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 наплавленный 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 крупных 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.

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.