2. ХОЛОДНАЯ СВАРКА ЧУГУНА

Способы холодной сварки чугуна характеризуются следующими технологическими особенностями: отсутствует предварительный общий или местный подогрев изделия перед сваркой; сварочные работы выполняются при температуре окружающего воздуха не ниже +5СС; выбираются режимы сварки, обеспечивающие наименьшее количество тепла, передаваемое основному металлу с минимальным проплавлением последнего. Для уменьшения внутренних напряжений стремятся иметь небольшой объем наплавляемого металла. При выборе присадочного металла предпочтение отдается тем, которые дают пластичный металл шва и не образуют с чугуном твердых структур.

Быстрое охлаждение зоны термического влияния в большинстве способов холодной сварки приводит к отбеливанию чугуна и образованию хрупкой твердой прослойки между основным металлом и металлом шва. Величина этих зон различна для различных способов холодной сварки, поэтому следует применять те способы, которые дают отбеленную зону наименьшей толщины или в виде отдельных незначительных участков. Холодную сварку чугунных изделий нельзя выполнять дуговой сваркой чугунным электродом, так как при этом неизбежно получение структуры цементита в металле шва и переходных зонах. Вследствие большой хрупкости и твердости металла шва в нем обычно возникают трещины.

Области применения холодной сварки чугуна для ремонтных целей весьма разнообразны, а объем ее применения достаточно велик. В то же время на ряде предприятий, не зная технологических особенностей сварки чугуна, пытаются все ремонтные работы выполнять способами холодной сварки, что удается далеко не всегда, и поэтому ряд изделий после сварки не обеспечивает требуемой работоспособности. Холодную сварку можно успешно применять в следующих случаях ремонта:

а)    при восстановлении вышедших из строя вследствие удара или нарушения правил обслуживания крупногабаритных изделий и узлов, нагрев которых нежелателен или затруднен (станины различных машин, корпуса мощных редукторов, дизелей и др.). Работы чаще всего выполняются стальными электродами с применением способа сварки с установкой шпилек;

б)    при заварке трещин в охлаждающих рубашках компрессоров двигателей внутреннего сгорания, различных химических аппаратах и др. Такие трещины, возникшие вследствие тепловых нагрузок или в результате замерзания охлаждающей жидкости, чаще всего завариваются электродами из сплавов цветных металлов;

в)    при ликвидации различных неплотностей в виде свищей, пористости и др. Эти работы удобнее всего выполнять путем пайки чугуна низкотемпературными цинковыми или латунными сплавами.

СПОСОБЫ ХОЛОДНОЙ СВАРКИ ЧУГУНА

Применяется много разнообразных способов холодной сварки чугуна, которые можно разделить на следующие группы:

Дуговая сварка, которая может выполняться: а) обычными стальными электродами для сварки углеродистых сталей, например, электродами УОНИ-13/55, специальными электродами ЦЧ-1 и другими электродами этого типа, дающими в наплавке высоколегированную сталь без образования в шве структуры цементита; б) медно-железными электродами (ОЗЧ-1 и др.), дающими достаточно вязкий металл шва; в) железоуникеле-выми электродами (ЦЧ-ЗА и другими), дающими высокую прочность и достаточную вязкость наплавленного металла; г)    нпкелево-медными электродами (МНЧ-i и другими), дающими хорошую обрабатываемость и прочность.

Газовая сварка и сварка-пайка может применяться для сварки чугуна в следующих вариантах: а) сварка-пайка чугуна чугунным присадочным стержнем без расплавления основного металла, с применением специального флюса и нагревом кромок основного металла не выше 850 СС; б) сварка-пайка чугуна латунной присадочной проволокой ЛОК-1-0,3, ЛОМНА и др. при температуре нагрева кромок до 750 °C, с применением флюсов; в) сварка-пайка чугуна цинковыми припоями типа Ц-1, с применением флюсов, при 300—350 °C.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ХОЛОДНОЙ СВАРКОЙ СТАЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ ТЯЖЕЛЫХ И СЛОЖНЫХ ЧУГУННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Наплавка стальным электродом валика на чугунную деталь дает в первом слое чугун с пониженным содержанием углерода, не превышающим 1,5—1,8%. Такие сплавы имеют большую хрупкость и легко образуют твердые закаленные зоны. Во втором слое наплавки содержание углерода уменьшается до 0,5—0,6%, и только в третьем слое оно приближается к содержанию его в металле электрода (0,1%). Технологические приемы сварки чугуна стальными электродами, к которым относятся: сварка первых слоев на режимах с малой погонной энергией; применение электродов малого диаметра (не более 3—4 мм); уменьшение тока до 30—35 а на 1 мм диаметра электрода; обеспечение минимально возможной глубины проплавления (0,5—2,0 мм) основного металла; двухслойная наплавка, при которой после наложения первого валика длиной 50—60 мм сварщик сразу же наплавляет на этот валик второй слой, позволяют частично улучшить структуру сварного соединения и несколько увеличить пластичность металла в первых слоях наплавки.

