Сварка чугуна с местным подогревом

Задание – изучить порядок выполнения, законспектировать лабораторную работу и отправить или на почту или в ВК или предоставить выполненную по выходу.

Лабораторная работа

Выбор режима сварки чугуна, его дефектных мест и проведение процесса сварки

Цель работы

1.1 Получить навык в составлении технологии газовой сварки чугуна

1.2 Закрепить теоретический материал по теме «Технология газовой сварки»

1.3 Привить навыки самостоятельной работы со справочной литературой

2. Оборудование и материалы:

2.1 Пост газовой сварки.

2.2 Пластины из серого чугуна толщиной 6 мм

2.3 Литые чугунные стержни

2.4 Флюс для сварки чугуна.

2.5 Листовой асбест.

2.6 Ящик с нагретым песком.

2.7 Плакат: Технология газовой сварки чугуна

Общие положения

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, содержащий углерод от 2 до 6,67%. Наряду с углеродом в чугуне содержатся кремний. Марганец, сера и фосфор. Содержание серы и фосфора значительно больше, чем в стали.

В зависимости от состояния углерода чугуны разделяются - на серые, белые и ковкий.

В сером чугуне углерод находится в виде тонких пластинок и чешуек графита. Он хорошо обрабатывается режущим инструментом, в изломе имеет серый цвет. Серый чугун получается путем медленного охлаждения чугуна после его плавления или нагревания до высоких температур. Получению серого чугуна способствует также повышенное содержание графитизаторов - кремния и углерода. Кремний способствует процессу графитизации чугуна тем, что уменьшает растворимость углерода в железе. Углерод увеличивает число кристаллизационных центров, и процесс перехода углерода в свободное состояние, протекает быстрее.

Белый чугун представляет собой сплав железа с углеродом, в котором углерод находится в виде химического соединения с железом — цементита Fe₃C. Чугуны этой группы имеют белый излом, отличаются высокой твердостью и хрупкостью. Если сварной шов и околошовную зону быстро охладить, то они отбеливаются и становятся очень хрупкими и твердыми. Объясняется это тем, что при быстром охлаждении чугуна углерод не успевает выделяться в свободном виде и остается в чугуне в химически связанном состоянии.

Существуют следующие методы сварки чугуна:

1) холодная сварка — без предварительного подогрева;

2) сварка с предварительным местным подогревом или полугорячая;

3) горячая сварка с предварительным общим подогревом.

При втором и третьем методах изделие перед сваркой подогревается до температуры 600—800° в специальных печах, временных горнах или газовой горелкой. Последующее медленное охлаждение после сварки может происходить вместе с печью, в горячем песке или под листовым асбестом.

Горячая сварка чугуна

Горячая газовая сварка чугуна нашла широкое применение висправлении дефектов литья, а также ремонте небольших чугунных деталей.

Способ горячей сварки чугуна является наиболее надежным способом, обеспечивающим лучшее качество сварного соединения. Выбор способа сварки определяется составом чугуна, конструкцией детали, характером дефекта и условиями работы.

Процесс горячей газовой сварки разбивается на целый ряд отдельных операций, от которых зависит качество сварного соединения. К этим операциям относятся:

- подготовка деталей под сварку;

- предварительный подогрев деталей;

- сварка деталей;

- охлаждение деталей после сварки.

Подготовка к сварке определяется видом дефекта отливки или характером поломки детали. Для предотвращения распространения трещин концы их перед сваркой рекомендуется засверливать. Раковины, трещины и другие поверхностные дефекты подготавливают разделкой места заварки. Разделку ведут вырубкой или другими механическими способами.

Свариваемое изделие перед сваркой собирают и прихватывают по кромкам. Диаметр прихваток не должен превышать 5—6 мм. Без подготовки кромок сваривают детали толщиной до 4 мм. На деталях толщиной свыше 5 мм производят разделку кромок под углом 70—90°. Свариваемые кромки тщательно очищают от грязи, ржавчины, масла или других загрязнений металлической щеткой или пламенем сварочной горелки.

