способ низкотемпературной сварки чугуна

Формула изобретения

Способ низкотемпературной сварки чугуна, включающий механическую разделку кромок, очистку поверхности основного металла, в процессе которой на поверхности основного металла получают структуру металла с характеристикой хорошо свариваемой стали, и заполнение разделки жидким присадочным материалом без расплавления основного металла, отличающийся тем, что очистку поверхности выполняют расплавом металла плавящегося электрода с температурой 960 - 1000^oС, а жидкий присадочный материал при заполнении разделки получают дуговой сваркой плавящимся электродом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электродуговой низкотемпературной сварке чугуна и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства.

Известно, что долгое время внимание уделялось созданию электродов для электродуговой сварки на основе железа и использованию проволок, предназначенных для углеродистых конструкционных сталей. Однако, как показала практика, сварка чугуна без предварительного подогрева сталью не перспективна. Она не может гарантировать получение сварного соединения без трещин в металле шва и зоне термического влияния. В зоне сплавления всегда присутствуют цементит и ледебурит, которые не только способствуют образованию трещин в сварном соединении, но затрудняют его обработку и значительно снижают эксплуатационную надежность изделия.

Известны способы холодной сварки чугуна с применением присадочных материалов на основе никеля и меди. Однако сварные соединения, выполненные этими материалами, не всегда обеспечивают качество, надлежащее второй жизни восстановленной детали. При этом бесполезно и безвозвратно расходуются никель и медь (по п. 1 и 2 см. книгу Тезисы докладов Всесоюзной Научно-Технической конференции "Сварка чугуна при восстановлении отливок и деталей машин", М. 1979, под редакцией В.И.Левченкова и Б.Г.Иванова с.138; 10.).

Известен способ электродуговой сварки чугуна (см. патент Япония 51-26300, кл. B 23 K 31/00), отличающийся тем, что в устройство сварочного самоходного автомата (трактора) ввели три газовых горелки и дуговую строжку. Это позволило в прямолинейных швах обеспечивать одновременно двусторонний подогрев детали, разделку кромок (дуговой строжкой), дуговую сварку и отжиг. Однако устройство имеет значительно сложное и дорогое комплектующие оборудование, при этом имеет ограниченное применение и не может заменить гибких процессов ручной сварки.

Известен "Способ электродуговой сварки чугуна" (см. патент 1811458, кл. B 23 K 9/14 9/173), включающий следующие операции: предварительный подогрев, разделку кромок и сварку плавящимся электродом, причем для исключения образования ледебурита и цементита предварительный подогрев осуществляют плавящимся электродом, при этом подогрев и разделку кромок выполняют с периодическим горением дуги со скоростью не менее 15 мм/с и длительностью пауз, вдвое превышающей длительность периодов горения дуги, после разделки кромок проводят оплавление кромок с удалением расплавленного металла, причем подогрев, разделку и оплавление, а также заполнение кромок выполняют на токе, превыщающем ток сварки на величину 30 50% Недостаток способа заключается в том, что технологический процесс связан с длительными термическими нагрузками.

За прототип выбран известный низкотемпературный процесс "сварка-лайка" (см. книгу Тезисы докладов Всесоюзной Научно- технической конференции "Сварка чугуна при восстановлении отливок и деталей машин", М.1979, под редакцией В.И.Левченкова и Б.Г.Иванова с.56-61, 70-72).

Технический процесс включает контактное воздействие на границе "жидкий металл-твердое тело" в паре чугун-чугун, причем определяющую роль играет капиллярное явление смачиваемости чугуна отливки жидким наплавляемым металлом. Процесс протекает без расплавления основного металла при минимальном нагреве детали. Прочность соединения характеризуется адгезией расплава к соединяемому металлу и возможностью затекания его в поры. На практике это выглядит следующим образом: выявленные дефекты на последних стадиях механической обработки зачищают и проводят местный нагрев свариваемого участка газовой горелкой. Температуру нагрева не доводят до плавления, затем в нагретую зону заливают расплавленный модифицированный чугун, причем чугун предварительно нагревают в тигле до 1450-1600^oC. Процесс наплавки иногда ведут при помощи газовой сварки, в этом случае используют чугунные присадочные материалы марки ПЧН-2 или материалы на медной основе "ЛОМНА". Рабочая температура процесса пайкосварки составляет 900- 950^oC, при этой температуре расплавление основного металла не происходит.

