электрошлаковой сварке чугуна применяют фторидные обессеривающие и неокислительные флюсы. Замедленное охлаждение металла шва и околошовной зоны, характерное для электрошлаковой сварки, позволяет получать сварные соединения без отбеленных и закаленных участков, трещин, пор и других дефектов. Электрошлаковая сварка обеспечивает вполне удовлетворительные механические свойства сварных соединений из чугуна и хорошую их обрабатываемость.
Кроме общего подогрева, применяемого при полугорячей сварке различными способами, в ряде случаев (в зависимости от конструкции) можно ограничиться местным подогревом до нужной температуры. В процессе сварки необходимо обращать внимание на то, чтобы изделие в районе сварки не охлаждалось ниже заданной температуры подогрева.
Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали
Если выполнить наплавку на чугун электродами, предназначенными для сварки углеродистых или низколегированных конструкционных сталей, то в 1-м слое даже при относительно небольшой доле участия основного металла получится высокоуглеродистая сталь, которая при скоростях охлаждения, имеющих место в условиях сварки без предварительного подогрева изделия, приобретает резкую закалку. Поэтому металл 1-го слоя будет иметь высокую твердость, низкую деформационную способность и окажется подверженным образованию холодных трещин, а также пористости. Во 2-м слое, естественно, доля участия чугуна уменьшится, однако содержание углерода в нем будет находиться еще на высоком уровне, что также приведет к закалке и возможному образованию трещин. В последующих слоях доля участия чугуна окажется незначительной, и металл шва будет обладать определенным уровнем пластичности.

[alex diesel spb]

Часть 3
В связи со сказанным такие стальные электроды можно применять только для декоративной заварки небольших по размерам дефектов, если к сварному соединению не предъявляются требования обеспечения прочности, плотности и обрабатываемости режущим инструментом. С целью уменьшения доли участия основного металла в шве, а также размеров зоны термического влияния (в том числе и участков отбеливания и закалки) применяют электроды небольших диаметров (для 1-го слоя 3 мм, для 2-го и последующих 3 ... 4 мм), на малых токах, не перегревая основной металл.
Сначала выполняют облицовку 1-м слоем. Сварку выполняют короткими участками, валиками небольших сечений вразброс для охлаждения шва и околошовной зоны до температуры 50 ... 60 °С. После 3-го слоя можно применять режимы с несколько большей погонной энергией, но также с перерывами, чтобы зона разогрева чугуна была небольшой. Для уменьшения напряжений полезно применять проковку средних слоев.
При сварке чугуна низкоуглеродистыми электродами общего назначения 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 (например, при ремонте станин, рам, кронштейнов и других несущих элементов толстостенных конструкций), применяют стальные шпильки, которые частично разгружают наиболее слабую часть сварного соединения - линию сплавления.
Шпильки имеют резьбу, их ввертывают в тело свариваемой детали. Размеры шпилек обычно зависят от толщины свариваемых деталей. Практикой установлены следующие рекомендации: диаметр шпилек 0,3 ... 0,4 толщины детали, но не более 12 мм; глубина ввертывания шпилек 1,5 диаметра их, но не более половины толщины свариваемых деталей; высота выступающей части 0,75 ... 1,2 диаметра шпильки. Шпильки располагают в шахматном порядке на скошенных кромках деталей и в один ряд на поверхности детали с каждой стороны стыка, причем расстояние между ними должно быть равно 4 ... 6 диаметров шпильки.
Сварку выполняют в следующем порядке. Сначала обваривают каждую шпильку и облицовывают поверхности кромок электродами диаметром 3 мм на малых токах. Затем на облицованные кромки и шпильки наплавляют валики и окончательно заполняют разделку (рис. 3).
При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения количества наплавленного металла рекомендуется в шов вваривать связи из круглой или полосовой стали (рис. 3, в). Для удержания расплавленного металла шва рекомендуется заформовать трещину (рис. 3, г).
Для снижения содержания углерода в металле шва предложено выполнять сварку по слою флюса, содержащего до 30 % железной окалины (например: буры 50 %, каустической соды 20 %, железной окалины   30 %).
 
Рис. 3 Сварка чугуна с применением стальных шпилек:
а - установка шпилек при V-образной подготовке кромок; б - обварка шпилек;
в - вварка стальных связей: 1 - отверстия с резьбой;
2 - шпильки; 3 - связи; 4 - обварка шпилек и связей; 5 - заварка трещин;
г - формовка при сварке чугуна: 1 - верхняя; 2 – боковая
 
 
Углерод, попадающий в сварочную ванну, в высокотемпературной ее части активно окисляется и выводится из нее в виде окиси углерода, не растворимой в металле. В результате концентрация углерода к моменту затвердевания сварочной ванны снижается. Твердость металла шва уменьшается, деформационная способность возрастает.
Однако для более полного эффекта выжигания углерода необходимо применять режимы сварки, характеризующиеся относительно большой погонной энергией, что, однако, отрицательно сказывается на околошовной зоне: в ней образуются значительные по размерам участки отбеливания и закалки, приводящие к образованию трещин. При сварке чугуна с достаточно высоким содержанием элементов-графитизаторов при небольшой толщине стенки свариваемых деталей можно получить положительные результаты частичной релаксацией сварочных напряжений, что снижает вероятность образования трещин в зоне термического влияния.
Для сварки чугуна используют медно-железные, медно-никелевые и железоникелевые электроды. Существует несколько типов медно-железных электродов:
1.   Медный стержень с оплеткой из жести толщиной 0,25 ... 0,3 мм, которую в виде ленты шириной 5 ... 7 мм навивают на стержень по винтовой линии. На электрод наносят   ионизирующее толстое покрытие. Либо электрод со стержнем, изготовленным из комбинированной проволоки, представляющий собой сердечник стальной проволоки, плотно за прессованный в медную трубку, изготовляют на станках для производства порошковой проволоки.
 Может быть также и другой вариант: медный стержень со стальной оболочкой. Во всех разновидностях содержание железа в наплавленном металле не должно превышать 10 ... 15 %, так как в противном случае в шве образуются (в большом количестве) очень твердые включения железа с высоким содержанием углерода, ухудшающие обрабатываемость и снижающие пластичность шва.
2.   Пучок электродов, состоящий из одного или двух медных стержней и стального электрода с защитным покрытием любой марки. Пучок связывают в четырех-пяти местах медной проволокой и на конце, вставляемом в электрододержатель, прихватывают для надежного контакта между всеми стержнями.
3.   Наиболее совершенные из числа медно-железных электродов - электроды марки ОЗЧ-1, представляющие собой медный стержень диаметром 4 ... 5 мм, на который нанесено покрытие, состоящее из сухой смеси покрытия УОНИ-13 (50 %) и железного порошка (50 %), замешенных на жидком стекле.
Медно-железный сплав в шве получается также при сварке медными электродами по слою специального флюса, который состоит из прокаленной буры (50 %), каустической соды (20 %), железной окалины (15 %) и железного порошка (15 %). Флюс насыпают слоем толщиной около 10 мм, расплавляют дугой; далее по мере перемешивания дуга горит между медным электродом и расплавленным флюсом.
Сварку медно-железными электродами всех типов следует выполнять таким образом, чтобы не допускать сильного разогрева свариваемых деталей: на минимально возможных токах, обеспечивающих стабильное горение дуги, короткими участками вразброс, с перерывами для охлаждения свариваемых деталей.
Более удачным оказался другой путь. В металл шва вводят сильный карбидообразователь - ванадий. В этом случае в основном образуются карбиды данного элемента, не растворяющиеся в железе и имеющие форму мелкодисперсных нетвердых включений. Металлическая основа при этом оказывается обезуглероженной и достаточно 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.
Металл, наплавленный этими электродами, имеет следующий состав: до 0,15 % С; до 0,6 % Si; 0,5 % Мn; 8,5 ... 0,5 % V; серы и фосфора до 0,04 % каждого. Этими электродами сначала облицовывают кромки на малых токах. Сварку выполняют параллельными валиками с перекрытием каждого предыдущего на половину его ширины. После 2-го слоя силу тока увеличивают на 15 ... 20 %; окончательно разделку заполняют электродами УОНИ-13/45.
Область применения таких электродов - сварка поврежденных 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. К способам, обеспечивающим получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали, можно также отнести механизированную сварку короткими участками электродной проволокой марок Св-08ГС или Св-08Г2С диаметром 0,8 ..-. 1 мм в углекислом газе. Сила сварочного тока составляет 50 ... 75 А, напряжение дуги 18 ... 21 В, скорость сварки 10 ... 12 м/ч.
Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в металле шва цветных и специальных сплавов
Для получения швов, обладающих достаточно высокой пластичностью в холодном состоянии, применяют электроды, обеспечивающие получение в наплавленном металле сплавов на основе меди и никеля. Медь и никель не образуют соединений с углеродом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Поэтому, попадая в зону неполного расплавления, прилегающую к шву, они уменьшают вероятность отбеливания. Кроме того, повышению пластичности металла шва способствует возможность проковки наплавленного металла в горячем состоянии для уменьшения уровня сварочных напряжений. Проковка обязательна, так как при этом уменьшается опасность образования трещин в околошовной зоне.
Общий недостаток медно-железных электродов - неоднородная структура шва: мягкая медная основа и очень твердые 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 марки Св-04Х18Н9 и медной оболочки. На электрод наносят покрытие фтористокальциевого типа.
Наиболее рационально применять медно-железные электроды для заварки отдельных несквозных пороков или небольших неплотностей, создающих течи на отливках ответственного назначения, в том числе работающих под давлением (фланцы, подшипники).
Медно-никелевые электроды в производстве применяют главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твердости недопустимо. Положительные свойства таких электродов в том, что никель не растворяет углерод и не образует структур, имеющих высокую твердость после нагрева и быстрого охлаждения. Отбеливание зоны частичного расплавления при небольших ее размерах практически отсутствует, так как медь и никель (элементы-графитизаторы) проникая в этот участок, оказывают положительное действие. В то же время никель и железо обладают неограниченной растворимостью, способствуя надежному сплавлению.
Для изготовления электродов используют и медно-никелевые сплавы: монель-металл, содержащий 65 ... 75 % Ni, 27 ... 30 % Си, 2 ... 3 % Fe и 1,2 ... 1,8 % Мn (например, НМЖМц 28-2,5-1,5); константан, содержащий ~ 60 % Ni и ~ 40 % Сu (МНМц 40-1,5); нихром (Х20Н80).
Недостатки этих сплавов - их высокая стоимость и дефицитность, а также большая усадка, приводящая к образованию горячих трещин. Горячие трещины иногда имеют вид сплошной сетки, что снижает прочность сварного соединения. В связи с этим данные сплавы не рекомендуется применять для заварки трещин в изделиях, которые несут силовую нагрузку. Заварка же отдельных мелких раковин позволяет получить хорошие результаты, так как обеспечивает возможность последующей механической обработки.
Находят применение в промышленности электроды марок МНЧ-1 со стержнем из монель-металла и МНЧ-2 со стержнем из константана. Обе марки имеют электродные покрытия вида типа Б. Сварку выполняют электродами диаметром 3 ... 4 мм, ниточным швом, короткими участками при возвратно-поступательном движении электрода, не допуская перегрева детали, для чего рекомендуются перерывы для охлаждения. Наплавленные валики в горячем состоянии следует тщательно проковывать ударами легкого молотка. Для заварки отдельных небольших дефектов на обрабатываемых поверхностях отливок ответственного назначения из серого и высокопрочного чугуна, пороков, выявленных на механически обработанных поверхностях изделий и при ремонте оборудования из чугунного литья, используют также железоникелевые электроды со стержнем из сплава, содержащего 40 ... 60 % Ni и 60 ... 40 % Fe.
При сварке такими электродами обеспечивается достаточно высокая прочность и некоторая вязкость металла шва. Железоникелевые электроды обладают определенными преимуществами, к числу которых кроме высокой прочности можно отнести меньшую, чем у медно-никелевых сплавов, литейную усадку, одноцветность наплавки с чугуном. Примером электродов такого типа могут служить электроды марки ЦЧ-ЗА со стержнем из проволоки Св-08Н50 и покрытием из доломита (35 %), плавикового шпата (25 %), графита черного (10 %) и ферросилиция (30 %), замешенных на жидком стекле. Чугун также можно сваривать в среде аргона проволокой из меди МНЖКТ 5-1-0,2-0,2, содержащей никель, железо, кремний, титан.
Необходимо всегда иметь в виду, что все электроды, содержащие никель, дефицитны и могут применяться для сварки чугуна ограниченно, например, для заварки небольших раковин, вскрытых на последних операциях механической обработки, в деталях больших размеров и большой жесткости.
Газовая сварка чугуна
 Газовая сварка чугуна является одним из наиболее надежных способов, позволяющих получать наплавленный металл по свойствам, близким к основному металлу. Это обусловлено тем, что при газовой сварке происходит более длительный и равномерный нагрев и охлаждение детали, чем при дуговой сварке, а поэтому обеспечиваются лучшие условия для графитизации углерода в наплавленном металле и менее вероятно появление в соседних со швом участках зон отбеленного чугуна. Уменьшаются внутренние напряжения в свариваемом изделии и возможность образования в нем трещин.
 Газовую сварку серого чугуна лучше вести с применением предварительного подогрева. Скос кромок делают односторонний (V-образный), с углом раскрытия 90°. Кромки тщательно очищают от масла, ржавчины и грязи щеткой или пескоструйным аппаратом и прогревают пламенем горелки. В качестве присадочных прутков для сварки и наплавки используют чугунные стержни диаметром 6; 8; 10; 12; 14 и 16 мм, длиной 400 ... 700 мм марок "А" и "Б" (см. табл. 1), а также: НЧ-1 -для низкотемпературной газовой сварки тонкостенных отливок; НЧ-2 -для низкотемпературной газовой сварки толстостенных отливок; ВЧ и ХЧ т- для износостойкой наплавки.
 Прутки выпускаются: 0 6 мм, длиной 350 мм: 0 8 ... 10 и 12 ... 16 мм, длиной 450 мм. Прутки должны иметь следующую характеристику:
Марка прутка   НЧ-1   НЧ-2   БЧ   ХЧ
Химический состав, %               
углерод   3 ... 3,5   3 ... 3,5   2,5 ... 3   2,5 ... 3
кремний   3 ... 3,4   3,5 ... 4   1 ... 1,5   1,2 ... 1,5
марганец   0,5 ... 0,8   0,5 ... 0,8   0,2 ... 0,6   0,5 ... 0,8
сера, не более   0,05   0,05   0,05   0,05
фосфор   0,2 ... 0,4   0,2 ... 0,4   Не более   0,1
титан   0,03 ... 0,06   -   -
хром   -   1,2 ... 2,0   -   -
Твердость               
поверхности
наплавленного
слоя       44 ... 46
 
