Электродуговая сварка чугунных деталей

«Холодную» сварку (без общего подогрева детали) чугуна рекомендуется производить на постоянном токе обратной полярности. Для этих целей используют преобразователи типа ПСО, ПСГ или выпрямители типа ВДУ. Кроме аппаратов постоянного тока сварка чугуна возможна также на машинах переменного тока, но в этом случае происходит сильное разбрызгивание электродного металла, шов получается пористым и менее прочным.

Электроды. Наибольшее применение при устранении повреждений в чугунных деталях находят электроды типа ОЗЧ. Стержень этих электродов изготовлен из меди, которая придает наплавленному металлу высокие пластические свойства, а наличие в обмазке железного порошка, плавикового шпата, мрамора и других элементов способствует поддержанию стабильной дуги и хорошему сплавлению электродного металла с металлом детали. Сварной шов, выполненный электродом ОЗЧ, легко поддается проковке, хорошо обрабатывается.

При сварке чугуна находят также применение другие электроды. Неплохие результаты дают электроды типа МНЧ, у которых стержень изготовлен на основе никеля. Недостатком этих электродов является большая усадка наплавленного металла, что снижает прочность сварного соединения. В связи с этим не рекомендуется применять электроды МНЧ для устранения повреждений в местах детали, испытывающих во время работы значительные силовые нагрузки. Для повышения прочности сварных соединений электроды МНЧ применяют в сочетании с электродами ОЗЧ (первый шов накладывают электродом МНЧ, второй — ОЗЧ).

Для устранения повреждений в неответственных местах детали применяют также электроды ЦЧ-4, ЦЧ-ЗА и др.

Покрытия всех электродов для сварки чугуна гигроскопичны, их обмазка сильно впитывает в себя влагу. При сварке отсыревшими электродами ухудшается свариваемость металлов, увеличивается разбрызгивание. Отсыревшие электроды перед сваркой необходимо прокалить 2-3 ч в электропечи при температуре 120-150°С.

Технология электродуговой сварки чугуна. Режим сварки зависит в основном от толщины свариваемого металла и от месторасположения дефекта.

Для предупреждения чрезмерного нагрева металла очень важно правильно выбрать порядок наложения швов на трещину. Эта очередность должна быть такой, чтобы тепло, выделяемое при сварке, распространялось равномерно во все стороны. Равномерному распределению тепла способствует обратноступенчатый способ сварки.

Сначала заваривают концы трещины. Отступив от видимых концов трещины на 8-10 мм, накладывают небольшие участки швов по направлению к середине трещины. Далее трещину заваривают обратноступенчатый способом в любом удобном для сварщика направлении.

После наложения каждого участка сразу же после обрыва дуги шов следует проковать конусной частью молотка (легкими ударами). Очередной участок шва накладывают после того, как металл в зоне сварки остыл до температуры 50-70 °С.

Сварку лучше вести углом назад, при этом электрод наклоняют на 10-15° от вертикали в сторону направления сварки. При таком положении электрода лучше просматривается сварочная ванна и легче вести процесс.

При сварке чугуна многое зависит от длины дуги. Чем она короче, тем меньше глубина провара и, наоборот, с удлинением дуги возрастает напряжение тока, увеличивается глубина проваривания, возрастает ширина шва и объем наплавленного металла. А это, в свою очередь, приводит к увеличению внутренних напряжений, образованию трещин. Нормальной при сварке считается дуга, длина которой равна диаметру электрода.

В некоторых случаях (при сварке сильно загазованного чугуна или металла, насыщенного продуктами накипи, коррозии) длину дуги поддерживают переменной.

При этом концу электрода придают петлеобразно-поступательное движение. В наиболее удаленной от сварочной ванны части петли электрод не задерживают. В нижней части петли, когда конец электрода приближают к сварочной ванне, движение электрода на мгновение задерживают, давая возможность оторваться расплавленным каплям электродного металла. Максимальное удаление электрода от поверхности сварочной ванны не должно превышать двух диаметров электрода. Например, при использовании электрода диаметром 3 мм длина дуги не должна быть больше 6 мм.

В момент наибольшего удаления конца электрода от сварочной ванны напряжение на дуге возрастает, происходит ускоренный разогрев и плавление электродного металла, увеличивается и разогрев сварочной ванны. При таком способе сварки уменьшается давление столба дуги на сварочную ванну, создаются более благоприятные условия для удаления из ванны (выжигания) газов и других включений. Все это приводит к лучшему сплавлению электродного металла с металлом детали.

Некоторые неопытные сварщики с целью снижения нагрева детали увеличивают скорость сварки. Шов в этом случае получается более узкий, высокий и пористый. Такой шов требует переплавки.

