Реферат: Газове і дугове зварювання чавунів

Властивості чавунів

Чавуном називають сплав заліза з вуглецем, що містить від 2,14 до 6,7% вуглецю. Найчастіше застосовуються чавуни зі змістом від 2,6 до 3,6% вуглецю, до 5% кремнію і до 2% марганцю, далі йдуть домішки сірки і фосфору. У спеціальні чавуни вводять легуючі добавки: нікель, хром, молібден, ванадій, титан. У залежності від стану вуглецю і легуючих добавок у сплаві розрізняють білі, сірі, ковкі і високоміцні чавуни.

Білий чавун має в зламі білий чи ясно-сірий колір; вуглець у ньому знаходиться в хімічно зв'язаному стані у виді карбіду заліза — цементиту Fe3C. Цементит тендітний, має високу твердість (800 НВ), тому і білий чавун має високу твердість і крихкість, не піддається механічній обробці й обмежено застосовується як конструкційний матеріал.

Сірий чавун (ДСТ 1412-79) має в зламі сріблистий колір, що пояснюється змістом частини вуглецю у виді пластинчастого графіту і частини вуглецю в хімічно зв'язаному стані у виді перліту.

Ковкий чавун одержують з білого спеціальною термічною обробкою для підвищення пластичних властивостей у порівнянні з властивостями сірого чавуна.

Високоміцний чавун (ДСТ 7293 - 79) містить графіт кулястої форми, одержуваний у результаті додавання в сплав деяких елементів (магній, церій і ін.) і продування через рідкий чавун азоту.

Марки чавунів позначаються: СЧ 10 (сірий чавун з межею міцності при розтяганні 100 Мпа і при вигині 280 Мпа); КЧ 30 — 6 (ковкий чавун з межею міцності при розтяганні не менш 300 Мпа і відносним подовженням не менш 6 %); ВЧ 38-17 (високоміцний чавун з межею міцності при розтяганні не менш 380 Мпа і відносним подовженням не менш 17%).

Чавуни менш міцні і більш тендітні, чим стали, не дешевше сталей і краще відливаються у форми. Тому чавуни широко використовують для виготовлення литих виробів.

Зварюваність чавунів

Утруднення при зварюванні чавунів порозуміваються наступними їхніми властивостями.

1. Відсутність площадки плинності чавуна і низька пластичність приводять до появи тріщин при напругах, що досягає величини тимчасового опору розриву. Ці напруги можуть виникати при нерівномірному нагріванні й охолодженні під час чи виливка зварювання деталей і при експлуатації виробу. Тріщини можуть утворитися як в основному металі, так і в металі шва в процесі зварювання і при охолодженні звареного виробу.

2. Схильність чавуна при високих швидкостях охолодження гартуватися з утворенням тендітних структур мартенситу, бейнита і троостита. У загартованих ділянках чавун стає твердим (800 НВ) і не піддається механічній обробці. Гартівні структури шкідливі ще і тому, що їхнє утворення супроводжується появою внутрішніх напружень і утворенням далі тріщин.

3. Здатність чавуна до відбілювання при швидкому охолодженні місця зварювання звичайно приводить до утворення тонкого вибіленого прошарку на границі звареного шва і металу виробу. Цей вибілений прошарок має низьку пластичність у порівнянні з іншими ділянками звареного з'єднання і під впливом сили, що розтягує, що утвориться при охолодженні звареного з'єднання, він разом з наплавленим металом відколюється від основного чи металу викликає тріщину по границі вибіленого прошарку з основним металом.

4. Чавуни не мають тістоподібного стану при переході від рідкого до твердого. Це властивість чавуна утрудняє зварювання його в похилому і вертикальному положеннях і не дозволяє вести зварювання в стельовому положенні.

5. Схильність до утворення пористості, що порозумівається низькою температурою плавлення чавунів (Тпл чавуна 1142 °С при змісті вуглецю 4,3%; промислові чавуни звичайно мають Тпл = 12001250 °С) і швидким переходом з рідкого у твердий стан його. Тому гази (в основному CО і СО2, що утворяться при окисній атмосфері) не устигають виділитися з металу.

6. Різнорідність чавунних виробів по хімічному складі, термічній обробці і структурі, що вимагає різноманітної технології і прийомів зварювання. Дрібнозернисті сірі чавуни зварюються краще, ніж грубозернисті. Погано зварюються чорні чавуни, які в зламі мають грубозерниста будівля темного кольору. Такі чавуни називають графітними, тому що в них весь вуглець знаходиться у виді вільного графіту. При зварюванні чавуна з такою структурою не виходить необхідна якість звареного з'єднання.

Високоміцні і ковкі дрібнозернисті чавуни зварюються краще, ніж сірі.

Класифікація видів обробки чавунів

1. По характері обробки: з'єднання чавунних деталей зварюванням, заварка тріщин у виробах і виправлення наплавленням поверхневих дефектів чавунного лиття.

2. По способі нагрівання при зварюванні: без підігріву виробу (холодне зварювання) і з підігрівом виробу (гаряче зварювання).

3. По виду зварювання: дугова, газова і електрошлаке зварювання.