HRC   48 ... 52
 
HRC   

[alex diesel spb]

Часть 4

При малом объеме сварки, а также при сварке тонкостенных деталей без подогрева или с местным подогревом, охлаждение металла происходит быстрее. Поэтому в прутках марки Б увеличено содержание кремния, который способствует выделению углерода в виде графита, а также содержится больше фосфора.
Диаметр прутка берется равным половине толщины основного металла.
При газовой сварке чугуна необходимо применение флюса, который:
1. Растворяет тугоплавкие окислы железа, кремния и марганца, переводя их в легкоплавкие шлаки;
2. Окисляет и частично растворяет графитные включения чугуна, создавая микроуглубления, улучшающие сплавляемость;
3. Защищает ванну от окисления;
4. Увеличивает жидкотекучесть шлаков и металла ванны. В качестве флюса используют прокаленную буру или смесь состава: 56 % буры, 22 % углекислого натрия (соды) и 22 % углекислого калия (поташа). Применяют также флюс, состоящий из углекислого и двууглекислого натрия (по 50 %). Хорошей раскисляющей способностью обладает флюс ФСЧ-1, состоящий из 23 % буры прокаленной, 27 % углекислого натрия, 50 % азотнокислого натрия.
Флюс ФСЧ-1 предназначен преимущественно для заварки больших дефектов, а флюс ФСЧ-2, отличающийся от ФСЧ-1 добавкой углекислого лития, применяют для заварки небольших деталей и низкотемпературной сварки.
Хорошие результаты дает также сварка чугуна с применением газообразного флюса БМ-1, состоящего из летучей борорганической жидкости.
Пруток при сварке следует чаще погружать во флюс, а флюс подсыпать в сварочную ванну. Наконечник горелки должен обеспечивать подачу 100 ... 120 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Кромки скашивают только при толщине стенки более 4 мм.
Сварочное пламя должно быть нормальным или науглероживающим, так как окислительное пламя вызывает сильное местное выгорание кремния и в металле шва образуются зерна белого чугуна. Металл хорошо прогревают, сварку выполняют в нижнем положении быстро, а для массивных деталей желательно двумя горелками одновременно. Концом прутка следует все время перемешивать металл сварочной ванны для облегчения выхода из него растворенных газов, чтобы шов получился непористым.
При сварке пруток погружают в сварочную ванну только после нагрева его конца до температуры светло-красного каления, так как ненагретый пруток может вызвать местное отбеливание чугуна. Пруток вынимают из ванны возможно реже и только для того, чтобы покрыть его флюсом.
Ядро пламени можно периодически удалять от поверхности ванны, которая, однако, все время должна быть закрыта восстановительной частью пламени. Излишняя задержка пламени на одном месте приводит к выгоранию углерода и кремния в данном месте шва, что может вызвать отбеливание чугуна.
Детали сложной формы, имеющие неодинаковое сечение в различных частях, отверстия, перемычки и т.д., во избежание появления в них трещин и внутренних напряжений от неравномерного нагрева необходимо сваривать только с общим предварительным подогревом.
 После сварки изделие закрывают асбестом и оно должно медленно остывать.
Низкотемпературная пайка-сварка чугуна латунными припоями. Процесс протекает при температуре 700 ... 750 °С, при которой в чугуне не происходит структурных изменений. Это исключает опасность отбеливания чугуна и уменьшает возможность образования трещин. Пайку-сварку целесообразно применять при исправлении дефектов на уже обработанных поверхностях, где важно сохранить первоначальную форму изделия, нельзя использовать предварительный подогрев, а также в тонких сечениях, когда необходимо снизить опасность возникновения деформации. Этот способ позволяет получать соединения чугуна с чугуном и другими металлами, что упрощает конструкцию отливок.
В качестве припоя используется кремнистая латунь ЛОК-59-1-0,3, содержащая до 0,4 % кремния. Временное сопротивление металла шва при разрыве равно 230 МПа, твердость НВ 100.
Для пайки-сварки изделий, к механическим свойствам и товарному виду которых предъявляются повышенные требования, применяется припой ЛОМНА-54-1-10-4-02, содержащий медь, олово, марганец, никель и до 0,6 % алюминия. При пайке-сварке этим припоем металл паяносварного шва имеет цвет чугуна, твердость 180 ... 200 НВ и временное сопротивление разрыву 280 ... 340 МПа.
Применяется поверхностно-активный флюс марки ФПСН-2, содержащий 50 % борной кислоты (Н3ВОз), 25 % углекислого лития (LiCO3), 25 % углекислого натрия (Na2CO3) и галоидосодержащую добавку для удаления вязкой окиси алюминия, образующейся в процессе пайки-сварки.
Флюс плавится при 650 °С и служит индикатором начала процесса. Пайку выполняют обычной сварочной горелкой, работающей на ацетилене или газах-заменителях. Пламя должно быть нормальным. Кромки подготавливают механической обработкой. На поверхности чугуна не допускается грязь, окалина. Следы жиров удаляют протиркой растворителями (ацетоном, бензином и др.). Флюс наносят на основной металл после предварительного подогрева кромок до 300 ... 400 °С. Пайку-сварку начинают в момент плавления флюса, направляя пламя на прилегающие к разделке участки основного металла во избежание раздувания флюса. Расплавленный флюс прутком припоя равномерно распределяют по всей поверхности свариваемого места; затем пламя направляют на конец прутка, оплавляют его и по спирали снизу вверх заполняют разделку металлом припоя. Сразу же после затвердевания наплавки ее проковывают медным молотком.

Низкотемпературная сварка-заварка литейных дефектов в чугунных деталях. Данный способ состоит в заварке литейных дефектов без расплавления основного металла. Применяются присадочные прутки НЧ-1 и НЧ-2.
Флюсы-пасты, применяемые для сварки, содержат 5 % двуокиси титана, 10 % азотнокислого калия, 12 % фтористого натрия, 40 % буры плавленой, 11 % ферротитана, 15 % углекислого лития, 7 % железного порошка, 7 весовых частей керосина на 50 частей сухой смеси. При заварке тонкостенных изделий прутками НЧ-1 можно применять флюс ФСЧ-1.
При сварке прутками НЧ-2 используется флюс ФСЧ-2, состоящий из 18 % буры, 25 % углекислого натрия, 56,5 % азотнокислого натрия, 0,5 % углекислого лития.
Место сварки зачищают до металлического блеска. При толщине стенки до 10 мм кромкам придают V-образную форму с углом раскрытия 70 ... 90°, при толщине стенки более 10 мм - Х-образную. Литейные дефекты (поры, шлаковые включения) вырубают и кромки разделывают с общим углом раскрытия шва 45 ... 60°.
Перед сваркой деталь подвергают местному нагреву горелкой до 300 ... 400 °С, детали более сложной формы - общему нагреву в печи до той же температуры.
 На нагретую поверхность наносят слой флюса-пасты и место сварки нагревают горелкой до 820 ... 860 °С. Пламя должно быть нормальным. При такой температуре флюс-паста начинает плавиться, покрывая место сварки тонкой пленкой. Присадочный стержень покрывается флюсом-пастой и расплавляется, постепенно растекаясь по завариваемой поверхности. Сварку ведут справа налево, пламя горелки перемещают впереди шва. После заварки изделие медленно охлаждают в песке или под слоем асбеста.
Такой способ сварки обеспечивает отсутствие зоны отбеленного чугуна, так как основной металл не доводится до состояния плавления, наплавка получается плотной, мягкой и хорошо обрабатывается резцом. Ремонтируемое изделие испытывает незначительные внутренние напряжения, и трещины при заварке не образуются.
Для низкотемпературной сварки чугуна используют пропан-бутан-кислородное пламя с подогревом мундштука (2700 °С) и горелки ГЗУ-1-62 и ГЗМ-1-62. Для сварки применяются прутки НЧ-1 и НЧ-2 указанного выше состава. Мощность пламени должна составлять 60 ... 70 дм /ч пропан-бутана на 1 мм толщины металла, пламя нормальное. При сварке металла толщиной 6 ... 12 мм применяют V-образную подготовку кромок без притупления с увеличенным зазором (до 3 мм) и углом разделки кромок 55°. Пруток держат под углом 30 ... 35°, а мундштук горелки под углом 45° к поверхности металла. Предварительно очищенные кромки нагревают до 300 ... 400 °С, покрывают их флюсом и снова нагревают до 820 ... 860 °С ("отпотевания"). В этот момент в пламя вводят покрытый флюсом пруток и перемешивают его концом ванну, заполняя ее металлом доверху с небольшой выпуклостью. Сварку ведут без перерыва. При толщине металла 6 мм делают один проход, при 9 ... 12 мм - два прохода. Применяют следующие режимы сварки:
Толщина, мм    6   9   12
Номер наконечника     5   6   7
Скорость сварки, м/ч              1,7   1,8   0,48
Производительность наплавки, кг/ч             0,73   0,86   1,13
Металл наплавки имеет структуру с равномерно распределенным мелкопластинчатым графитом, твердость металла шва и переходной зоны 220 ... 245 НВ при твердости основного металла 140 ... 160 НВ.
Наряду с пропан-бутаном можно применять и другие газы-заменители: природный газ, городской газ и т.п.
Источник: Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов.- А.И.Акулов, В.П. Алехин, С.И. Ермаков и др.- М.: 2003

[alex diesel spb]

