Лекция 10. Технологические особенности сварки сталей и чугунов

Низкоуглеродистые и большинство низколегированных конструкционных сталей обладают хорошей свариваемостью. Основная трудность при их сварке заключается в закалке з.т.в., и возможности образования холодных трещин. Склонность к образованию холодных трещин повышается при насыщении металла шва водородом, который понижает пластичность металла. Источником водорода служит влага, содержащаяся в электродных покрытиях, флюсах, защитных газах. Для предотвращения появления холодных трещин рекомендуется: При дуговой сварке; замедлять охлаждение сварного шва (предварительный и сопутствующий сварке подогрев заготовок до 100…300оС); не проводить сварку в помещениях со сквозняком; прокаливать электроды и флюсы (T = 600…700оС); Применять для сварки электроды с покрытием основного типа. Заменять однослойную сварку многослойной. При этом сварку ведут валиками небольшого сечения по неостывшим (ниже 100…300° С) нижним слоям металла. Вести сварку на постоянном токе обратной полярности. непосредственно после сварки производить отпуск изделий до температуры 300°С и выше. при электрических способах сварки работать на мягких режимах (длительный нагрев заготовок и быстрое удаление сваренного изделия из зоны сварки). Контактную и стыковую сварку производить методом прерывистого оплавления, что обеспечивает подогрев деталей перед сваркой.

Трудности при сварке высокохромистых и хромоникелевых сталей связаны с тем, что: при продолжительном пребывании металла в зоне температур 500…800°С и в процессе охлаждения в области высоких температур (около 1000°С) возможно выпадение карбидов хрома на границах зерен, что увеличивает склонность к межкристаллитной коррозии и снижает коррозионную стойкость стали; и возможна закалка шва и в з.т.в. с образованием холодных трещин. С целью предупреждения межкристаллитной коррозии необходимо: Производить сварку при малых погонных энергиях, т.е. применять пониженные значения тока и накладывать валики малого сечения с целью обеспечить большие скорости охлаждения при сварке. Применять теплоотводящие медные подкладки или водяное охлаждение. Вводить в сталь и наплавленный металл, сильные карбидообразователи (титан, ниобий), способные связать углерод в карбиды. После сварки необходимо производить отжиг (900оС) изделия. Для предупреждения горячих трещин рекомендуется сваривать заготовки с подогревом до 200…300°С, вводить в сварочные материалы легирующие элементы, способствующие измельчению кристаллов (кремний, алюминий, марганец, молибден) и снижать содержание углерода. Эти стали имеют повышенное электрическое сопротивление и низкую теплопроводность, поэтому хорошо свариваются контактной сваркой. При сварке хромоникелевых сталей с повышенным содержанием хрома (до 25%) и никеля (до 20%) металл шва склонен к образованию крупнокристаллической первичной структуры и возникновению горячих трещин. Для уменьшения образования горячих трещин необходимо: применять специальную аустенитную сварочную проволоку (сталь св Х25Н15Г7ВЗ, сталь св Х25Н15Г7Ф); основные электродные покрытия и флюсы; вести сварку на небольших токах и пониженном напряжении. Для того чтобы получать широкие и выпуклые, а не вогнутые сварные швы; в отдельных случаях полезно применить подогрев до 300…400°С.

Чугуны относятся к группе материалов, обладающих плохой технологической свариваемостью. Это вызвано несколькими причинами: В связи с повышенной жидкотекучестью чугуна затруднено удерживание расплавленного металла шва от вытекания. Склонность чугуна при высоких скоростях охлаждения закаливаться с образованием хрупких закалочных структур приводит к образованию холодных трещин. Кроме того, при быстром охлаждении происходит отбеливание сварного соединения и на границе сварного шва и основного металла образуется тонкая прослойка из белого чугуна. Поскольку эта прослойка непластична, то при незначительных деформациях по ней происходит разрушение шва. Чугун сваривают при выполнении ремонтных работ и исправлении дефектов в отливках. Качество сварного соединения чугунных изделий характеризуется: обрабатываемостью обычным режущим инструментом, твердостью металла шва, з.т.в. и основного металла; равнопрочностью соединения; однотипностью наплавленного и основного металла по химическому составу и структуре

Горячую сварку чугуна выполняют с предварительным подогревом свариваемой заготовки. Необходимость предварительного подогрева объясняется тем, что чугунная наплавка на холодное изделие быстро охлаждается, особенно в интервалах температур 1200…600°С. Температура предварительного подогрева определяется: размерами заготовок; общей жесткостью места, подлежащего заварке; толщиной стенок; объемом наплавляемого металла; структурой чугуна. Для большинства заготовок подогрев до 400…450°С обеспечивает возможность получения качественного сварного соединения и создает условия, исключающие трещинообразование.

Для заделки литейных пороков применяют электродуговую сварку угольным, графитовым электродом или чугунными электродами со стабилизирующим покрытием. Перед сваркой вырубают дефектные места и заформовывают полученную впадину графитом и кварцевым песком. Для улучшения процесса сварки применяют флюс на основе безводной технической буры (Na2В4О7), прокаленной при температуре около 400°С и растертой в порошок, или флюс, состоящий из 23% технической прокаленной буры 27%, соды (Са2СО3) и 50% азотнокислого натрия (NaNО3). Сваренное изделие охлаждают вместе с печкой.

сварное соединение обладает механическими свойствами, структурой и химическим составом, свойственным серым литейным чугунам.

При заварке литейных дефектов в крупногабаритных заготовках, а также при ремонтной сварке (например, приварка отбитого прилива, наплавка недолитой части, заварка локальной трещины …) применяют сварку с местным подогревом заготовки. Технологически этот вид сварки отличается от горячей сварки только местным подогревом заготовки. Сварка с местным подогревом значительно уменьшает время на подогрев и охлаждение детали и облегчает условия труда сварщика.

Холодную сварку чугуна производят без подогрева заготовки. К холодной сварке чугуна относится электродуговая сварка с применением стальных; медно-железных; медно-никелевых электродов и электродов из никелевого аустенитного чугуна. Сварка стальными электродами (со стабилизирующим покрытием, или покрытием с карбидообразующими элементами) производится с применением шпилек. Сталь при наплавке на чугун плохо сцепляется с ним из-за разной усадки. Кроме того, наплавленная на чугун сталь обогащается углеродом в зоне плавления, становится хрупкой, склонной к закалке, и дает при остывании трещины. Поэтому при сварке чугуна для более надежного сцепления наплавленного металла с основным, на кромках в шахматном порядке ставят на резьбе стальные шпильки. Шпильки обваривают кругом, после чего шов заполняют наплавленным металлом. Сварка обеспечивает шов, хорошо обрабатываемый резанием. Медь и никель в составе электродов способствуют графитизации чугуна и препятствуют его отбеливанию.