Материал: Технология ремонта танков [учебник].

Аргоно-дуговая сварка алюминиевых сплавов. Сущность этого способа сварки заключается в том, что электрическая дуга горит между вольфрамовым электродом и основным металлом в струе ней­ трального газа — аргона. В зону электрической дуги вводят приса­ дочный стержень (рис. 142).

1 — сварочный генератор; 2 и 3 —контрольные приборы; 4 — рео­

Аргон надежно защищает расплавленный металл от кислорода воздуха. Поэтому исключается возможность окисления расплавлен­ ного металла; шов получается плотный, без пор и раковин.

Кроме того, вследствие блокады зоны нагрева аргоном зона тер­ мического влияния меньше, чем при обычной сварке. Это способст­ вует уменьшению внутренних напряжений в металле.

250

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЧУГУНА

Сварка чугуна имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при разработке технологического процесса сварки. Ос­ новные из этих особенностей следующие: при быстром охлаждении в металле возникают большие внутренние напряжения и наблю­ дается отбеливание сплава; в нагретом состоянии чугун не пласти­ чен и имеет повышенную жидкотекучесть.

Образование больших внутренних напряжений в металле объяс­ няется значительной усадкой чугуна в процессе охлаждения. Ве­ личина усадки различна для разных чугунов и определяется изме­ нением общего объема сплава за весь период охлаждения. Для серого чугуна величина усадки составляет 1,2—1,3%, Для белого— 1,5—2,0%. Когда напряжения, вызванные усадкой сплава, дости­ гают предела прочности, в наплавленном слое и в металле детали возникают трещины. Наиболее часто микроскопические трещины образуются при сварке чугуна холодным способом.

Отбеливание серого чугуна наблюдается при быстром его ох­ лаждении после нагрева до температуры 800—900°С. Это объяс­ няется тем, что при быстром охлаждении чугуна углерод не успе­ вает выделиться в виде графита и образуется карбид железа (БезС). Интенсивность выделения графита зависит также и от химическо­ го состава металла. Углерод и кремний способствуют выделению графита и получению серого чугуна. При содержании 3,8—4,0% кремния практически весь цементит распадается и выделяется гра­ фит. При содержании кремния меньше 0,8% распад цементита на графит и феррит затрудняется или не происходит.

Марганец препятствует выделению графита и способствует от­ беливанию чугуна. Учитывая, что марганец необходим для связы­ вания серы, его вводят в состав чугунных присадочных стержней в количестве до 0,8%.

Сера также способствует отбеливанию чугуна. Фосфор же не оказывает существенного влияния на графитизацию и отбеливание чугуна.

Сравнительно низкая температура (1100—1250°С) плавления и быстрая кристаллизация чугуна вызывают пористость шва. При быстром переходе чугуна из твердого состояния в жидкое газы, образовавшиеся в ванне металла, не успевают выделяться. Поэто­ му шов получается пористый.

При сварке чугуна на поверхностях кромок шва и наплавленно­ го слоя образуется пленка тугоплавких (1350°С) окислов кремния, которая также препятствует выделению газов.

В процессе сварки чугуна в результате восстановления железа углеродом интенсивно разбрызгивается металл. Это вызывает по­ тери металла и пористость наплавленного слоя.

Благодаря жидкотекучести чугуна расплавленная ванна метал­ ла быстро растекается по поверхности детали, что затрудняет про­ цесс формирования шва.

251

Чугун хорошо сваривается, если применяются соответствующие присадочный материал и флюс и обеспечивается медленное охлаж­ дение детали после сварки. Учитывая, что в процессе сварки чугу­ на выгорает значительное количество кремния, способствующего графитизации сплава, его желательно вводить в ванну через приса­ дочный материал или электрод. При введении кремния в зону свар­ ки уменьшается также разбрызгивание металла.

При медленном охлаждении чугуна цементит полностью распа­ дается на феррит и графит, благодаря чему предупреждается от­ беливание чугуна и уменьшаются внутренние напряжения в метал­ ле; кроме того, обеспечиваются условия для выхода газов из сва­ рочной ванны, и поэтому шов получается плотный. Для повышения плотности наплавленного металла применяют также флюсы, пони­ жающие температуру плавления тугоплавких окислов.

Сварку чугуна производят горячим или холодным способом. При сварке горячим способом деталь предварительно нагревают до 600—650°С. Холодная сварка производится без предварительного нагрева детали или с предварительным подогревом участка сварки до температуры не выше 250—300°С.

Сварка чугуна горячим способом. В ремонтных предприятиях тре­ щины и другие механические повреждения на ответственных дета­ лях сложной конфигурации из серого чугуна обычно заваривают го­ рячим способом с применением газовой сварки.

С металлургической точки зрения процесс горячей сварки чугуна характеризуется значительным объемом жидкого металла в свароч­ ной ванне. Это способствует уменьшению скорости охлаждения рас­ плавленного металла, вследствие чего уменьшается возможность отбеливания чугуна, предупреждается образование трещин и созда­ ются условия для получения плотного наплавленного металла.

После подготовки кромок трещины, деталь нагревают в двухка­ мерной муфельной печи. Сначала деталь в камере предварительно­ го нагрева подогревают до 250°С, а затем ее устанавливают в каме­ ру окончательного нагрева и нагревают до 650°С. Нагретую деталь помещают в ящик (шкаф) с термоизоляцией и приступают к свар­ ке. Ерли ящик с термоизоляцией отсутствует, то деталь накрывают листовым асбестом.

В качестве присадочного материала применяют прутки диаметром

углекислый натрий (ЫаНСОз) — 47 и кремнезем (Si02) — 3. Флюс предварительно прокаливают при температуре 750—800°С

и измельчают в порошок.