Сварка чугуна  Статья, 2 части
Часть 1
 В современном машиностроении, станкостроении, металлургической промышленности и т. п. до настоящего времени чугун является одним из основных конструкционных материалов. Простая и дешевая технология изготовления чугунных изделий, хорошие литейные свойства чугуна, его высокая износоустойчивость, малая чувствительность к концентраторам напряжений, способность гасить вибрацию, хорошая обрабатываемость и т. д. способствуют его широкому применению в народном хозяйстве. Вместе с тем чугун не лишен отрицательных свойств — это низкая прочность серого чугуна и, практически полное отсутствие пластичности, обусловленные наличием в металлической матрице структурно свободного графита. Вредное влияние графитных включений уменьшается модифицированием чугуна. Изделиями из модифицированного чугуна во многих случаях заменяют детали из стали.
Сварка прочно заняла место в чугунолитейном производстве, главным образом при ремонте вышедшего из строя оборудования и устранении дефектов чугунных отливок. Однако выполнение сварочных работ связано со значительными трудностями.
К чугунам относятся железоуглеродистые сплавы с содержанием свыше 2% С
(рис. 5). Чугуны делятся на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. При затвердевании доэвтектических чугунов из расплава кристаллизуется структурно свободный аустенит в виде дендритов. Затвердевание заэвтектических чугунов характеризуется выделением в первую очередь высокоуглеродистой фазы — первичного графита или цементита, а затем при более низкой температуре — кристаллизацией эвтектики, состоящей из аустенита и цементита. Такая эвтектика называется ледебуритом. 
Рис. 5
Характер затвердевания чугуна определяется его составом и скоростью охлаждения. Замедленное охлаждение способствует образованию графита, ускоренное охлаждение частично или полностью подавляет выделение графита и способствует образованию цементита. С увеличением скорости охлаждения происходит измельчение графитных выделений вплоть до образования точечного графита, при этом понижается и температура кристаллизации жидкого металла. Дальнейшее увеличение скорости охлаждения приводит к образованию в структуре чугуна ледебурита. Подобным образом действует легирование чугуна карбидообра-зующими элементами (хромом, ванадием, молибденом, вольфрамом). Наоборот, повышение содержания элементов-графитизаторов (углерода, кремния, никеля, алюминия, меди и др.) способствует образованию в структуре чугуна графитных включений.
Охлаждение уже затвердевшего чугуна сопровождается сравнительно небольшими структурными изменениями. В серых и белых чугунах избыточный углерод, выделяющийся из аустенита с понижением температуры, наслаивается на включения графита или цементита. При дальнейшем снижении температуры начинается эвтектоидное превращение аустенита. В результате этого превращения в зависимости от состава чугуна и скорости его охлаждения образуется феррит + графит или же феррит + цементит. Эвтектоидное превращение с образованием свободного графита происходит при очень малых скоростях охлаждения, обычно лишь в толстостенных отливках. Поэтому часто даже в тех случаях, когда эвтектическое превращение протекает с образованием аустенита и графита, при эвтектоидном превращении продуктом распада "является перлит.
При охлаждении с повышенной скоростью аустенит может превращаться в сорбит и троостит. Тот же результат может быть достигнут в случае присадки в чугун карбидообразующих элементов. Некоторые элементы (никель, медь) задерживают распад аустенита на графит и феррит и сильно измельчают перлит. Более того, при увеличении содержания никеля удается получить не только сорбитную и трооститную, но и мартенситную струк туру. В нелегированном чугуне это достигает обычно только при его закалке. Легирование чугуна большим количеством сильных аустенитизаторов (никелем, марганцем) приводит к получению аустенитной структуры даже при обычных скоростях охлаждения.
Свойства чугуна, зависящие от структуры, можно изменять в широких пределах.
Классификация чугуна основана на форме и типе включений графита. По этим признакам чугун может быть разделен на четыре группы (табл. 11):
1) серый чугун (пластинчатый графит);
2) высокопрочный или магниевый чугун (шаровидный графит);
3) ковкий чугун (графит хлопьевидной формы);
4) белый чугун (без включений графита).
Все перечисленные выше чугуны обладают плохой свариваемостью. Наиболее широко сварка применяется при ремонте и восстановлении изделий из серого чугуна. Это объясняется как ра¬пространенностью серого чугуна, так и наличием способов его сварки, в том числе и обеспечивающих получение в металле шва чугуна, близкого по свойствам к основному металлу. 
Таблица. 11
Ковкий и магниевый чугуны свариваются преимущественно стальными электродами (железо-никелевыми электродами ЦЧ-4) или же дуговой сваркой в защитных газах тонкой электродной проволокой. Однако пока не решена задача получения металла шва, близкого по составу и свойствам к основному металлу. Поскольку сварку ковкого и магниевого чугунов стальными электродами во многих случаях производят на тех же режимах и теми же электродами, что и серого чугуна, особенности сварки этих чугунов изложены совместно.
Некоторые особенности сварки чугуна. Основные затруднения при сварке чугуна связаны с высокой склонностью к образованию ледебурита и мартенсита в металле шва, что значительно ухудшает его обрабатываемость и увеличивает склонность к образованию трещин.
Для уменьшения опасности появления трещин при применении электродов, дающих наплавленный металл, по составу отличный от чугуна, рекомендуется сварка короткими участками, проковка и другие меры. При сварке чугунными электродами возникают дополнительные трудности, которые обычно связывают с низкой пластичностью шва и большой его склонностью к образованию закалочных структур. Кроме того, на склонность к образованию трещин в сварных швах значительно влияет величина линейной усадки чугуна. Характер и величина линейной усадки в условиях повышенных скоростей охлаждения во многом зависят от химического состава металла. Наименьшую склонность к образованию трещин в одинаковых условиях сварки имеет на¬плавленный металл с высоким содержанием углерода. Именно в таких чугунах величина и интенсивность протекания линейной усадки наименьшие.
Величина линейной усадки может служить важным критерием для оценки склонности чугуна к образованию трещин. При этом определяющее влияние на образование трещин оказывает не абсолютная величина Доперлитной усадки, а алгебраическая сумма доперлитной усадки и расширения при эвтектическом и эвтектоидном превращениях, с одной стороны, и интенсивность протекания усадки на этих этапах, с другой.
Не все чугуны свариваются одинаково. Чугуны с грубой структурой, с большими ферритными зернами и крупными графитными включениями, а также большим количеством фосфидной эвтектики свариваются очень плохо. Легирование никелем, титаном, молибденом и некоторыми другими элементами улучшает свариваемость чугуна. Очень плохо свариваются изделия из чугуна, долгое время находившиеся под воздействием водяного пара или высоких температур. Для их ремонта приходится принимать специальные меры. Лучше всего свариваются неокисленные серые чугуны с мелкими включениями графита, содержащие минимальное количество серы и фосфора.
Особенности структуры металла шва и околошовной зоны. При анализе структурных превращений, протекающих в чугуне при сварке, следует учитывать значительно большую скорость охлаждения металла по сравнению со скоростью охлаждения друпных отливок. В результате этого влияние некоторых элементов на структуру чугуна и степень графитизации может значительно изменяться.
Графитизирующее действие элементов при сварке значительно слабее, чем. при производстве чугунных отливок. Наибольшее графитизирующее действие в .условиях сварки оказывает углерод и в меньшей степени кремний. Для предупреждения образования в шве ледебурита необходимо обеспечить повышенное содержание в нем углерода и кремния по сравнению с их содержанием в обычном литейном чугуне (рис.6). Влияние никеля и меди на графитизацию в условиях больших скоростей охлаждения выражено слабо. Такой карбидообразующий элемент как марганец при содержании его до 1,0—1,2% оказывает специфическое влияние на процесс графитизации. 
Рис. 6
Он повышает степень графитизации чугуна при низком содержании углерода и снижает ее при высоком его содержании. Введение в металл шва небольших количеств титана, ванадия и хрома способствует измельчению графита. Дальнейшее увеличение содержания этих элементов вызывает образование в швах ледебурита.
Изменить условия кристаллизации, степень дисперсности структурных составляющих, а следовательно, механические и тенологические свойства металла шва можно путем введения в металл шва модификаторов. Модифицирование можно рассматривать как воздействие на кристаллизацию металла изменений, вносимых в процесс зарождения и роста центров кристаллизации. Основная идея модифицирования чугуна сводится к такому изменению условий эвтектического превращения, при ^которых образуется графитная эвтектика с наиболее благоприятной формой и распределением графита.

[alex diesel spb]

Часть 2
Для получения в шве серого чугуна, не склонного к трещинам, необходимо иметь в сварочной ванне достаточное количество таких элементов, как углерод и кремний, способствующих процессу графитизации и уменьшению линейной усадки. Кроме того, необходимо обеспечить такие условия охлаждения металла, при которых процесс графитизации протекает более полно.
Качество сварного соединения, его механические свойства обрабатываемость и т. п. зависят не только от свойств наплавленного металла, но и от структурных превращений, протекающих в околошовной зоне. В связи с непрерывным изменением температуры в околошовной зоне основой металл претерпевает различные структурные превращения. Основными факторами, влияющими на эти превращения, являются структура и химический состав основного металла; скорость нагрева и охлаждения околошовной зоны; химический состав наплавленного металла.
Наиболее заметные структурные превращения претерпевает так называемый участок неполного расплавления (двухфазная область твердый — жидкий металл). При сварке чугуна без подогрева при скоростях охлаждения более 5° С/с в интервале 300— 500° С у границы сплавления образуются прослойки ледебурита и мартенсита. На образование прослойки ледебурита влияет химический состав сварочной ванны. Применение электродов и сварочной проволоки, содержащих в своем составе никель или такие графитизаторы, как углерод и кремний, способствует уменьшению размера ледебуритной прослойки и в определенных условиях (при соответствующей концентрации этих элементов и режиме сварки) — полному ее устранению. Наличие мартенсита в околошовной зоне и ширина мартенситной прослойки не зависят от химического состава электродного металла, а определяются главным образом режимом сварки, т. е. скоростью охлаждения в интервале наименьшей устойчивости аустенита. Одной из наиболее действенных мер, способствующих предупреждению образования в околошовной зоне ледебурита и мартенсита, является применение предварительного подогрева чугуна перед сваркой.
Способы сварки серого чугуна. При сварке чугуна, ремонте и восстановлении отливок и чугунных деталей к качеству соединения могут предъявляться самые разнообразные требования — от декоративной заварки наружных дефектов до получения сварных соединений, равнопрочных с основным металлом. Для серого чугуна, материала с плохой свариваемостью, естественно, невозможно найти универсальный способ сварки, дающий во всех случаях хорошие результаты. Это и обусловило появление большого количества электродов и способов сварки чугуна. Достижения в области сварки чугуна достаточно широко освещены как в советской, так и в зарубежной литературе.
В зависимости от применяемых сварочных материалов различают:
1) способы сварки, обеспечивающие получение в наплавленном металле чугуна;
2) способы сварки, обеспечивающие получение в наплавленном металле стали или железных сплавов с высоким содержанием цветных металлов (меди, никеля и др.). Способы сварки, входящие в каждую из указанных групп, могут быть классифицированы и по другим признакам, например ручная сварка и сварка механизированная; сварка с высоким предварительным подогревом (горячая сварка), с небольшим подогревом (не выше 300—400° С) и без предварительного подогрева (холодная сварка).
Способы сварки, обеспечивающие получение в наплавленном металле стали или железного сплава с высоким содержанием цветных металлов. На протяжении ряда лет ведутся работы по изысканию составов электродов, позволяющих значительно снизить или устранить предварительный подогрев чугунных изделий перед сваркой. Стремятся получить весьма пластичный наплавленный металл, который к тому же не подвергался бы закалке при любых свойственных сварке скоростях охлаждения. Это достигается, с одной стороны, подбором электродного металла с низкой вели¬чиной временного сопротивления и, с другой стороны, уменьшением доли основного металла в шве. Особенно важно с точки зрения уменьшения склонности швов к закалке снижение содержания углерода в наплавленном металле. Поскольку очень трудно избежать расплавления основного металла, в качестве электродного металла чаще всего применяют металлы или сплавы, не раство¬ряющие углерод (электроды на основе меди), растворяющие его без образования карбидов (электроды на основе никеля) или же связывающие углерод в трудно растворимые в твердом металле карбиды (электроды с сильными карбидообразующими элементами).
Для уменьшения доли основного металла в металле шва и снижения величины сварочных остаточных напряжений процесс сварки ведут на очень малых режимах (сила тока 90—120 А при диаметре электрода 3 мм), короткими валиками (40—50 мм), с охлаждением детали после наложения каждого валика до температуры 60—70° С. Часто валики проковывают непосредственно после обрыва дуги. Такая техника сварки обусловливает низкую производительность процесса.
Существует очень много марок электродов, обеспечивающих получение в наплавке стали или сплава железа с цветными металлами. Рассмотрим наиболее характерные группы таких электродов. На практике часто используют электроды не одной группы, а комбинации электродов нескольких групп, что позволяет улучшить результаты сварки.
Стальные электроды без специального покрытия. Это обычные электроды для сварки низкоуглеродистой стали марок УОНИ-13/45, ОММ-5 и др. Сварку указанными электродами производят в тех случаях, когда не требуется последующая механическая обработка, не оговаривается прочность сварного соединения и т. д. В случае ремонта ответственных изделий с целью получения соединения с высокой механической прочностью применяют добавочное крепление стальными ввертышами. При сварке чугуна стальными электродами без специального покрытия требуется особо тщательное соблюдение техники сварки. Процесс сварки стальными электродами трудоемкий, имеет низкую про¬изводительность и требует высокой квалификации сварщика. Возможности способа сварки низкоутлеродистыми электродами значительно расширяются в случае применения отжигающих валиков. Стальные электроды с карбидообразующими элементами в покрытии. К наиболее характерным представителям этой группы относятся электроды ЦЧ-4 и СЧС-ТЗ, содержащие в покрытии титан и ванадий. Поступающий в шов из основного металла углерод связывается титаном или ванадием в труднорастворимые в металле мелкодисперсные карбиды и поэтому в дальнейшем не участвует в фазовых превращениях. Если карбидообразующие элементы находятся в избытке по отношению к углероду, структура шва получается ферритной с включениями мелкодисперсных карбидов. Обрабатываемость наплавок в этом случае вполне удовлетворительная, хотя практически очень трудно избежать зоны повышенной твердости по границе сплавления.
Для связывания углерода предпочтительнее использование ванадия, так как титан энергично соединяется с кислородом и азотом и шов сильно загрязняется неметаллическими включениями. Поэтому большее распространение получили электроды ЦЧ-4, имеющие в покрытии феррованадий. Они в основном применяются для сварки высокопрочного чугуна, а также для ремонта небольших дефектов в отливках из серого чугуна площадью не более 100 см2. Сварку электродами ЦЧ-4 нужно производить так, чтобы ванадий в шве был в избытке по отношению к углероду. В противном случае твердость металла шва превышает твердость мартенсита даже при наличии в структуре ванадиевого перлита. Это влечет за собой снижение обрабатываемости и появление трещин.
Электроды на основе никеля. Такие электроды очень широко распространены и в некоторых случаях не имеют равноценного заменителя.
Никель неограниченно растворим в железе, а никелевый аустеНиТ может содержать много углерода без образования карбидов и имеет высокую пластичность и низкую твердость. Эти особенности никелевого аустенита обусловливают хорошую обрабатываемость сварных соединений чугуна и высокую стойкость швов против образования трещин. Наименьшую склонность к трещи¬нам имеет металл, наплавленный электродами из железо-никелевого сплава, что объясняется его сравнительно низким пределом прочности по сравнению с прочностью чугуна. Все же для полного устранения трещин рекомендуется предварительный подогрев свариваемых изделий до температуры 150—300° С.
При сварке железо-никелевыми электродами близкие к свойствам основного металла механические свойства обеспечиваются только при температуре предварительного подогрева выше 300° С. При меньшем подогреве механические свойства хуже, чем у основного металла. Широкое применение за рубежом получили нике¬левые электроды с содержанием свыше 90% Ni. Успешно применяются как в СНГ, так и за рубежом медно-никелевые электроды, обычно изготовляемые из монель-металла. Существенным недостатком электродов на основе никеля является их высокая стоимость.
Электроды на основе меди. Медь, как и никель, не образует химических соединений с углеродом. Она практически не растворима в железе. Поэтому при сварке чугуна медными электродами шов получается неоднородным. В медной основе расположены включения высокоуглеродистой железной фазы, часто имеющей мартенситную структуру. Кроме того, по границе сплавления создается зона повышенной твердости вследствие образования ледебурита. Поэтому обрабатываемость сварных соединений затруднена. К числу других недостатков следует отнести повышен¬ную склонность к образованию пор, низкую производительность и довольно высокую стоимость электродов.
Медно-стальные электроды различной конструкции получили довольно широкое распространение в основном для ремонта отливок или дефицитных деталей с трещинами. Известны медно-стальные электроды, в которых вместо низкоуглеродистой применена легированная сталь. Примером могут служить аустенитно-медные электроды, изготовляемые из стальной проволоки 0Х18Н9 и медной оболочки. Металл, наплавленный этими электродами, обладает меньшей склонностью к образованию пор и трещин, имеет лучшую обрабатываемость.
Как видно из изложенного, в настоящее время имеется большое количество электродов, правильное использование которых в каждом конкретном случае позволяет решать многие выдвигаемые практикой задачи.
Механизированная сварка. К способам механизированной сварки и наплавки чугуна относятся дуговая сварка тонкой стальной проволокой в углекислом газе, автоматическая сварка высокопрочного чугуна под керамическим флюсом и некоторые другие. Наиболее широко применяется дуговая сварка в углекис лом газе, поскольку позволяет получать небольшой провар основного металла. Состав металла шва, структура и свойства сварных соединений зависят от режима и техники сварки, состава электродной проволоки, размеров изделий и т. д. Применяя различные режимы и приемы сварки, можно получить наплавленный металл с требуемой структурой от мартенситной до перлитно-ферритной. Лучшие результаты обеспечиваются при сварке проволокой 09Г2СА диаметром 1 мм на режиме: сила тока не более 100—120 А, напряжение дуги 18—21 В, скорость сварки до 12 м/ч. Способ нашел применение для соединения труб из серого чугуна (в сантехнике), при ремонте автомобильных и тракторных деталей, не требующих дальнейшей механической обработки, при сварке высокопрочного чугуна и чугуна со сталью.