Опыт показывает, что электроды из малоуглеродистой проволоки с тонкими стабилизирующими покрытиями дают в ряде случаев результаты, вполне достаточные для практических целей. Такими электродами можно заваривать короткие трещины на чугунных изделиях с малой толщиной стенки, которые не подлежат дальнейшей обработке, а также несквозные раковины, возникшие при интенсивном охлаждении основного металла. Из электродов с качественными покрытиями, предназначенных для сварки мало- и среднеуглеродистых сталей, лучшие результаты при сварке чугуна дают электроды с покрытием основного типа, составленного на основе мрамора и плавикового шпата, например, электроды УОНИ-13/55. При сварке этими электродами количество трещин в первом слое получается минимальным, а во втором и последующих слоях они полностью отсутствуют. Наплавленный металл обладает некоторой вязкостью, а во втором и третьем слоях — обрабатываемостью. Сварка ведется постоянным током при обратной полярности, глубина расплавления основного металла должна быть минимальной; при этих условиях металл шва имеет мелкозернистую структуру и в него переходит небольшое количество углерода из основного металла.

Указанные электроды следует применять при выполнении ответственных сварочных работ на изделиях, несущих сложную и большую нагрузку. Электроды ОММ-5, ЦМ-7 и другие этого типа для сварки чугуна не рекомендуются, так как холодная сварка чугуна стальными электродами, как правило, не позволяет получать сварное соединение без твердых закаленных структур. Переходные зоны при этом являются наиболее слабым местом сварного соединения.

Ремонт тяжелых и сложных деталей дуговой сваркой стальными электродами дает весьма надежные результаты при выполнении следующих мероприятий:

а)    сочетании сварки с усилением связи наплавленного и и основного металла путем установки шпилек, ввернутых на резьбе в основной металл;

б)    распределении сварного соединения на значительную площадь по 100—120 мм в каждую сторону от разделки шва;

в)    отказе от полного провара всего сечения трещины; обычно глубина разделки составляет 0,3—0,5 толщины стенки в месте излома;

г)    усилении сварного соединения путем вварки поперек шва стальных усиливающих связей;

д)    выполнении сварки высококвалифицированными сварщи ками, имеющими опыт сварки чугуна стальными электродами.

Различные способы подготовки кромок и виды сварного соединения даны в табл. 11. Такие сварные соединения обладают следующими особенностями, обеспечивающими их работоспособность: значительно меньшая жесткость соединения по сравнению с целым сечением; распределение передаваемого усилия на' большую площадь сварного соединения; усиление (армирование) сечения вваркой стальных связей, дающее воз можность ему воспринимать значительные знакопеременные нагрузки.

В ряде случаев эти связи так улучшают сварное соединение, что его работоспособность становится значительно выше, чем работоспособность данного узла до сварки.

Сварка стальными электродами может выполняться в вертикальном и потолочном положениях, не требует демонтажа оборудования и широко применяется при ремонте станин дизелей, двигателей, прокатных станов, кузнечных молотов и другого тяжелого оборудования.

ПРИМЕРЫ РАБОТ, ВЫПОЛНЕННЫХ ХОЛОДНОЙ СВАРКОЙ

Восстановление цилиндров аммиачных, компрессоров, у которых при эксплуатации разрушались перемычки между клапанными гнездами. Трещины возникали со стороны нагнетательных и всасывающих клапанов. Однотипность разрушения, наблюдавшаяся на большом количестве цилиндров, показывала, что в данном случае имеется конструктивный недостаток, что не обеспечивает длительную нормальную работу компрессоров. Появление трещин объяснялось значительной жесткостью узла при малом его сечении, наличием знакопеременной нагрузки, передаваемой через сечение перемычки от поршневой группы машины, и неравномерным температурным режимом работы цилиндра (охлаждение перемычек до минус 15—40° и нагрев до плюс 100—120°C).

