Особенности сварки чугуна и алюминия

Из чугуна изготовляются многие базисные детали строительно-дорожных машин, тракторов, автомобилей и технологического оборудования. При эксплуатации этих машин у чугунных деталей появляются трещины, изломы и  износы, которые необходимо устранять.

Сварка чугуна затруднена вследствие следующих причин:

1- склонности чугуна к отбеливанию;

2- трещинообразования при сварке;

3-резкого перехода при нагреве из твердого состояния
в жидкое.

Чугун называется отбеленным, если большая часть углерода в нем находится в химически связанном состоянии с железом, т. е. в виде цементита Fe ₃ C. Отбеливание происходит при быстром охлаждении расплавленного чугуна. Углерод не успевает выделится в виде графита, а выделяется в виде цементита, ледебурита и мартенсита; чугун становится хрупким и твердым и не поддается механической обработке.

В сером чугуне углерод находится в виде графита. Графитизация чугуна происходит не только при переходе чугуна из жидкого состояния в твердое, но и при дальнейшем охлаждении, причем, чем медленнее охлаждается деталь, тем полнее происходит графитизация. Холодная масса
чугунной, чаще всего большой по массе, детали ускоренно отводит тепло сварки, поэтому происходит интенсивное отбеливание сварного шва, а вследствие различия коэффициентов расширения серого и белого чугунов возникают внутренние трещины.

Избежать этих затруднений при сварке чугуна можно двумя способами:

1. Выполнять горячую сварку металла с последующим медленным охлаждением после сварки;

2. Выполнять холодную сварку чугуна, но вводить в шов элементы, препятствующие образованию цементита, или использовать способы упрочнения швов.

Горячая сварка чугуна проводится на предварительно нагретых до 600…650° С деталях. После сварки происходит охлаждение всей массы нагретой детали, поэтому скорость охлаждения сварного шва будет ниже, чем при холодной сварке. В сварном шве успевает произойти графитизация, скорость усадки уменьшается и поэтому не образуется трещин в околошовной зоне.

Горячая сварка позволяет получить наилучшие результаты, но процесс технологически сложный и очень трудоемкий, поэтому широкого распространения она не имеет.

Чаще применяется холодная сварка чугуна, выполняемая следующими способами:

— стальным малоуглеродистым электродом;

— специальными электродами ПАНЧ-11, МНЧ-1, МНЧ-2, ОЗЧ-1 и др.;

— биметаллическим электродом или пучком электродов.

Если требуется хорошая обрабатываемость шва и допускается невысокая прочность, то используются электроды МНЧ-1, МНЧ-2. Никель, входящий в состав электродов, не образует соединений с углеродом, поэтому шов имеет невысокую твердость, но хорошо механически обрабатывается. Хорошие результаты при сварке чугуна дает использование сварочной проволоки ПАНЧ-11.

Электроды ОЗЧ-4, изготовляемые из медной проволоки с фтористо-кальциевой обмазкой, обеспечивают прочный, но труднообрабатываемый шов, представляющий собой медь, насыщенную железом.

Рис. 9.15. Биметаллический электрод

При отсутствии специальных электродов изготовляются биметаллические электроды (рис. 9.15) намоткой медной проволоки или надеванием медной трубки (меди до 70 % от железа) на стальной стержень или малоуглеродистый стальной электрод. Сварной шов также представляет собой медь с вкраплениями железа, прочность его составляет до 60–70 % от прочности основного металла.

 

Трудность сварки алюминия заключается в следующем:

1. На поверхности детали образуется тугоплавкая окись алюминия, высокая температура (2050…2060° С) плавления ее препятствует образованию сварочной ванны и соединению кромок свариваемого материала, который расплавляется при более низкой температуре (650…660° С). Так как алюминий окисляется очень быстро, то нельзя механически удалив окисную пленку до сварки, выполнять сварку. Окисную алюминиевую пленку надо разрушать и удалять только во время сварки.

2. Алюминий и его сплавы жидкотекучие, не меняют своего цвета, оставаясь серебристо-белыми. Это затрудняет сварку и визуальное определение момента сварки и заплавления шва.

3. Высокая теплопроводность алюминия и быстрый отвод тепла приводят к большим внутренним напряжениям, к короблению деталей и к появлению трещин.

Несмотря на эти затруднения, можно получить качественные сварные швы одним из способов:

1- газовой сваркой, как без флюса, так и с флюсом;

2- электродуговой сваркой плавящим электродом;

3- электродуговой сваркой неплавящим угольным электродом;

4- аргонно-дуговой сваркой.

Электродуговую сварку алюминиевых деталей проводят на постоянном токе обратной полярности. Используются электроды типа ОЗА-1 и ОЗА-2, изготовляемые из алюминиевой проволоки с нанесенной
обмазкой, аналогичной по составу флюсу АФ-4А, состоящему из фтористых и хлористых солей лития, калия и натрия, которые химически разрушают окисную пленку. При использовании этих электродов наблюдаются значительные газовые выделения вредных для человека химических элементов и это требует обеспечения повышенной вентиляции при сварке.

Наиболее распространенная в практике аргонно - дуговая сварка (рис. 9.16) обеспечивает самое лучшее качество свар ки, выполняется с помощью вольфрамового электрода и стационарных установок УДАР-300, УДАР-500, состоящих из сварочного трансформатора с дросселем насыщения и осциллятором, или с помощью передвижных установок УДГ-301 и УДГ-501. Имеются установки для сварки алюминия различными токами: постоянным или импульсным (УДГ-161); постоянным, импульсным или переменным (УДГ-251, УДГ-351).

 

	Рис. 9.16. Схема аргонно - дуговой сварки алюминия

 

В зону электрической дуги между деталью и вольфрамовым электродом через специальную горелку подается аргон, который предохраняет металл от окисления, и вводится алюминиевый пруток. Разрушение окисной пленки происходит под действием дуги. Состав электродной проволоки выбирается близким по составу основному металлу.

В настоящее время выпускается много различных полуавтоматов для сварки алюминиевой проволокой в среде аргона (схема сварки аналогична рис. 9.18).