Источник : http://weldingsite.com.ua

[alex diesel spb]

РЕМОНТНАЯ СВАРКА ЧУГУНА Статья

Технология и сварочные материалы фирмы Sabaros S.A. позволяют выполнять надёжный ремонт методом ручной электродуговой сварки деталей, изготовленных практически из любых марок чугуна (кроме высокохромистых и отбелённых).
1.   
Разделку трещин при подготовке детали к сварке рекомендуется проводить с помощью специальных разделочных электродов типа Sabaros ME 100. Данные электроды позволяют удалять изношенный металл, выжигать масло и примеси из околошовной зоны при малом подогреве детали. В отличие от разделки воздушно-угольной строжкой данный метод приводит к незначительному насыщению разделки углеродом. Производительность разделки электродами Sabaros ME 100 в 4-5 раз выше, чем при работе абразивным ручным инструментом. U-образная разделка, получаемая при работе электродом Sabaros ME 100, по сравнению с традиционной V-образной разделкой для абразивного инструмента, позволяет экономить до 30% дорогостоящих материалов для сварки чугуна.
2.   Чаще всего ремонту подлежат чугунные корпуса редукторов, двигателей внутреннего сгорания. В этом случае чугун напитан смазкой или машинным маслом. Для решения этой проблемы используется отжиг детали в печи, что не всегда доступно для малых ремонтных предприятий. Другим препятствием могут быть большие габариты детали. Для ремонта замасленных чугунов следует применять ручные электроды типа Sabaros ME 144. Специальная обмазка электрода обеспечивает замедленное плавление никелевого стержня. За счёт горения сварочной дуги в интервале между сплавлениями относительно крупных капель металла стержня происходит выжигание масла из зоны сплавления. Это требует специальной техники сварки. Наши технические специалисты готовы оказать соответствующую помощь.
 

3.   
Некоторые чугунные детали, подлежащие ремонту, напитаны не только смазкой, но и перекачиваемыми реагентами. Это могут быть сернистые газы для корпусов клапанных коробок кокосовых печей, химические продукты и т.д. В этом случае для создания переходной зоны между базовым металлом и последующей сваркой следует применять электроды типа Sabaros ME 127. Переходной слой наноситься в виде точек на всю поверхность разделки. Далее сварка продолжается электродами Sabaros ME 144.
4.   При ремонте толстостенных чугунных деталей и заполнения больших разделок с помощью чисто никелевых электродов типа Sabaros ME 144 Вы можете столкнуться с проблемой "горячих трещин". В этом случае сварку следует начинать с облицовки разделки электродами Sabaros ME 144 (или ME 127). Заполнение разделки следует производить железо-никелевыми электродами типа Sabaros ME 140.
 
Облицовка разделки Sabaros ME 144 (или ME 127)
 
Заполнение разделки Sabaros ME 140

 
Корпус редуктора сжатия аргона толщина стенки 40 мм - для сварки была использована комбинация электродов Sabaros ME 144 и Sabaros ME 140

5.   Для нагруженных чугунных деталей целесообразно использовать технологию усиления сварного шва стальными пластинами. В этом случае вначале по контуру пластин в чугуне выбирается канавка с помощью электродов Sabaros ME 100. Далее подготовленные канавки заполняются электродом типа Sabaros ME 144. Пластины усиления целесообразно изготовить из среднеуглеродистой или легированной стали с повышенными механическими характеристиками. Приварку пластин на подготовленное место следует производить электродами типа Sabaros ME 140, что позволит исключить их подкаливание.
 

 
Крышка корпуса редуктора привода вала бумагоделательной машины - целесообразно применение шин усиления сварного шва

6.   В ряде случаев ремонту подлежат чугунные детали с утраченными фрагментами. В этом случае возможна постановка заплат, изготовленных из стали. Предварительно необходимо зачистить на чугуне место постановки заплаты и сделать облицовку, используя электроды Sabaros ME 144. Следует уделить особое внимание возможно более точной подгонке заплаты по отношению к подготовленному месту. Перед подгонкой заплате необходимо придать форму купола для компенсации напряжений, которые возникнут при её приварке. Сварку облицовки на чугуне и подогнанной заплаты следует производить электродами типа Sabaros ME 140.
 
Облицованное место под постановку заплаты   
Установленная заплата

7.   При выполнении ремонта рубашек охлаждения чугунных блоков двигателей, головок компрессоров Вы можете столкнуться с проблемой герметизации. Это не связано, как правило, с порами или трещинами сварного шва. Чугун - пористая структура. Даже минимальное внесение тепла при сварке может приводить к образованию микропор, как правило, по околошовной зоне. Для герметизации используется комбинация следующих материалов: паста Sabaros SpeciTin 2, пруток для пайки Sabaros BR 57, и флюс Sabaros F 1157. С помощью данной технологии была выполнена герметизация сварного соединения головки блока перекачки аммиака с рабочим давлением 150 атмосфер.

8.   Для выполнения большинства задач по ремонту чугунных деталей необходимо иметь в составе аварийного запаса ремонтного подразделения:
a. Инверторный источник сварочного тока с точной параметрической установкой величины сварочного тока. Минимальные требования - 140А при 100% рабочем цикле.
b. Ручные электроды Sabaros МЕ 144 диаметром 3.2 мм для сварки замасленного чугуна и облицовки разделки.
c. Ручные электроды Sabaros ME 127 диаметром 3.2 мм для облицовки разделки сильно загрязнённых чугунов.
d. Ручные электроды Sabaros ME 140 для заполнения больших разделок толстостенных чугунных деталей и сварки чугуна со сталью.
Источник:  http://www.sabaros.ru

[alex diesel spb]

Сварка чугуна. Основы и процессы.
Статья 3 части
Часть 1
Чугун получил широкое распространение как конструкционный материал в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности в связи с рядом преимуществ перед многими материалами, среди которых основные - невысокая стоимость и хорошие литейные свойства. Изделия, изготовленные из него, имеют достаточно высокую прочность и износостойкость при работе на трение и характеризуются меньшей, чем сталь, чувствительностью к концентраторам напряжений. Наряду с перечисленными преимуществами изделия из серого литейного чугуна хорошо обрабатываются режущим инструментом. Последнее вместе с хорошими литейными свойствами позволяет оценить чугун как весьма технологичный материал.
К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,11 % (2,14 %). В этих сплавах обычно присутствует также кремний и некоторое количество марганца, серы и фосфора, а иногда и другие элементы, вводимые как легирующие добавки для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др.
В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение карбид железа Fe3C - цементит. В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде графита. Если серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, то белые обладают очень высокой твердостью и режущим инструментом обрабатываться не могут. Поэтому белые чугуны для изготовления изделий применяют крайне редко, их используют главным образом в виде полупродукта для получения ковких чугунов. Получение белого или серого чугуна зависит от состава и скорости охлаждения.
В зависимости от структуры чугуны классифицируют на высокопрочные (с шаровидным графитом) и ковкие. По степени легирования чугуны подразделяют на простые, низколегированные (до 2,5 % легирующих элементов), среднелегированные (2,5 ... 10 % легирующих элементов) и высоколегированные (свыше 10 % легирующих элементов).
Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затруднительно. В связи с этим чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Тем не менее сварка чугуна имеет очень большое распространение как средство исправления брака чугунного литья, ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструкции.
Качественно выполненное сварное соединение должно обладать необходимым уровнем механических свойств, плотностью (непроницаемостью) и удовлетворительной  обрабатываемостью (обрабатываться режущим инструментом). В зависимости от условий работы соединения к нему могут предъявляться и другие требования (например, одноцветность, жаростойкость и др.).
Причины, затрудняющие получение качественных сварных соединений из чугуна, следующие:
1.   Высокие скорости охлаждения металла шва и зоны термического влияния, соответствующие термическому циклу сварки, приводят к отбеливанию чугуна, т.е. появлению участков с выделениями цементита той или иной формы в различном количестве. Высокая твердость отбеленных участков практически лишает возможности обрабатывать чугуны режущим инструментом.
2.   Вследствие местного неравномерного нагрева металла возникают сварочные напряжения, которые в связи с очень незначительной пластичностью чугуна приводят к образованию трещин в шве и околошовной зоне. Наличие отбеленных участков, имеющих  большую плотность (7,4 ... 7,7 г/см3), чем серый чугун (6,9 ... 7,3 г/см3), создает дополнительные структурные напряжения, способствующие трещинообразованию.
3.   Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва.
4.   Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и формирование шва.
5.   Наличие кремния, а иногда и других элементов в металле сварочной ванны способствует образованию на ее поверхности тугоплавких окислов, приводящих к образованию непроваров. Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны может быть охарактеризовано схемой, представленной на рис. 1. В случае низких скоростей охлаждения в чугунном шве и участке околошовной зоны может быть обеспечено сохранение структуры серого чугуна. На схеме W'охл обозначено наибольшее значение скорости охлаждения металла шва и высокотемпературного участка зоны термического влияния при эвтектической температуре, если чугун сваривали без предварительного подогрева.
Практически при любом составе чугуна в шве и высокотемпературном участке околошовной зоны будет иметь место отбеливание. Сварка чугуна с подогревом (300 ... 400 °С) уменьшает скорость охлаждения (W''охл ) на рис. 1). При такой скорости охлаждения в шве и на участке околошовной зоны, в зависимости от количества графитизаторов, может быть получен либо белый, либо серый чугун.
 
