Ремонт чугунных и алюминиевых деталей сваркой

Сварка чугунных деталей. Такая сварка вызывает значительные трудности:

из-за отсутствия площадки текучести у чугуна, хрупкости и не­большого предела на растяжение, что часто служит причиной обра­зования трещин;

отсутствия переходного пластического состояния при нагреве до плавления: из твердого состояния чугун сразу переходит в жидкое. Жидкотекучесть затрудняет ремонт деталей даже с небольшим ук­лоном от горизонтального положения;

получения отбеленных участков карбида железа (Fe₃C — цемен­тит), трудно поддающихся механической обработке.

Чугун можно сваривать дуговой сваркой металлическим или угольным электродом, газовой сваркой, заливкой жидким чугуном, порошковой проволокой, аргонодуговой сваркой и т. д.

Выбор способа и метода сварки зависит от требований к соеди­нению. При определении метода учитывают: необходимость меха­нической обработки металла шва и околошовной зоны после свар­ки, получения однородности металла шва с металлом свариваемых деталей; требования к плотности шва; нагрузки, при которых долж­ны работать детали.

Холодную сварку выполняют без предварительного по­догрева деталей. Не допускаются отбел чугуна и закалка сварного шва. Наплавленный металл должен быть достаточно пластичным.

На получение качественного соединения влияют технологичес­кие и металлургические факторы. К первым относят силу тока, на­пряжение дуги и скорость наплавки, ко вторым — графитизацию, Удаление углерода и карбидообразование

Сваривать рекомендуется на низких режимах при силе тока 90... 120А электродами с малым диаметром (3 мм), короткими вали­ками (длиной 40...50 мм), охлаждением деталей после наложения каждого валика до температуры 330...340 С. Это позволяет в неко­торой степени снизить долю основного металла в металле шва и значение сварочных напряжений посредством проковки валиков шва сразу же после окончания сварки.

Чтобы получить более мягкую перлитно-ферритную структуру, необходимо, чтобы процесс графитизации прошел более полно т. е. до такой стадии, при которой осталось бы мало углерода в свя­занном состоянии. Ускорению графитизации способствуют такие элементы, как С, Si, Al, Ti, Ni и Си. Введение в состав наплавочных материалов кислородсодержа­щих компонентов способствует максимальному удалению избы­точного углерода. Карбидообразующие элементы W, Сг, V и Мо связывают углерод в труднорастворимые карбиды.

Ручную дуговую холодную сварку чугуна сталь­ными электродами подразделяют на сварку стальными электрода­ми без специальных покрытий; с карбидообразующими элемента­ми в покрытии; с окислительными покрытиями.

Стальными электродами без специальных покрытий сваривают тогда, когда не требуется механическая обработка и не оговарива­ются плотность и прочность соединения. В качестве электродного материала для сварки малоуглеродистых сталей применяют элект­роды Э-34 и Э-42. Основной ее недостаток — появление трещин и отбеленных структур в самом шве и околошовной зоне.

В конце 50-х годов изобретателем Л. И. Вититловым была пред­ложена сварка методом отжигающих валиков, позволившая расши­рить возможности использования стальных электродов. Ее сущ­ность состоит в следующем. Трещину предварительно разделывают. Наносят короткими участками (15...25 мм) вразброс вначале на одну кромку разделанной трещины подго­товительные и отжигающие валики, а затем на другую — соответственно валики не соединяя их.

Валики наплавляют высотой 4...5 мм снизу, покрывая преды­дущий на 60...70 %. После того как они будут наложены по всей длине трещины, деталь охлажда­ют до температуры 70...80 °С, а затем заваривают также вразброс промежутки между ними соеди­нительными валиками.

Исследования распределения твердости шва показали, что с использованием отжигающих валиков она снижается на 20...25 HRC по сравнению со сваркой без от­жигающих. Это про­исходит за счет уменьшения со­держания карбидных структур в переходной зоне. Шов свободно поддается механической обработ­ке резанием. Его прочность и плотность удовлетворительные. Не­достаток способа — весьма высокие трудоемкость процесса и ква­лификация сварщика.

