Газовая сварка чугуна

Прежде всего разграничим чугуны в зависимости от их структуры на три вида — белые, серые и ковкие. Все три вида в свою очередь делятся на легированные и н е- : легированные.

Теперь подробнее о каждом из видов. Белый чугун. Работа с ним (имеются в виду газосварочные работы) может быть только в части исправления брака литья, наплавки, наварки. Сам по себе белый чугун очень твердый металл, практически не обрабатываемый в машиностроении. Белый чугун — трудносвариваемый металл, очень жидкотекуч при сварке. Излом у него светло-серый.

Серый чугун. Применяется как конструкционный металл. Степень свариваемости (газовая сварка) может быть как хорошей, так и плохой, в зависимости от его структуры. Есть простая практика определения свариваемости чугуна. Если излом у серого чугуна черный — свариваемость плохая. Излом крупнозернистый, с крупными включениями графита— ограниченная свариваемость. При светло-сером изломе свариваемость будет хорошей.

Ковкий чугун. Наиболее применим в промышленности по причине хорошей обрабатываемости. Сам по себе совкий чугун — это результат переработки белого чугуна. Суть этой переработки в том, что белый чугун подвергается медленному нагреву (томлению) в течение нескольких суток при температуре 900—1000°С. Затем такими же медленными темпами происходит охлаждение.

Все три вида чугуна для конкретных целей могут быть легированы различными добавками для повышения их точности и улучшения технологичности.

Переходя к вопросу газовой сварки чугунных изделий, сразу оговоримся, что основной объем сварочных работ — это ремонт поврежденных или изношенных деталей или же исправление брака литья , обработки термической или механической.

Способов сварки чугуна достаточно много. Прежде всего, сварка может проводиться как с расплавлением основного металла, так и без этого. В свою очередь, сварка с расплавлением металла делится на холодную и горячую сварку. А сварка без расплавления основного металла предполагает пайкосварку с чугунным присадочным материалом и латунным припоем.

Холодная сварка. Холодная сварка не потребует предварительного нагрева деталей. Применима она в тех случаях, когда детали имеют возможность свободно расширяться без возникновения внутренних напряжений при нагревании (и охлаждении). Подготовку кромок можно выполнить как механическим, так и термическим способом (расплавить кромки вдоль шва). При термическом Способе жидкий чугун должен быстро удаляться присадочным прутком и тут же на кромки наносится флюс. Пламя, расплавляя кромки, удаляет жиры, которые могут глубоко проникнуть в пористый чугун. Сама газовая сварка осуществляется ацетиленкислородным пламенем. Горелки, которые используются при этом — универсальные Г 2 и ТЗ (шли их прототипы). Если применяются газы-заменители ацетилена, то используются уже специальные горелки ГЗУ. Можно использовать и горелки Г2 и ГЗ, но они должны быть обязательно укомплектованы наконечниками, которые на один номер больше, чем те, которые использовались при ацетиленкислородной сварке.

Что надо знать при использовании газов-заменителей ацетилена:

Газы-заменители дают менее концентрированное и более мягкое пламя, что дает меньший нагрев.

Ядро пламени будет менее различимым, чем у ацетиленового. Это значит, что работа с газами-заменителями ацетилена требует опыта, а если его нет— то обязательна консультация со специалистами или с практиками, имеющими достаточный опыт сварки с применением заменителей ацетилена.

Увеличится в 2—3 раза расход кислорода, что потребует его дополнительных запасов.

Эти три момента относятся как к холодной, так и к горячей сварке. Сама сварка производится нормальным пламенем или пламенем с небольшим избытком ацетилена.

Если ацетилена будет много, это приведет к образованию пор. Если же процесс сварки будет вестись медленно и пламя при этом будет окисляющим, то в шве будет большое количество оксидов и шлаковых включений.

Присадочным" материалом будет служить чугунный пруток длиной от 400 до 700 мм. Мощность пламени и диаметр присадочного прутка выбирают с учетом толщины свариваемой детали. Есть определенная зависимость диаметра присадочного прутка, номера наконечника горелки и площади дефекта, которая сведена в таблице:

Следующая таблица посвящена флюсам, Которые применяются при сварке (холодной и горячей) чугуна.

