ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2024
Просмотров: 61
Скачиваний: 0
П. С. ЕЛИСТРАТОВ, А. П. ЕЛИСТРАТОВ
•' • ■■ . iä.;**
С т А л ь Ю Я Я
, |
■j ’ |
‘ i ■V . |
'’Hv■ |
П. С. ЕЛИСТРАТОВ, А. П. ЕЛИСТРАТОВ
С |
В |
А |
Р |
К |
А |
Ч |
У |
Г |
У |
Н |
А |
С |
Т |
А |
Л |
Ь |
Ю |
П о д р е д а к ц и е й кандидата технических наук В. В. Архипова
ИЗД А ТЕЛ ЬС ТВО «НАУКА И ТЕХНИКА»
М ИНСК 1974
Е л и с т р а т о в П. С., Е л и с т р а т о в А. |
П. |
Сварка чугуна сталью. «Наука и техника», 1974, стр. |
208. |
Стальной шов чугуна может обеспечить высокое ка чество сварного соединения, по своим технико-экономи ческим показателям сварка чугуна сталью является наи более перспективным методом. В книге на основе теоре тических и экспериментальных исследовании освещены образование стального шва па чугуне, физико-химиче ское взаимодействие между металлом шва и сварочным пламенем, а также структура и свойства сварного сое динения.
Таблиц 27, рисунков 49, библиография — 86 назва
ний.
Предназначена для сотрудников научно-исследова тельских институтов, ПТР предприятий, а также может быть использована студентами соответствующих специ альностей.
Р е ц е н з е н т ы :
кандидат технических паук С. А. Марченко, доцент С. М. Яковлев
Е |
03126—048 |
---------------- 117—74 |
|
|
М 31C—74 |
Издательство «Наука и техника», 1974.
ВВЕДЕНИЕ
В связи с развитием производства серого машино строительного чугуна увеличивается применение сварки чугунных детален и конструкции, заварки эксплуата ционных и литейных дефектов чугунных отливок, вос становление изношенных рабочих поверхностей деталей машин и механизмов. Существует много различных ме тодов сварки чугуна (рис. 1), и в настоящее время труд но встретить промышленное или ремонтное предприятие, где бы ни применялся какой-либо из них.
Всякий производственный метод, в том числе сварка чугуна, должен выбираться на основе технико-экономиче ского анализа. При выборе метода сварки чугунных де талей или заварки дефектов чугунных отливок в качестве технического обоснования необходимо, чтобы сварной шов, полученный данным методом, по физическим свой ствам и структурному составу удовлетворял всем техни ческим требованиям, предъявляемым к сварным чугун ным деталям, например однородность структуры, равен ство твердости, магнитных свойств, внбропоглощения. Естественно, перечисленные требования можно обеспе чить только в случае, если сварной шов будет серым чу гуном, таким, как и свариваемый металл. Наиболее на дежным методом получения такого шва является сварка с высоким подогревом — горячая сварка.
Для многих свариваемых или завариваемых чугун ных отливок основным является требование обрабаты ваемости сварного шва режущим инструментом, что определяется назначением обрабатываемой поверхности. Если обрабатываемая поверхность трущаяся, например направляющие станины и сварной шов являются только частью ее, то здесь наряду с обрабатываемостью выдви-
1* |
3 |
чугуна сварки методов Классификация .1 .Рис
|
|
|
|
|
|
шктродугоВая по |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
шктяоВцгобая по |
|
||
|
|
|
|
|
*ъ |
|
||
|
|
|
|
|
h |
Слаояноби |
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
гезобая |
|
|
|
|
|
|
5*-\\\ |
термитная |
|
|
|
|
|
|
|
|
оерелибон(литейная) |
|
|
|
|
|
|
|
|
чугун |
I |
*» |
|
|
|
|
|
|
|
\ 1 - |
«а |
|
|
|
|
|
цдетной |
/ 1 |
§• |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
еллаб |
|
|
чугун |
\ |
|
чугун |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сталь угле |
|
|
сталь угле |
|
|
|
|
|
родистая |
%родистая |
|
|
|
|
|
||
сталь леги |
% |
сталь лвги- |
|
|
|
|
|
|
рованная |
роБатшя |
|
|
|
|
|
||
цбетной |
|
|
цбетной |
|
шлакующее |
| |
|
|
еллаО |
|
|
металл |
|
|
|||
•*>г» |
і |
J |
кислород |
1 |
|
|
|
|
Г |
|
|
|
|
|
|
||
|
і» |
|
|
|
