способ электродуговой сварки чугуна со сталью

Формула изобретения

1. Способ электродуговой сварки чугуна со сталью, включающий установку в зоне сварки стальной и чугунной деталей, подачу стальной электродной проволоки и сварку, отличающийся тем, что стальную и чугунную детали устанавливают в зоне сварки с зазором 0,15-0,45 мм для получения нахлесточного сварного соединения, а сварку ведут в полуавтоматическом режиме электрозаклепками при времени сварки 2-5 с и с перерывами между ними в смеси углекислого газа и кислорода при соотношении 83-99% СО₂ и 1-17% О₂ на токе 90-180 А и напряжении на 0,5-3,5 В меньше установленного для заданного тока, при этом после выполнения четырех электрозаклепок зону сварки охлаждают струей сжатого воздуха до температуры ниже 50°С, после чего сварку продолжают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заклепки устанавливают с перерывами не менее 3 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при сварке чугунных деталей с деталями из стали в различных отраслях народного хозяйства.

Известен дуговой процесс сварки чугуна со сталью, при котором сваривают трубу из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом со сталью [1]. Сварку ведут специальными электродами.

Недостатком является то, что при этом сложно выполнить за один проход кольцевой шов, который не всегда получается прочным. Процесс сварки не снижает вероятность образования трещин в околошовной зоне.

Известна холодная дуговая сварка серого и высокопрочного чугуна и чугуна со сталью безникелевым электродом [2].

Сварка в данном способе велась без предварительного подогрева на постоянном токе обратной полярности. Режимы сварки были следующими: диаметр электрода 3 мм, Jсв.=60-80 А, положение шва - нижнее, диаметр электрода 4 мм, Jсв.=90-110 А, положение - нижнее.

Недостаток способа заключается в том, что после сварки данными электродами шов не имеет достаточной пластичности для существенного повышения возможности релаксации сварочных напряжений, что увеличивает вероятность образования трещин в сварном соединении. При сварке на границе шва образуются участки со структурой, имеющей ледебурит и мартенсит, что повышает твердость и снижает сопротивляемость к образованию трещин в околошовной зоне.

За прототип выбран способ холодной электросварки чугуна с применением стального электрода, включающий установку в зоне сварки стальной и чугунной деталей, подачу стальной электродной проволоки и сварку [3]. Сварка чугуна стальным электродом под слоем флюса, состоящего из буры, каустической соды, кузнечной окалины и мела производилась без подогрева, при силе тока в 55-60 А на 1 мм диаметра электрода. Сварка чугуна стальным электродом без подогрева при повышенной силе тока обеспечивает отсутствие отбели, однако недостаток данного способа заключается в том, что шов имеет низкую пластичность, недостаточную для релаксации сварных напряжений внутри шва и в переходной зоне. На границе шва образуется крупнозернистый мартенсит, что способствует образованию трещин и препятствует получению требуемой работоспособности сварных соединений. Недостатком прототипа является также низкое качество сварного соединения.

Задачей изобретения является повышение качества сварного нахлесточного соединения чугун-сталь.

Технический результат - снижение вероятности появления трещин, устранение причин, вызывающих зарождение дополнительных внутренних напряжений от усадки металла шва по линии соприкосновения стали и чугуна.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе электродуговой сварки чугуна со сталью, включающем установку в зоне сварки стальной и чугунной деталей, подачу стальной электродной проволоки и сварку, стальную и чугунную детали устанавливают в зоне сварки с зазором 0,15-0,45 мм для получения нахлесточного сварного соединения, а сварку ведут в полуавтоматическом режиме электрозаклепками при времени сварки 2-5 с и с перерывами между ними в смеси углекислого газа и кислорода при соотношении 83-99% СО₂ и 1-17% О₂ на токе 90-180 А и напряжении на 0,5-3,5 В меньше установленного для заданного тока, при этом после выполнения четырех электрозаклепок зону сварки охлаждают струей сжатого воздуха до температуры ниже 50°С, после чего сварку продолжают.

Заклепки устанавливают с перерывами не менее трех секунд.

Ведение сварки в смеси углекислого газа и кислорода позволяет снизить содержание углерода в расплаве и переходной зоне металла шва, что повышает его пластичность, снижает хрупкость и устраняет возможность появления трещин.

Одним из отличительных признаков является то, что напряжение сварки снижают на 0,5...3,5 В меньше установленного для заданного тока, и это позволяет более интенсивно перемешивать жидкий расплав металла шва за счет погружения дуги в расплав сварочной ванны, что влияет на распределение содержания углерода и легирующих элементов и соответственно на равномерность свойств по сечению шва и получение оптимальной структуры металла шва.