Мощность сварочной горелки устанавливают из расчета 150 л/ч ацетилена на 1 мм толщины детали. Сварочное пламя должно быть нормальное или с небольшим избытком ацетилена. Окислительное

252

пламя применять не следует, так как при этом интенсивно выгорает углерод и кремний.

Детали сложной конфигурации после сварки подвергают от­ пуску при температуре 600—650°С.

Горячая сварка чугуна с применением в качестве присадочного материала чугунных прутков является наиболее надежным и каче­ ственным способом восстановления деталей сложной конфигура­ ции. Однако этот способ сварки чугуна применяют ограничено. Это объясняется сложностью технологического процесса сварки. Кроме того, необходимо иметь специальные печь и,термошкаф.

Сварка чугуна холодным способом. При ремонте машин приме­ няют холодную сварку чугуна следующими способами: стальными малоуглеродистыми электродами; электродами из цветных метал­ лов, комбинированными электродами и пучком электродов (способ А. Г. Назарова).

С в а р к а с е р о г о ч у г у н а с т а л ь н ы м и э л е к т р о д а - м и обладает некоторыми особенностями. Сталь наплавленная на чугун обогащается углеродом, поэтому возможно повышение хруп­ кости шва и образование микротрещин в наплавленном слое. Дру­ гая особенность заключается в том, что при наплавке стали иа чу­ гун наблюдается плохое соединение наплавленного металла с ос­ новным. Это объясняется разной усадкой чугуна и стали. Для упрочнения связи между металлом детали и швом рекомендуется постановка шпилек на резьбе. Шпильки предварительно обвари­ вают кругом, а затем шов заполняют обычным способом. Несмотря на эти недостатки, за последние годы холодная сварка чугуна стальными электродами марки ЦЧ-4 получила широкое примене­ ние. Электрод ЦЧ-4 состоит из проволоки Св-08А, покрытой обмаз­

вают на жидком стекле в количестве 28—30% к его общему весу. Толщина обмазки рекомендуется 0,8 мм. Сварку производят по­ стоянным током обратной полярности. При диаметре проволоки 3 мм ток принимают ПО— 120 а.

При постановке шпилек и использовании таких электродов шов надежно соединяется с основным металлом. Твердость наплавлен­ ного металла равна ПЪНВ.

Расплавленная обмазка образует надежную шлаковую защиту, которая уменьшает выгорание кремния и замедляет остывание шва.

При правильном выборе режима сварки, когда глубина рас­ плавления основного металла не превышает 1,5—2,0 мм, умень­ шается хрупкость в переходной зоне; в сварном шве образуется меньше трещин; металл сварного шва хорошо механически обра­ батывается.

С в а р к а ч у г у н а м е д н о - н и к е л е в ы м и э л е к т р о д а - м и обеспечивает хорошие результаты и применяется тогда, когда наплавленный шов подлежит последующей механической обработ­ ке режущим инструментом. Медно-никелевые электроды имеют

253

следующий химический состав: медь — 25—30%; никель — 60— 70%; марганец— 1,5—2 ,0 % и железо — до 3%. Медно-никелевые стержни покрывают обмазкой, состоящей из 60% мела и 40% гра­ фита.

Вследствие низкой температуры плавления медно-никелевых электродов чугун при сварке не подвергается большому нагреву. Однако не всегда обеспечивается надежное сцепление наплавлен­ ного слоя с металлом детали.

Медно-никелевый сплав дает большую усадку, поэтому сварку ведут короткими (не более 50 мм) валиками с перерывами для ох­ лаждения во избежание повышенного нагрева детали. Учитывая, что при использовании медно-никелевого электрода получается по­ ристый шов, наплавленный металл в горячем состоянии подвер­ гают легкой проковке. При сварке этими электродами применяют постоянный ток обратной полярности. Для деталей с толщиной стенки от 4 до 20 мм применяют электрод диаметром 3—4 мм; ве­ личину тока устанавливают 90—120 а.

С в а р к а ч у г у н а к о м б и н и р о в а н н ы м и э л е к т р о ­ д а м и обеспечивает высокое качество ремонта деталей. Плотный, прочный и вязкий шов образуется при содержании в наплавленном металле 80—90% меди и 20—10% железа. Такое соотношение ме­ ди и железа обеспечивается при использовании медной проволоки диаметром 3-г4 мм, обернутой белой жестью. В состав белой жести входит марганец, который раскисляет металл и предупреждает об­ разование закиси меди. Наружную поверхность жести покрывают меловой или качественной обмазкой.

Склонность чугуна к отбеливанию заметно уменьшается при электродуговой холодной сварке медно-железными электродами за­ вода ЦНИИ МПС марки 034-1 с обмазкой состава: железный по­ рошок— 50% и обмазка УОНИИ 13/55—50%. При таком соотно­ шении компонентов обмазки в наплавленном металле получают

10—15% железа.

Перед сваркой для удаления влаги разделанные кромки трещи­ ны рекомендуется нагревать ацетилено-кислородным пламенем. Горелку регулируют так, чтобы пламя было нормальное или с не­ большим избытком ацетилена. Трещины большой протяженности нагревают участками длиной 100—150 мм; последующий участок начинают нагревать после охлаждения предыдущего до 50—60°С. К электродуговой сварке трещины приступают после полного ох­ лаждения подготовленных кромок.

Режим сварки комбинированными (железо-медными) электро­ дами рекомендуется следующий: диаметр электрода 3-г4 мм\ ток—

120—140 а.

Трещины заваривают продольными валиками обратно ступен­ чатым способом; длина ступеней рекомендуется 40—50 мм. Вали­ ки накладывают через ступень, смещая стыки каждой ступени. Ограничивающие трещины отверстия заваривают после заполнения кромок валиками.

254