Учебное пособие

Сварка

Особенности сварки чугуна

Чугуны представляют собой железоуглеродистые сплавы, и которых содержание углерода превышает 1,7%. Чугуны, применяемые, а промышленности и строительстве, имеют следующие примеси: 2.0...4,0% углерода; 0,5...1,6% марганца; 0,5...4% кремния; 0,02...0,2% серы и 0,02..0,2% фосфора. Специальные чугуны имеют также легирующие примеси: никель, хром, медь, титан, алюмяний.

Углерод в чугуне может находиться в виде карбида железа (первичный и вторичный цементит) Такой чугун, называемый «белым чугуном», обладает повышенной твердостью и плохо поддается механической обработке. В сером чугуне углерод находится в свободном состоянии в виде прослоек графита и только частично может быть в виде вторичных карбидов (перлит). Кремний способствует графитизации чугуна и увеличению размеров графитовых включений. Марганец при содержании в чугуне до 0.7% слабо способствует грефитизации, а при содержании свыше 1 % препятствуем распаду карбида железа. Сера является вредной примесью: она повышает густотекучесть чугуна, ухудшает литьевые качества и дает соединение с железом способствующее образованию трещин при сварке. Сера препятствует распаду карбида железа к выделению свободного углерода. Фосфор является слабым графитизатором; он улучшает литейные качества чугуна, повышая жидкотекучесть. Из легирующих примесей сильным графитизатором является алюминий. Выделению графита способствуют также никель, кобальт, медь, титан, хром, ванадий и молибден препятствуя распаду карбида железа, действуют как размельчители зерен.

Большой применение получили модифицированные и высокопрочные чугуны, имеющие ферритную или перлитную основу или их сочетание. Эти чугуны обладают высокими механическими свойствами н применяются при изготовлении ответственных деталей машин. Их высокие механические свойства обусловлены тем, что вместо вытянутых пластинок и прожилок графита, карушающих целостность металлической основы (как в сером чугуне), графит в высокопрочном чугуне имеет глобулярную форму, обеспечивающую наибольшую сплошность металлической основы.

Основные трудности, возникающие при сварке чугунов, обусловлены их физико-механическими свойствами:

быстрое охлаждение жидкого металлла в зоне сварки, а также выгоранием кремния из расплава шва способствует местному «отбеливанию» металла шва и околошовной зоны, т. е. способствуют переходу графита в химическое соединение с железом — цементит, плохо поддающийся механической обработке;
отсутствие периода пластического состояния и высокая хрупкость приводят вследствие неравномерного нагрева и охлаждения, а также неравномерной усадки металла к появлению больших внутрених напряжений и трещин как в самом сварном шве, так и в околошовной зоне;
низкая температура плавления, непосредственный переход чугуна из твердой фазы в жидкую, и наоборот, затрудняют выход газов из металла шва, и шов получается пористым;
высокая жидкотекучесть чугуна не позволяет производить сварку не только в вертикальном, но и в наклонном положении шва.