Электроды для сварки чугунных деталей

Восстановление чугунных деталей

Электродуговой холодной сваркой

Цель работы: Закрепление теоретических знаний по восстановлению деталей из чугуна сваркой.

Задание: Изучить технологию и оборудование для сварки чугунных деталей, рассчитать режимы сварки и выполнить техническое нормирование.

Основные положения

Во время нагрева и охлаждения чугуна в нем происходят различные процессы и превращения, имеющие важное значение для его свойств и влияющие на выбор способа сварки. При температуре нагрева 500 ºС и более в чугуне начинаются процессы сфероидизации и графитизации цементита – эвтектический цементит из пластинчатой формы преобразуется в глобулярную с некоторым снижением твердости чугуна. Сварка чугуна сопровождается отбеливанием материала, что объясняется большим содержанием углерода, выгоранием кремния и быстрым охлаждением металла. При этом углерод не успевает выделиться в виде графита и остается в химически связанном состоянии в виде цементита Fe₃C. Из-за усадки материала возникают значительные внутренние напряжения. Образующиеся при сварке чугуна тугоплавкие оксиды создают на поверхности сварочной ванны твердую корку, которая препятствует свободному выходу газов из металла, что приводит к образованию пор и раковин. Степень графитизации (распада цементита Fe₃С → 3Fe +C) зависит от температуры нагрева и времени выдержки чугуна, а также от его состава. В чугунах с повышенным содержанием углерода и кремния графитизация происходит интенсивнее [1].

Распад эвтектического цементита при нагревании сопровождается ростом (увеличением объема) чугуна, что недопустимо для массивных корпусных деталей, так как приводит к ухудшению физико-механических свойств деталей.

Структура чугуна имеет большое влияние на его свариваемость. Хорошо свариваются чугуны со светлой мелкозернистой перлитной структурой, содержащие мелкопластинчатый или глобулярный графит, хуже – с перлитно-ферритной структурой и вкраплением графита малых и средних размеров. Значительно хуже свариваются ферритные чугуны с большим выделением графита.

Серый чугун один из наиболее распространенных литейных сплавов, применяемых в машиностроении. Из серого чугуна изготовляют корпусные детали тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин, оборудования.

Основные затруднения при сварке серого чугуна:

- отбеливание чугуна;

- резкий переход при нагреве из твердого состояния в жидкое;

- закалка;

- расширение (увеличение объёма) чугуна при нагревании. Это недопустимо для массивных корпусных деталей, так как приводит к ухудшению их физико-механических свойств;

- рост внутренних напряжений, которые могут привести к образованию трещин.

- образование пор.

Холодная сварка выполняется без предварительного подогрева детали. Допускается местный (локальный) подогрев с целью предупреждения появления сварочных напряжений.

На получение прочного пластичного шва влияют технологические и металлургические факторы.

К технологическим факторам относятся:

- сварочный ток;

- напряжение дуги;

- полярность;

- скорость наплавки.

К металлургическим факторам относятся:

-   графитизация;

-  карбидообразование.

Ускорению графитизации способствуют элементы С, Si, Al, Ni, Ni, Сu. Следует избегать содержания в электродном материале W, V, Мо, Сr, как карбидообразующих элементов.

Электроды для сварки чугунных деталей

Широко применяют:

- медно-железные электроды;

-медно-никелевые;

- электрод марки AHЧ-1;

- никелево-железные электроды;

- самозащитная проволока на никелевой основе ПAHЧ-11;

- электрод пучковый.

Виды медно-железных электродов:

- медный стержень с оплеткой из жести, покрытый тонкой стабилизирующей обмазкой;

- медный стержень в железной трубке, покрытой обмазкой;

-электрод из биметаллической медно-железной проволоки;

- медный стержень с обмазкой, содержащей железный порошок.

Электрод пучковый

Электрод пучковый состоит из:

- электрод стальной с толстой обмазкой диаметром 4–5 мм;

- пруток медный диаметром 4–5 мм;

- стержень латунный сечением 7–10 мм.