При заварке трещин необходимо было получить сварное соединение более прочное, чем целая перемычка, которое могло бы надежно работать при знакопеременной нагрузке и с большими температурными перепадами. Так как в процессе сварки нельзя было нарушать шлифованные рабочие поверхности цилиндра, то трещину разделывали со стороны клапанного гнезда на глубину 25—28 мм. Оставшуюся часть лопнувшей перемычки толщиной 15—20 мм со шлифованной поверхностью не разрубали и в дальнейшем не заваривали. Разделку кромок производили под углом 95—100°.

Лопнувшее чугунное ребро срубали полностью по всей длине. Вокруг двух клапанных гнезд, примыкающих к лопнувшей перемычке, обрубали литейную корку на глубину 2—3 мм и ширину 20—25 мм. По очищенному кольцу сверлили отверстия диаметром 8—9 мм, нарезали резьбу и ставили шпильки на глубину 10—12 мм. Такие же шпильки устанавливали в разделке на место срубленного чугунного ребра. В клапанные гнезда вставляли втулки из стали 20 или 30 с толщиной стенки 4—5 мм. Поверхность разделки трещины и место срубленного ребра сначала наплавляли электродами УОНИ-13/55 диаметром 4 мм при токе 140—160 а и давали наплавленному слою охладиться. Заварку разделки производили в один прием многослойными швами так, чтобы в сварное соединение включались и участки со вставленными стальными втулками. Сразу же после заполнения разделки до остывания наплавленного металла приваривали круглый стальной стержень диаметром 18—20 мм так, чтобы он по всему сечению составлял одно целое с наплавленным металлом. При заварке стержень расклепывали легкими частыми ударами молотка После полного остывания приваривали стальные втулки к телу цилиндра по окружности в два шва. Первый шов наплавляли по чугуну с заваркой шпилек. Вторым швом соединяли наплавленное кольцо с поставленными стальными втулками.

При описанном способе ремонта чугунное литье в перемычке заменяется стальной наплавкой, а чугунное усиливающее ребро — стальным, что увеличивает прочность узла примерно на 50%. Такая конструкция лучше работает при переменных температурных условиях и резко повышает динамическую устойчивость данного узла. Применением качественных электродов, а также установкой стального ребра и стальных втулок полностью устранили конструктивный недостаток важного узла цилиндров и обеспечили надежную работу его в сложных условиях нагрузки. После сварки механическая обработка цилиндра не требовалась. По этой технологии было восстановлено более 120 аммиачных установок. Схема заварки дана на рис. 77.

Восстановление станин стационарных дизелей и компрессоров. Разрушение станин чаще всего происходит при аварийном обрыве шатунов, шатунных болтов, цилиндровых пальцев и других деталей шатунно-кривошипного механизма. Оторванная деталь обычно ударяет по стенке станины или картера, в результате чего возникают трещины, а иногда и изломы или выбиваются большие куски, которые разбиваются на осколки. Такие повреждения целесообразнее всего восстанавливать дуговой сваркой стальными электродами УОНИ-13/55 в комбинации с медно-железными ОЗЧ-1 или железо-никелевыми электродами ЦЧ-ЗА или специальными электродами ЦЧ-4 для сварки чугуна, разработанными ЦНИИТМАШем. Стальными электродами УОНИ-13/55 заваривают те участки шва, где не требуется механическая обработка. При наличии электродов ЦЧ-4 целесообразно первые швы по чугуну выполнить этими электродами. Электродами ОЗЧ-1 и ЦЧ-ЗА завариваются те участки, которые требуют последующей механической обработки. В том случае, если выбиты большие куски металла и они разбиты на несколько частей, целесообразно в эти места вварить вставки из сталей Ст. 2 или Ст. 3. В этом случае соединительные шпильки ввертываются только в чугун. Стальные вставки значительно упрощают выполнение сварочных работ и более надежны в последующей эксплуатации.

