Горячая сварка для металла: Горячая сварка чугуна – Сварка различных металлов

Горячая сварка чугуна – Сварка различных металлов

Горячая сварка чугуна Категория: Сварка различных металлов Горячая сварка чугуна Горячую сварку можно применять для изделий ограниченных размеров и массы, практически до 2,5 т, так как при большом объеме нагретого металла производить сварку трудно. Горячая сварка чугуна выполняется в такой последовательности. 1. Подготовка к сварке. Раковины и шлаковые включения полностью удаляются обычно механическим способом — вырубкой или сверлением. Трещины, подлежащие заварке, вырубаются с V-образной или чашеобразной разделкой; невырубленным остается :8б притупление в 3—6 мм. Если объем металла, подлежащего наплавке, велик и превышает 60 см3, то место, предназначенное к сварке, должно быть заформовано так, чтобы можно было обеспечить заполнение этой части ванны жидким чугуном. Формовку выполняют графитовыми пластинами или формовочным песком, замешанным на жидком стекле, формовка должна исключить возможность вытекания жидкого металла из ванны (рис. 103). Объем расплавленной ванны должен обеспечивать возможность поддержания ее в жидком состоянии. После заварки одной секции и затвердения заваренного участка вставка вынимается. 2. Подогрев изделий производится в печах или специальных нагревательных ямах. Обычно температура нагрева при газовой сварке поддерживается в пределах 450—600°С и при дуговой сварке — 700—850° С. Подогрев чугунных изделий перед сваркой до таких высоких температур требуется для того, чтобы снизить скорость охлаждения металла шва и придать ему относительно высокие пластические свойства и возможность обработки режущим инструментом; подогрев необходим также после сварки, чтобы происходило равномерное охлаждение всего изделия и не возникали трещины. Более высокая температура подогрева чугунного изделия при дуго- вон сварке объясняется тем, что погонная тепловая энергия в этом случае меньше, чем при газовой сварке. 3. Присадочным материалом при горячей сварке служат чугунные прутки марок А и Б, в которых графитизация углерода обеспечивается повышенным содержание, кремния. В результате этого наплавленный металл имеет преиму щественно ферритную структуру; прочность его ниже прочностй самого чугунного изделия. Заводом «Станколит» предложены спе; циальные низколегированные прутки, обеспечивающие наплавленный металл перлитной структуры. Литые стержни имею диаметры 4, 6, 8, 10, 12 мм. Рис. 1. Подготовка чугунного изделия с трещиной род сварку с подогревом: 1 — трещина, 2—графитовые пластины, 3 — формовочная смесь, 4 — графитовая вставка, 5 — свариваемое изделие 4. Выполнение сварки. Газовая сварка производится нормаль ным пламенем горелкой с наконечниками № 5—8. Допускается сварка науглероживающим пламенем. Применение флюсов при газовой сварке чугунов обязательно. Флюсы предназначены для удаления из сварочной ванны окислов растворением и переводом их в легкоплавкие шлаки, а такж для улучшения сцепления между расплавленным и основным ме таллом на участке неполного расплавления. Чаще всего в каче стве флюса используют прокаленную буру или смесь из 50% углекислого и 50% двууглекислого натрия. ВНИИавтогенмаш рекомендует флюсы ФСЧ-1 и ФСЧ-2. Первый флюс состоит из 23% прокаленной буры, 27% углекислого натрия и 50% азотнокислого натрия. Добавка к