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 величиной 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 растворяющие 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 ввёртышами. При сварке чугуна стальными электродами без специального покрытия требуется особо тщательное соблюдение техники сварки. Процесс сварки стальными электродами трудоемкий, имеет низкую производительность и требует высокой квалификации сварщика. Возможности способа сварки низкоуглеродистыми 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 МНЧ-2, 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 МНЧ-2 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.