Верхнюю часть собранного пучка соединяют сваркой (для создания электрического контакта). Пучок завертывают в оберточную бумагу, склеивают жидким стеклом. При сварке пучком электродов образуется блуждающая дуга, которая, переходя с одного прутка на другой, способствует перемешиванию расплавленных металлов. Латунь в пучке играет роль раскислителя меди. Количество электродов в пучке может быть увеличено до 4–5 и уменьшено до 2.

Информация о свойствах и применении электродов приведена в таблице 1.

Таблица 1. Состав, режимы сварки применение электродов для сварки чугуна

Марка электрода	Химический состав	Покрытие	Режимы сварки	Свойства металла шва	Применение. Технология	Примечание
1	2	3	4	5	6	7
Медно-железные электроды	Cu – 80–95 % Fe – 5–20 %	Фтористо-кальциевое покрытие с железным порошком	Ток постоянный обратной полярности; Диаметр электрода 3; 4; 5 мм; αн = 10,5 г/А·ч	Хорошая обрабатываемость, достаточная прочность и пластичность	Сварку выполняют в нижнем и вертикальном положениях участками 30–50 мм в несколько слоев с проковкой каждого шва. Дугу возобновляют после охлаждения шва до 50–60 ºС.	Токсичность паров
Медно-никелевые электроды: МНЧ-1     МНЧ-2 (монель)	Cu – 37 % Ni – 63 %;   Cu – 25 % Ni – 70 % Fe – 2,5 % Mn – 2,5 %	Фтористо-кальциевое покрытие	Ток постоянный обратной полярности; Диаметр электрода 3–5 мм; αн = 13,0 – 13,5 г/А·ч	Шов плотный, хорошо обрабатывается, твердость 170 НВ, прочность шва ≤ 100 МПа. Не наблюдается диффузия углерода в шве	Сварку выполняют участками 15–60 мм с проковкой шва. Дугу возобновляют после охлаждения шва до 60–80ºС. Электроды имеют ограниченное применение.	Монель имеет высокие усадку и стоимость. Возможно появление внутренних напряжений, трещин.
Электрод АНЧ-1	Стержень электрода – проволока Св04Х19Н9ТЮ, оболочка – медь марки М2 или М3	Фтористо-кальциевое покрытие	Ток постоянный обратной полярности; Диаметр электрода 3; 4; 5 мм; αн = 9,0 г/А·ч	Металл шва – медно-хромо-никелевый сплав. Шов легко обрабатывается, достаточно плотный, недостаточно прочный.	Сварка деталей из серого чугуна Длина наплавленного шва 30–50 мм. Рекомендуется тщательная проковка, охлаждение шва до 60–80ºС.
Никелево-железные электроды ЦН-4	Материал стержня электрода сталь Св-08, Св-08А	Фтористо-кальциевое покрытие с содержанием Ti или V, которые переходят в наплавленный металл и	Ток постоянный обратной полярности; Диаметр электрода 3; 4; 5 мм; αн = 10,8 г/А·ч	Металл поддается обработке	Обварка кромок и трещин в нижнем положении	Глубина проплавленного слоя должна быть минимальной. Возможно образование трещин в
1	2	3	4	5	6	7
		связывают углерод в труднорастворимые карбиды				середине шва.
ЦЧ -3А	Материал стержня сталь Св-08Н50	Фтористо-кальциевое покрытие с содержанием кремния до 5,25 %	Ток постоянный обратной полярности; Диаметр электрода 3–5мм; αн = 9,8 г/А·ч	Металл поддается обработке	Сварка деталей из модифицированного чугуна
Самозащитная проволока ПАНЧ -11     ПАНЧ-12	Ni – 80 % Cu – 2-3 % Mn – 1-4 % Редкоземельные металлы – 0,1–0,5 % Fe – остальное; Fe – 25-28 % Cu – 2-3 % Mn – 1-4 % Редкоземельные металлы – 0,1-0,5 % Ni – остальное		Ток постоянный обратной полярности; αн = 14,7–15,2 г/А·ч	Хорошие сплавление, формирование и качество шва	Сварка в труднодоступных местах сложных деталей	Глубина проплавленного основного металла 1,5–2,0 мм. Разбрызгивание незначительное