этой смеси небольшого количества (1—2%) углекислого лития (флюс ФСЧ-2) улучшает растворяющие и смачивающие свойства флюса при сварке. Однако он дороже флюса фСЧ-1 и употребляется лишь при низкотемпературной сварке. Защиту сварочной ванны эффективно выполнять газообразным флюсом БМ-1, состоящим из летучей бороорганической жидкости. При газовой сварке чугунный пруток погружают в сварочную ванну только после нагрева его конца до температуры светло-красного каления. Пруток вынимают из ванны по возможности редко и только для нанесения флюса. Основной металл и присадочный пруток плавятся под флюсом. Дуговая сварка чугуна выполняется как угольным электродом с применением чугунного присадочного прутка, так и покрытыми чугунными электродами. Для удаления окислов кремния при сварке угольной дугой используют те же флюсы, что и при газовой сварке чугуна. При дуговой сварке металл сварочной ванны также поддерживают в жидком состоянии до полного заполнения дефекта или заформованного блока. Это обеспечивает наиболее полное удаление газов и неметаллических включений из металла шва и равномерную структуру в металле шва и околошовном металле. Качество соединения свариваемых частей и температура, от которой оно зависит, определяются формой сварочной ванны. Выпуклая поверхность ванны говорит о плохом соединении. В этом случае сварщик должен увеличить нагрев стенок изделия. Когда ванна чрезмерно горяча, расплавление стенок изделия идет весьма интенсивно, образуется очень характерный подрез стенки; в этом случае требуется пламя или дугу перенести в центр ванны, уменьшить температуру ванны добавлением в нее кусочков стержней, электродов или заранее приготов ленных мелких кусков чугуна. Правильный процесс сварки характеризуется вогнутой поверх ностью сварочной ванны без подреза; жидкий чугун хорошо смачивает стенки детали. Многослойная сварка чугуна прИ1 меняется редко и лишь в случаях, ког да невозможно поддерживать всю ванну в жидком состоянии. 5. Охлаждение изделий производится с малой скоростью, иногда в течение 3—5 суток. Подготовка к охлаждению заключается в том, что после окончания сварки поверхность металла шва засыпается слоем мелкого порошка древесного угля, а все изделие со всех сторон закрывается асбестовыми листами и сухим песком. Состав покрытия ОМЧ-1 следующий: 25% мела, 41% графита, 25% плавикового шпата, 9% ферромарганца, 30% жидкого стекла к массе сухой смеси. Толщина покрытия 0,2—0,3 мм на сторону. Сварочный ток для стержня диаметром 6 мм — 250 А, для стержня диаметром 12 мм — 600 А. Удовлетворительные результаты получены при наплавке чугуна чугунным электродом по слою гранулированной шихты —30% чугунной стружки, 28% ферросилиция (75%-ного), 30% алюминия, 12% силикокальция. Смесь шихты в измельченном состоянии замешивается на жидком стекле, прокаливается при 300° С и размалывается в крошку размером зерен 1—3 мм. Толщина слоя шихты при наплавке составляет 8—10 мм. При диаметре чугунного электрода 6—8 мм сварочный ток 200—400 А. Род тока — любой, при постоянном токе применяют прямую полярность. Реклама: Читать далее: Холодная сварка чугуна Статьи по теме: Термитная сварка Электроконтактная и электрошлаковая сварка Электродуговая сварка и резка Электрическая сварка и резка Технология газовой сварки и резки Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Горячая сварка