|
|
|
|
I s |
-{углекислый газ |
т - |
1 |
|
|
|
||
S'? |
5 |
|
|
|
|
|
||
«*> |
|
\6одлные пары |
| |
§ |
|
|
|
|
|
|
а» |
|
|
|
|||
металл шба |
___ I нагреб с олла- |
Л__ |
стыкобал |
|
||||
чугун |
|
|
1блением |
|
|
\догребогі т ІІСКим‘ІШи!ІсліГІИ'< горячая-)С 700-1600
-лодогреба без или |
технологическим с |
холадная |
лодогребон |
|
)С300"-(200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
Характеристики методов сварки |
серого чугуна |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Прочность, |
Метод сварки |
Основной состав металла |
шва |
% от прочно |
|||||
сти сваривае |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
мого чугуна |
Газовая с подогревом: |
Серый ферритоперлнтный |
|
||||||
присадка чугунная |
|
|||||||
присадка латунная |
чугун |
|
|
|
100 |
|||
Латунь с графитовыми вклю- |
||||||||
|
|
|
|
чениями |
|
|
|
80—100 |
Электродуговая: |
|
|
Серый ферритоперлитный |
|
||||
электрод чугунный или |
|
|||||||
стальной со |
специаль- |
чугун |
|
|
|
100 |
||
иым покрытием, с по |
|
|
|
|
|
|||
догревом |
|
|
|
|
|
|
|
|
стальным |
электродом |
Высокоуглеродистый |
сплав и |
|||||
с постановкой |
шпилек |
ледебурит |
|
|
|
60—80 |
||
электрод монелевый |
Сплав железо — никель — |
10—15 |
||||||
|
|
|
|
медь — углерод; |
графит |
|||
электрод |
железоиике- |
Сплав железо — никель |
с |
|
||||
левый (ЦЧ-ЗА) |
|
графитовыми включениями |
80—100 |
|||||
электрод стальной с |
Углеродистый сплав |
железа |
||||||
легирующим |
покры- |
с включением карбидов ле- |
||||||
тием (ЦЧ-4) |
|
|
гирующнх элементов, иногда |
|||||
|
|
|
|
цементитные выделения |
|
80—100 |
||
электрод медный |
Высокоуглеродистая |
сталь |
с |
|||||
(ОЗЧ-1) |
|
|
|
вкраплениями меди |
и |
леде- |
||
|
|
|
|
бурита |
|
|
|
60—80 |
электрод стальной с |
Углеродистая ферритоперлит- |
|||||||
окислительным |
покры- |
ная сталь, иногда |
цементит- |
|||||
тием (тип СЧС) |
ные выделения |
|
|
|
80—100 |
|||
Автоматическая |
и |
полу- |
То же |
|
|
|
80—100 |
|
автоматическая |
сталь |
|
|
|
|
|
||
ной проволокой в окис |
|
|
|
|
|
|||
лительной атмосфере |
|
|
|
|
|
гается требование одинаковой истираемости как чугуна, так и шва. Эти два требования ограничивают выбор под ходящего метода сварки. В данном случае, так же как и в предыдущем, учитывают не только экономичность метода, но и увеличение срока службы исправленной станины, что и определяет выбор метода сварки.
В некоторых случаях поверхность со сварным швом является только прнвалочной. Обрабатываемая поверх
5
ность должна быть достаточно ровной, так как при сбор ке конструкции она прикладывается и прижимается к другой ровной поверхности. Для такой обрабатываемой поверхности можно применить различные методы свар ки чугуна, и при выборе их надлежит рассматривать и экономичность выбираемого метода. Следует иметь в ви ду, что современные режущие инструменты оснащены пластинами из твердых сплавов и повышение твердости отдельных участков сварного шва не является препят ствием к обработке.
Часто к сварному соединению предъявляется только требование механической прочности, которое могут обе спечить многие методы сварки чугуна (табл. 1). Выбрать оптимальный метод можно только на основе экономиче ского анализа. Экономическую эффективность каждого метода сварки определяют по различным критериям. Для предварительной сравнительной оценки экономич ности выбираемых методов воспользуемся объективным
0,25 м при толщине отливок от 2 до 30 мм) разными методами
6
II доступным для расчета критерием — технологической себестоимостью сварки пли наплавки. На рис. 2 приве дена диаграмма технологической себестоимости сварки шва длиной 0,25 м при толщине стенок чугунных отли вок от 2 до 30 мм, выполненных разными методами. Эти данные наглядно выявляют экономические особенности каждого метода.