Детали, подготовленные под горячую сварку, подвергают, нагреву до 500—700°С. Температура общего предварительного подогрева определяется, размером деталей, толщиной стенок, жесткостью конструкции, объемом наплавляемого металла и структурой чугуна. Общий подогрев свариваемых деталей ведется в электрических и газовых печах, а при единичных ремонтных работах — в специальных термических печах, ямах и горнах.

Рисунок 5.1 - Коксовый горн

1-рама, 2-чугунная опока, 3-колосниковая решетка

Для общего нагрева, а также последующей термической обработки сваренных деталей, используют горны и печи различного типа. На рис. 5.1 представлен горн, состоящий из металлического каркаса и чугунной опоки с колосниковой решеткой. Естественная тяга через колосниковую решетку обеспечивает такую скорость сгорания кокса, которая необходима для постепенного нагрева деталей. При сварке чугуна используют также камерные печи и печи с выдвижным подом.

Рисунок 5.2 - Печи: а- камерная, б - с выдвижным поддоном

При отсутствии специальных печей на месте сварки сооружают временные печи. При пользовании временными печами деталь обкладывают древесным углем и закрывают асбестом. Для поступления воздуха делают снизу отверстие или оборудуют специальную систему поддува. После того, как свариваемая деталь нагреется до требуемой температуры, ее извлекают из печи и подают на рабочее место сварщика. Во избежание охлаждения свариваемой детали во время сварки ее закрывают листовым асбестом. Открытым остается только место сварки. После сварки изделие медленно охлаждают в яме или вместе с горном. Равномерное и медленное охлаждение предупреждает коробление, образование трещин и структур отбела.

Сварку чугуна выполняют нормальным пламенем или пламенем с небольшим избытком ацетилена. В начале сварки пламя горелки устанавливают почти вертикально, по мере сварки делают необходимый угол в зависимости от толщины свариваемого металла. Ядро пламени должно находиться на расстоянии 2—3 мм от поверхности свариваемого металла. Наконечник горелки выбирают из расчета расхода ацетилена 120 дм³/ч на 1 мм толщины свариваемого металла.

В качестве присадки согласно ГОСТ 2671—80 для горячей газовой сварки применяют чугунные прутки марки ПЧ-2 диаметром 4, 6, 8 и 12 мм, длиной 250—450 мм. Чугунные прутки марки ПЧ-2 с торца маркируют белой краской. Прутки должны храниться в сухом месте в ящиках или на стеллажах.

При горячей сварке чугуна необходимо учитывать резкий переход из жидкого состояния в твердое образование окисной пленки на поверхности жидкой ванны, что затрудняет выделение газа из жидкого металла. Для облегчения выделения газа сварочную ванну необходимо непрерывно помешивать присадочным прутком.

При горячей газовой сварке чугуна применяют флюс, способствующий улучшению процесса сварки и удаления образовавшихся окислов. В качестве флюса используют прокаленную буру или смесь 56% прокаленной буры, 22% углекислого натрия и 22%. углекислого калия. Кроме того, при сварке чугуна можно применить газообразный флюс БМ-1 (ТУП-42-64).

В процессе сварки сварщику необходимо следить за тем, чтобы в наплавленном металле не оставалось шлака, и расплавленный присадочный металл хорошо сплавлялся с основным металлом.

Для получения сварного соединения, свойства которого равноценны свойствам основного металла, необходимо после сварки уменьшить скорость охлаждения. Для этого пламя сварочной горелки отводят от поверхности свариваемого металла на 50—60 мм, а наплавленный металл подогревают пламенем в течение 1—1,5 мин.

Для уменьшения внутренних напряжений в массивных деталях сложной конфигурации рекомендуется сваренные детали подвергать вторичному нагреву до температуры 600—750° С и охлаждать вместе с печью.