ЭЛЕКТРОГАЗАСВАРЩИК

Горячей сваркой чугуна называют сварку с предвари­тельным нагревом. Предварительный нагрев уменьшает разность температур основного металла и металла в зоне соединения и тем самым снижает температурные напря­жения при сварке.

Вместе с этим снижается скорость охлаж­дения сплава после сварки, что способствует предупрежде­нию отбела и получению шва хорошего качества.

Подготовка к сварке состоит* из вскрытия, вырубки и тщательной зачистки разделки шва до чистой поверхности металла. Вскрытие и очистку разделки шва (дефектного места) выполняют механическим путем — вырубкой или сверлением. Трещины разделывают Y – или U-образной фор­мы. Разделка дефектного участка должна иметь плавные формы. Для предупреждения вытекания металла и прида­ния шву нужного очертания вокруг разделки выкладывают форму из плотно прилегающих к изделию графитовых или угольных пластин. Применяют также кварцевый песок, замешанный на жидком стекле (100—150 г на 1 кг песка) и просушенный при температуре 40—60°С. При сварке изло­ма необходимо применять приспособления, фиксирующие относительное расположение свариваемых частей и обес­печивающие точность сварки.

Применяют общий или местный подогрев. При массо­вом производстве для общего подогрева деталей и после­дующего их охлаждения после сварки применяют методи­ческие печи конвейерного типа. Для подогрева отдельных

крупных деталей применяют нагревательные колодцы или ямы, выложенные огнеупорным кирпичом. Если подогре­ву подвергается только часть детали, т. е. производится местный подогрев в зоне соединения, подлежащего сварке (полугорячая сварка), то используют горны, газовые и сва­рочные горелки, индукционные нагреватели и др. Темпе­ратура нагрева должна находиться в пределах 400—700°С. Подогрев производят медленно и равномерно, чтобы не вызвать в детали больших внутренних напряжений и не создать трещин.

Для сварки чугунов применяют чугунные прутки сле­дующих марок: ПЧ1 и ПЧ2 — для газовой сварки серого чугуна с перлитной и перлитно-ферритной основой; ПЧЗ — для газовой сварки серого чугуна с ферритной структурой; ПЧН1 и ПЧН2 — для пайкосварки; ПЧИ — для износостойкой наплавки; ПЧВ — для газовой сварки высо­копрочных чугунов с шаровидным графитом. Прутки марок ПЧ1, ПЧ2, ПЧЗ и ПЧВ применяются с покрытием толщи­ной 1—1,5 мм, состоящим из графита серебристого (25%), плавикового шпата (30%), карбида кремния (40%) и алюми­ниевого порошка (5%), замешанных на жидком стекле (60% от сухих компонентов).

Прутки изготовляют диаметром от 4 до 16 мм и длиной 250—700 мм.

Применяют графитизирующие покрытия, содержащие графит, ферросилиций, мрамор, титановую руду, замешан­ные на жидком стекле. Иногда в покрытие вводят термит, что замедляет остывание металла шва. Толщина покры­тия — 2 мм.

Сварку выполняют на постоянном токе прямой поляр­ности, однако можно сваривать и переменным током. При толщине металла до 20 мм сварку производят электродами диаметром 6 мм, при толщине 20—40 мм применяют элек­троды диаметром 8 мм, а при толщине свыше 40 мм мож­но рекомендовать электроды диаметром 10 мм. Сварочный ток определяется из расчета 50—60 А на 1 мм диаметра электрода. Сварку можно выполнять угольными электро­дами диаметром 6—12 мм в зависимости от толщины сва­риваемой детали. Сварочный ток составляет 200—450 А. Присадочным материалом служат прутки марок ПЧ1, ПЧ2, ПЧЗ и ПЧВ, а флюсом — бура или смесь буры (50%) и соды (50%). Ток постоянный, прямой полярности или пе­ременный.

Важным условием качественной сварки является под­держание ванны наплавляемого металла в жидком состоя­нии в течение всего периода сварки. Для этого весь объем сварочных работ выполняют без перерыва. После оконча­ния сварки деталь подвергают медленному охлаждению. Для этого заваренные участки засыпают слоем мелкого древесного угля и накрывают асбестом, что предупреждает отбел чугуна и исключает возникновение больших внут­ренних напряжений и трещин.

Сварка с предварительным нагревом является самым надежным способом предупреждения дефектов чугунных изделий любого размера и конфигурации. При точном со­блюдении технологического процесса можно получить плот­ный и прочный шов.

Техника безопасности при газовой сварке и резке

Техника безопасности при работе с газосварочным обо­рудованием заключается в выполнении следующих требо­ваний: 1. Запрещается устанавливать оборудование и произво­дить сварочные работы вблизи огнеопасных материалов. Подвижные ацетиленовые генераторы должны устанавли­ваться не ближе …

Техника безопасности при контактной сварке

При работе на контактных машинах возможны пораже­ния электрическим током, ожоги нагретым металлом, брыз­гами и выплесками расплавленного металла, отравление испарениями металла и его покрытий в зоне сварки, а так­же травматизм от …

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

§ 65. Техника безопасности при электрической сварке При электросварочных работах возможны следующие виды производственного травматизма: поражение электри­ческим током; поражение зрения и открытой поверхности кожи лучами электрической дуги; ожоги от капель …

Термическая обработка сварных соединений. Часть 1

Термическая обработка является операцией, требующей больших затрат времени и средств. Это может повлиять на прочность и ударную вязкость сварного соединения, его коррозионную стойкость и уровень остаточного напряжения, но также является обязательной операцией, указанной во многих прикладных нормах и стандартах. Кроме того, это важная переменная в аттестационных требованиях к процедуре сварки.

