Глава 7 ЧУГУНЫ И СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ

Назад: 7.1 Состав, структуры и основные свойства чугунов.

7.2 Свариваемость чугунов

Сварку применяют главным образом для устранения дефектов в чугунных отливках, при ремонте вышедшего из строя оборудования и в меньшей степени для получения сварно-литых конструкций. Наибольшее применение процесс сварки нашел для деталей из серых чугунов. [5]

Плохая свариваемость чугуна определяется его повышенной склонностью к образованию трещин, что обусловлено высоким содержанием углерода, низкой технологической прочностью и пластичностью и образованием по линии сплавления хрупких структур (ледебурита) при охлаждении сварного соединения. Кроме того, на образование трещин влияют неравномерность нагрева и охлаждения (высокий уровень термических напряжений), повышенная литейная усадка металла шва и жесткость свариваемых изделий. Снижение трещинообразования в шве при сварке достигается обеспечением его графитизации при охлаждении. Поэтому необходимо вводить в шов большее количество графитизаторов: углерода, кремния. Небольшие количества хрома, ванадия и титана способствуют измельчению графита, улучшая пластичность швов. Мелкозернистые перлитные чугуны с мелкими графитовыми включениями обладают лучшей свариваемостью

Плохо свариваются чугуны с крупными графитовыми включениями и ферритными зернами.

В околошовной зоне наиболее опасным с точки зрения образования твердых структур является участок сплавления, примыкающий к сварочной ванне и находящийся в твердо-жидком состоянии (Т 1140...1150 ⁰С). В этом участке при сварке без подогрева образуется жидкая фаза, кристаллизующаяся при охлаждении с образованием ледебурита (А+Fe₃C) и мартенсита (Fea – пересыщенный раствор). Оба компонента способствуют интенсивному трещинообразованию, особенно, если сварочная ванна содержит мало графитизаторов (С и Si). Если же ванна содержит достаточное количество графитизаторов (при сварке использовались чугунные прутки), вероятность образования ледебурита снижается и трещины по линии сплавления могут не образовываться. Добавка в сварочную ванну никеля и его диффузия в околошовную зону также способствует выделению углерода в виде графита и уменьшает трещинообразование на линии сплавления.

Участок сварного соединения, нагреваемый до Т = 850...1140 ⁰С, при охлаждении, как правило, содержит продукты неравновесного распада аустенита – троостит и мартенсит, В нем отмечается повышение прочности, твердости и снижение пластичности. Если этот участок узкий, то трещин при сварке может и не быть.

На участке, нагреваемом до Т = 840...850 ⁰С, происходит измельчение металлической основы, а в зоне температур Т = 500...840 ⁰С отмечается увеличение количества графита из-за распада карбидов железа. Поэтому этот участок менее подвержен трещинообразованию.

Из сказанного следует, что кроме правильного подбора состава сварочных материалов (регулирование количества графитизаторов) и режимов сварки, одним из основных способов устранения отбеливания и закалки шва и околошовной зоны является предварительный подогрев зоны сварки (горячая сварка) с целью замедления охлаждения (рис. 7.1,б). Благоприятные условия в этом смысле создаются при процессах, осуществляющихся без расплавления основного металла (пайка, пайка-сварка).

Далее: 7.3 Технологические рекомендации по сварке чугунов.