Рис. 1 Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны
При высоком подогреве (600 ... 650 °С) скорость охлаждения при эвтектической температуре снижается до W'''охл, при которой отбеливания не происходит. Замедление охлаждения приводит к распаду аустени-та с образованием ферритной или перлитно-ферритной металлической основы. Таким образом, наиболее эффективное средство предотвращения отбеливания металла шва и высокотемпературного участка околошовной зоны, а также резкой закалки на участке околошовной зоны, нагревавшейся выше температуры Ас3, - высокий предварительный или сопутствующий подогрев чугуна до температуры 600 ... 650 °С. Сварку с таким подогревом называют горячей сваркой чугуна.
Высокий подогрев и замедленное охлаждение способствуют также ликвидации трещин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, а также уменьшения температурного градиента и термических напряжений.
Сварку с подогревом до температур 300 ... 400 °С называют полугорячей, а без предварительного подогрева - холодной сваркой чугуна. При полугорячей и холодной сварке чугуна широко используют металлургические и технологические средства воздействия на металл шва с целью повышения качества сварных соединений. К их числу относятся:
•   Легирование    наплавленного    металла   элементами-графитизаторами, с тем чтобы при данной скорости охлаждения получить в шве структуру серого чугуна;
•   Легирование наплавленного металла такими элементами, которые позволяют получить в шве перлитно-ферритную структуру, характерную для низкоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, более прочные, чем цементит, и равномерно распределенные в металле;
•   Введение в состав сварочных материалов кислородосодержащих компонентов с целью максимального окисления углерода (выжигания его) и получения в металле шва низкоуглеродистой стали;
•   Применение сварочных материалов, обеспечивающих в наплав ленном металле получение различных сплавов цветных металлов: медно-никелевых, медно-железных, железоникелевых и  др., обладающих высокой пластичностью и имеющих температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна.
Горячая сварка чугуна
Наиболее радикальным средством борьбы с образованием отбеленных и закаленных участков шва и околошовной зоны и образованием пор и трещин служит подогрев изделия до температуры 600 ... 650 °С и медленное охлаждение его после сварки. Технологический процесс горячей сварки состоит из следующих этапов: I - подготовка изделия под сварку; II - предварительный подогрев деталей; III - сварка; IV - последующее охлаждение.
Подготовка под сварку зависит от вида исправляемого дефекта. Однако во всех случаях подготовка дефектного места заключается в тщательной очистке от загрязнений и в разделке для образования полостей, обеспечивающих доступность для манипулирования электродом и воздействия сварочной дуги. Для предупреждения вытекания жидкотекучего металла сварочной ванны, а в ряде случаев для придания наплавленному металлу соответствующей формы, место сварки формуют. Формовку выполняют в зависимости от размеров и местоположения исправляемого дефекта с помощью графитовых пластинок, скрепляемых формовочной массой, состоящей из кварцевого песка, замешенного на жидком стекле, или другими формовочными материалами, а также в опоках формовочными материалами, применяемыми в литейном производстве (рис. 2).
После формовки необходима просушка формы при постепенном подъеме температуры от 60 до 120°С, затем проводят дальнейший нагрев под сварку со скоростью 120 ... 150°С в час в печах, горнах или временных нагревательных устройствах. Замедленное охлаждение после сварки достигается при укрывании изделий теплоизолирующим слоем (листами асбеста и засыпкой песком, шлаком и др.) или при охлаждении вместе с печами, горнами.
 
 
 
 
 
Способы нагрева и нагревательные устройства применяют в зависимости от характера производства (устранение литейных дефектов, ремонтная сварка и т.д.). Например, при массовом производстве в литейных цехах автомобильных и тракторных заводов целесообразно использовать конвейерные печи; для ремонтных работ удобен нагрев в муфельных печах или в горнах с открытым кожухом; для разовых ремонтных работ крупногабаритных изделий изготовляют временные нагревательные устройства из огнеупорного кирпича, в том числе печи-ямы в земляном полу цеха.
Остывание в зависимости от веса и формы детали длится от нескольких часов до нескольких суток. Для сварки используют плавящиеся электроды со стержнями из чугуна марок А или Б (табл. 1). Стержни получают отливкой в кокиль и другими способами.
В состав покрытия, наносимого на литые прутки, диаметром 5 ... 20 мм, входят стабилизирующие и легирующие материалы. В качестве последних обычно используют графит, карборунд, ферросилиций, силикокальций, силикомагний и другие элементы-графитизаторы. Горячую сварку  чугуна  выполняют  на  больших токах без перерывов до окончательной заварки дефекта. При больших объемах завариваемого дефекта два сварщика, работающие поочередно.
 Табл. 1 Состав чугунных стержней для сварки чугуна
 
 
Марка   С   Si   Мn   Р   S   Сr   Ni   Назначение
А   3,0 ... 3,5   3,0 ... 3,4   0,5... 0,8
 
    0,2 ... 0,4   До 0,08   До 0,05   До 0,3   Для горячей сварки
Б      3,5 ... 4,0      0,3 ... 0,5            Для горячей и полугоря¬чей сварки
 
 
 

 
 


Для горячей сварки чугуна можно использовать дуговую сварку угольным электродом. По возможности изменения теплового воздействия на свариваемый металл сварка угольным электродом занимает промежуточное положение между газовой сваркой и сваркой плавящимся электродом. Сваривают на постоянном токе, прямой полярности угольными электродами диаметром 8 ... 20 мм. Диаметр электрода и силу сварочного тока выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла (табл. 2).
 В качестве присадочного материала используют прутки марок А и Б. Для перевода тугоплавких окислов в легкоплавкие соединения применяют флюсы на борной основе, чаще всего техническую безводную (прокаленную) буру.
Табл. 2 Режимы сварки угольным электродом
 

 
Толщина металла, мм   Диаметр электрода, мм   Сила тока, А
6 ... 10   8 ... 10   280 ... 350
10 ... 20   10 ... 12   300 ... 400
20 ... 30   12 ... 16   350 ... 500
30 и более   16 ... 18   350 ... 600
 
 
 

 
 


Табл. 3 Состав порошковой проволоки ППЧ-3 и наплавленного металла*, %
 

 
Материал   С   Si   Аl   Ti
Порошковая проволока
Наплавленный металл   4,5 ... 5,0 3,0 ... 3,8   3,3 ... 4,0 3,0 ... 3,8   0,1 ... 0,3 До 0,1   0,1 ... 0,3 До 0,1
* Остальное Fe.
 
 
 

 
 


Горячая сварка чугуна ручным способом, особенно массивных изделий - тяжелый труд. Весьма прогрессивный способ, облегчающий труд и повышающий производительность, - механизированная сварка порошковой проволокой. В состав шихты вводят компоненты, которые позволяют получать состав металла шва, представляющий собой чугун. Состав порошковой проволоки марки ППЧ-3 для горячей сварки чугуна приведен в табл. 3.
Горячая сварка чугуна позволяет получать сварные соединения, равноценные свариваемому металлу (по механическим характеристикам, плотности, обрабатываемости и др.), однако это трудоемкий и дорогостоящий процесс. Вместе с этим в ряде случаев к сварным соединениям из чугуна не предъявляется таких требований. Часто, например, достаточно обеспечить только равнопрочность или только хорошую обрабатываемость, или плотность сварных швов. С помощью различных металлургических и технологических средств можно получить сварные соединения из чугуна с теми или иными свойствами при сварке с невысоким подогревом или вовсе без предварительного подогрева (т.е. с помощью полугорячей или холодной сварки).
Холодная и полугорячая сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение серого чугуна в металле шва
Холодная сварка чугуна электродами положительных результатов не обеспечивает, так как при больших скоростях охлаждения образуется структура белого чугуна в шве и высокотемпературной области околошовной зоны, а также происходит резкая закалка металлической основы участков зоны термического влияния, нагревающихся в процессе сварки выше температуры Ас3. Возникающие при этом деформации превышают деформационную способность металла шва и околошовной зоны, в результате чего образуются трещины.
Для предупреждения отбеливания необходимо обеспечить такой состав металла шва, для которого в этих условиях будет получаться структура серого чугуна с наиболее благоприятной формой графитных включений. Это может быть достигнуто путем введения в наплавленный металл достаточно большого количества графитизаторов и легирования чугуна элементами, способствующими сфероидизации карбидов (магнием). Примером таких электродов могут служить электроды марки ЭМЧ, стержень которых представляет собой чугун с повышенным (до 5,2 %) содержанием кремния, покрытие двухслойное: первый слой - легирующий, второй - обеспечивает газовую и шлаковую защиту. При сварке этими электродами чугунных деталей с толщиной стенки до 12 мм без предварительного подогрева удается получить швы и околошовную зону без отбеливания и закалки. Некоторому замедлению скорости охлаждения при эвтектической температуре способствует реакция между железной окалиной и алюминиевым порошком, протекающая с выделением теплоты.
При сварке этими электродами массивных деталей, для получения бездефектных сварных соединений, приходится их подогревать до температур 400 °С. Для улучшения обрабатываемости и некоторого повышения пластичности металла шва используют электроды из никелевых чугунов, например нирезиста или никросилаля (табл. 4).

[alex diesel spb]

Часть 2
 Электроды из никелевых чугунов обеспечивают получение швов, обладающих хорошей обрабатываемостью. Тонкое покрытие (М), наносимое на стержни из никелевых чугунов, рекомендуется следующего состава: карборунд 55 %; углекислый барий 23,7 %; жидкое стекло 21,3 %. Сварку выполняют в несколько слоев при возвратно-поступательном перемещении электрода. Основной недостаток электродов из никелевых чугунов - повышенная склонность к образованию горячих трещин.
Табл. 4 Состав электродных стержней из никилевых чугунов, %*
 

 
Чугун   С   Ni   Si   Сu   Мn
Нирезист Никросилаль   2,0
2,0 ... 2,3   29
19 ... 22   1,3
5,2 ... 6,4   7,6
-   0,4
0,5
* Остальное Fe.
 
 
 

 
 


Получить в наплавленном металле серый чугун можно, применяя специальные сварочные материалы, которые обеспечивают легирование через электродное покрытие. Примером таких материалов могут служить электроды, стержень которых изготовлен из низкоуглеродистой проволоки, например, марок Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246-70, а в легирующем покрытии содержится достаточное количество элементов-графитизаторов - углерода и кремния. Наиболее характерны электроды марки ЭМЧС, стержень которых состоит из низкоуглеродистой электродной проволоки, а покрытие - из трех слоев:
1-й слой является легирующим, 2-й шлако- и газообразующим, 3-й - газозащитным. Графит и силикомагний, входящие в состав 1-го слоя, служат графитизаторами, причем магний в некоторой степени способствует сфероидизации графита; гематит и алюминий, вступая во взаимодействие, способствуют некоторому снижению скорости охлаждения при эвтектической температуре и тем самым получению в шве структуры серого чугуна.
 Применение этих электродов при сварке чугунных изделий с относительно небольшой толщиной свариваемого металла (до 8 ... 10 мм) позволяет получить качественные сварные соединения без предварительного подогрева изделия; при больших толщинах необходимо применять полугорячую сварку.
 Для холодной и полугорячей сварки чугуна полуавтоматами используют специальные порошковые проволоки, обеспечивающие получение в шве серого чугуна. Для холодной сварки изделий с относительно небольшой толщиной стенок (в месте сварки) рекомендуется проволока марки ГШЧ-1, для полу горячей сварки - проволока ППЧ-2 (табл. 5), а также проволоки ППНЧ-7; МН-25; ПАНЧ-11.
 Механизированная сварка порошковой проволокой позволяет получать наплавленный металл близкий по составу и структуре к свариваемому чугуну. При заварке дефектов в крупных чугунных отливках, для исправления которых необходимо наплавить большой объем металла, а также при изготовлении крупногабаритных массивных изделий из высокопрочных чугунов с шаровидным графитом, можно использовать электрошлаковую сварку пластинчатыми электродами. Эти электроды представляют собой литые чугунные пластины с содержанием элементов-графитизаторов (углерода и кремния), равном содержанию последних в электродных стержнях марок А и Б, и 0,04 ... 0,08 % Mg.
Табл. 5 Составы порошковых проволок и наплавленного ими металла для холодной и полугорячей сварки чугуна, %
 

 
Материал   С   Si   Мn   Ti   Аl   Назначе¬ние
Порошковая проволока ППЧ-1
Наплавлен¬ный    металл (1-й слой)   
6,5 ... 7,0
 
4,5 ... 5,5   
3,8 ... 42
 
3,5 ... 4,2   
0,4 ... 0,6
 
0,5 ... 0,9   
0,4 ... 0,6
 
0,3 ... 0,5   
0,7 ... 1,0
 
0,5 ... 0,8   Для   хо¬лодной сварки
Порошковая проволока ППЧ-2
Наплавлен¬ный металл   
5,7 ... 6,5
 
3,5 ... 4,5   
3,3 ... 4,0
 
3,0 ... 3,8   
0,4 ... 0,6
 
0,5 ... 0,9   
0,4 ... 0,6
 
0,2 ... 0,5   
0,6 ... 0,9
 
0,3 ... 0,6   Для   по¬лугоря¬чей сварки
 
 
 

 
 


