ЗАВАРЯВАНЕ НА ЧУГУН
Заваряването на чугун е специален раздел от заваръчната технология и се използва широко в две области на производство:
1) при коригиране на леярски дефекти, открити в отливки след изваждане на последните от форми или в процеса на обработка на чугунени части по време на производството; 2) при ремонт на чугунени части и изделия, които са повредени поради износване или случайно разрушаване.
Тази глава се занимава само с ремонтното заваряване на продукти от чугун, които се използват широко в различни отрасли на машиностроенето. В някои продукти, като компресори, металорежещи машини, двигатели с вътрешно горене, чугунените части съставляват 75-85% от теглото на продукта като цяло.
Широкото използване на чугун се обяснява с възможността за изработване на части с много сложни форми, висока твърдост на продукта, добра обработваемост, добра устойчивост на различни вибрационни натоварвания и ниско износване по време на работа с триене, нисък коефициент на линейно разширение и възможност за използване за работа при повишени температури. В същото време трябва да се има предвид, че в сравнение със стоманата чугунът има нисък вискозитет и повишена крехкост, така че всяко нарушение на нормалните условия на работа или неправилно изчисление на конструкцията неизбежно води до разрушаване на чугунената част. Счупвания, спуквания, пукнатини в рамки, корпуси и други части са много чести дефекти, които възникват по време на експлоатацията на оборудване, изработено от чугун.
В момента много предприятия широко използват ремонтно заваряване на чугунени части, като същевременно намаляват времето за престой на оборудването и спестяват пари. В същото време някои фабрики не знаят как да фиксират чугунени части с високо качество и отписват оборудването като метален скрап,които могат лесно да бъдат възстановени.
Характеристики на заваряване на чугун. По отношение на физичните свойства и химичния състав чугунът трябва да се класифицира като група ограничено заваряеми сплави. Основните трудности, които възникват при заваряване на чугун, са следните:
Закалените зони увеличават крехкостта, намаляват якостта на заварената връзка и затрудняват обработката й с конвенционален режещ инструмент. Основната задача при заваряване на чугун е да се получи заварено съединение, което има еднаква твърдост на заваръчния метал и преходните зони, което позволява използването на механична обработка на заваръчния шев;
2) недостатъчна пластичност на чугун. Вътрешните напрежения, възникващи по време на заваряване в продукт от чугун, често водят до образуване на пукнатини. Основната причина за образуването на пукнатини са локалните топлинни напрежения, произтичащи от неравномерно нагряване на продукта по време на заваряване. Колкото по-голяма е температурната разлика между основния метал и заваръчния шев, толкова по-голяма е вероятността от пукнатини в заваръчния метал, в преходните зони, в зоната на топлинно въздействие и в основния метал. Пукнатини могат да възникнат в началото на заваряването, когато локалното нагряване причинява състояние на натиск, по време на заваряване, а също и по време на охлаждане на заварената връзка, когато възникват напрежения на опън. При общо равномерно нагряване на детайла преди заваряване до 300 ° C и повече, рискът от напукване е рязко намален;
3) загуба на пластични свойства по време на топене и втвърдяване, както и висока течливост в разтопено състояние. Преходът от твърдо към течно състояние става без преминаване през пластичното състояние;
4) разнообразието от структури в метала на чугунните отливки. Структурата на чугуна се определя не само от химичния състав, но в по-голяма степен зависи от скоростта на охлаждане на отливката ипоследваща топлинна обработка. Структурата на чугуна оказва голямо влияние върху неговата заваряемост. Чугуните с лека финозърнеста перлитна структура са добре заварени. Феритно-перлитните чугуни са задоволително заварени. Феритните чугуни с големи графитни утайки се заваряват много по-зле. Чугуните, които са били под въздействието на топлина за дълго време, в които целият въглерод се е утаил под формата на графит, са много слабо заварени.
Размерът и формата на графитните включвания влияят върху заваряемостта на чугуна: добра заваряемост, ако е фин ламеларен или сферичен графит в перлитни чугуни; задоволителна заваряемост, ако графитните включвания са малки и средни по размер. Отделни графитни включвания са заобиколени от достатъчно метално поле, за да се осигури заваряемост; ограничена заваряемост, ако големи включвания на графит (образуващи непрекъсната мрежа). При такава решетка се затруднява сливането на добавъчния метал с основния метал, образуват се кухини и рязко се влошава здравината и непрекъснатостта на завареното съединение.
Трябва да се има предвид, че сложната чугунена отливка може да има неравномерна структура в различни части. Частите за леене с голяма охлаждаща повърхност и малка дебелина на стената в повечето случаи имат финозърнеста структура, докато масивните части и частите, разположени вътре в продукта, се охлаждат бавно и придобиват феритна структура с големи графитни утайки.
Методи за заваряване на чугун. Качеството на заварената връзка в продуктите от чугун се определя от:
1) същата твърдост на заваръчния метал на преходните зони и основния метал, позволяваща обработка с конвенционален режещ инструмент. Това условие е задължително, ако завареното съединение е върху плъзгащи се повърхности;
2) еднаква якост заваренивръзка и основен метал. Това изискване е необходимо при заваряване на части, работещи с пълна проектна мощност. В някои случаи, при заваряване на незначителни дефекти на леене, якостта на заварената връзка може да бъде по-малка от якостта на основния метал, тъй като локалното отслабване не намалява цялостната производителност на детайла;
3) еднакъв химичен състав и структура на отложения и основния метал.
Заварено съединение, което отговаря на всички тези изисквания, може да се получи само чрез използване на чугунени пълнежни пръти или електроди като пълнежен материал.
В някои случаи, особено при ремонтно заваряване на продукти, получаването на заварено съединение, което отговаря на всички горепосочени изисквания, изобщо не е необходимо, например при заваряване - пукнатина, която не отива към обработените и плъзгащи се повърхности. В този случай не се изисква получаване на метал, обработен с режещ инструмент. По-важно е да се гарантира, че завареното съединение има необходимите якостни характеристики. В практиката се използват голям брой методи и техники за заваряване на чугун, които могат да бъдат разделени на две групи:
първата група е горещо заваряване с предварително (преди заваряване) и съпътстващо нагряване на продукта. Те включват: газово заваряване с чугунен пълнежен прът; електродъгово заваряване с чугунен електрод; електродъгово заваряване с въглероден електрод с чугунен пълнеж;
втората група е студено заваряване без предварително нагряване на продукта. Те включват: газово заваряване - спояване на чугун