№107 Особенности сварки чугунов

Особенности сварки чугунов.

Свойства чугунов.

Чугуном называют сплав железа с углеродом, содержащий от 2,14 до 6,7% углерода. Чаще всего применяются чугуны с содержанием от 2,6 до 3,6% углерода, до 5% кремния и до 2% марганца, далее идут примеси серы и фосфора. В специальные чугуны вводят легирующие добавки: никель, хром, молибден, ванадий, титан. В зависимости от состояния углерода и легирующих добавок в сплаве различают белые, серые, ковкие и высокопрочные чугуны.

Белый чугун имеет в изломе белый или светло-серый цвет; углерод в нем находится в химически связанном состоянии в виде карбида железа — цементита Fe₃C. Цементит хрупок, обладает высокой твердостью (800НВ), поэтому и белый чугун имеет высокую твердость и хрупкость, не поддается механической обработке и ограниченно применяется в качестве конструкционного материала.

Серый чугун (ГОСТ 1412 — 79) имеет в изломе серебристый цвет, объясняемый содержанием части углерода в виде пластинчатого графита и части углерода в химически связанном состоянии в виде перлита.

Ковкий чугун получают из белого специальной термической обработкой для повышения пластических свойств по сравнению со свойствами серого чугуна.

Высокопрочный чугун (ГОСТ 7293 — 79) содержит графит шаровидной формы, получаемый в результате добавления в сплав некоторых элементов (магний, церий и др.) и продувания через жидкий чугун азота.

Марки чугунов обозначаются:

• СЧ 10 (серый чугун с пределом прочности при растяжении 100МПа и при изгибе 280МПа);

• КЧ 30 — 6 (ковкий чугун с пределом прочности при растяжении не менее 300МПа и относительным удлинением не менее 6%);

• ВЧ 38 — 17 (высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении не менее 380МПа и относительным удлинением не менее 17%).

Чугуны менее прочны и более хрупки, чем стали, но дешевле сталей и лучше отливаются в формы. Поэтому чугуны широко используют для изготовления литых изделий.

Свариваемость чугунов.

Затруднения при сварке чугунов объясняются следующими их свойствами:

1. Отсутствие площадки текучести чугуна и низкая пластичность приводят к появлению трещин при напряжениях, достигающих, величины временного сопротивления разрыву. Эти напряжения могут возникать при неравномерном нагреве и охлаждении во время отливки или сварки деталей и при эксплуатации изделия. Трещины могут образоваться как в основном металле, так и в металле шва в процессе сварки и при охлаждении сварного изделия.

2. Склонность чугуна при высоких скоростях охлаждения закаливаться с образованием хрупких структур мартенсита, бейнита и троостита. В закаленных участках чугун становится твердым (800НВ) и не поддается механической обработке. Закалочные структуры вредны еще и потому, что их образование сопровождается появлением внутренних напряжений и образованием далее трещин.

3. Способность чугуна к отбеливанию при быстром охлаждении места сварки обычно приводит к образованию тонкой отбеленной прослойки на границе сварного шва и металла изделия. Эта отбеленная прослойка имеет низкую пластичность по сравнению с другими участками сварного соединения и под влиянием растягивающей силы, образующейся при охлаждении сварного соединения, она вместе с наплавленным металлом откалывается от основного металла или вызывает трещину по границе отбеленной прослойки с основным металлом.

4. Чугуны не имеют тестообразного состояния при переходе от жидкого к твердому. Это свойство чугуна затрудняет сварку его в наклонном и вертикальном положениях и не позволяет вести сварку в потолочном положении.

5. Склонность к образованию пористости, что объясняется низкой температурой плавления чугунов (Т_пл чугуна 1142°С при содержании углерода 4,3%; промышленные чугуны обычно имеют Т_пл = 1200 ÷ 1250°С) и быстрым переходом из жидкого в твердое состояние его. Поэтому газы (в основном СО и С0₂, образующиеся при окислительной атмосфере) не успевают выделиться из металла.

6. Разнородность чугунных изделий по химическому составу, термической обработке и структуре, что требует разнообразной технологии и приемов сварки. Мелкозернистые серые чугуны свариваются лучше, чем крупнозернистые. Плохо свариваются черные чугуны, которые в изломе имеют крупнозернистое строение темного цвета. Такие чугуны называют графитными, так как в них весь углерод находится в виде свободного графита. При сварке чугуна с такой структурой не получается необходимое качество сварного соединения.

Высокопрочные и ковкие мелкозернистые чугуны свариваются лучше, чем серые.

Классификация видов обработки чугунов.

1. По характеру обработки: соединение чугунных деталей сваркой, заварка трещин в изделиях и исправление наплавкой поверхностных дефектов чугунного литья.

2. По способу нагрева при сварке: без подогрева изделия (холодная сварка) и с подогревом изделия (горячая сварка).

3. По виду сварки: дуговая, газовая и электрошлаковая сварка.