Зварювання чавуна без додаткового підігріву виробу

Зварювання чавуна без підігріву вживається ширше, ніж зварювання чавуна з підігрівом виробу. Основні види зварювання чавуна без підігріву: ручне дугове зварювання покритими електродами, порошковим і самозахисним дротом і вертикальним зварюванням із примусовим формуванням металу шва.

Вертикальне зварювання чавуна з примусовим формуванням металу шва. Вона призначена для виготовлення великих ливарно-зварених виробів з товщиною стінки до 100 мм. Процес з'єднання деталей ведеться без підігріву і термічної обробки, що дає значний економічний ефект. Інститут розробив спеціальний дріт і флюс, що забезпечують метал шва у виді модифікованого чавуна. Твердість металу шва і зони термічного впливу не перевищує 220 - 230 НВ, оброблюваність з'єднання гарна.

Зварювання сталевими електродами з застосуванням шпильок. Зварювання комбінується з механічним посиленням зони сплавки укручуванням у тіло виробу сталевих шпильок, що зв'язують метал шва й основний метал, розвантажуючи тендітний загартований прошарок у зоні сплавки.

При зламі виробу з товщиною стінки до 12 мм шпильки можуть увертатися без оброблення крайок. При товщині більш 12 мм місце зламу підготовляється з обробленням. Діаметр шпильок залежить від товщини виробу, що зварюється: при товщині до 12 мм діаметр шпильки повинний бути не більш 6 мм; діаметр шпильок більш 16 мм і менш 3 мм не рекомендується. Діаметр шпильок звичайно дорівнює 0,15-0,2 товщини деталі.

Кількість шпильок, який потрібно поставити на одну сторону тріщини, залежить від якості чавуна, навантаження, що несе деталь, довжини тріщини й ін. Максимальна кількість шпильок по їхній площі не повинне перевищувати 0,25 площі зламу деталі.

Висота шпильок над поверхнею дорівнює 0,5-1 діаметра шпильки, але не більш 5 - 6 мм; глибина укручування - 1,5 діаметра шпильки.

Покриті електроди будь-якої марки, що забезпечують м'який наплавлений метал, беруть діаметром не більш 3 - 4 мм, струм - 100-120 А. Знижений струм забезпечує малу глибину розплавлювання чавуна і мінімальне нагрівання виробу, що зменшує відбілювання і запобігає появі тріщин.

Процес зварювання. Спочатку кільцевими швами обварюються укручені шпильки. Обварку потрібно робити врозкид, для того щоб одержати по можливості більш рівномірне нагрівання металу деталі. Потім заплавляють ділянки між обвареними шпильками, причому заварка також ведеться окремими валиками. Довжина кожного валика не повинна перевищувати 100 мм. Другий шар валиків наноситься перпендикулярно напрямку валиків першого шару. Після нанесення наплавлення на кожну сторону поверхні крайок переходять до заварки оброблення і тріщини. В останньому випадку діаметр електродів можна прийняти 4 мм і зварювальний струм 120-140 А.

Для прискорення заварки тріщини у виробі товщиною більш 10 мм уводять додаткові сталеві зв'язки (мал. 1). Зв'язки і проміжки між ними прова-

Рис. 1. Розташування сталевих зв'язків у металі шва при холодному зварюванні чавуна: 1 - шпильки, 2 - сталеві зв'язки

рюються не цілком. Зверху вся поверхня звареного з'єднання покривається сталевим наплавленим металом.

Зварювання сталевими електродами з застосуванням шпильок можуть виконуватися в будь-якім просторовому положенні без демонтажу всього чавунного виробу.

Порошкові і самозахисні дроти для зварювання чавунів без підігріву. До складу шихти порошкового дроту марок ППАНЧ-1 і ППАНЧ-2 уведені графіт, ферросилицій, феромарганець, ферротитан, алюміній і залізо. Діаметр дроту 3 мм. Самозахисним дротом на нікелевій основі марки ПАНЧ-11 (дріт Академії наук, для чавуна, модель 11) можна виконувати зварювання деталей з чавуна сірого, ковкого і високоміцного в сполученні зі сталевими деталями і виконувати ремонтні роботи при відновленні тонкостінних деталей, що особливо працюють під тиском. Діаметр дроту 1,2 мм, зварювальний струм 100-140 А, напруга дуги. 14-18 В, швидкість зварювання 10-15 см/хв.

Зварювання чавуна без підігріву покритими електродами. Застосовуються електроди мідно-сталеві на мідному дроті марки ОЗЧ-2 (досвідчений завод, для чавунів, модель друга), метало нікелеві марки ОЗЖН-1, мідно-нікелеві марки МНЧ-2, електроди на дроті Св-08 марки ЦЧ-4 і ін., якими користаються в основному в ремонтних роботах по зваренню різних дефектів на оброблюваних, оброблених і необроблюваних поверхнях.

Пайка чавуна. Пайка являє собою процес з'єднання деталей нагріванням до температури плавлення припоя, що заповнює зазор між з’єднаннями деталями. Основний метал при пайку не плавиться. У якості припоїв використовують спеціальні чавунні матеріали (НЧ-2, УНЧ-2), латунні припої (ЛОК59-1-03, ЛОМНА), легкоплавкі олов’яно-свинцеві припої (ПОСЗО, ПОС40) і ін.