При электрошлаковой сварке чугуна применяют фторидные обессеривающие и неокислительные флюсы. Замедленное охлаждение металла шва и околошовной зоны, характерное для электрошлаковой сварки, позволяет получать сварные соединения без отбеленных и закаленных участков, трещин, пор и других дефектов. Электрошлаковая сварка обеспечивает вполне удовлетворительные механические свойства сварных соединений из чугуна и хорошую их обрабатываемость.
Кроме общего подогрева, применяемого при полугорячей сварке различными способами, в ряде случаев (в зависимости от конструкции) можно ограничиться местным подогревом до нужной температуры. В процессе сварки необходимо обращать внимание на то, чтобы изделие в районе сварки не охлаждалось ниже заданной температуры подогрева.
Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали
Если выполнить наплавку на чугун электродами, предназначенными для сварки углеродистых или низколегированных конструкционных сталей, то в 1-м слое даже при относительно небольшой доле участия основного металла получится высокоуглеродистая сталь, которая при скоростях охлаждения, имеющих место в условиях сварки без предварительного подогрева изделия, приобретает резкую закалку. Поэтому металл 1-го слоя будет иметь высокую твердость, низкую деформационную способность и окажется подверженным образованию холодных трещин, а также пористости. Во 2-м слое, естественно, доля участия чугуна уменьшится, однако содержание углерода в нем будет находиться еще на высоком уровне, что также приведет к закалке и возможному образованию трещин. В последующих слоях доля участия чугуна окажется незначительной, и металл шва будет обладать определенным уровнем пластичности.
В связи со сказанным такие стальные электроды можно применять только для декоративной заварки небольших по размерам дефектов, если к сварному соединению не предъявляются требования обеспечения прочности, плотности и обрабатываемости режущим инструментом. С целью уменьшения доли участия основного металла в шве, а также размеров зоны термического влияния (в том числе и участков отбеливания и закалки) применяют электроды небольших диаметров (для 1-го слоя 3 мм, для 2-го и последующих 3 ... 4 мм), на малых токах, не перегревая основной металл.
Сначала выполняют облицовку 1-м слоем. Сварку выполняют короткими участками, валиками небольших сечений вразброс для охлаждения шва и околошовной зоны до температуры 50 ... 60 °С. После 3-го слоя можно применять режимы с несколько большей погонной энергией, но также с перерывами, чтобы зона разогрева чугуна была небольшой. Для уменьшения напряжений полезно применять проковку средних слоев.
При сварке чугуна низкоуглеродистыми электродами общего назначения 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 (например, при ремонте станин, рам, кронштейнов и других несущих элементов толстостенных конструкций), применяют стальные шпильки, которые частично разгружают наиболее слабую часть сварного соединения - линию сплавления.
Шпильки имеют резьбу, их ввертывают в тело свариваемой детали. Размеры шпилек обычно зависят от толщины свариваемых деталей. Практикой установлены следующие рекомендации: диаметр шпилек 0,3 ... 0,4 толщины детали, но не более 12 мм; глубина ввертывания шпилек 1,5 диаметра их, но не более половины толщины свариваемых деталей; высота выступающей части 0,75 ... 1,2 диаметра шпильки. Шпильки располагают в шахматном порядке на скошенных кромках деталей и в один ряд на поверхности детали с каждой стороны стыка, причем расстояние между ними должно быть равно 4 ... 6 диаметров шпильки.
Сварку выполняют в следующем порядке. Сначала обваривают каждую шпильку и облицовывают поверхности кромок электродами диаметром 3 мм на малых токах. Затем на облицованные кромки и шпильки наплавляют валики и окончательно заполняют разделку (рис. 3).
При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения количества наплавленного металла рекомендуется в шов вваривать связи из круглой или полосовой стали (рис. 3, в). Для удержания расплавленного металла шва рекомендуется заформовать трещину (рис. 3, г).
Для снижения содержания углерода в металле шва предложено выполнять сварку по слою флюса, содержащего до 30 % железной окалины (например: буры 50 %, каустической соды 20 %, железной окалины   30 %).
 
 
 
 
Углерод, попадающий в сварочную ванну, в высокотемпературной ее части активно окисляется и выводится из нее в виде окиси углерода, не растворимой в металле. В результате концентрация углерода к моменту затвердевания сварочной ванны снижается. Твердость металла шва уменьшается, деформационная способность возрастает.
Однако для более полного эффекта выжигания углерода необходимо применять режимы сварки, характеризующиеся относительно большой погонной энергией, что, однако, отрицательно сказывается на околошовной зоне: в ней образуются значительные по размерам участки отбеливания и закалки, приводящие к образованию трещин. При сварке чугуна с достаточно высоким содержанием элементов-графитизаторов при небольшой толщине стенки свариваемых деталей можно получить положительные результаты частичной релаксацией сварочных напряжений, что снижает вероятность образования трещин в зоне термического влияния.
Для сварки чугуна используют медно-железные, медно-никелевые и железоникелевые электроды. Существует несколько типов медно-железных электродов:
1.   Медный стержень с оплеткой из жести толщиной 0,25 ... 0,3 мм, которую в виде ленты шириной 5 ... 7 мм навивают на стержень по винтовой линии. На электрод наносят   ионизирующее толстое покрытие. Либо электрод со стержнем, изготовленным из комбинированной проволоки, представляющий собой сердечник стальной проволоки, плотно за прессованный в медную трубку, изготовляют на станках для производства порошковой проволоки.
 Может быть также и другой вариант: медный стержень со стальной оболочкой. Во всех разновидностях содержание железа в наплавленном металле не должно превышать 10 ... 15 %, так как в противном случае в шве образуются (в большом количестве) очень твердые включения железа с высоким содержанием углерода, ухудшающие обрабатываемость и снижающие пластичность шва.
2.   Пучок электродов, состоящий из одного или двух медных стержней и стального электрода с защитным покрытием любой марки. Пучок связывают в четырех-пяти местах медной проволокой и на конце, вставляемом в электрододержатель, прихватывают для надежного контакта между всеми стержнями.
3.   Наиболее совершенные из числа медно-железных электродов - электроды марки ОЗЧ-1, представляющие собой медный стержень диаметром 4 ... 5 мм, на который нанесено покрытие, состоящее из сухой смеси покрытия УОНИ-13 (50 %) и железного порошка (50 %), замешенных на жидком стекле.
Медно-железный сплав в шве получается также при сварке медными электродами по слою специального флюса, который состоит из прокаленной буры (50 %), каустической соды (20 %), железной окалины (15 %) и железного порошка (15 %). Флюс насыпают слоем толщиной около 10 мм, расплавляют дугой; далее по мере перемешивания дуга горит между медным электродом и расплавленным флюсом.
Сварку медно-железными электродами всех типов следует выполнять таким образом, чтобы не допускать сильного разогрева свариваемых деталей: на минимально возможных токах, обеспечивающих стабильное горение дуги, короткими участками вразброс, с перерывами для охлаждения свариваемых деталей.
Более удачным оказался другой путь. В металл шва вводят сильный карбидообразователь - ванадий. В этом случае в основном образуются карбиды данного элемента, не растворяющиеся в железе и имеющие форму мелкодисперсных нетвердых включений. Металлическая основа при этом оказывается обезуглероженной и достаточно 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.
Металл, наплавленный этими электродами, имеет следующий состав: до 0,15 % С; до 0,6 % Si; 0,5 % Мn; 8,5 ... 0,5 % V; серы и фосфора до 0,04 % каждого. Этими электродами сначала облицовывают кромки на малых токах. Сварку выполняют параллельными валиками с перекрытием каждого предыдущего на половину его ширины. После 2-го слоя силу тока увеличивают на 15 ... 20 %; окончательно разделку заполняют электродами УОНИ-13/45.
Область применения таких электродов - сварка поврежденных 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. К способам, обеспечивающим получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали, можно также отнести механизированную сварку короткими участками электродной проволокой марок Св-08ГС или Св-08Г2С диаметром 0,8 ..-. 1 мм в углекислом газе. Сила сварочного тока составляет 50 ... 75 А, напряжение дуги 18 ... 21 В, скорость сварки 10 ... 12 м/ч.
Холодная сварка чугуна электродами, обеспечивающими получение в металле шва цветных и специальных сплавов
Для получения швов, обладающих достаточно высокой пластичностью в холодном состоянии, применяют электроды, обеспечивающие получение в наплавленном металле сплавов на основе меди и никеля. Медь и никель не образуют соединений с углеродом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Поэтому, попадая в зону неполного расплавления, прилегающую к шву, они уменьшают вероятность отбеливания. Кроме того, повышению пластичности металла шва способствует возможность проковки наплавленного металла в горячем состоянии для уменьшения уровня сварочных напряжений. Проковка обязательна, так как при этом уменьшается опасность образования трещин в околошовной зоне.

[alex diesel spb]

Часть 3
Общий недостаток медно-железных электродов - неоднородная структура шва: мягкая медная основа и очень твердые 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 марки Св-04Х18Н9 и медной оболочки. На электрод наносят покрытие фтористокальциевого типа.
Наиболее рационально применять медно-железные электроды для заварки отдельных несквозных пороков или небольших неплотностей, создающих течи на отливках ответственного назначения, в том числе работающих под давлением (фланцы, подшипники).
Медно-никелевые электроды в производстве применяют главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твердости недопустимо. Положительные свойства таких электродов в том, что никель не растворяет углерод и не образует структур, имеющих высокую твердость после нагрева и быстрого охлаждения. Отбеливание зоны частичного расплавления при небольших ее размерах практически отсутствует, так как медь и никель (элементы-графитизаторы) проникая в этот участок, оказывают положительное действие. В то же время никель и железо обладают неограниченной растворимостью, способствуя надежному сплавлению.
Для изготовления электродов используют и медно-никелевые сплавы: монель-металл, содержащий 65 ... 75 % Ni, 27 ... 30 % Си, 2 ... 3 % Fe и 1,2 ... 1,8 % Мn (например, НМЖМц 28-2,5-1,5); константан, содержащий ~ 60 % Ni и ~ 40 % Сu (МНМц 40-1,5); нихром (Х20Н80).
Недостатки этих сплавов - их высокая стоимость и дефицитность, а также большая усадка, приводящая к образованию горячих трещин. Горячие трещины иногда имеют вид сплошной сетки, что снижает прочность сварного соединения. В связи с этим данные сплавы не рекомендуется применять для заварки трещин в изделиях, которые несут силовую нагрузку. Заварка же отдельных мелких раковин позволяет получить хорошие результаты, так как обеспечивает возможность последующей механической обработки.
Находят применение в промышленности электроды марок МНЧ-1 со стержнем из монель-металла и МНЧ-2 со стержнем из константана. Обе марки имеют электродные покрытия вида типа Б. Сварку выполняют электродами диаметром 3 ... 4 мм, ниточным швом, короткими участками при возвратно-поступательном движении электрода, не допуская перегрева детали, для чего рекомендуются перерывы для охлаждения. Наплавленные валики в горячем состоянии следует тщательно проковывать ударами легкого молотка. Для заварки отдельных небольших дефектов на обрабатываемых поверхностях отливок ответственного назначения из серого и высокопрочного чугуна, пороков, выявленных на механически обработанных поверхностях изделий и при ремонте оборудования из чугунного литья, используют также железоникелевые электроды со стержнем из сплава, содержащего 40 ... 60 % Ni и 60 ... 40 % Fe.
При сварке такими электродами обеспечивается достаточно высокая прочность и некоторая вязкость металла шва. Железоникелевые электроды обладают определенными преимуществами, к числу которых кроме высокой прочности можно отнести меньшую, чем у медно-никелевых сплавов, литейную усадку, одноцветность наплавки с чугуном. Примером электродов такого типа могут служить электроды марки ЦЧ-ЗА со стержнем из проволоки Св-08Н50 и покрытием из доломита (35 %), плавикового шпата (25 %), графита черного (10 %) и ферросилиция (30 %), замешенных на жидком стекле. Чугун также можно сваривать в среде аргона проволокой из меди МНЖКТ 5-1-0,2-0,2, содержащей никель, железо, кремний, титан.
Необходимо всегда иметь в виду, что все электроды, содержащие никель, дефицитны и могут применяться для сварки чугуна ограниченно, например, для заварки небольших раковин, вскрытых на последних операциях механической обработки, в деталях больших размеров и большой жесткости.
Газовая сварка чугуна
 Газовая сварка чугуна является одним из наиболее надежных способов, позволяющих получать наплавленный металл по свойствам, близким к основному металлу. Это обусловлено тем, что при газовой сварке происходит более длительный и равномерный нагрев и охлаждение детали, чем при дуговой сварке, а поэтому обеспечиваются лучшие условия для графитизации углерода в наплавленном металле и менее вероятно появление в соседних со швом участках зон отбеленного чугуна. Уменьшаются внутренние напряжения в свариваемом изделии и возможность образования в нем трещин.
 Газовую сварку серого чугуна лучше вести с применением предварительного подогрева. Скос кромок делают односторонний (V-образный), с углом раскрытия 90°. Кромки тщательно очищают от масла, ржавчины и грязи щеткой или пескоструйным аппаратом и прогревают пламенем горелки. В качестве присадочных прутков для сварки и наплавки используют чугунные стержни диаметром 6; 8; 10; 12; 14 и 16 мм, длиной 400 ... 700 мм марок "А" и "Б" (см. табл. 1), а также: НЧ-1 -для низкотемпературной газовой сварки тонкостенных отливок; НЧ-2 -для низкотемпературной газовой сварки толстостенных отливок; ВЧ и ХЧ т- для износостойкой наплавки.
 Прутки выпускаются: 0 6 мм, длиной 350 мм: 0 8 ... 10 и 12 ... 16 мм, длиной 450 мм. Прутки должны иметь следующую характеристику:
 
Марка прутка   НЧ-1   НЧ-2   БЧ   ХЧ
Химический состав, %               
углерод   3 ... 3,5   3 ... 3,5   2,5 ... 3   2,5 ... 3
кремний   3 ... 3,4   3,5 ... 4   1 ... 1,5   1,2 ... 1,5
марганец   0,5 ... 0,8   0,5 ... 0,8   0,2 ... 0,6   0,5 ... 0,8
сера, не более   0,05   0,05   0,05   0,05
фосфор   0,2 ... 0,4   0,2 ... 0,4   Не более   0,1
титан   0,03 ... 0,06   -   -
хром   -   1,2 ... 2,0   -   -
Твердость               
поверхности
наплавленного
слоя       44 ... 46
 
