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 из-делия, 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 то-лько 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 последую-щих 3... 4 мм), на малых токах Iсв = (20... 25)dэ, не перегревая основной металл.
Сначала выполняют облицовку 1-м слоем. Сварку выполняют короткими участками, валиками небольших сечений FH = (6... 8) dэвразброс для ох-лаждения 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 уме-ньшения 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. 11.6).
При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения количества наплавленного металла рекомендуется в шов вваривать связи из круглой или полосовой стали (рис. 11.6, в). Для удержания расплавленного металла шва рекомендуется заформовать трещину (рис. 11.6, г).
Для снижения содержания углерода в металле шва предложено выпол-нять сварку по слою флюса, содержащего до 30 % железной окалины (нап-ример: 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 раст-воримой в металле. В результате концентрация углерода к моменту затверде-вания сварочной ванны * снижается. Твердость металла шва уменьшается, деформационная способность возрастает.
Однако для более полного эффекта выжигания углерода необходимо применять режимы сварки, характеризующиеся относительно большой по-гонной 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, ко-торую в виде ленты шириной 5... 7 мм навивают на стержень по винтовой линии. На электрод наносят ионизирующее толстое покрытие. Либо элект-род со стержнем, изготовленным из комбинированной проволоки, представ-ляющий собой сердечник стальной проволоки, плотно запрессованный в мед-ную трубку, изготовляют на станках для производства порошковой проволо-ки.
Может быть также и другой вариант: медный стержень со стальной оболочкой. Во всех разновидностях содержание железа в наплавленном ме-талле не должно превышать 10... 15 %, так как в противном случае в шве образуются (в большом количестве) очень твердые включения железа с высо-ким 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 связыва-ют 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 03Ч-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 желез-ного порошка (15 %). Флюс насыпают слоем толщиной около 10 мм, расплавляют дугой; далее по мере перемешивания дуга горит между медным электродом и расплавленным флюсом.
Рис. 11.6. Сварка чугуна с применением стальных шпилек:
установка шпилек при V-образной подготовке кромок; б - обварка шпилек;
в - вварка стальных связей: У - отверстия с резьбой;
2 - шпильки; 3 - связи; 4 - обварка шпилек и связей; 5 - заварка трещин;
г - формовка при сварке чугуна: / - верхняя; 2 - боковая
Существует несколько типов медно-железных электродов:
1. Медный стержень с оплеткой из жести толщиной 0,25... 0,3 мм, ко-торую в виде ленты шириной 5... 7 мм навивают на стержень по винтовой линии. На электрод наносят ионизирующее толстое покрытие. Либо элект-род со стержнем, изготовленным из комбинированной проволоки, представ-ляющий собой сердечник стальной проволоки, плотно запрессованный в мед-ную трубку, изготовляют на станках для производства порошковой проволо-ки.
Может быть также и другой вариант: медный стержень со стальной оболочкой. Во всех разновидностях содержание железа в наплавленном ме-талле не должно превышать 10... 15 %, так как в противном случае в шве образуются (в большом количестве) очень твердые включения железа с высо-ким 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 связыва-ют 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 03Ч-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.
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 кар-биды 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 прово-локи 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 % Мп; 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 преды-дущего на половину его ширины. После 2-го слоя силу тока увеличивают на 15... 20 %; окончательно разделку заполняют электродами У ОНИ-13/45.
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 желез-ного порошка (15 %). Флюс насыпают слоем толщиной около 10 мм, расп-лавляют 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 кар-биды 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 прово-локи 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 % Мп; 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 преды-дущего на половину его ширины. После 2-го слоя силу тока увеличивают на 15... 20 %; окончательно разделку заполняют электродами У ОНИ-13/45.
Область применения таких электродов - сварка поврежденных деталейи 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 ними электродами, имеют удовлетворительную обрабатываемость, плотность и достаточно вы-сокую 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.