 

Нажмите здесь, чтобы посмотреть наши последние технические подкасты на YouTube .

 

Перед обсуждением диапазона термической обработки, которой может быть подвергнут металл, необходимо четко определить, что подразумевается под различными терминами, используемыми для описания диапазона термической обработки, которая может быть применена к сварному соединению. Такие термины часто используются неправильно, особенно неспециалистами; для металлурга они имеют очень точное значение.

Обработка раствора

Проводится при высокой температуре и предназначена для введения в раствор элементов и соединений, которые затем сохраняются в растворе путем быстрого охлаждения от температуры обработки раствора. Это может быть сделано для снижения прочности соединения или для повышения его коррозионной стойкости. Для некоторых сплавов за этим может следовать термообработка при более низкой температуре для контролируемого преобразования выделений (старение или дисперсионное твердение).

Отжиг

Он заключается в нагреве металла до высокой температуры, при котором происходит рекристаллизация и/или фазовое превращение, с последующим медленным охлаждением, часто в печи для термообработки. Это часто делается для размягчения металла после его закалки, например, путем холодной обработки; полный отжиг дает очень мягкую микроструктуру. Это также приводит к снижению предела текучести и предела прочности при растяжении, а в случае ферритных сталей обычно к снижению ударной вязкости.

Нормализация

Это термическая обработка, которая проводится только для ферритных сталей. Он включает нагрев стали примерно на 30-50°С выше верхней температуры превращения (для стали с 0,20% углерода это будет около 910°С) и охлаждение в неподвижном воздухе. Это приводит к уменьшению размера зерна и повышению как прочности, так и ударной вязкости.

Закалка

Включает быстрое охлаждение от высокой температуры. Ферритная сталь должна быть нагрета выше верхней температуры превращения и подвергнута закалке в воде, масле или воздушной струе для получения очень высокопрочного мелкозернистого мартенсита. Стали никогда не используются в закаленном состоянии, их всегда отпускают после операции закалки.

Отпуск

Термическая обработка ферритных сталей при относительно низкой температуре, ниже нижней температуры превращения; в обычной конструкционной углеродистой стали это будет в районе 600-650°С. Он снижает твердость, снижает прочность на растяжение и повышает пластичность и ударную вязкость. Большинство нормализованных сталей перед сваркой подвергают отпуску, все закаленные стали используют в закаленном и отпущенном состоянии.

Старение или дисперсионное твердение

Низкотемпературная термообработка, предназначенная для получения надлежащего размера и распределения осадков, тем самым увеличивая выход и прочность на разрыв. Обычно этому предшествует термическая обработка раствора. Для стали температура может быть где-то между 450-740°С, алюминиевый сплав будет стариться при температуре 100-200°С. Более длительное время и/или более высокие температуры приводят к увеличению размера осадка и снижению как твердости, так и прочности.

Снятие напряжения

Как следует из названия, это термическая обработка, предназначенная для уменьшения остаточных напряжений, возникающих в результате усадки сварного шва. Он основан на том факте, что при повышении температуры металла предел текучести снижается, что позволяет перераспределить остаточные напряжения за счет ползучести сварного шва и основного металла. Охлаждение от температуры снятия напряжения контролируется, чтобы не возникало вредных температурных градиентов.

Последующий нагрев

Низкотемпературная термообработка, проводимая сразу после завершения сварки путем увеличения предварительного нагрева примерно на 100°C и поддержания этой температуры в течение 3 или 4 часов. Это способствует диффузии любого водорода в сварном шве или зонах термического влияния из соединения и снижает риск холодного растрескивания, вызванного водородом. Он используется только для ферритных сталей, где водородное холодное растрескивание является серьезной проблемой, т. е. для сталей, очень чувствительных к растрескиванию, очень толстых соединений и т. д.

