2. Особливості зварювання деталей із чавуна та алюмінієвих сплавів

Особливості зварювання і наплавлення чавунних деталей. Зва­рювання чавуну має певні труднощі, пов'язані з відбілюванням металу в навколошовній зоні, різким переходом під час нагріван­ня з твердого стану у рідкий, можливістю утворення тріщин.

При швидкому охолодженні розплавленого або нагрітого до температури вище 750 °С сірого чавуну графіт легко переходить у цементит сірий чавун відбілюється, стає твердим, крих­ким, погано піддається механічній обробці.

Відсутність перехідного пластичного стану чавуну під час на­грівання до температури плавлення призводить до того, що метал із твердого стану відразу переходить у рідкий. Тому зварювальні поверхні чавунних деталей повинні розміщуватись строго горизон­тально.

Відсутність площини текучості і низька межа міцності чавуну на розтяг призводять до утворення тріщин у навколошовній зоні. Крім того, при зварюванні вигорають вуглець і кремній, тому утворюється велика кількість газів і шлакових з'єднань, які не встигають виділитися з розплавленого металу. Шов отримують по­ристим і забрудненим неметалічними включеннями. При визначен­ні методу плавлення враховують необхідність механічної обробки шва після зварювання, вимоги до щільності шва, умови роботи де­талі тощо.

Гаряче зварювання дозволяє одержати шов високої якості, який за своїми властивостями практично не поступається матеріа­лу деталі. Деталь перед зварюванням нагрівають до 600—650 °С зі швидкістю 1600° на годину. Після зварювання або наплавлення деталь знову кладуть у піч і охолоджують разом з нею або ж у спеціальних термосах.

Газове зварювання чавуну ведуть чавунними дротами марки А і Б діаметром 6—8 мм. Для зменшення вигорання вуглецю зварю­ють нейтральним або відновлюючим полум'ям.

Для гарячого електродугового зварювання використовують електроди ОМЧ-1, які складаються із чавуну марки Б і мають спеціальну графітизовану обмазку. Зварюють на постійному стру­мі зворотної полярності короткими валиками (25—ЗО мм).

Попереднє підігрівання деталі забезпечує достатню графітиза­цію чавуну у зоні зварювання і запобігає з'явленню тріщин. Але для великогабаритних деталей воно потребує спеціального облад­нання, великих затрат енергії. Під час нагрівання можливе жо­лоблення деталей, тому інколи застосовують місцеве-попереднє пі­дігрівання деталей до 300—400 °С

Найпоширеніше холодне зварювання чавуну, під час якого за­стосовують спеціальні технологічні прийоми і електроди, які запо­бігають відбілюванню чавуну. З метою зменшення нагрівання де­талі і вигорання вуглецю та кремнію зварювання ведуть на по­стійному струмі оберненої полярності електродами діаметром 2— 4 мм. У цьому випадку встановлюють понижену величину струму.

Заварювання тріщин виконують методом «відпалюваних» вали­ків (рис. 4) за допомогою стальних маловуглецевих електродів

(наприклад Е-34 з крейдовою об­мазкою або електродами УОНИ 13/55). Краї тріщини обробляють під кутом ,90°. Після накладання короткого валика відразу ж на нього накладають другий валик, який відпалює перший, і так до повного заповнення оброблюва­ної ділянки. Під час «відпалювання» цементит розпадається, а загартована частина шва відпус­кається і нормалізується. Метал шва стає ненапруженим і пла­стичним.

Для чавунних деталей із товстими стінками з метою збільшен­ня міцності зварювального з'єднання застосовують різні підсилю­вальні елементи — шпильки, болти або скоби, виготовлені з мало-вуглецевої сталі. Зварювання починають навколо підсилювального елемента, а потім накладають «відпалювальні» валики по всій довжині тріщини.

Добрі результати дає зварювання високоміцного чавуну елек­тродами на основі нікелю ПАНЧ-11, ПАНЧ-12, ЦЧ-ЗА. Шов одер­жують пластичний, достатньо міцний, без тріщин, пор. Він добре обробляється.

Коли не потрібна висока міцність шва, зварюють мідно-заліз­ними (ОЗЧ-2) або мідно-нікелевими електродами (МНЧ-2, стерж­ні яких виготовлені з монель-металу — 28 % міді і 65 % нікелю та ін.).

В окремих випадках використовуються й інші способи зварю­вання чавунних деталей.

Зварювання алюмінію і його сплавів. Алюміній і його сплави легко окислюються на повітрі, тому поверхні деталей завжди по­криті щільною і міцною плівкою оксиду алюмінію, температура плавлення якого (2050 °С) набагато перевищує температуру плав­лення алюмінію (650 °С). Під час нагрівання деталі метал розплав­ляється під окисною плівкою. Крім того, коефіцієнт розширення алюмінію у два рази, а теплопровідність у три рази вищі, ніж у сталі. Тому при зварюванні деталі метал прогрівається навіть на значній відстані від місця зварювання, що призводить до виник­нення значних деформацій. Процес зварювання ускладнюється ви­сокою рідкотекучістю металу і тим, що перехід із твердого стану в рідкий не супроводжується зміною кольору деталі. Шлак, який утворюється при деяких видах зварювання, має щільність більшу, ніж розплавлений алюміній, тому він не спливає на поверхню і забруднює зварювальний шов.

Газове зварювання алюмінієвих деталей ведеться за допомогою алюмінієвого присадного дроту, покритого тонким шаром флюсу АФ-4А, АН-4А, АН-А201 або ж непокритим дротом, опускаючи пе­ріодично нагрітий його кінець у флюс.

Алюмінієво-кремнієві сплави (силуміни) зварюють газовим по­лум'ям без флюсу. Окисну плівку в цьому випадку видаляють стальними гачками. Розплавлений метал утримують від розтікан­ня стальними або глиняними підкладками.

Для зменшення жолоблення і запобігання утворенню тріщин деталі перед зварюванням підігрівають до 200—350 °С.

Зараз поширене електродугове зварювання алюмінію неплав­ким електродом у середовищі інертного газу — аргону. Присадний алюмінієвий дріт вводять в дугу, яка горить між неплавким воль­фрамовим електродом і деталлю. Зварювання можна вести на по­стійному струмі оберненої полярності або на змінному. Для аргоно-дугового зварювання випускаються установки УДАР-300-1, УДАР 500-1, УДГ-301, УДГ-501.