Недостатком указанного способа является то, что прочность пайкосварного шва низкая, так как в зоне шва сконцентрированы неметаллические включения и в контакте припой основной металл скорее произойдет трехкратная эвтектика чем смачивание металлов. Плохую свариваемость чугуна именно и характеризуют в избытке в нем вредных примесей серы, фосфора, углерода и др. литейных шлаковых загрязнений, т. е. один из важных недостатков традиционных процессов сварки чугуна (особенно серого).

Цель изобретения повышение качества сварного соединения при низкотемпературной сварке чугуна.

Способ низкотемпературной сварки чугуна, включающий механическую разделку кромок и сварку без расплавления основного металла, заключается в том, что из матрицы кромок удаляют эвтектику с расплавом дугой плавящегося электрода с тепловложением на матрицу расплавом металла 960- 1000^oC с получением смачиваемых кромок и сварку дугой плавящегося электрода с взаимодействием металлического прутка.

Низкотемпературную сварку чугуна проводят следующим образом.

Деталь располагают так, чтобы расплав металла при помощи дуги мог свободно сползать сверху вниз по матрице кромок с удалением за их пределы. Первоначально концом электрода зажигают дугу в верхнем участке увариваемых кромок, при появлении расплава он стремится сползать вниз, расплав направляют дугой вдоль матрицы кромок, постоянство расплава контролируется дугой, дуга работает только на расплаве, т.е. без расплавления основного металла. Расплав, проходя по матрице кромок, уносит с собой плохосвариваемые сплавы как бы промывая матрицу кромок. В первых проходах расплав с примесями основного металла образует эвтектику с температурой плавления 953-956^oC в этом процессе смачивания присадочного металла с основным не происходит, т.е. идет процесс примерно типа промокашки с собиранием низкотемпературных плохосвариваемых сплавов. Однако после двух-трех проходов структура в матрице кромок очищается (промывается) и происходит активное смачивание припой-металл, а в последующих двух проходах окончательно формируется надежный соединительный слой на глубину 0,5-1мм. После каждого прохода дуги делают паузу или дугу переносят на другой участок и после снижения температуры в участке до 50-70^oC проходы повторяют.

Наплавку кромок металлом проводят как только сформируется соединительный слой в матрице кромок, причем для погашения тепловложений процесс ведут так, чтоб дуга плавящегося электрода работала во взаимодействии с металлическим прутком. Для этого плотность дуги гасят на прутке контактируемого в кромках с основным металлом и при полном отсутствии расплавленной ванночки до получения тягучего сползающего расплава (примерно так, если бы заливали готовым расплавленным металлом из тигля). Способ позволяет надежно исправлять дефекты чугунного литья (даже на финише ее чистовой механической обработки) с характеристиками прочности, не уступающими основному металлу и доступной механической обработки всеми средствами независимо от марки чугуна, причем более доступными и дешевыми средствами. Предлагаемый способ сварки неоднократно применяется, например, чугунный корпус электродвигателя мощностью 150 кВт при транспортировке получил в крепежной части и в местах расположения обмоток. Крепежная часть была заварена по способу патента 1811458, кл. B 23 K 9/14, 9/173, причем электродвигатель не разбирали и сварку вели на том же месте, где получил поломку. В корпусе с токоведущей стороны обмоток исправлению подлежало три сквозных отверстия диаметром 30 50 мм. Обломанные кусочки к отверстиям подгоняли на свои места, а там где их не оказалось (утеряны), заменили стальными вставками. Процесс сварки вели известными методами. В процессе использовали источник постоянного сварного тока с крутопадающей характеристикой, полярность обратная. Подготовку кромок под сварку обеспечивали электродами типа УОНИ диаметром 4 мм на режимах тока 200 А.

Наплавку подготовленных кромок вели в нижнем положении чугунным электродом марки ЭЧ-1 диаметром 12 мм дополнительно с присадочным чугунным литым прутком марки ПЧ-1 диаметром 10 мм, силу сварочного тока доводили до 500 А.

Электродвигатель после ремонта получил достаточно надежную вторую жизнь.