ЗВАРЮВАННЯ чавунних деталей
Зварювання чавуну є спеціальним розділом зварювальної технології та широко застосовується у двох областях виробництва:
1) при виправленні ливарних дефектів, виявлених у виливках після вибивання останніх форм або в процесі механічної обробки чавунних деталей при виготовленні; 2) при ремонті чавунних деталей та виробів, що вийшли з ладу внаслідок зношування або аварійного руйнування.
У цьому розділі розглядаються лише питання ремонтного зварювання чавунних виробів, які широко застосовують у різних галузях машинобудування. У деяких виробах, наприклад, у компресорах, верстатах, двигунах внутрішнього згоряння, чавунні деталі становлять 75—85% від ваги виробу в цілому.
Широке застосування чавуну пояснюється можливістю надання деталі дуже складних форм, великою жорсткістю виробу, гарною оброблюваністю, гарною опірністю різним вібраційним навантаженням і малим зносом при роботі на тертя, низьким коефіцієнтом лінійного розширення та можливістю використання для роботи в умовах підвищених температур. У той же час слід враховувати, що в порівнянні зі сталлю чавун має малу в'язкість і підвищену крихкість, тому порушення умов нормальної експлуатації або неправильний розрахунок конструкції неминуче веде до руйнування чавунної деталі. Злами, відколи, тріщини станин, корпусів та інших деталей - це дуже поширені дефекти, що виникають при експлуатації обладнання, виготовленого з чавуну.
В даний час багато підприємств широко застосовують ремонтне зварювання чавунних деталей, скорочуючи при цьому простої обладнання та забезпечуючи економію коштів. У той же час на деяких заводах не вміють якісно виправляти чавунні деталі та списують у металобрухт обладнання,яка може бути легко відновлена.
Особливості зварювання чавуну. За фізичними властивостями і хімічним складом чавун слід віднести до групи сплавів, що обмежено зварюються. Головні труднощі, що виникають при зварюванні чавуну, такі:
Загартовані зони збільшують крихкість, знижують міцність зварного з'єднання і ускладнюють обробку його звичайним різальним інструментом. Основне завдання при зварюванні чавуну полягає в отриманні зварного з'єднання, що має однакову твердість металу шва і перехідних зон, що допускає застосування механічної обробки шва;
2) недостатня пластичність чавуну. Внутрішня напруга, що виникає в процесі зварювання в чавунному виробі, часто веде до утворення тріщин. Основною причиною утворення тріщин є місцева теплова напруга, що виникає від нерівномірного нагрівання виробу при зварюванні. Чим більший перепад температур між основним металом та зварним швом, тим більша ймовірність виникнення тріщин у металі шва, у перехідних зонах, у зоні теплового впливу та в основному металі. Тріщини можуть виникати на початку зварювання, коли місцеве розігрів викликає напружений стан стиснення, в процесі зварювання, а також при остиганні зварного з'єднання, коли виникають напруження розтягування. При загальному рівномірному нагріванні деталі перед зварюванням до 300 °С та вище небезпека тріщиноутворення різко зменшується;
3) втрата пластичних властивостей при плавленні та затвердінні, а також велика рідина в розплавленому стані. Перехід із твердого стану в рідкий відбувається, минаючи пластичний стан;
4) різноманіття структур у металі чавунних виливків. Структура чавуну визначається не тільки хімічним складом, але більшою мірою залежить від швидкості охолодження виливки таподальшої термообробки. Структура чавуну дуже впливає на його зварюваність. Добре зварюються чавуни, що мають світлу дрібнозернисту перлітну структуру. Задовільно зварюються ферито-перлітні чавуни. Значно гірше зварюються феритні чавуни із великими виділеннями графіту. Дуже погано зварюються чавуни, які тривалий час перебували під впливом тепла, в яких весь вуглець виділився у вигляді графіту.
Величина та форма включень графіту впливають на зварюваність чавуну: хороша зварюваність, якщо дрібний пластинчастий або сфероподібний графіт у чавунах перлітного класу; задовільна зварюваність, якщо графітні включення малого та середнього розмірів. Окремі включення графіту оточені достатнім полем металу, що забезпечує зварюваність; обмежена зварюваність, якщо великі включення графіту (що утворюють суцільну сітку). При такій сітці утруднюється сплавлення присадного металу з основним, утворюються порожнечі і різко погіршується міцність і суцільність зварного з'єднання.
Необхідно враховувати, що складний чавунний вилив може мати в різних частинах неоднакову структуру. Частини виливки з великою поверхнею охолодження і малою товщиною стінки в більшості випадків мають дрібнозернисту структуру, а масивні частини та деталі, розташовані всередині виробу, охолоджуються повільно і набувають феритної структури з великими виділеннями графіту.
Способи зварювання чавуну. Якість зварного з'єднання в чавунних виробах визначається:
1) однаковою твердістю металу шва перехідних зон та основного металу, що допускає обробку звичайним різальним інструментом. Ця умова є обов'язковою, якщо зварне з'єднання знаходиться на ковзаючих поверхнях;
2) рівноміцністю зварногоз'єднання та основного металу. Ця вимога потрібна при виконанні зварювання деталей, що працюють на повне розрахункове зусилля. У ряді випадків при заварці незначних ливарних дефектів міцність зварного з'єднання може бути меншою за міцність основного металу, так як місцеве ослаблення не зменшує загальної працездатності деталі;
3) однаковими хімічним складом та структурою наплавленого та основного металу.
Зварне з'єднання, що відповідає всім зазначеним вимогам, можна отримати тільки при застосуванні як матеріал присади чавунних присадкових стрижнів або електродів.
У ряді випадків, особливо при ремонтному зварюванні виробів, отримання зварного з'єднання, що відповідає всім перерахованим вимогам, зовсім не обов'язково, наприклад, при зварюванні - тріщини, що не виходить на оброблені та ковзаючі поверхні. У цьому випадку одержання металу, що обробляється різальним інструментом, не потрібне. Найважливішим є забезпечення у зварного з'єднання необхідних характеристик міцності. У практиці застосовується велика кількість способів та прийомів зварювання чавуну, які можна поділити на дві групи:
перша група - гаряче зварювання з попереднім (перед, зварюванням) та супутнім підігрівом виробу. Сюди відносяться: газове зварювання чавунним присадним прутком; дугове зварювання чавунним електродом; дугове зварювання вугільним електродом з чавунним прутком;
друга група - холодне зварювання без попереднього підігріву виробу. Сюди відносяться: газове зварювання - пайка чавунаї.