Из данных табл. 1 и рис. 2 видно, что требования механической прочности почти всегда выполняются в случае применения сварки чугуна стальной проволокой (электродами) в окислительной атмосфере — при свар ке электродами типа СЧС п автоматической или полу автоматической в окислительной атмосфере (кислород, углекислый газ). Это определяет необходимость деталь ного изучения и освещения этого метода, способствую щих более широкому внедрению его в производство. Такой метод может применяться не только при ручной, но и при автоматической и полуавтоматической сварке, что выдвигает его на одно из первых мест.
Настоящая работа посвящена исследованию сварно го шва при сварке чугуна сталью в окислительной атмо сфере, в которой использованы наши теоретические и экспериментальные данные.
Глава I
ОБРАЗОВАНИЕ СВАРНОГО ШВА
1. ПЕРЕХОД М ЕТАЛЛА В СВ А РО Ч Н О М ПЛАМ ЕНИ
Нагрев и расплавление электродного прутка
В момент расплавления части электродного прутка (электрода или проволоки), когда образуются первые порции жидкого металла, между расплавленным метал лом и окружающей средой происходят физико-химиче ские взаимодействия, имеющие большое значение для состава металла шва. При горении дуги жидкий металл образуется вследствие интенсивного нагрева торца прутка активным (анодным, катодным) пятном. Незна чительную роль при этом играет и проходящий ток как источник джоулевого тепла, количество которого в еди ницу времени (1 с)
Q1 = |
r-Rt, |
(1) |
где R = pl/F\ р — среднее удельное |
сопротивление ме |
|
талла прутка; F — сечение |
прутка; |
I — длина прутка, |
расплавляемого в 1 с. Эту длину можно определить, при няв, что в 1 с расплавляется определенный вес металла
Gp= \lF (у — средний удельный |
вес металла прутка). |
||||
Тогда |
|
|
|
|
|
I = |
R = |
р уГ- |
' |
|
|
Подставив это значение R в уравнение |
(1), |
получим |
|||
Qx = |
_р |
Ор_ р |
|
(2) |
|
|
У |
F* |
|
|
|
Определим общее количество |
тепла Q2, |
которое на |
|||
до затратить для нагрева |
за 1 |
с |
металла массой Gp до |
||
заданной температуры Т„: |
|
|
|
|
|
Q-i = cGpTn. |
|
|
(3) |
Здесь с — средняя теплоемкость металла прутка. Взяв отношение Qi к Q2, получим
Qi = jp_ _ I"
Qz |
су ТпF- |
Как видим, это отношение очень мало. Например, при ручной сварке электродом диаметром 5 мм и силе тока 250 А, приняв для стали средние значения р== 130■
• ІО-6 ом-см, с— 0,73 дж/г-°С, у = 7,6 г/см3 и Тп— 1500 °С,
получим
Qi |
130-10-0 |
62 500 |
0,025. |
(5) |
|
0,73-7,6 ' |
1500-0,04 |
||||
Qa |
|
|
|||
Это значит, что Qi составляет всего 2,5% от Q2. |
которого |
||||
Среднюю |
температуру |
прутка, по длине |
(длина электрода, вылет проволоки) проходит ток, мож но определить из закона Джоуля — Ленца с учетом ско
рости |
подачи (расплавления)прутка wa и плотности |
|||
тока |
/: |
_Р_ _ |
jo. |
|
|
Тср |
(6) |
||
|
су |
w n |
||
|
|
|
Это соотношение позволяет по заданной средней темпе ратуре ТСр токоведущей части прутка определить ее дли ну L в соответствии с режимом сварки.
Тепло, которое затрачивается на расплавление элек трода, определяется мощностью сварочной дуги и под считывается по уравнению, предложенному Н. Н. Рыкалиным [1]. Это уравнение без учета иесинусоидальности переменного тока запишем в виде
q = |
Ulііэ- |
(7) |
Здесь И — напряжение на |
дуге; / — сила |
тока в дуге; |
Но — эффективный коэффициент полезного действия нагрева электрода дугой.
Величину т]э определяли многие исследователи как теоретически, так и экспериментально. А. А. Ерохин [2] достаточно подробно проанализировал имеющиеся дан ные и принял в зависимости от условий расплавления электрода тіэ в пределах 0,2—0,4, в среднем равным 0,3. Приняв это среднее значение г)э, можно определить ко личество тепла, расходуемое на расплавление электро да при данном режиме сварки. Например, при сварке
ü