Термическая обработка после сварки (PWHT)

Так что же означает термин «термическая обработка после сварки»? Для некоторых инженеров это довольно расплывчатый термин, который используется для описания любой термической обработки, проводимой после завершения сварки. Однако для других, особенно для тех, кто работает в соответствии с кодами сосудов под давлением, такими как BS PD 5500, EN 13445 или ASME VIII, это имеет очень точное значение. Поэтому, когда инженер говорит о термической обработке после сварки, отжиге, отпуске или снятии напряжений, рекомендуется.

Термическая обработка после сварки может проводиться по одной или нескольким из трех основных причин:

• для достижения стабильности размеров с целью соблюдения допусков во время операций механической обработки или во время приспособляемости в процессе эксплуатации
• для производства специальных металлургических конструкций с целью достижения требуемых механических свойств
• для снижения риска возникновения проблем в процессе эксплуатации, таких как коррозия под напряжением или хрупкое разрушение, за счет снижения остаточного напряжения в сварном компоненте

Диапазон термической обработки для достижения одной или нескольких из этих трех целей в диапазоне черных и цветных металлов и сплавов, которые могут быть сварены, очевидно, слишком широк, чтобы подробно описывать его в этих кратких статьях. Акцент в следующем разделе будет сделан на PWHT углеродистых и низколегированных сталей в соответствии с требованиями стандартов применения, хотя будут кратко упомянуты и другие формы термической обработки, с которыми инженер-сварщик может столкнуться при сварке ферросплавов. Здесь задействованы два основных механизма: во-первых, снятие напряжения и, во-вторых, микроструктурные модификации или отпуск.

Снятие стресса

Почему необходимо снимать стресс? Это дорогостоящая операция, требующая нагрева части или всего свариваемого изделия до высокой температуры, и она может вызвать нежелательные металлургические изменения в некоторых сплавах. Как упоминалось выше, может быть одна или несколько причин. Высокие остаточные напряжения, зафиксированные в сварном соединении, могут вызвать деформацию за пределами допустимых размеров при механической обработке изделия или при его вводе в эксплуатацию. Высокие остаточные напряжения в углеродистых и низколегированных сталях могут увеличить риск хрупкого разрушения, создавая движущую силу для распространения трещины. Остаточные напряжения вызывают коррозионное растрескивание под напряжением в соответствующей среде, например, в углеродистой и низколегированной стали в щелочной среде или в нержавеющей стали, подверженной воздействию хлоридов.

Чем вызваны эти высокие остаточные напряжения? Сварка включает осаждение расплавленного металла между двумя практически холодными поверхностями основного металла. Когда соединение охлаждается, металл сварного шва сжимается, но удерживается холодным металлом с обеих сторон; поэтому остаточное напряжение в соединении увеличивается с понижением температуры. Когда напряжение достигает достаточно высокого значения (предела текучести или предела текучести при этой температуре), металл пластически деформируется посредством механизма ползучести, так что напряжение в соединении соответствует пределу текучести. По мере того, как температура продолжает падать, предел текучести увеличивается, препятствуя деформации, так что при температуре окружающей среды остаточное напряжение часто равно пределу текучести (рис. 1).

Чтобы уменьшить этот высокий уровень остаточного напряжения, компонент повторно нагревается до достаточно высокой температуры. По мере повышения температуры предел текучести падает, что приводит к деформации и снижению остаточного напряжения до тех пор, пока не будет достигнут приемлемый уровень. Компонент будет выдержан при этой температуре (пропитан) в течение определенного периода времени, пока не будет достигнуто стабильное состояние, а затем снова охлажден до комнатной температуры. Остаточное напряжение в соединении равно пределу текучести при температуре выдержки.