HRC   48 ... 50
HRC   
 При малом объеме сварки, а также при сварке тонкостенных деталей без подогрева или с местным подогревом, охлаждение металла происходит быстрее. Поэтому в прутках марки Б увеличено содержание кремния, который способствует выделению углерода в виде графита, а также содержится больше фосфора.
Диаметр прутка берется равным половине толщины основного металла.
При газовой сварке чугуна необходимо применение флюса, который:
1. Растворяет тугоплавкие окислы железа, кремния и марганца, переводя их в легкоплавкие шлаки;
2. Окисляет и частично растворяет графитные включения чугуна, создавая микроуглубления, улучшающие сплавляемость;
3. Защищает ванну от окисления;
4. Увеличивает жидкотекучесть шлаков и металла ванны. В качестве флюса используют прокаленную буру или смесь состава: 56 % буры, 22 % углекислого натрия (соды) и 22 % углекислого калия (поташа). Применяют также флюс, состоящий из углекислого и двууглекислого натрия (по 50 %). Хорошей раскисляющей способностью обладает флюс ФСЧ-1, состоящий из 23 % буры прокаленной, 27 % углекислого натрия, 50 % азотнокислого натрия.
Флюс ФСЧ-1 предназначен преимущественно для заварки больших дефектов, а флюс ФСЧ-2, отличающийся от ФСЧ-1 добавкой углекислого лития, применяют для заварки небольших деталей и низкотемпературной сварки.
Хорошие результаты дает также сварка чугуна с применением газообразного флюса БМ-1, состоящего из летучей борорганической жидкости.
Пруток при сварке следует чаще погружать во флюс, а флюс подсыпать в сварочную ванну. Наконечник горелки должен обеспечивать подачу 100 ... 120 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Кромки скашивают только при толщине стенки более 4 мм.
Сварочное пламя должно быть нормальным или науглероживающим, так как окислительное пламя вызывает сильное местное выгорание кремния и в металле шва образуются зерна белого чугуна. Металл хорошо прогревают, сварку выполняют в нижнем положении быстро, а для массивных деталей желательно двумя горелками одновременно. Концом прутка следует все время перемешивать металл сварочной ванны для облегчения выхода из него растворенных газов, чтобы шов получился непористым.
При сварке пруток погружают в сварочную ванну только после нагрева его конца до температуры светло-красного каления, так как ненагретый пруток может вызвать местное отбеливание чугуна. Пруток вынимают из ванны возможно реже и только для того, чтобы покрыть его флюсом.
Ядро пламени можно периодически удалять от поверхности ванны, которая, однако, все время должна быть закрыта восстановительной частью пламени. Излишняя задержка пламени на одном месте приводит к выгоранию углерода и кремния в данном месте шва, что может вызвать отбеливание чугуна.
Детали сложной формы, имеющие неодинаковое сечение в различных частях, отверстия, перемычки и т.д., во избежание появления в них трещин и внутренних напряжений от неравномерного нагрева необходимо сваривать только с общим предварительным подогревом.
 После сварки изделие закрывают асбестом и оно должно медленно остывать.
Низкотемпературная пайка-сварка чугуна латунными припоями. Процесс протекает при температуре 700 ... 750 °С, при которой в чугуне не происходит структурных изменений. Это исключает опасность отбеливания чугуна и уменьшает возможность образования трещин. Пайку-сварку целесообразно применять при исправлении дефектов на уже обработанных поверхностях, где важно сохранить первоначальную форму изделия, нельзя использовать предварительный подогрев, а также в тонких сечениях, когда необходимо снизить опасность возникновения деформации. Этот способ позволяет получать соединения чугуна с чугуном и другими металлами, что упрощает конструкцию отливок.
В качестве припоя используется кремнистая латунь ЛОК-59-1-0,3, содержащая до 0,4 % кремния. Временное сопротивление металла шва при разрыве равно 230 МПа, твердость НВ 100.
Для пайки-сварки изделий, к механическим свойствам и товарному виду которых предъявляются повышенные требования, применяется припой ЛОМНА-54-1-10-4-02, содержащий медь, олово, марганец, никель и до 0,6 % алюминия. При пайке-сварке этим припоем металл паяносварного шва имеет цвет чугуна, твердость 180 ... 200 НВ и временное сопротивление разрыву 280 ... 340 МПа.
Применяется поверхностно-активный флюс марки ФПСН-2, содержащий 50 % борной кислоты (Н3ВОз), 25 % углекислого лития (LiCO3), 25 % углекислого натрия (Na2CO3) и галоидосодержащую добавку для удаления вязкой окиси алюминия, образующейся в процессе пайки-сварки.
Флюс плавится при 650 °С и служит индикатором начала процесса. Пайку выполняют обычной сварочной горелкой, работающей на ацетилене или газах-заменителях. Пламя должно быть нормальным. Кромки подготавливают механической обработкой. На поверхности чугуна не допускается грязь, окалина. Следы жиров удаляют протиркой растворителями (ацетоном, бензином и др.). Флюс наносят на основной металл после предварительного подогрева кромок до 300 ... 400 °С. Пайку-сварку начинают в момент плавления флюса, направляя пламя на прилегающие к разделке участки основного металла во избежание раздувания флюса. Расплавленный флюс прутком припоя равномерно распределяют по всей поверхности свариваемого места; затем пламя направляют на конец прутка, оплавляют его и по спирали снизу вверх заполняют разделку металлом припоя. Сразу же после затвердевания наплавки ее проковывают медным молотком.
Низкотемпературная сварка-заварка литейных дефектов в чугунных деталях. Данный способ состоит в заварке литейных дефектов без расплавления основного металла. Применяются присадочные прутки НЧ-1 и НЧ-2.
Флюсы-пасты, применяемые для сварки, содержат 5 % двуокиси титана, 10 % азотнокислого калия, 12 % фтористого натрия, 40 % буры плавленой, 11 % ферротитана, 15 % углекислого лития, 7 % железного порошка, 7 весовых частей керосина на 50 частей сухой смеси. При заварке тонкостенных изделий прутками НЧ-1 можно применять флюс ФСЧ-1.
При сварке прутками НЧ-2 используется флюс ФСЧ-2, состоящий из 18 % буры, 25 % углекислого натрия, 56,5 % азотнокислого натрия, 0,5 % углекислого лития.
Место сварки зачищают до металлического блеска. При толщине стенки до 10 мм кромкам придают V-образную форму с углом раскрытия 70 ... 90°, при толщине стенки более 10 мм - Х-образную. Литейные дефекты (поры, шлаковые включения) вырубают и кромки разделывают с общим углом раскрытия шва 45 ... 60°.
Перед сваркой деталь подвергают местному нагреву горелкой до 300 ... 400 °С, детали более сложной формы - общему нагреву в печи до той же температуры.
 На нагретую поверхность наносят слой флюса-пасты и место сварки нагревают горелкой до 820 ... 860 °С. Пламя должно быть нормальным. При такой температуре флюс-паста начинает плавиться, покрывая место сварки тонкой пленкой. Присадочный стержень покрывается флюсом-пастой и расплавляется, постепенно растекаясь по завариваемой поверхности. Сварку ведут справа налево, пламя горелки перемещают впереди шва. После заварки изделие медленно охлаждают в песке или под слоем асбеста.
Такой способ сварки обеспечивает отсутствие зоны отбеленного чугуна, так как основной металл не доводится до состояния плавления, наплавка получается плотной, мягкой и хорошо обрабатывается резцом. Ремонтируемое изделие испытывает незначительные внутренние напряжения, и трещины при заварке не образуются.
Для низкотемпературной сварки чугуна используют пропан-бутан-кислородное пламя с подогревом мундштука (2700 °С) и горелки ГЗУ-1-62 и ГЗМ-1-62. Для сварки применяются прутки НЧ-1 и НЧ-2 указанного выше состава. Мощность пламени должна составлять 60 ... 70 дм /ч пропан-бутана на 1 мм толщины металла, пламя нормальное. При сварке металла толщиной 6 ... 12 мм применяют V-образную подготовку кромок без притупления с увеличенным зазором (до 3 мм) и углом разделки кромок 55°. Пруток держат под углом 30 ... 35°, а мундштук горелки под углом 45° к поверхности металла. Предварительно очищенные кромки нагревают до 300 ... 400 °С, покрывают их флюсом и снова нагревают до 820 ... 860 °С ("отпотевания"). В этот момент в пламя вводят покрытый флюсом пруток и перемешивают его концом ванну, заполняя ее металлом доверху с небольшой выпуклостью. Сварку ведут без перерыва. При толщине металла 6 мм делают один проход, при 9 ... 12 мм - два прохода. Применяют следующие режимы сварки:
Толщина, мм    6   9   12
Номер наконечника    5   6   7
Скорость сварки, м/ч             1,7   1,8   0,48
Производительность наплавки, кг/ч            0,73   0,86   1,13
Металл наплавки имеет структуру с равномерно распределенным мелкопластинчатым графитом, твердость металла шва и переходной зоны 220 ... 245 НВ при твердости основного металла 140 ... 160 НВ.
Наряду с пропан-бутаном можно применять и другие газы-заменители: природный газ, городской газ и т.п.
Источник: Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов.- А.И.Акулов, В.П. Алехин, С.И. Ермаков и др.- М.: 2003
 Рис. 3 Сварка чугуна с применением стальных шпилек:
а - установка шпилек при V-образной подготовке кромок; б - обварка шпилек;
в - вварка стальных связей: 1 - отверстия с резьбой;
2 - шпильки; 3 - связи; 4 - обварка шпилек и связей; 5 - заварка трещин;
г - формовка при сварке чугуна: 1 - верхняя; 2 - боковая
Рис. 2 Формовка места сварки для горячей сварки чугуна:
а - несквозной раковины; б - недолива кромки детали, с облицовкой заплавляемой полости графитовыми пластинами; в - общий вид заформованного дефекта; 1 - деталь; 2 - формовка; 3 - графитовые пластины
Источник : http://tehnolog-svarka.ru

[alex diesel spb]

