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

гося в твердом состоянии. На исследованных образцах жидкого чугуна практически не было: при выемке образ­ ца из ванны жидкий металл почти полностью стекал. Исследования образцов показали, что ни в одном участ­ ке их не был обнаружен ледебурит. Это значит, что ле­ дебурит появляется только в той части чугуна, которая при сварке находится в жидком состоянии. Поэтому в зоне термического влияния ледебурит ие образовывался, а только в той части металла шва, которая нагревалась до расплавления (зона сплавления).

Скорость растворения графитовых пластин довольно большая, составляет в среднем около 20 лг/с/с. Поэтому при нормальных скоростях сварки, когда сварочная ван­ на существует более 5 с, графит успевает полностью раствориться в металле. Вследствие этого в участках зоны термического влияния, расположенных непосредст­ венно на границе с жидким металлом (III и особенно

148

IV), образовывается аустенит, пересыщенный углеро­ дом. Такие участки склонны к интенсивной графнтнзадии, особенно при многослойной сварке, когда зона тер­ мического влияния подвергается повторному нагреву. Однако в IV участке часть углерода будет дуффуидировать в жидкий металл, что вызовет снижение концентра­ ц и и углерода. Поэтому склонность к графитизации тако­

го металла будет понижена, а температура плавления его повысится. Это ограничивает расплавление металла и способствует уменьшению глубины проплавления.

Значение химического состава свариваемого металла

Поскольку зона сплавления состоит из смеси двух ме­ таллов, то естественно, что свариваемый металл может оказать влияние на структуру зоны сплавления. Для вы­ явления этого были приготовлены шесть партий литых пластин размером 200X200X 15 мм с определенным со­ держанием углерода: 0,2— 1,5—2—2,5—3—3,5%. В пре­ делах каждой партии пластин с данным содержанием углерода отдельные пластины различались по содержа­ нию кремния (норма 0,3— 1—2—3%). После отливки пластины подвергались отжигу, для выравнивания структуры и в средней части каждой пластины простру­ гивалась продольная канавка ширимой 8 мм и глубиной 5 мм. В эту канавку наплавлялся валик металла элект­

части пластины после наплавки валика вырезался шлиф. В табл. 13 приведено краткое описание структур метал­ ла зоны сплавления, а также фактическое содержание в пластинах углерода и кремния. Содержание других элементов в пластинах находилось в пределах средних значений.

Из полученных данных видно, что цементит в зоне сплавления появляется в третьей партии пластин, при содержании в них 2% углерода. Изменение содержания кремния не очень заметно изменяет структуру металла зоны сплавления, хотя на структуру металла пластин оказывает заметное влияние. Так, в пластинах 9 и 10 имелись сетка и иглы избыточного цементита, а в пла-

149

150

стинах 11 и 12 уже появляется графит. Ледебурит в зоне сплавления появляется в трех последних пластинах чет­ вертой партии (пластины 14, 15, 16). При этом в пласти­ не 14 был ледебурит, а в пластинах 15 и 16 — пластинча­ тый графит, во всех остальных — графит, а в зоне сплав­ ления — ледебурит.

Таким образом, ледебурит в металле зоны сплавле­ ния появляется при наличии в свариваемом металле уг­ лерода 2,5% и более. Присутствие кремния не способст­ вует снижению ледебурита, а даже иногда содержание ледебурита в зоне сплавления увеличивается с повыше­ нием содержания кремния. Отсюда вытекает, что полу­ чить структуру металла зоны сплавления с минималь­ ным содержанием ледебурита или даже без ледебурита легче при сварке низкокремнистых и низкоуглеродистых перлитных чугунов, чем при сварке ферритных. Приве­ денные выше данные получены при сварке ферритных чугунов с наибольшим содержанием углерода и крем­ ния. Это значит, что сварка выполнялась в неблагопри­ ятных условиях.

Значение технологических параметров сварки

П о л я р н о с т ь с в а р о ч н о г о тока. При свар­ ке чугуна этот параметр может иметь двоякое значение. Температура анода сварочной дуги несколько выше тем­ пературы катода, следовательно, при прямой полярно­ сти изделие может нагреваться несколько интенсивнее, чем при обратной. При этом сварочная ванна будет ох­ лаждаться медленнее, что благоприятствует устранению твердых структурных составляющих. Кроме того, в сва­ рочной ванне углерод находится в виде иона С4+, кото­ рый под влиянием постоянного электрического поля имеет тенденцию перемещаться по направлению к като­ ду. Это значит, что при сварке на прямой полярности ионы углерода будут стремиться всплыть, удаляясь из зоны сплавления в верхние слои ванны, где они более легко могут быть окислены. Поэтому сварка на прямой полярности обеспечивает благоприятную структуру зо­ ны сплавления, что подтверждается экспериментально.

Для выявления полярности тока производилась на­ плавка металла на торец чугунного образца (методику

151

см. в работе [72]) іі па чугунные пластины вручную и полуавтоматически. Полученные данные (рис. 37) пока­ зывают, что полярность сварочного тока оказывает не­ которое влияние на структуру металла зоны сплавления. При сварке па прямой полярности при одинаковых ус­ ловиях в структуре металла зоны сплавления меньше ледебурптных выделений, а цементптпые выделения ока­ зываются более топкими и мелкими.

выявления теплового воздействия наложения последую­ щих валиков производилась наплавка валиков па чу­ гунные пластины вручную и па полуавтомате в не­ сколько рядов и слоев. Многорядность п многослойность характеризуются последующим термическим воздействи­ ем на предыдущий шов. Это своеобразная термическая обработка сварного шва, при которой можно осущест­ вить два режима термообработки. Если после наложения валика шва делать перерыв в сварке до полного охлаж­ дения шва, то наложение последующего валика будет производить термическую обработку — отжиг или отпуск предыдущего, в том числе и зону сплавления. Если после наложения валика шва сразу же накладывать следующий на горячий предыдущий, то произойдет отжиг предыду­ щего валика и последующий накладывается на подогре­

влияние па структуру металла шва н зоны сплавления.

152