При холодной сварке чугуна широко используют проволоки ПАНЧ-11 и ПАНЧ-12.

Установлено, что наличие большого количества никеля при со­четании с редкоземельными элементами (литий, церий и др.) по­зволяет получить пластичный, без трещин и пор металл шва. В зоне сплавления отсутствует ледебурит.

Разработана высокоэффективная технология заварки трещин в стенках водяных рубашек чугунных блоков цилиндров дизелей. Она заключается в следующем. Трещины заваривают проволокой ПАНЧ-11 на обратной полярности. Режимы сварки: I = 100...140А, U = 14...18 В, v = 0,15...0,25 см/с, диаметр проволоки 1,4 мм. Место расположения трещины зачищают до металлического блеска. Рядом с трещиной по обе стороны от нее на расстоянии 7...10 мм шлифовальным кругом разделывают канавку по всей длине трещины Глубина разделки 1.5...3мм и ширина 3...5мм. Заваривают короткими участками (20...50 мм) поперек трещины с заполнением металлом подготовленных канавок.

Валики накладывают поочередно от краев трещины к середине. Каждый из них охлаждают до температуры 40...60С, прежде чем будет нанесен последующий. Обязательное условие — перекрытие предыдущего валика последующим на 1/3 его ширины. Разделан­ные канавки вдоль трещины служат упорами в усадке шва и стягива­ют ее. Данный способ удовлетворяет требованиям на сварной шов по герметичности и прочности.

При холодной сварке чугуна газовым пламенем применяют прутки ПЧЗ, НЧН1, ПЧН2 и ПЧВ. Допускается использовать также изношенные поршневые кольца. В качестве флюсов служат техни­ческая бура или смесь — 50 % буры и 50 % двууглекислого натрия.

Заварка трещин косвенной дугой заключается в том, что между двумя стальными электродами возбуждается дуга. Тепловой поток расплавляет поверхность чугунных деталей. Выду­ваемая большая часть расплавленного чугуна образует своеобраз­ную разделку необходимой глубины. Сваривают сразу после раздел­ки, пока деталь нагрета.

При разделке трещины деталь устанавливают вертикально для стекания расплавленного металла, а для сварки ее переводят в гори­зонтальное положение, удалив предварительно наплывы и подтека­ния металла. Допускается заваривать трещины на деталях с толщи­ной стенки до 6 мм без разделки. Канавку глубиной 6...8 мм, полу­ченную после разделки, заваривают в один слой. Более глубокую канавку заваривают в два и более слоя, удаляя шлаковую корку после каждого из них.

Оптимальный режим раздел­ки и варки: I=250...330А; U= 44...48 В; скорость разделки и варки соответственно 3...8 и 5...8 мм/с. В качестве источника тока ис­пользуют установку ВДУ-504 или ВДУ-506. Они оснащены размыкателями. Если применя­ют источник ВС-500 или ВС-600, то его необходимо снабдить размыкателем напряжения. Элект­род для сварки косвенной дугой состоит из двух элементов: элект­рода (Э-42, Э-46 или Э-50)диаметром 5. мм и надетой на него сталь­ной трубки 3 (рис. 3.20). Последнюю можно свернуть из стальной полосы. Обмазка электрода служит одновременно и изолятором.

Трубку насаживают на электрод,- предварительно просушив его при температуре 180 °С в течение 40 мин. Положительный полюс источника подключают к внутреннему электроду (аноду), а отрица­тельный — к трубке (катоду) и параллельно к детали. Электрод зак­репляют в держатель. Включают размыкатели сварочного напряже­ния и зажигают дуги, касаясь анодом металлического предмета, со­единенного с массой вместе с деталью. Как только столб дуги дости­гает катода, возбуждается косвенная дуга. После этого подносят электрод к свариваемой детали и разделывают или сваривают тре­щины.