Восстановление блока дизеля «Вортингтон» мощностью 1300 л. с. В процессе эксплуатации дизеля произошел обрыв шатуна, при ударе которого были сделаны две большие пробоины в правой и левой боковых стенках блока; были разрушены также два посадочных кольца для установки цилиндровых гильз и образовалась трещина в раме дизеля. Подготовительные работы по восстановлению состояли в следующем. По периметру пробоин в блоке была произведена механическая обработка выступов для придания отверстиям овальной формы. По форме отверстий изготовили шаблоны, по которым из листовой стали Ст. 3 сделали вставки, точно входившие в эти отверстия. Затем зачистили места сварки, просверлили отверстия и нарезали в них резьбы под шпильки диаметром 8—10 мм. Всего было поставлено около 700 шпилек. На место разбитых опорных колец изготовили стальные кольца. Все трещины в станине блока и раме разделали под сварку, а места, подлежащие последующей механической обработке, подготовили под сварку медно-железными электродами.

Сварку вели в следующей последовательности: на снятом блоке заварили все трещины рамы дизеля электродами УОНИ-13/55 диаметром 4 мм, током 150—160 а. Швы укрепили вваркой поперечных стальных связей. Затем на заваренную раму устанавливали блок и жестко его закрепляли. В блоке в первую очередь заварили все мелкие трещины и приварили посадочные кольца по всей окружности, что обеспечило необходимую жесткость блока, которая была сильно ослаблена в результате аварии. После приварки колец была произведена проверка, которая показала, что основные размеры блока сохранены и механической обработки не требуется. Далее были установлены стальные вставки в стенки блока. Заварку вставок производили попеременно — с правой и левой сторон, чтобы снизить возможные деформации. Места сварки усилили поперечными стальными связями. Общий вид дизеля с вваренной заплатой показан на рис. 78. После вварки заплат были заварены электродами ОЗЧ-i участки, подлежащие последующей механической обработке. Сварка выполнялась от генератора постоянного тока на обратной полярности; всего на сварку было затрачено около 250 кг электродов УОНН-13/55 и 25 кг электродов 034-1. Все работы по демонтажу, сварке и монтажу дизеля выполнены за 50 дней. На сварку, выполнявшуюся двумя сварщиками, было затрачено 86 человеко-дней. Восстановленный дизель работает с полной нагрузкой с 1958 г.

По описанной технологии были воестановлены несколько десятков крупных стационарных дизе-лей, работающих на электростанциях в местностях, удаленных от общих электрических сетей.

На рис. 79 показана рама дизеля «МАН» мощностью 2200 л. с., разрушенная в результате обрыва шатунного болта. Образовавшиеся пробоины были восстановлены путем вварки стальных заплат, изготовленных ковкой. Сварные швы были усилены вваркой стальных связей.

Восстановление рамы дизеля «Мерлиз» мощностью 1080 л. с., 375 об/мин, установленного на плавучей электростанции. Разрушение узла подшипниковой опоры 7-й коренной шейки произошло в результате аварийной работы дизеля «вразнос». Такое разрушение относится к редко встречающимся случаям аварии. В результате возникших осевых перегрузок был разрушен прилив подшипника, где крепится шпилька, закрепляющая верхнюю крышку подшипника. Кусок чугуна был выломан вместе со шпилькой из тела рамы. Демонтировать дизель для заварки этого разрушения методом горячей сварки в условия* плавучей электростанции не представлялось возможным. Единственно возможным в данном случае являлся способ холодной дуговой сварки стальными электродами с установкой шпилек и вваркой усиливающих связей. Общий вид подготовленной под сварку подшипниковой опоры дан на рис. 80. Часть тела чугунной детали была снята для возможности вварки усиливающих стальных связей, в качестве которых были использованы стер?кни из нержавеющей стали Х18Н9 диаметром 8 и 10 мм с пределом прочности при разрыве 65 кГ/мм2. Это обеспечило нужную работоспособность заваренного узла.

Выполнение сварочных работ сильно осложнялось неудобным расположением места излома и необходимостью производить сварку на вертикальной плоскости. Часть швор выполнялась горизонтально на вертикальной плоскости, • что для чугуна является трудновыполнимой задачей. Заварка первых слоев шва по чугуну выполнялась электродами 11,4-4 диаметром 3 и 4 мм током соответственно 90 и 120 а. Последующие швы и вварка связей из стали Х18Н9 производились электродами УОНИ-13/55. Восстановленный дизель нормально работает с 1960 г.