Технология сварки ковких, высокопрочных и легированных чугунов
Состав и свойства
Классификация по составу и свойствам
Ковкие чугуны (КЧ), которые получают в результате отжига белого чугуна, характеризуются повышенной прочностью, пластичностью и ударной вязкостью вследствие образования при отжиге хлопьевидного графита. Основные преимущества КЧ заключаются в однородности их свойств по сечению, практическом отсутствии напряжений в отливках, высоких механических свойствах и хорошей обрабатываемости.
Отличительной особенностью высокопрочных чугунов с шаровидным графитом (ЧШГ) являются еще более высокие прочностные свойства, обусловленные сферической формой графита, при которой в меньшей степени, чем при других формах графита, ослабляется рабочее сечение матрицы и гораздо ниже концентрация напряжений у графитовых включений.
Легированные чугуны обладают специальными свойствами, обеспечивающими длительную и надежную работу отливок в разнообразных условиях эксплуатации.
Ковкие чугуны (ГОСТ 1215—79) получают ферритными или перлитными. Содержание основных элементов в КЧ составляет, %: С 2,3—3,0; Si 0,9—1,6; Мn 0,3—0,6 (при ферритной матрице) и до 1,2 (при перлитной матрице). Снижение содержания углерода в указанных пределах увеличивает прочность КЧ благодаря уменьшению количества и размеров графита, а также улучшению его формы. Фосфора и серы в КЧ меньше, чем в сером чугуне.
Чугуны с шаровидным графитом (ГОСТ 7293—85) различают на ферритные, перлитно-ферритные, перлитные и бейнитные. Содержание основных элементов в ЧШГ составляет, %: С 3,2—3,8; Si 1,9—2,9 (в бейнитных— 3,4—3,6); Мn 0,4—0,9; Cr≤0,1. Примеси достигают, %: S≤0,02; Р≤0,1, т. е. значительно ниже, чем в сером чугуне. Содержание магния — сферо-идизатора графита — колеблется от 0,03 до 0,08%.
Легированные хромовые чугуны подразделяются на жаростойкие, коррозионностойкие и износостойкие и содержат до 36 % Сг; с увеличением хрома содержание С, Si, Мn уменьшается. Никелевые имеют в своем составе до 21 % Ni, кремнистые — до 18% Si, марганцевые — до 12% Мn, высоколегированные алюминиевые — до 31 % Аl. Практически все легированные чугуны могут иметь как пластинчатую, так и шаровидную форму графита.
Основные марки, структура и свойства
Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифровыми обозначениями в зависимости от механических свойств. Первые две цифры соответствуют временному сопротивлению, вторые — относительному удлинению (ферритные — от КЧ 30-6 до КЧ 37-12, перлитные —от КЧ 45-6 до КЧ 63-2). Ферритные КЧ имеют более высокую пластичность, а высокая твердость перлитного чугуна обеспечивает лучшую стойкость против износа КЧ с зернистым перлитом используют для изготовления отливок, подверженных знакопеременным (в том числе, ударным) нагрузкам при эксплуатации.
Аналогично ковким маркируются высокопрочные чугуны с шаровидным графитом: ферритные (ВЧ 38-7 и ВЧ 42-12), перлитно-ферритные (ВЧ 45-5 и ВЧ 50-2), перлитные (от ВЧ 60-2 до ВЧ 80-3), бейнитные (ВЧ 100-4 и ВЧ 120-4). ЧШГ обладают комплексом ценных свойств, значительно превосходящих те же характеристики серого чугуна: износостойкостью, жаростойкостью, коррозионной стойкостью и др. Многие свойства дополнительно повышаются в результате рационального легирования и термической обработки.
Промежуточными по свойствам между КЧ и ЧШГ являются чугуны с вермикулярным графитом, обозначаемые ЧВГ.
Обозначение легированных чугунов разнообразное. Согласно ГОСТ 7769—82 и 11849—76 жаростойкие хромовые чугуны обозначают ЖЧХ, а коррозионностойкие — ЧХ, после чего ставят цифры, указывающие содержание Сr. Износостойкие чугуны обозначают ИЧХ и далее цифры содержания Сr и других элементов (как при обозначении сталей, например, ИЧХ13ГЭМ). Пример обозначения никелевого чугуна: ЧН15Д7Х2. Если графит имеет шаровидную форму, добавляется буква Ш. Аналогично обозначение кремнистых чугунов, обладающих окалино-, росто- и коррозионно-стойкостью (ЖЧС5, ЖЧЮ7Х2, ЧС15М4); алюминиевых жаропрочных (ЖЧЮ7Х2) и марганцевых износостойких чугунов (ИЧХ4Г7Д).
Характерными структурными составляющими матрицы легированных чугунов являются: феррит, перлит, аустенит, карбиды. Условие образования аустенита в никелевом чугуне (содержащем 2,3—3,6% С и до 2% Si): Ni+2,5 Mn + Cu≥18.
Свариваемость чугунов
Склонность к образованию трещин
Склонность сварных соединений к образованию трещин в ЗТВ (зона термического влияния) у ЧШГ значительно выше по сравнению с обычными серыми чугунами при одинаковых содержаниях С, Si и Мn. В то же время требование высокой прочности, предъявляемое к сварным соединениям ЧШГ, является одним из основных при изготовлении и ремонте деталей. Только выполнение сварки с высоким предварительным подогревом всей детали или местным, если позволяет конструкция, способствует исключению трещин, а получение наплавленного металла в виде ЧШГ дает полную равнопрочность сварных соединений с основным металлом.
Свариваемость легированных чугунов (в первую очередь, стойкость против образования трещин) ухудшается с ростом содержания легирующих элементов. Особенно свойственно это хромовым, кремнистым и марганцевым чугунам вследствие увеличения в их структуре количества карбидов Сr, Si, Мn. Исключение составляют чугуны с аустенитной основой: никелевые, марганцевые и более сложного состава, которые обладают удовлетворительной свариваемостью. С другой стороны, высоконикелевые чугуны, хорошо противостоящие появлению холодных трещин, склонны к образованию горячих трещин (ГТ) из-за эвтектик, образующихся в шве и ЗТВ сварного соединения.
Влияние химического состава и структуры
Термический цикл, которому повергаются КЧ и ЧШГ в процессе сварки плавлением, ухудшает механические свойства основного металла в ЗТВ. Это происходит из-за наличия структурно-свободного углерода, который при высоких температурах интенсивно растворяется в аустенитной матрице. Вследствие протекающей диффузии углерода от хлопьевидных или шаровидных включений графита в аустенитную матрицу понижается температура плавления матрицы в приграничных микрообъемах и происходит ее расплавление в зонах вокруг графитных включений. В условиях последующего быстрого охлаждения эта фаза, обогащенная углеродом, затвердевает с образованием ледебурита. Присутствие в ЗТВ игл первичного цементита, ледебурита и мартенсита охрупчивает металл околошовной зоны и облегчает появление трещин.
Увеличение содержания углерода в КЧ и ЧШГ способствует более полной графитизации металла шва и ЗТВ, снижению твердости соединения и уменьшению опасности образования трещин.
Модифицирующие элементы (Mg, РЗМ, Y и др.), глобуляризирующие графитную фазу в ЧШГ, одновременно способствуют переохлаждению и кристаллизации с образованием цементита и ледебурита. Поскольку в условиях сварки это явление усиливается, всегда существует опасность образования оторочки вокруг шва, содержащей в структуре карбиды и мартенсит и вызывающей появление трещин.
Сера и фосфор снижают механические свойства сварных соединений из-за образования в металле шва участков, обогащенных сернистыми и фосфидными эвтектиками на основе железа. Содержание этих вредных примесей ограничено стандартами в КЧ, %: S≤0,12—0,18 и Р≤0,12—0,2, а в ЧШГ, %; S≤0,02 и Р≤0,1. Чистыми по этим элементам должны быть и компоненты электродных материалов.
Структура основы КЧ и ЧШГ оказывает меньшее влияние на свариваемость, чем химический состав. Чугуны с ферритной матрицей более стойкие против образования трещин, чем перлитные, благодаря запасу пластичности и вязкости, но уровень прочности сварных соединений у них ниже.
Способы сварки и свойства соединений
Дуговая сварка. Все специальные чугуны соединяют ручной дуговой сваркой с применением электродов со стержнем, однородным основному металлу. Так, например, пруток марки ПЧС-2 (стержень электрода ЭВЧ-2) для сварки ЧШГ содержит, %: С 3,0—3,8; Si 2,4—3,6; Мт 0,2—0,5; Y 0,1 ≤0,4; Се 0,03—0,15; Са 0,03—0,1; Cr≤0,5; Ni≤0,3; S≤0,08; P≤0,2 и обеспечивает получение шаровидного графита в металле шва. В компонентах покрытий большое количество графитизаторов: С и Si. Сварку КЧ и ЧШГ производят с предварительным подогревом отливок и деталей до температуры 400—700°С и замедленным охлаждением после сварки. Для низколегированных чугунов с пластинчатым графитом температура подогрева может быть значительно ниже.
При сварке без подогрева требуемое качество соединений достигают при использовании электродов на никелевой и железоникелевой основе: ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, ОЗЖН-1. Металл шва (наплавленный металл) имеет аустенитную структуру с включениями междендритного графита. В зависимости от доли никеля структура шва, кроме аустенита, может содержать и продукты его распада, снижающие прочность и пластичность.
Механические свойства наплавленного металла при использовании электрода ОЗЖН-1 (со стержнем, содержащим 50 % Ni) близки к свойствам ЧШГ: δв = 400—600 МПа; δт = 300—470 МПа; δ = 6—13%; НВ 180—200. Однако сварные соединения, выполненные железоникелевыми электродами, в состоянии после сварки имеют прочность на 20—40 % ниже прочности основного металла и при испытании на растяжение разрушаются хрупко. Улучшить механические свойства удается только с помощью термической обработки. Для надежного исключения трещин по зоне сплавления при сварке ЧШГ и КЧ электродами ОЗЖН-1 применяют предварительный подогрев деталей до температуры 200—350 °С.
Электроды марки ЦЧ-4 со стальным стержнем и феррованадием в покрытии ограниченно применяют для сварки КЧ и ЧШГ. Твердость наплавленного металла, который представляет собой ванадиевую сталь с мелкодисперсными карбидами V, позволяет вести механическую обработку, однако в ЗТВ при сварке без подогрева неизбежно образование ледебурита и мартенсита, что повышает ее твердость до HV 500—600. Возникает опасность образования трещин, соединение не обрабатывается режущим инструментом. Равнопрочность соединений основному металлу не достигается, поэтому часто для надежности сварку выполняют со стальными ввертышами. Медно-стальные электроды (ОЗЧ-2, ОЗЧ-6) и электроды для сварки конструкционных сталей применяют лишь для декоративной заварки мелких литейных дефектов.
Механизированная дуговая сварка наиболее перспективна для применения порошковых проволок. При сварке КЧ, ЧШГ и легированных чугунов с шаровидным графитом структура металла шва должна характеризоваться компактной или глобулярной формой графита, а также подобной матрицей, чтобы сохранить в соединении ценные свойства основного металла. Сферо-идизации графитной фазы достигают введением в состав порошковых проволок Mg, Са, Y, РЗМ. Так, проволока ПП-АНЧ-5 содержит комплекс модифицирующих элементов: Mg, Са, РЗМ, которые вводят в шихту в виде лигатуры на основе кремния.
Сварку порошковой проволокой ПП-АНЧ-5 выполняют с предварительным нагревом отливок и деталей до температуры 400—600°С. Диапазон режимов определяется скоростью подачи проволоки; при диаметре проволоки 3 мм он составляет: Iсв = = 250—600 А; Uд = 25—40 В; vп.пр = 80—350 м/ч; ток — постоянный прямой полярности. Заваренные отливки, как правило, подвергают термической обработке. Сварные соединения равнопрочны ЧШГ ферритного (ВЧ 42-12) и перлитно-ферритного (ВЧ 45-5, ВЧ 50-2) класса.
Шихта порошковой проволоки ППВЧ-1 содержит модификаторы МР-1 или МР-2, изготовленные из иттирий содержащего сырья. Сварку можно осуществлять с перегревом сварочной ванны без опасности потери шаровидной формы графита в шве. Порошковая проволока ППСВ-7 содержит большое количество силикокальция (Са — глобуляризатор графита).
Автоматическую сварку ЧШГ низкоуглеродистой стальной проволокой производят под керамическим флюсом, содержащим Сr и Мn. Аустенитную структуру металла шва достигают при содержании в нем 20—26 % Мn и 9—12 % Cr. Кроме аустенита, в матрице есть небольшое количество феррита и мелкодисперсные карбиды, твердость составляет HRC 25— 30. Прочность сварных соединений ферритного ЧШГ достигает 80—90 % прочности основного металла.
Сварку ЧШГ стальной проволокой осуществляют также с присадкой керамических стержней. Введение в их состав редкоземельных металлов обеспечивает получение в металле шва чугуна с шаровидным графитом и перлитной основой. Состав керамического стержня СКВЧ-1 для сварки ЧШГ % (по массе): графит 10—15; чугунный порошок 5—15; карбид кремния 10— 20; лигатура с РЗМ 5—10; алюмомагниевый порошок 8—12; криолит 12—22; альгинат натрия 1—3; плавиковый шпат — остальное.
Ремонтную сварку поврежденных деталей из КЧ, ЧШГ и легированных (особенно, никелевых) чугунов выполняют самозащитной проволокой сплошного сечения из сплава на основе Ni. Проволока ПАНЧ-11 (ТУ 48-21-593—82) обеспечивает малое тепловложение в основной металл и неглубокое проплавление.
Проволоки на основе меди ограниченно применяют для сварки специальных чугунов, главным образом, для заварки мелких литейных дефектов.
Электрошлаковая сварка ЧШГ осложнена тем, что из-за длительного пребывания сварочной ванны в жидком состоянии трудно обеспечить стабильное получение в металле шва графита шаровидной формы. Для надежного модифицирования металла шва необходимо применять флюсы, содержащие элементы — глобуляризаторы графита. Другой путь — использование порошковых проволок, лент или присыпок с модификаторами.
Электрошлаковую технологию перспективно использовать для наплавки слоев чугуна с заданными составом и свойствами, в частности высокохромовых и высококремнистых чугунов. При этом достигают большой производительности процесса.
Газовую сварку ЧШГ осуществляют с присадкой прутков марки ПЧС-2. Используют ацетилен, пропан-бутан и другие горючие газы. Флюс ФПСН-1 можно применять при сварке любым газом. Техника сварки та же, что и для серого чугуна.
Контактную сварку применяют в производстве лито-сварных изделий из ЧШГ. Предварительный подогрев и последующая термообработка обеспечивают получение ферритно-перлитной структуры стыка без включений цементита. Предел прочности сварного соединения близок к прочности основного металла (ВЧ 45-5) и составляет 400—450 МПа. Контактной сварке хорошо поддаются КЧ и многие марки легированных чугунов.
Сварка трением. При компактной форме графита в чугуне удается получить соединения чугунных деталей между собой или со сталью. Для сварки КЧ с углеродистой сталью рекомендуется режим: частота вращения 3600 об/мин; давление на стадии нагрева 40—90 МПа; давление проковки 90 МПа, время нагрева 20—80 с. При давлении нагрева 70 МПа и времени нагрева 40 с получают соединение, равнопрочное чугуну.
Предупреждение пор и трещины
При сварке КЧ и ЧШГ с получением однородного металла шва основной мерой предотвращения холодных трещин является предварительный (иногда и сопутствующий) подогрев отливок или деталей и замедленное охлаждение после сварки. Температура подогрева варьируется в зависимости от марки чугуна, толщины стенки отливки, сложности выполняемых сварочных работ и составляет 300—700°С. Резко возрастает опасность образования трещин, если сварку производят на отливках из КЧ или ЧШГ до графитизирующего отжига при наличии свободных карбидов в структуре. Термическую обработку (отжиг или более сложную) желательно выполнить до и после проведения сварки.
Мерой повышения стойкости металла шва против образования горячих трещин является модифицирование его структуры. Так, проволока ПАНЧ-11 содержит в своем составе редкоземельные металлы, которые придают глобулярную форму неметаллическим включениям, нейтрализуют вредное действие серы.
Для исключения пор в высоконикелевых швах предупреждают попадание в них Н2 и О2. Действенными мерами являются: удаление, влаги, ржавчины, следов масла, краски со свариваемых деталей, максимальное снижение параметров режима Iсв Uд, сварка короткой дугой, применение защитных газов, подогрев до температуры 200—300 °С.
Источник : http://www.autowelding.ru