Сварка чугуна с местным подогревом

Этот способ газовой сварки чугуна применяют в тех случаях, когда место сварки и характер конструкции позволяют производить местный подогрев без появления трещин и напряжений в свариваемых изделиях. Местный предварительный подогрев применяют при сварке массивных деталей или деталей, конструкция которых не создает жесткого контура. В этих случаях участок местного подогрева выбирают так, чтобы в детали создавались тепловые деформации, равнозначные деформациям, которые возникнут на участке сварки. Например, в чугунной раме (рис. 5.3), имеющей трещину на участке 1, для того чтобы создать равномерную тепловую деформацию, необходимо осуществить подогрев противоположного плеча на участке 2.

Рисунок 5.3 - Сварка чугунной рамы

Местный подогрев свариваемых деталей выполняют до температуры 300—500°С сварочными горелками, паяльными лампами, индукционным электронагревом и другими способами.

При сварке применяют нормальное сварочное пламя или пламя с небольшим избытком ацетилена. Мощность сварочного пламени выбирают из расчета расхода ацетилена 100—120 дм³/ч на 1 мм толщины свариваемого металла.

В качестве присадки используют чугунные прутки марки ПЧ-3 диаметром 4, 6, 8, 10 и 12 мм, длиной 250— 450 мм. Согласно ГОСТ 2671—80 чугунные прутки марки ПЧ-3 содержат углерода 3,0—3,5%, кремния — 3,5— 4,0%, марганца 0,5—0,8%, серы не более 0,08%, фосфора 0,3—0,5%, хрома 0,05% и никеля 0,3%.

После сварки места подогрева медленно охлаждают, для чего прикрывают их асбестом или засыпают песком.

Холодная сварка чугуна

Холодную сварку чугуна применяют в тех случаях, когда детали при нагревании и охлаждении способны свободно расширяться и сжиматься, не вызывая значительных остаточных напряжений. При этом мощность пламени горелки должна быть максимально возможной. Технологический процесс сварки без предварительного нагрева почти аналогичен процессу горячей сварки, однако имеет и свои особенности. Перед заваркой дефекта необходимо подогревать пламенем горелки участки, прилегающие к дефекту. После окончания заполнения дефекта горелку в течение 2—3 мин медленно отводят, направляя пламя на участки, прилегающие к дефекту. Деталь или часть детали, на которой находится заваренный участок, для медленного охлаждения засыпают песком или покрывают асбестом.

Способ низкотемпературной пайки-сварки чугуна отличается от обычных способов тем, что основной металл не доводится до температуры плавления, а нагревается только до температуры 820—860°С, т. е. до температуры «смачиваемости».

Этот способ разработан в институте ВНИИАвтогенмаш и основан на применении специальных чугунных прутков и флюсов. Капли расплавленного присадочного металла под действием сварочного пламени легко растекаются по поверхности свариваемого металла, обеспечивая плотное соединение свариваемых деталей. Низкотемпературную сварку чугуна используют при заварке литейных дефектов деталей из серого чугуна, а также при заварке чугунных деталей в готовых изделиях в случаях их поломки, появления трещин и других дефектов.

В качестве присадки для заварки тонкостенных отливок применяются чугунные прутки НЧ-2, а для толстостенных — чугунные прутки УНЧ-2.

Для низкотемпературной пайки-сварки чугуна применяют специальные флюсы ФСЧ-2 и МАФ-1. Применяемые флюсы химически обрабатывают нагретую свариваемую поверхность от окислов, жиров и других загрязнений, увеличивают прочность сцепления наплавленного металла с основным, увеличивают жидкотекучесть расплавленного металла и защищают нагретую поверхность и расплавленный металл от кислорода и азота воздуха.

Состав флюсов для низкотемпературной пайки-сварки чугуна приведен в табл. 1.