Восстановление блока стационарного дизеля мощностью 800 л. с. В результате обрыва шатунного болта передняя часть блока была разбита на куски. Остальная часть двигателя осталась совершенно целой. Восстановление дуговой сваркой было проведено на месте без демонтажа двигателя. Порядок выполнения сварочных работ был следующий. Все выбитые куски металла установили на месте и пронумеровали. Затем отдельные куски вынимали и кромки их механически обрабатывали. В местах сварки устанавливали стальные шпильки на резьбе. После подготовки псе выбитые части собирали на прихватках и производили проверку основных размеров сопрягаемых отверстий, причем отмеченные несовпадения выравнивались и куски прихватывались вторично. Сварка выполнялась отдельными участками так, чтобы жесткость блока двигателя возрастала по мере увеличения объема сваренных швов. Большая часть швов выполнялась на вертикальной плоскости, часть швов была расположена горизонтально на вертикальной плоскости. Передняя часть полностью заваренного блока с вваренными усиливающими стальными связями показана на рис. 81.

Восстановление станин и цилиндров механических и воздушных молотов и другого оборудования. Чугунные станины пневматических, фрикционных и эксцентриковых молотов частэ выходят из строя вследствие появления в них трещин. Заварку таких разрушений можно в большинстве случаев производить на месте, без демонтажа станины и снятия ее с фундамента. Наиболее целесообразно такие работы выполнять холодной дуговой сваркой с установкой шпилек и вваркой усиливающих планок.

Следует учитывать, что эти станины работают в условиях сложной знакопеременной ударной нагрузки. Цилиндры пневматических молотов, кроме того, должны быть герметичными и выдерживать воздушное давление 6—12 кГ/см2. Сварное соединение должно обладать прочностью и плотностью. Как показывает практика, работоспособность заваренного узла резко повышается, если сварное соединение будет менее жестким, чем весь ремонтируемый узел. Желательно также, чтобы сварное соединение обладало некоторым запасом пластичности. Эти условия обеспечиваются при дуговой сварке стальными электродами с установкой шпилек в 3—4 ряда на каждой стороне разделки и вварке стальных связей поперек шва.

В процессе эксплуатации пневматического молота в его цилиндре возникла сквозная трещина, направленная под углом 30° к образующей цилиндра и выходящая на оба фланца. Длина трещины 1400 мм, толщина стенки в изломе 35 мм. Чугун машиностроительный, крупнозернистый, с крупными пластинчатыми включениями графита. Такой чугун плохо сваривается и имеет низкую механическую прочность. Разделку трещины под углом 45° производили снаружи на 2/з толщины стенки. Оставшуюся */з толщины стенки не заваривали. Поверхность чугуна на 120 мм в обе стороны от разделки очищали от литейной корки. На этой поверхности были просверлены отверстия, нарезана резьба и поставлены шпильки диаметром 8 мм; глубина сверления 16 мм; шпильки выступали над поверхностью на 3—4 мм. В каждую сторону от разделки шпильки ставили в три ряда, а в стенку разделки — в один ряд. Расстояние между рядами — 25 мм. между центрами шпилек — 35 , мм. Подготовленный к сварке цилиндр с установленными на нем шпильками показан на рис. 82.

Заварка трещины выполнялась электродами УОНИ-13/55 по следующей технологии: всю поверхность с поставленными шпильками подвергали наплавке в два слоя общей толщиной 6—8 мм; диаметр электрода 4 мм, сварочный ток 120—130 а; соединение наплавленных поверхностей производили от середины цилиндра к его фланцам обратноступенчатым швом с размером ступени 40 мм. Разделку заполняли в 6—8 проходов с легкой послойной проковкой шва. После заполнения сечения шва на участке длиной 40 мм его закрепляли стальной поперечной связью диаметром 10 мм, которую приваривали с двух сторон так, чтобы составить одно целое с наплавкой. В процессе приварки связь подвергали легкой и частой проковке. После приварки связи цилиндру давали остыть до температуры шва 50—60°C. Затем заваривали следующий участок шва длиной 40 мм. Так, попеременно отдельными участками была заварена трещина по всей длине.