В зависимости от того, какие детали свариваются и какова структура наплавленного металла, марки и составы прутков будут различными, что видно на следующей таблице.

Горячая сварка. При горячей сварке обязателен предварительный подогрев свариваемых деталей. Детали при нагреве должны находиться в жестком закрепленном каркасе, что позволит устранить возникающие при нагреве напряжения, которые впоследствии, при сварке, могут привести к образованию трещин. Если нагрев носит местный характер, то жесткий каркас можно не применять. Крупные детали нагреваются до температуры 500—700°С , а мелкие (небольшие) до 300—400°С. Каким способом нагреть деталь, сварщик решает в зависимости от имеющихся условий. Конечно, лучше всего осуществить нагрев установками индукционного нагрева с применением токов промышленной частоты. Если есть возможность подогреть в горнах, тоже прекрасно. Но чаще всего нагрев осуществляется пламенными горелками, паяльными лампами и, конечно же, горелками индукционного типа ЛГК-15 и Л Г К-25.

Горячая сварка осуществляется по тем же правилам, как и холодная сварка. Действительны и все таблицы, приведенные для холодной сварки.

При горячей сварке чугуна обязательно применение флюсов, действие которых трояко. Попадая в сварочную ванну, они предотвращают окисление кромок твердого металла, извлекают оксиды и неметаллические включения из расплавленного металла, а также способствуют образованию пленки, защищающей его от воздействия газов пламени и воздуха. Положительное влияние флюсов сказывается также в улучшении смачивания поверхности твердого металла жидким присадочным металлом.

Кроме того, при сварке чугуна можно применять газообразный флюс БМ-1, который представляет собой смесь метилбората (70—75%) с метанолом (25—30%). Эта смесь в виде жидкости заливается в специальный флюсо смеситель типа КГФ-3, через который пропускается горячий газ для сварки. Поскольку флюс легко испаряется, пары его извлекаются горючим газом и подаются с ним по рукаву в горелку, где они сгорают в пламени. Процесс с использованием газообразного флюса называется газофлюсовой сваркой. Флюс БМ-1 обеспечивает получение густого, вязкого шлакового покрова на поверхности сварочной ванны.

Хотя, как уже было сказано, правила для горячей и холодной сварки одни и те же, надо остановиться на вопросе последовательности технологических операций при проведении горячей сварки.

Первое, что надо делать — это подготовить детали к сварке. Для этого надо очистить поверхность пламенем горелки или металлическим скребком (щеткой), а если потребуется, то и зубилом. Кромки надо разделать под углом 70°.

Второе — подогреть детали. Мало- и среднегабаритные детали надо подогревать до температуры 300— 400°С , а крупногабаритные — до 500—600°С (до появления коричнево-красного цвета).

Третье — процесс установки детали.

Установить деталь в зоне действия вытяжной вентиляции с расположением дефекта в нижнем положении и горизонтальной плоскости (продолжительность перерыва между окончанием подогрева и началом сварки для небольших отливок несложной конфигурации не должна превышать 3—5 мин во избежание охлаждения детали ниже 400°С).

Четвертое — нагрев и обработка поверхности.

Отрегулировать нормальное пламя удельной мощности 100—120 л/ч на 1 мм толщины металла и восстановительной ее частью (на расстоянии 2—3 мм от ядра), равномерно прогреть кромки дефекта до расплавления с одновременным нанесением флюса и равномерным распределением его по поверхности дефекта с помощью присадочного прутка.

Пятое — заполнение места сварки присадочным металлом.

Расплавить пруток наиболее горячей частью пламени (ближе к ядру) и заполнить дефект (трещину, ржавчину) расплавленным присадочным металлом, добавляя периодически флюс на кончике прутка.

Вести сварку ванным способом (отдельными сварочными ваннами длиной 20—50 мм каждая) с поддержанием металла в жидком состоянии до полного заполнения дефекта присадочным металлом; при заварке краевых дефектов поддерживать ванну в полужидком состоянии (для исключения стекания металла) за счет периодического отведения пламени от места дефекта для охлаждения ванны и изменения угла наклона горелки к поверхности изделия с 80 до 10°.

Удалять неметаллические включения из ванны в процессе сварки с помощью флюсования жидкого металла и интенсивного его перемешивания присадочным прутком.