Отличительным признаком является также то, что перед сваркой между деталями устанавливается зазор 0,15...0,45 мм, что способствует устранению появления дополнительных напряжений от усадки металла шва при остывании до температуры окружающей среды и снижению внутренних напряжений в сварном соединении. Так называемый «усадочный зазор» необходим для устранения явления самоотрыва стали от чугуна, т.е. разрушения сварного соединения от повышенных внутренних напряжений, создаваемых усадкой металла шва.

Отличительным признаком заявляемого изобретения является также ведение сварки электрозаклепками короткими швами с ограничением времени горения электрической дуги в пределах от двух до пяти секунд, т.е. с минимальным тепловым вкладом в чугунную деталь и, как следствие, незначительным содержанием составляющих отбеленного чугуна ледебурита и мартенсита, и последующим охлаждением струей сжатого воздуха до температуры ниже 50°С, что также приводит к снижению временного тепловложения в сварное соединение и одновременно к понижению уровня образования остаточных напряжений в сварном соединении.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1.

Для балансировки чугунного махового колеса, в котором нет возможности применить балансировку за счет удаления материала колеса, производят приварку стальных пластин. Приварку стальных пластин проводят на сварочном полуавтомате шведской фирмы «ESAB» модели «Aristo LUD-450W» плавящейся электродной проволокой Св-08Г2С диаметром 1,0 мм при следующих режимах: зазор между деталями 0,2 мм, ток сварки 110 А, напряжение 16,7 В, что на 1,8 В меньше требуемого для указанного тока. Пластины приваривают в смеси углекислого газа и кислорода при их соотношении 99%:1% соответственно электрозаклепками со стороны стальной детали при времени сварки 3 с и перерывами между ними 5 с. После приварки 4-х электрозаклепок производят охлаждение зоны сварки струей сжатого воздуха до снижения температуры сварного соединения ниже 50°С, после чего продолжают сварку.

Проверку качества сварного соединения производят ультразвуковым прибором модели УД2-12. Проверка сварного соединения сразу после сварки и через 18 часов не выявила наличия трещин, что указывает на высокое качество выполненной сварки.

Прочность сварного соединения определяли на образцах из чугунных и стальных пластин с использованием разрывной испытательной машины модели Р-10. Параметры заявляемого способа и полученные показатели качества сварного соединения сведены в таблицу.

Остальные примеры (см. Таблицу) выполнены аналогично первому, отличаются маркой сварочной проволоки, ее диаметром, заявляемыми параметрами и приведены в таблице.

В примере 1 и 2 приведены параметры проведения электродуговой сварки чугуна со сталью в среде углекислого газа.

Во всех примерах выполнения способа получено сварное соединение высокого качества, без трещин; при охлаждении зоны сварки струей сжатого воздуха до температуры ниже 50°С получено сварное соединение с повышенной прочностью.

Источники информации

1. Свидетельство РФ на полезную модель №25565. «Комбинированная труба». МПК F16L 9/08, публ. 10.10.2002 г.

2. Патент РФ на изобретение №2151677. «Безникелевый электрод для холодной дуговой сварки серого и высокопрочного чугуна и чугуна со сталью». МПК В23К 35/22, 35/365, публ. 27.06.2000 г.

3. А.С. СССР №96988. «Способ холодной электросварки чугуна с применением стального электрода». МПК В23К 9/18, публ. 01.01.1954 г.

Таблица
Параметры заявляемого способа и полученные показатели качества сварного соединения
№№ примеров	Марка сварочной проволоки	Диаметр проволоки, мм	Зазор между деталями, мм	Ток сварки, А	Величина занижения напряжения, В	Время сварки, с	Перерыв между электрозаклепками, с	Смесь защитных газов, СО2:О 2, %	Температура сварного соединения после охлаждения сжатым воздухом, °С	Прочность сварного соединения, кN
1.	Св-08А	1,0	0,15	90	0,5	5	2	100:0	52 (запр.)	38,0
2.	Св-08А	1,0	0,15	90	0,5	5	2	100:0	44	46,0
3.	Св-08А	1,2	0,45	180	3,5	2	3	99:1	43	48,5
4.	Св-08А	1,2	0,45	180	3,5	2	3	99:1	51 (запр.)	39,6
5.	Св-08А	1,2	0,45	180	3,5	5	2	83:17	48	43,0
6.	Св-08А	1,2	0,45	180	3,5	5	2	83:17	52 (запр.)	38,7
7.	Св-08Г2С	1,2	0,15	150	2,5	3	4	98:2	47	46,6
8.	Св-08Г2С	1,2	0,15	150	2,5	3	4	98:2	53 (запр.)	37,2
9.	Св-08А	1,0	0,2	120	2,0	4	5	96:4	46	45,0
10.	Св-08А	1,0	0,2	120	2,0	4	5	96:4	52 (запр.)	37,3
Сокращение, указанное в скобках (запр.), означает запредельное значение заявляемого параметра