Для усиления фланцев к ним были приварены по две стальные связи диаметром 20 мм и длиной около 400 мм каждая. Посадочные места цилиндра, подлежащие механической обработке, заваривали медно-железными электродами ОЗЧ-1. Заваренный по этой технологии шов по прочности равноценен целому участку цилиндра, а по пластичности металл шва превосходит чугун и способен компенсировать различные ударные и тепловые перегрузки, возникающие в процессе эксплуатации. Восстановленные описанным способом цилиндры пневматических молотов успешно эксплуатируются длительный срок при полной нагрузке. Сварное соединение на чугуне, выполненное в соответствии с описанной технологией, фактически изменяет условия работы заваренного узла и перераспределяет напряжения, обеспечивая возможность длительной нормальной эксплуатации цилиндра.

Восстановление станины смесителя. Станина смесителя, установленного на заводе искусственного волокна, имела очень сложную форму и была разрушена на несколько частей вследствие попадания куска металла в механизм смесителя в процессе работы. Часть трещины прошла по гнездам подшипников и участкам сопряжения опорных поверхностей. Разрушения были велики. Привод и механизм машины повреждений не имели. Главным затруднением при производстве восстановительных работ являлась необходимость точной сборки станины. Сборка и прихватка всех разбитых частей станины были выполнены с использованием в качестве кондуктора механизма машины. Такой способ сборки был применен впервые в ремонтной практике и дал вполне удовлетворительные результаты. Основные осп механизмов были использованы в качестве баз, по которым собирались разбитые части. Собранную на прихватках станину проверяли по основным размерам; участки, имевшие отклонения, выверялись дополнительно. Сварку выполняли по описанной выше технологии электродами УОНИ-13/55. Первый слой металла наплавляли электродами ЦЧ-4. Усиливающие связи диаметром 8 мм были изготовлены из стали Ст. 3. Посадочные места сваривали медно-железными электродами ОЗЧ-1. Общий вид восстановленной станины приведен на рис. 83. На рисунке видны две сваренные стойки, которые были разбиты на несколько кусков. Такой же объем работы пришлось выполнить и на двух противоположных стенках.

Восстановление корпуса редуктора цементной мельницы. Во время монтажа новой высокопроизводительной цементной мельницы произошел обрыв такелажных устройств. В результате этого поднятый для установки на фундамент редуктор весом более 65 т упал и чугунный корпус его разбился на несколько частей. Были разрушены основание редуктора и верхняя крышка. Изготовление нового редуктора задержало бы пуск мельницы на 1,5—2 года и фактически затормозило бы ввод в действие всей производственной линии для получения цемента.

Восстановить корпус редуктора было трудно ввиду большого веса его деталей, большой толщины стенок, достигающей в некоторых местах 80 мм, и сложного характера излома, в ряде мест трещины прошли через места установок подшипников главных валов редуктора, а часть трещин распространилась на разъемные фланцы и прошла через болтовые отверстия, в результате сильного удара часть трещин разошлась на 5—8 мм. На рис. 84 показана часть корпуса с разбитыми стенками.

Восстановление редуктора производилось по следующей технологии. После разборки редуктора его корпус и крышка были стянуты болтами до полного соприкосновения изломов. Крышка была установлена и выверена по болтовым отверстиям с корпусом. Подготовку кромок под сварку выполняли в собранном состоянии редуктора, но без его механизмов. Разделка трещин с наружной части корпуса была произведена на глубину 30 мм с углом раскрытия в 90°. По обе стороны от кромки разделки там, где это позволяла форма крышки, были поставлены на резьбе 3—4 ряда шпилек диаметром 10 мм. Всего на все трещины было поставлено около 5500 шпилек. Первые слои металла по разделке кромок и по шпилькам были наплавлены электродами ЦЧ-4; последующие слои и сварку соединений выполняли электродами УОНИ-13/55. После проверки в собранном виде крышка была снята с корпуса и окончательную сварку выполняли уже в свободном состоянии. Трещины по разъему фланцев и в местах установки подшипников заваривали медно-железными электродами ОЗЧ-1. В ряде мест внутри корпуса там, где это было доступно, были также поставлены шпильки и приварены поперечные связи.

Учитывая большое количество сварных швов и сложность разрушения, в качестве поперечных связей использовали стержни из нержавеющей стали диаметром 10 и 12 мм, имеющей предел прочности 70 кГ/мм2.