Сварка и наплавка цветных металлов. Сварка деталей из алюми­ния и его сплавов затрудняется по следующим причинам:

очень плохая сплавляемость металла из-за образования на его поверхности тугоплавкой оксидной пленки AI2O3;

при нагреве до 400...450 "С алюминий очень сильно теряет свою прочность и деталь может разрушиться от легкого удара или от дей­ствия собственной массы;

металл не имеет пластического состояния и при нагреве сразу переходит из твердого в жидкое состояние;

коэффициент линейного расширения в 2, а теплопроводность в 3 раза больше, чем у стали, что способствует появлению значитель­ных остаточных деформаций в свариваемых деталях;

большая растворимость в расплавленном алюминии водорода способствует образованию пор.

Наиболее эффективные средства для удаления оксидной плен­ки — химическое взаимодействие с элементами из группы галоге­нов. В природе известно много соединений, содержащих галогены, но для использования в качестве сварочного флюса они должны иметь невысокую (600...700 °С) температуру плавления. Этим требованиям удовлетворяют соли щелочных и щелочно-земельных ме­таллов (КаР, ШС1, КС1, Ка₃А1Ре₆, ВаС1₂, СаР₂ и др.). У сварки с применением флюса много положительных сторон. Однако ее нельзя применять в различных пространственных положениях. Кроме того, коррозионная стойкость шва снижается из-за остатков флюса на его поверхности.

Алюминий и его сплавы сваривают дуговой, аргонодуговой и га­зовой сваркой. Поверхности обезжиривают растворителями и очи­щают от нагара, масла и грязи не более чем за 2...4ч до процесса сварки.

Дуговую сварку выполняют угольными или плавящимися электродами.

Сварку угольными электродами ведут на постоянном токе пря­мой полярности. Детали толщиной до 2 мм сваривают без приса­дочного металла и разделки кромок, а свыше 2 мм —с зазором 0,5...0,7 толщины свариваемой детали или с разделкой кромок. Ок­сидную пленку удаляют с помощью флюса АФ-4А.

Сварку плавящимися электродами проводят короткой дугой при обратной полярности из расчета не более 40 А на 1 мм диаметра электрода со скоростью 0,4...0,6м/мин и напряжении холостого хода 60...70 В. Перед заваркой трещины по всей ее длине вырубают канавку. При сварке сплавов А6, АДО, АД 1 и АД применяют элект­род ОЗА-1 или флюс АФ-4А, а сплавов АМц, АМг и АЛ-9 — элект­род ОЗА-2. При использовании электродов ОЗА-1 и ОЗА-2 можно получить сварные соединения с удовлетворительными механичес­кими и эксплуатационными свойствами.

Аргонодуговую сварку выполняют неплавящимся вольфрамовым электродом на установках УДГ-301 и УДГ-501. В за­висимости от толщины стенки свариваемой детали выбирают диа­метр электрода и силу тока. Чем тоньше стенки, тем меньше диа­метр и сила тока.

Особые требования предъявляют к технике сварки. Угол между присадочным материалом и вольфрамовым электродом должен со­ставлять примерно 90°. Размеры сварочной ванны должны быть ми­нимальными. Сварку стенок толщиной до 10 мм обычно ведут спра­ва налево, т. е. левым способом, при котором снижается перегрев металла. Дуга должна быть как можно короче.

Режим сварки при толщине стенки 4...6 мм: диаметр присадоч­ного материала 3...4 мм; сила тока 150...270 А; напряжение 18...20 В; расход аргона 7... 10 л/мин. При добавлении к аргону 10... 12 % (по объему) углекислого газа и 2...3 % кислорода повышается устойчи­вость горения дуги и улучшается формирование металла.

Режим наплавки при диаметре электродной проволоки 0,8... 1 мм: сила тока 70...90 А; напряжение 17...19 В; скорость пода­чи проволоки 1б0...200м/ч; шаг наплавки 1,5...1,8м/об.; толщина наплавленного слоя за один проход 0,8... 1,0 мм; расход аргона 2...3 л/мин.

Газовую сварку ацетиленокислородным нейтральным пламенем выполняют с помощью флюсов АФ-4А, АН-4А и других, содержащих хлористые и фтористые соли лития, натрия, калия и бария. В качестве присадочных прутков применяют сплав с содер­жанием 5...6 % кремния.

Флюс насыпают на кромки трещины и в процессе сварки вводят прутком в сварочную ванну. После сварки остатки флюса промыва­ют горячей водой.