Таблица 1 - Состав флюсов для низкотемпературной пайки-сварки чугуна

В процессах

МАФ-1

ФСЧ-2

МАФ-1

Буро плавленая

Сода кальцинированная

Азотно-кислый натрий

Селитра натриевная

Углекислый литий

Углекислый натрий

Фтористый натрий

Фторцирконий калия

Окись кобальта

0,5

26,5

12,5

8,5

Разделку дефектного участка под низкотемпературную сварку производят фрезерованием, сверлением или строганием. Место сварки предварительно зачищают до металлического блеска. Профиль разделки кромок сквозных и несквозных дефектов представлен на рис. 5.4. Угол разделки составляет 70—90.

Рисунок 5.4 - Профили разделки дефекта под пайку - сварку: а- разделка несквозного дефекта, б - разделка дефекта с применением подкладки из огнеупорного материала

Неглубокие поры и шлаковые включения вырубают зубилом или удаляют шлифовальным кругом.

Перед сваркой изделие подогревают горелкой до температуры 300— 400° С. Изделия сложной формы нагревают в печи.

Схема устранения сквозных дефектов (трещин) показана на рис. 5.5а. При устранении засверленных дефектов (пористость, раковины) присадочный металл наносят по винтовой восходящей линии (рис. 5.5б).

Рисунок 5.5 - Схема устранения дефектов а - сквозных трещин, б - засверленных дефектов

На нагретую наплавляемую поверхность равномерно наносится слой флюса. Место сварки нагревают горелкой до температуры 820—860°С, пламя должно быть строго нормальным. При этой температуре паста-флюс плавится, покрывая тонкой пленкой место сварки. Присадочный пруток также покрывают флюсом, расплавляясь, присадочный металл стекает на завариваемую поверхность и растекается по ней. Сварку производят левым способом, Расстояние между ядром пламени и концом прутка должно составлять 2—3 мм, угол между осью горелки и плоскостью детали — 20—30°

После сварки изделие медленно охлаждают под слоем асбеста или в песке. Так как при данном способе основной металл не доводят до расплавления, то при пайке-сварке отсутствуют участки отбеленного чугуна, и металл шва получается плотным, мягким и хорошо обрабатывается механическими способами.

При низкотемпературной пайке-сварке чугуна вместо ацетилена можно применять газы-заменители. При применении в качестве горючего газа пропан - бутана мощность сварочного пламени выбирают из расчета расхода пропан - бутана 60—70 дм³/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Пламя берется нормальное. При толщине металла до 6 мм сварку выполняют за один проход, при толщине 9—12 мм — в два прохода. При использовании в качестве флюса ФСЧ-2 рабочая температура составляет 900—950° С. При такой температуре не исключено появление структур закалки в зоне термического влияния, поэтому указанный флюс имеет ограниченное применение. Его используют в тех случаях, когда допускается повышенная твердость наплавленного металла. Флюс МАФ-1 позволяет вести процесс низкотемпературной пайки-сварки при рабочей температуре 750—800° С.

В некоторых случаях целесообразно применять вместо сварки пайку-сварку чугуна латунными припоями. Этот метод используют при ремонтной сварке. Преимущество пайки-сварки чугуна латунью по сравнению со сваркой плавлением заключается в том, что нагрев чугуна до температуры плавления латуни (850-900°С) существенно не изменяет структуры металла и не вызывает значительных термических напряжений.

Кромки детали толщиной до 25 мм скащивают под углом 45°, а при большей толщине рекомендуется ступенчатая разделка. При пайке-сварке латунью лучше, когда поверхности соединяемых кромок шероховаты.

Углерод с поверхности соединяемых кромок выжигают на глубину 0,2— 0,15 мм двумя способами: соединяемые кромки детали покрывают пастой из железных опилок и борной кислоты и нагревают пламенем горелки; кромки детали нагревают пламенем горелки, отрегулированным с избытком кислорода. В обоих случаях кромки деталей нагревают до 750—900° С. Наибольшее применение нашел второй способ.