На весь ремонт, редуктора было израсходовано 80 кг электродов ЦЧ-4 диаметром 4 мм, 320 кг электродов УОНИ-13/55 диаметром 4 и 5 мм и 50 кг медно-железных электродов ОЗЧ-1. Сварка всех мест разрушений выполнена в течение 15 рабочих дней при двухсменной работе. Заваренный корпус редуктора работает нормально уже свыше 3 лет.

СВАРКА ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

При дуговой сварке электродами из цветных металлов получают сварное соединение, которое можно обрабатывать обычным режущим инструментом. Медь и никель, как не растворяющие углерод и не образующие с ним соединений, обеспечивают получение легко обрабатываемой наплавки. Значительно более сложной задачей является получение сварного соединения без отбеленных закаленных переходных зон, так как наложение валика на холодную чугунную деталь неизбежно связано с быстрым отводом тепла. В переходной зоне участок металла, нагретый до температуры плавления и затем быстро охлажденный, образует твердый закаленный слой из отбеленного чугуна. Величина и характер переходных зон при сварке электродами из цветных металлов существенно отличаются от таких зон, образующихся при сварке стальными электродами. Основное отличие заключается в отсутствии диффузии углерода из основного металла в шов. В некоторых случаях при выполнении многослойных швов н правильно выбранных режимах сварки при малой погонной энергии дуги на изделиях с небольшой толщиной стенки удается получить сварное соединение, обрабатываемое по всему сечению. Применение электродов со стержнем из меди и никеля или их различных композиций обычно обеспечивает прочность сварного соединения в пределах 80—90% прочности основного металла. Такая прочность для большинства свариваемых деталей вполне достаточна

Медно-железные электроды. Сварное соединение чугуна, выполненное медно-железным электродом, представляет собой механическую смесь из меди и железоуглеродистого сплава, соединенных с основным металлом общими кристаллами из стали, а также путем частичной диффузии меди в микропбры чугуна. Такой характер соединения определяется тем, что медь и железо практически взаимно нерастворимы (теоретическая растворимость меди в железе 0,1%).

Структура металла шва представляет собой двухфазную систему, состоящую из насыщенного медью железоуглеродистого сплава и медной составляющей. Обрабатываемость шва зависит от соотношения меди и железа в электроде. С увеличением количества железа увеличивается и количество углерода, диффундирующего из расплавленного чугуна, а следовательно, возрастает и твердость металла шва. Многочисленные исследования медно-железных электродов показали, что наилучшие результаты получаются при содержании в сплаве 80—95% Си и 5—20% Fe. Эти сплавы дают достаточно прочное сварное соединение и удовлетворительную обрабатываемость металла шва. На обрабатываемость сплава большое влияние оказывает характер распределения железа в меди. Равномерное распределение железа обеспечивает хорошую вязкость, прочность и обрабатываемость сплава.

Медно-железные электроды для сварки чугуна используются уже давно. Применяют следующие виды таких электродов: медный стержень с оплеткой из жести и покрытый тонкой стабилизирующей обмазкой; медный стержень в железной трубке, покрытой стабилизирующей обмазкой; электрод пз биметаллической медно-железной проволоки; пучок из медных и стальных электродов; медный стержень с покрытием основного типа (мрамор, плавиковый шпат), в которое добавлен железный порошок (электроД’ы ОЗЧ-1). Все перечисленные электроды (кроме ОЗЧ-1) не могут изготовляться механизированным способом.

Электроды ОЗЧ-1 дают наплавленный металл с равномерным распределением железа в медной основе. Наплавленный электродами ОЗЧ-1 металл обладает большой вязкостью, хорошо поддается проковке и легко обрабатывается. Состав покрытия: 50% железного порошка; 27% мрамора; 7,5% плавикового шпата; 4,5% кварца; 2,5% ферромарганца; 2,5% ферросилиция; 6,0% ферротитана; 0,5% соды. Диаметр электрода 3; 4; 5 мм. Рекомендуемая сила тока для электродов диаметром 3 мм — 90—120 а; 4 мм — 120—140 а; 5 мм— 160—190 а.