В чугунных деталях встречаются и такие трещины, которые обычным способом заварить не удается. При заварке, например, трещины на плоскости прилегания газопровода в блоке цилиндров ГАЗ-52 или в развилке выпускных труб коллектора автомобиля УАЗ-469 электродный металл очень плохо сплавляется с металлом детали, его легко отделить от поверхности. В таких случаях сварку выполняют капельно-порционным способом. Шов при этом способе накладывают следующим образом. Возбудив дугу, конец электрода отводят на максимально возможное расстояние от поверхности детали. В этом положении электрод чуть задерживают, создавая возможность для выхода из сварочной ванны имеющихся там газов. В момент опускания электрода с него сплавляется несколько крупных капель металла. Конец электрода при этом опускают в ванну, вытесняя оттуда часть расплавленного грязного металла. После этого дугу обрывают и делают паузу 20-30 секунд, во время которой продолжается процесс термической очистки чугуна. Затем в этом месте снова возбуждают дугу и таким же образом сплавляют новую порцию электродного металла. Он теперь значительно лучше соединяется с основным. Каждую порцию металла накладывают, продвигаясь понемногу вперед, добиваясь полного сплавления его с металлом детали. Процесс продолжают до полного наложения шва на всю трещину. При этом необходимо следить за температурой нагрева металла, чтобы не вызвать дополнительных трещин. При этом способе сварки длину накладываемых швов также необходимо ограничивать.

Первый слой шва, наложенного капельно-порционным способом, получается пористым, непластичным, имеет закаленные прослойки и плохо обрабатывается. Для получения плотного и прочного шва со сравнительно невысокой твердостью и поддающегося механической обработке на первый слой шва накладывают еще 1-2 слоя. Дополнительные усиливающие швы накладывают тем же способом.

К недостаткам устранения трещин капельно-порционным способом относятся повышенный расход электродов и пониженная производительность. Однако этими недостатками можно пренебречь, если учесть высокую стоимость корпусных чугунных деталей.

При электродуговой сварке чугунных деталей электродами из цветных металлов в шве почти всегда образуются поры. Эффективным методом их устранения является проковка. Эта операция, кроме того, способствует снятию в некоторой степени внутренних напряжений после сварки.

Проковку выполняют сразу же после наложения шва, пока металл не остыл. На толстых стенках операцию выполняют пневмомолотком, снабженным специально заточенным сферическим бойком. Швы на менее тонких стенках проковывают вручную конусной частью молотка.

После проковки сварной шов зачищают шлифовальной машиной, оставив над поверхностью небольшой выступ правильной формы. На поверхностях прилегания шов обрабатывают заподлицо с основным металлом.

Корпусные детали (блоки цилиндров, головки блоков), у которых повреждениями были нарушены стенки рубашки охлаждения, после их ремонта сваркой должны быть опрессованы (проверены на герметичность) водой под давлением 0,3-0,4 МПа.

Если не принять мер по герметизации сварных швов, то при гидравлическом испытании довольно часто обнаруживается течь через мелкие поры, не обнаруженные при осмотре. Для обеспечения плотности шва иногда прибегают к зачеканке (в местах утечки) мелких пор, не снимая деталь со стенда.

В последнее время для герметизации швов при восстановлении деталей сваркой широкое применение получили компаунды на основе эпоксидной смолы. Эпоксидные композиции (клеи) после затвердевания выдерживают температуру не более 120°С. Поэтому в тех местах, где деталь в процессе работы нагревается выше этой температуры, применять эпоксидные композиции для герметизации швов нельзя. В таких случаях прибегают к опайке сварных соединений.

Для устранения течи через мелкие поры применяют еще один простой, но достаточно эффективный способ, называемый «приржавлением». Он заключается в нанесении на предварительно зачищенный и прочеканенный шов 10%-ного раствора хлористого аммония. При попадании раствора в поры в течение около 24 ч происходит интенсивная коррозия металла и ее продукты плотно закупоривают поры. Для этих же целей можно применить и другой раствор, состоящий из соляной кислоты, медного купороса, хлористого аммония и воды в отношении 10:5:5:80 (по объему). Методом «приржавления» можно устранить только незначительные поры, через которые просачивается не более 1 капли жидкости за 1 с.

Пробоины, а также сетки трещин, образовавшихся в стенке вследствие удара или размораживания рубашки охлаждения, устраняют методом наложения и приварки заплат, перекрывающих повреждение со всех сторон не менее чем на 10-15 мм. Сначала заплату прихватывают в нескольких точках, затем подгоняют так, чтобы края плотно прилегали к детали.

Заплату лучше всего приваривать электродами ОЗЧ. Сварку ведут петлеобразно-поступательными движениями электрода короткими участками вразброс по всему периметру заплаты. Если технологией предусмотрена герметизация шва эпоксидным клеем, то достаточно одного шва. Если же по условиям работы детали эпоксидный клей применять нельзя, то заплату приваривают двухслойным швом с герметизацией его любым из ранее описанных способов.