Техника пайки-сварки состоит в следующем. Кромки нагревают до красного цвета, посыпают флюсом и облуживают участками. Сварочное пламя должно быть нормальным или с небольшим избытком кислорода. Деталь для пайки-сварки должна находиться в наклонном положении, пайку-сварку выполняют снизу вверх. Положение горелки и присадочного металла такое же, как при правом способе. Мощность сварочного пламени выбирается из расчета 60;—75 дм /ч ацетилена на 1 мм толщины. Для пайки-сварки применяют припой ЛОК 59-1-03, который обеспечивает получение более плотного паяно-сварного шва и обусловливает бездымный процесс его плавления. В качестве флюса используют буру (100%) или смесь 50% буры и 50% борной кислоты.

Низкотемпературная пайка-сварка чугуна латунными припоями протекает при температуре 700—750° С, при которой в чугуне не происходит структурных изменений. Это исключает опасность отбела чугуна и уменьшает возможность образования трещин. Пайку-сварку латунным припоем применяют при исправлении дефектов на обработанных поверхностях чугуна. Для пайки-сварки латунными припоями разработаны специальные флюсы ФПСН-1 и ФПСН-2. Эти флюсы нейтрализуют действие свободного графита, частицы которого выступают на свариваемой поверхности и мешают ее смачиванию. В качестве припоя используется кремнистая проволока ЛОК 59-1-03, содержащая в среднем до 6,3% кремния. Для пайки-сварки изделий, к механическим свойствам которых предъявляют повышенные требования, применяют припой ЛОМНА 49-25-10-4-0,4, содержащий медь, олово, марганец, никель и до 0,6% алюминия,. При пайке этим припоем металл паяно-сварного шва имеет цвет чугуна, твердость НВ 180—200 и временное сопротивление разрыву 280—340 МН/м².

Для пайки используют поверхностно-активный флюс марки ФПСН-2. Он содержит 45% борной кислоты, 22,5% углекислого лития, 22,5% соды кальцинированной и 10% солевой лигатуры. Его применяют в виде порошка или пасты. Флюс плавится при температуре 600— 650° С. Пайку выполняют обычной сварочной горелкой, работающей на ацетилене или газах-заменителях. Вначале при пайке-сварке слегка окисленным пламенем нагревают место наплавки до 450—500°С, а затем в разделку вводят флюс. Пайку-сварку начинают в момент плавления флюса, направляя пламя на прилегающие к разделке участки. Расплавленный флюс прутком припоя 5 равномерно распределяют по всей поверхности завариваемого места; затем пламя направляют на конец прутка, расплавляют его и заполняют разделку металлом припоя. Наплавленный металл сразу же после сварки проковывают ручным медным молотком.

Порядок выполнения работы

4.1 Выбрать параметры режима для сварки чугунных пластин толщиной 6 мм

4.1.1 Выбрать вид разделки кромок, в соответствии с ГОСТ

4.1.2 Определить вид и мощность сварочного пламени по формуле

4.1.3 Определить марку присадочного стержня

4.1.4 Выбрать флюс

4.2 Собрать встык пластины, прихватить (см. схему сборки)

4.3 Подогреть кромки пластин до красного каления, ввести флюс и заварить стык.

4.4 Произвести медленное охлаждение после сварки. Для этого отвести горелку на 50-60 мм от поверхности свариваемого металла и задержать на 1-2 мин., затем поместить соединение в ящик с нагретым песком или накрыть асбестом

Содержание отчета

5.1 Эскиз сварного соединения

5.2 Технология газовой сварки с общим подогревом

5.2.1 Вид и мощность сварочного пламени, расчет V_a

5.2.2 Угол наклона мундштука горелки

5.3.4 Присадочные прутки - марка, химический состав, диаметр

5.3.5 Марка и химический состав флюса

5.3.5 Скорость и способ охлаждения 5.4 Ответы на контрольные вопросы

Контрольные вопросы

6.1 Назовите способы газовой сварки чугуна.

6.2 Перечислите трудности при сварке чугуна?

6.3 Какова область применения и виды холодной сварки чугуна?

6.4 Перечислите способы предварительного подогрева и последующего охлаждения чугуна после сварки.

6.5 Какой вид пламени применяется при газовой сварке чугуна?

Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 157; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!