Полугорячую сварку чугуна можно осуществлять низкоуглеродистыми стальными электродами с покрытиями типа МР-3, УОНИИ-13, стальными электродами со специальным покрытием, чугунными электродами и ацетиленокислородным пламенем с применением чугунных присадочных прутков. При сварке сквозных трещин или при заварке дефектов, находящихся на краю деталей, необходимо применять графитовые формы, предотвращающие вытекание жидкого металла из сварочной ванны. Во время сварки следует непрерывно поддерживать значительный объем расплавленного металла в сварочной ванне и тщательно его перемешивать концом электрода или присадочного стержня. Для замедленного охлаждения заваренные детали засыпают мелким древесным углем или сухим песком.
Холодная сварка. Сварка называется холодной потому, что изделие перед сваркой не проходит общий подогрев до высоких температур, а подогреву подвергаются лишь зона сварки и свариваемые кромки до температур 350–500 °C в зависимости от габаритов изделия и толщины стенок.
Существует значительное число способов холодной электродуговой сварки чугуна: стальными электродами, стальными электродами со специальными покрытиями, чугунными, медными и прочими электродами. Стержни для электродов делаются преимущественно из цветных металлов и сплавов, например меди, медно-никелевых и железоникелевых сплавов.
Холодную сварку чугуна стальными или чугунными электродами применяют лишь в редких случаях при ремонте неответственных чугунных изделий небольших размеров с малым объемом наплавки, не требующих после сварки механической обработки. Сварное соединение неоднородно по структуре, часто не обладает достаточной плотностью и имеет низкую прочность.
Сварку электродами с защитно-легирующими покрытиями выполняют с V– или Х-образной разделкой кромок. Для устранения неравномерного разогрева детали сваривают отдельными участками вразбивку. Длина отдельных наплавленных участков сварного шва не должна превышать 100–120 мм. После наплавки отдельных участков им дают возможность остыть до температуры 60–80 °C.
Хорошие результаты получают при сварке электродами с покрытием УОНИИ-13/45 на постоянном токе обратной полярности. Также для сварки чугуна получили распространение медно-железные, медно-никелевые и железоникелевые электроды.
Ручная сварка электродами из цветных металлов на медной основе получила широкое распространение для заварки трещин с обеспечением хороших прочностных показателей свариваемых деталей. Сварку ведут электродами ОЗЧ-2 и СТЧ-3 на постоянном токе прямой полярности в нижнем или наклонном положениях небольшими участками длиной 30–80 мм «вразброс» для предупреждения чрезмерного местного перегрева детали. Основной металл при этом проплавляют минимально. Каждый валик после остывания следует очистить и проковать.
Зазоры между кромками при заварке трещин рекомендуется заплавлять стальными электродами. Возобновляют сварку после охлаждения места сварки до 50–70 °C. Длина дуги у электродов ОЗЧ-2 должна быть предельно короткой. Применяют электроды ∅ 4–7 мм, силу тока соответственно 140–300 А. Сварку электродами со стержнем из сплава на основе никеля используют для устранения мелких дефектов, прежде всего, когда требуется обеспечить обрабатываемость сварного соединения, а также его цвет, аналогичный цвету основного металла. Обычно применяют электроды со стержнем из медно-никелевого сплава, который называют монель-металлом: ОЗЧ-З, ОЗЧ-4, ОЗЖН-1, МНЧ-2 и СТЧ-2. Основная марка таких электродов – МНЧ-2 (70 % никеля, 28 % меди).
Сварку электродами ОЗЧ-З и МНЧ-2 на постоянном токе обратной полярности производят короткими швами длиной 30–50 мм с проковкой каждого шва и перерывами для охлаждения. При сварке электродами ОЗЧ-З ∅ 2,5–5 мм сварочный ток 60–150 А, а электродами МНЧ-2 ∅ 3–5 мм – 90–190 А (из расчета 30–40 А на 1 мм диаметра электродного стержня). При заварке крупных дефектов или наплавке больших объемов металла используют также электроды ОЗЖН-1. Электродами ОЗЧ-З наплавляют первый и последний слой, а промежуточные слои наплавляют поочередно электродами ОЗЖН-1 и ОЗЧ-З. Техника и режимы сварки электродами ОЗЧ-1, ОЗЖН-1 и ОЗЧ-З аналогичны. Эти электроды рекомендуются для наплавки последнего слоя при заполнении разделки электродами ОЗЧ-З. То же относится и к электродам СТЧ-2 и МНЧ-2. Сварку ведут электродами ∅ 3–6 мм, сварочный ток соответственно 85–240 А.
