Газове і дугове зварювання чавунів

Властивості чавунів

Чавуном називають сплав заліза з вуглецем, що містить від 2,14 до 6,7% вуглецю. Найчастіше застосовуються чавуни зі змістом від 2,6 до 3,6% вуглецю, до 5% кремнію і до 2% марганцю, далі йдуть домішки сірки і фосфору. У спеціальні чавуни вводять легуючі добавки: нікель, хром, молібден, ванадій, титан. У залежності від стану вуглецю і легуючих добавок у сплаві розрізняють білі, сірі, ковкі і високоміцні чавуни.

Білий чавун має в зламі білий чи ясно-сірий колір; вуглець у ньому знаходиться в хімічно зв'язаному стані у виді карбіду заліза — цементиту Fe3C. Цементит тендітний, має високу твердість (800 НВ), тому і білий чавун має високу твердість і крихкість, не піддається механічній обробці й обмежено застосовується як конструкційний матеріал.

Сірий чавун (ДСТ 1412-79) має в зламі сріблистий колір, що пояснюється змістом частини вуглецю у виді пластинчастого графіту і частини вуглецю в хімічно зв'язаному стані у виді перліту.

Ковкий чавун одержують з білого спеціальною термічною обробкою для підвищення пластичних властивостей у порівнянні з властивостями сірого чавуна.

Високоміцний чавун (ДСТ 7293 - 79) містить графіт кулястої форми, одержуваний у результаті додавання в сплав деяких елементів (магній, церій і ін.) і продування через рідкий чавун азоту.

Марки чавунів позначаються: СЧ 10 (сірий чавун з межею міцності при розтяганні 100 Мпа і при вигині 280 Мпа); КЧ 30 — 6 (ковкий чавун з межею міцності при розтяганні не менш 300 Мпа і відносним подовженням не менш 6 %); ВЧ 38-17 (високоміцний чавун з межею міцності при розтяганні не менш 380 Мпа і відносним подовженням не менш 17%).

Чавуни менш міцні і більш тендітні, чим стали, не дешевше сталей і краще відливаються у форми. Тому чавуни широко використовують для виготовлення литих виробів.

Зварюваність чавунів

Утруднення при зварюванні чавунів порозуміваються наступними їхніми властивостями.

1. Відсутність площадки плинності чавуна і низька пластичність приводять до появи тріщин при напругах, що досягає величини тимчасового опору розриву. Ці напруги можуть виникати при нерівномірному нагріванні й охолодженні під час чи виливка зварювання деталей і при експлуатації виробу. Тріщини можуть утворитися як в основному металі, так і в металі шва в процесі зварювання і при охолодженні звареного виробу.

2. Схильність чавуна при високих швидкостях охолодження гартуватися з утворенням тендітних структур мартенситу, бейнита і троостита. У загартованих ділянках чавун стає твердим (800 НВ) і не піддається механічній обробці. Гартівні структури шкідливі ще і тому, що їхнє утворення супроводжується появою внутрішніх напружень і утворенням далі тріщин.

3. Здатність чавуна до відбілювання при швидкому охолодженні місця зварювання звичайно приводить до утворення тонкого вибіленого прошарку на границі звареного шва і металу виробу. Цей вибілений прошарок має низьку пластичність у порівнянні з іншими ділянками звареного з'єднання і під впливом сили, що розтягує, що утвориться при охолодженні звареного з'єднання, він разом з наплавленим металом відколюється від основного чи металу викликає тріщину по границі вибіленого прошарку з основним металом.

4. Чавуни не мають тістоподібного стану при переході від рідкого до твердого. Це властивість чавуна утрудняє зварювання його в похилому і вертикальному положеннях і не дозволяє вести зварювання в стельовому положенні.

5. Схильність до утворення пористості, що порозумівається низькою температурою плавлення чавунів (Тпл чавуна 1142 °С при змісті вуглецю 4,3%; промислові чавуни звичайно мають Тпл = 12001250 °С) і швидким переходом з рідкого у твердий стан його. Тому гази (в основному CО і СО2, що утворяться при окисній атмосфері) не устигають виділитися з металу.

6. Різнорідність чавунних виробів по хімічному складі, термічній обробці і структурі, що вимагає різноманітної технології і прийомів зварювання. Дрібнозернисті сірі чавуни зварюються краще, ніж грубозернисті. Погано зварюються чорні чавуни, які в зламі мають грубозерниста будівля темного кольору. Такі чавуни називають графітними, тому що в них весь вуглець знаходиться у виді вільного графіту. При зварюванні чавуна з такою структурою не виходить необхідна якість звареного з'єднання.

Високоміцні і ковкі дрібнозернисті чавуни зварюються краще, ніж сірі.

Класифікація видів обробки чавунів

1. По характері обробки: з'єднання чавунних деталей зварюванням, заварка тріщин у виробах і виправлення наплавленням поверхневих дефектів чавунного лиття.

2. По способі нагрівання при зварюванні: без підігріву виробу (холодне зварювання) і з підігрівом виробу (гаряче зварювання).

3. По виду зварювання: дугова, газова і електрошлаке зварювання.

Зварювання чавуна без додаткового підігріву виробу

Зварювання чавуна без підігріву вживається ширше, ніж зварювання чавуна з підігрівом виробу. Основні види зварювання чавуна без підігріву: ручне дугове зварювання покритими електродами, порошковим і самозахисним дротом і вертикальним зварюванням із примусовим формуванням металу шва.

Вертикальне зварювання чавуна з примусовим формуванням металу шва. Вона призначена для виготовлення великих ливарно-зварених виробів з товщиною стінки до 100 мм. Процес з'єднання деталей ведеться без підігріву і термічної обробки, що дає значний економічний ефект. Інститут розробив спеціальний дріт і флюс, що забезпечують метал шва у виді модифікованого чавуна. Твердість металу шва і зони термічного впливу не перевищує 220 - 230 НВ, оброблюваність з'єднання гарна.

Зварювання сталевими електродами з застосуванням шпильок. Зварювання комбінується з механічним посиленням зони сплавки укручуванням у