На рис. 1 показано, что остаточное напряжение в углеродисто-марганцевой стали достаточно стабильно падает от температуры окружающей среды до примерно 600°C, но для высокопрочных жаропрочных сталей температура должна быть выше 400°C, прежде чем остаточное напряжение начнет падать. Нержавеющая сталь практически не подвергается воздействию до тех пор, пока температура не превысит 500°C. Поэтому существует диапазон температур выдержки для различных сплавов, позволяющий добиться приемлемого снижения остаточного напряжения без неблагоприятного воздействия на механические свойства соединения. В углеродистых марганцевых сталях эта температура будет находиться в пределах 550-620°С, в жаропрочных сталях где-то между 650-750°С и в нержавеющих сталях между 800-850°С.0003

В следующей статье будет рассказано об отпуске ферритных сталей, за ней последует дополнительная информация о других сплавах и методах применения и контроля термообработки.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Все о сварке термическим перемешиванием

Сварка плавлением предполагает применение источника тепла для расплавления двух отдельных кусков металла для их соединения. В зависимости от источника тепла качество сварки может варьироваться от плохого до хорошего, может сохраняться микроструктурная целостность, а прочность соединения может быть эффективной. Но трудно поддерживать высокий уровень всех этих аспектов. Сварка трением с перемешиванием (FSW) аналогична, с несколько более высоким сохранением микроструктурной целостности, но она выполняется с помощью вращающегося цилиндрического инструмента, который нагревает и пластифицирует материал за счет трения. Этот инструмент иногда может быть проблематичным для определенных типов металлов и комбинаций соединений.

Недавнее новшество НАСА, называемое термической сваркой с перемешиванием, объединяет различные аспекты двух процессов в более эффективную и универсальную систему соединения, которая позволяет избежать недостатков как сварки плавлением, так и сварки трением с перемешиванием, при этом используя преимущества обоих процессов.

Основы сварки плавлением и трением с перемешиванием

Сварка плавлением включает воздействие прямого тепла на соединение двух пластин или листов металла. Примеры включают дуговую сварку и лазерную сварку. Существует множество различных типов сварки плавлением, поскольку источник тепла может быть разным, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Например, ручная дуговая сварка металлическим электродом дает относительно грязный шов и должна выполняться человеком, поскольку ее нельзя автоматизировать. Однако это дешевле, чем другие формы. Лазерная сварка может прорезать толстый, прочный металл и создавать очень чистые сварные швы в полностью автоматизированном процессе, но лазер очень дорог в покупке и обслуживании.

Сварка трением с перемешиванием создает тепло за счет трения. Цилиндрический инструмент с зондируемым наконечником на буртике входит в сустав, где он вращается, генерируя фрикционное тепло. Как только температура становится достаточной, металл пластифицируется, и вращающийся наконечник смешивает обе стороны шва вместе, соединяя стороны. Затем инструмент следует по линии соединения, продолжая процесс до тех пор, пока вся линия не будет соединена. Сварка трением с перемешиванием обеспечивает чистый сварной шов и подходит для металлов со сложным микроструктурным составом, таких как сталь или нержавеющая сталь. Однако из-за комбинации штифта и буртика существуют ограничения по скорости сварки трением с перемешиванием.

Процесс термической сварки с перемешиванием

Сварка термическим перемешиванием представляет собой сочетание теплогенерирующих свойств сварки плавлением и перемешивающих свойств сварки трением с перемешиванием. Во-первых, источник тепла, которым может быть плазменная горелка, лазер или любой другой источник, используемый при сварке плавлением, нагревает металл до точки пластификации. Также можно использовать процессы индукционного нагрева. Затем инструмент для перемешивания с наконечником вдавливается в поверхность стыка и вращается вдоль линии стыка, смешивая две стороны вместе и создавая прочное соединение.

Преимущества и недостатки сварки термическим перемешиванием

Поскольку и нагрев, и соединение контролируются отдельно, у производителей есть много возможностей для гибкости процесса. Он может быть полностью автоматизирован или сочетать автоматизацию и ручной труд. Он также может с большей легкостью соединять разнородные металлы или металлические сплавы. Сварной шов будет невероятно чистым, потому что рекристаллизация, вызванная вращающимся инструментом, будет контролироваться, но пластификация металла будет происходить намного быстрее благодаря альтернативному источнику тепла.