Холодная сварка чугуна медно-никелевыми электродами ведется короткими валиками (40–50 мм) с перерывами для охлаждения до температуры 60–70 °C. Высота валика не менее 4 мм, причем каждый валик прочеканивается ударами ручного молотка. Если проковка недоступна или невозможна, то применение медных электродов нецелесообразно. Наплавку валика выполняют только в нижнем положении. При выполнении всех рекомендаций сварка обеспечивает до 70 % прочности основного металла и плотность сварного соединения.
Некоторые дефекты, расположенные по краям, а также «бобышки» и платики можно наплавлять полужидкой ванной с принудительным формированием. Используют силу тока в 1,5 раза больше по сравнению с током при послойной сварке. Мелкие дефекты на обрабатываемых поверхностях заваривают электродами с карбидообразующими элементами в покрытии, например ЦЧ-4. Сварку ведут на минимальном токе электродами диаметром более 4 мм из расчета 23 А на 1 мм диаметра электрода. Ток постоянный, полярность обратная. Кромки рекомендуется облицовывать не более чем в 2 слоя с последующим заполнением объема стальными электродами типа Э42 и Э42А.
Когда не требуется механическая обработка сварных соединений и не оговаривается их прочность, рекомендуется сварка стальными электродами, применяемыми для сварки низкоуглеродистых сталей, а также электродами ЦЧ-4 или электродами со стержнем на основе никеля. Сварку производят отдельными участками на минимальном режиме с перерывами для охлаждения основного металла. При толщине детали до 20 мм разделка кромок необязательна. При большей толщине угол разделки 90–120°.
Для получения равнопрочного с основным металлом соединения непосредственно по месту работы детали без ее демонтажа в завариваемое место устанавливают в шахматном порядке стальные шпильки. При толщине стенок детали до 10 мм диаметр шпилек составляет 6 мм, до 20 мм – 10 мм, для более толстых – 16 мм. Сварку выполняют участками 40–50 мм с перерывами для охлаждения и минимальной глубиной проплавления.
Для качественной сварки серого чугуна нужны специальные электроды, которых, как правило, нет и достать их трудно. В аварийной ситуации, например для экстренного ремонта котла, можно использовать обыкновенные электроды для переменного тока. Производят сварку как обычно, но через каждые 2–3 см шов надо охлаждать солидолом.
Сварка без предварительного нагрева изделий из высокопрочного и ковкого чугуна имеет свои особенности – высокопрочный чугун обладает повышенной склонностью к отбеливанию и большой прокаливаемостью, а ковкий чугун имеет повышенную графитизацию, что затрудняет смачиваемость поверхности при сварке. Сварку можно выполнять до и после термической обработки. До термической обработки изделия сваривают электродами УОНИИ-13/45 и УОНИИ-13/55, а после нее – электродами со стержнем на основе никеля.
Газовую холодную сварку применяют, когда при нагревании и охлаждении детали могут свободно расширяться и сжиматься, не вызывая значительных остаточных напряжений. Технология холодной и горячей сварки в основном одинакова. Вид пламени – нормальное или слегка науглероживающее. Расход ацетилена составляет 100–120 дм3/ч на 1 мм толщины металла, тепловая мощность пламени – максимально возможная. Перед сваркой необходимо подогреть завариваемые кромки пламенем горелки.
Сварку проводят как левым, так и правым способами, в зависимости от толщины деталей, с применением флюсов (см. табл. 36) и присадочных материалов в виде прутков марок А и Б. Шов формируют в нижнем положении. После сварки горелку в течение 2–3 мин медленно отводят от сварного шва. Место сварки защищают асбестовыми листами или песком.
При заваривании дефектов сварку рекомендуется проводить отдельными сварочными ваннами длиной 20–50 миллиметров.
Газовая пайкосварка. Нагрев чугуна при сварке приводит к значительным деформациям изделия, поэтому на последних операциях механической обработки сварных соединений используют не сварку, а пайкосварку – промежуточный процесс между сваркой и пайкой. Заключается она в том, что до температуры плавления нагревают не свариваемый металл, а легкоплавкий (820–860 °C) присадочный материал, смачивающий свариваемые кромки.
Низкотемпературная пайкосварка выполняется ацетиленокислородным пламенем, которое позволяет выполнять независимый, раздельный нагрев основного и присадочного металлов, флюсов. Вид пламени – строго нормальное. Вместо ацетиленокислородного пламени можно использовать пропано-кислородное. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода пропана 60–70 дм3/ч на 1 мм толщины металла.