Шестое - это окончание процесса сварки. Сначала надо медленно отвести горелку от поверхности ванны на 50—60 мм и наплавленный металл подогреть пламенем в течение 0,5—1,5 мин, накрыть деталь листовым асбестом для замедленного охлаждения металла шва и обеспечения, свойств сварного соединения, равноценных со свойствами основного металла.

Последним следует этап термообработки. Детали нагреваются, мелкие — до 300—40ОС, крупные — до 500— 600°С с последующим медленным охлаждением.

Низкотемпературная сварка чугуна. Это способ сварки без расплавления основного металла, поэтому он применяется в основном на последних стадиях обработки детали. Более низкая температура сварки уменьшает возможность появления деформаций, трещин, структур отдела (при охлаждении).

При этом способе образуется такое же соединение, как и при пайке, т.е. жидкая ванна не образуется. Плавке подвергается только присадочный пруток. Низкотемпературная сварка чугуна осуществляется двумя способами: с латунными припоями и с чугунными присадочными прутками. Рассмотрим их.

Сварка с латунными припоями. Основное преимущество этого способа -- в низкой температуре нагрева — до 650—750°С. Это достигается путем применения специальных флюсов и припоев (присадочных прутков), характеристики которых даны в предлагаемых ниже таблицах. Ведется сварка ацетиленокислородным пламенем. Допускается и использование газов-заменителей ацетилена. Мощность пламени в общем и целом должна соответствовать расходу ацетилена в пределах 60—75 литров. в час и бутана (пропана) 50—60 л/ч на 1 мм толщины металла. В зависимости от мощности пламени выбирается и номер наконечника горелки. Присадочные прутки, припои и флюсы для низкотемпературной пайкосварки чугуна даются в двух предлагаемых ниже таблицах.

Технология пайкосварки. В завершение темы пайкосварки чугуна подробно осветим вопрос последовательности технологических операций от начала до конца процесса. Первым, конечно же, будет процесс подготовки к пайкосварке. Будущее место наплавки и прилегающая поверхность очищаются от грязи, оксидов, других загрязнений. Очистка производится пламенем горелки и металлической щеткой.

Второе — разделка будущего места наплавки (дефекта). Здесь могут быть задействованы зубило, сверло, фреза, другие механические способы обработки поверхности. Схематично разделка дефекта под пайкосварку изображена на рис. 30а.

Третье — установка и нагрев детали. Сама деталь должна быть установлена в зоне действия вытяжной вентиляции с расположением дефекта в нижнем положении и горизонтальной плоскости.

Нагреть поверхности разделочного дефекта и металл в зоне дефекта до 300—350°С.

Нанести на поверхность дефекта флюс и нагреть его факелом пламени, а не ядром, во избежание выдувания. Горелку наклонить под углом 50—60°. На рис. 31 представлена пайкосварка правым способом.

Продолжить нагрев кромки дефекта до температуры. 750—800°С при использовании прутков УНЧ-2 и флюса МАФ-1 или до 900—950°С при применении прутков НЧ-2 и флюса ФСЧ2.

Одновременно нагреть конец прутка до оплавления и обмакнуть его во флюс.

Равномерно распределить флюс на поверхности дефекта концом прутка.

Расплавить конец прутка трением его о нагретую поверхность.

Четвертое — заполнение места разделки расплавленным металлом. Для этого расплавить пруток наиболее горячей частью факела пламени (на 2—3 мм от ядра).

Заполнить объем разделки каплями жидкого присадочного металла и ванным методом, перемещая горелку и пруток по винтовой восходящей линии или круговыми движениями, в зависимости от вида дефекта — см. рис. 30б.

Производить наплавку за один проход при толщине металла до 6 мы и в два прохода при толщине 8—12 мм. Периодически добавлять флюс в расплавленный металл и непрерывно перемешивать металл прутком, касаясь стенок дефекта.

И, наконец, пятое, завершающее действие, от правильности которого может зависеть весь результат предыдущей работы — правильное охлаждение места напайки (заварки). Затаренный участок медленно охлаждается под пламенем горелки в течение 1,5—3 мин. После этого, обеспечивая замедленное охлаждение, медленно отвести горелку. Очистить шов от остатков флюса и, в заключение, промыть его водой.