Файл: Елистратов, П. С. Сварка чугуна сталью.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 24.10.2024

Просмотров: 61

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 =

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