Сварка медно-железными электродами ОЗЧ-1 производится на постоянном токе при обратной полярности. Разделку под сварку выполняют механическим способом. Сварку ведут участками длиной 30—50 мм в несколько слоев с тщательной проковкой каждого слоя. Наплавленный металл после проковки обладает достаточной прочностью и плотностью. Электродами ОЗЧ-1 выполнено большое количество работ по заварке трещин в паровозных цилиндрах. Этими электродами очень удобно заваривать трещины в водяных рубашках двигателей внутреннего сгорания, а также устранять различные повреждения в ста ционарных и транспортных дизелях и станочном оборудовании

По сравнению с электродами ОЗЧ-1 все другие виды медно-железных электродов дают менее стабильные результаты. Это объясняется тем, что железо в медной составляющей сплава при сварке такими электродами распределяется не всегда равномерно, иногда крупными участками, что приводит к уменьшению пластичности. Техника выполнения сварки такая же, как и электродами 034 1. Следует помнить, что медно-железные электроды не могут быть рекомендованы для проведения массовых сварочных работ ввиду их дефицитности и токсического действия паров меди на организм сварщика. Рационально применять эти электроды в сочетании со стальными, выполняя электродами ОЗЧ-1 те участки шва, где стальные электроды не дают удовлетворительных результатов, например, в местах, требующих последующей механической обработки.

Следует также учитывать, что хорошие результаты получаются при тщательной проковке и чеканке швов, поэтому в узких и неудобных местах, где проковка затруднена или невозможна, применять медно-железные электроды нецелесообразно.

В ряде случаев при заварке тонкостенных изделий (например, рубашки водяного охлаждения автомобильных, тракторных п других двигателей внутреннего сгорания) не удается пол иостью обеспечить герметичность сварного соединения, так как ввиду малой толщины стенки (6—8 льи) выполнить многослойный шов трудно и еще труднее его тщательно проковать. При испытании на гидравлическое или пневматическое давление в шве наблюдаются отдельные неплотности. В практике работы Центральных экспериментальных сварочных мастерских ВНИИавтогенмаша для устранения таких неплотностей широко применяется металлизация. После пескоструйной или дробеструйной обработки шва и прилегающих зон металла производится покрытие его слоем цинка толщиной 0,2—0,3 мм. Такое покрытие полностью устраняет все неплотности шва.

Сварка электродами из никелевых сплавов. Такие электроды используются, как правило, для заварки различных литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, не допускающих повышения твердости. Значительно реже их применяют при ремонтной сварке.

В качестве электродов используются медно-никелевые и железо-никелевые сплавы. К ним относятся монель-металл, содержащий 65—75% Ni, 27—30% Си, 2—3% Fe, 1,2—1,8% Мп, 0,1—0,3% Mg, а также мельхиор, в котором содержится 80% Си и 20% Ni. Эти сплавы используются для сварки чугуна примерно в тех же целях, что и медно-железные сплавы, т. е. для получения обрабатываемых швов, обладающих некоторой вязкостью.

Положительные свойства никелевых сплавов заключаются в следующем. Никель, так же как и медь, не растворяет углерод и не образует структур, способных увеличивать свою твердость после нагрева и быстрого охлаждения. Никель и железо, будучи взаимно растворимыми, образуют прочное и надежное соединение. При сварке чугуна никелевыми сплавами углерод не диффундирует из зоны термического влияния в шов. Отбеливание переходной зоны значительно меньше, чем при сварке стальними или медно-железными электродами, а в ряде случаев полностью отсутствует. Недостатком указанных сплавов является большая литейная усадка, которая в несколько раз больше, чем у чугуна. Это ведет к образованию трещин в наплавленном металле, возникающих главным образом в момент затвердевания шва (горячие трещины). Эти микроскопические надрывы, расположенные по границам кристаллов, иногда имеют характер сплошной сетки и резко снижают прочность сварного соединения.

Заварка электродами из никелевых сплавов отдельных мелких раковин объемом до 10—20 см3 дает хорошие результаты, так как обеспечивает возможность последующей механической обработки. Такие электроды изготовляются с покрытиями основного типа. В большинстве случаев сварка выполняется постоянным током на обратной полярности. Хорошие результаты дает покрытие, состоящее из 70% зеленого карборунда и 30% углекислого бария. При сварке электродами, содержащими никель и медь, следует проплавлять основной металл на минимальную глубину (не более 1,5—2 мм), накладывать тонкие швы с малым объемом металла длиной до 60 мм, производить проковку швов сразу после их наложения, по горячему металлу.

Железо-никелевые электроды ЦЧ-3 и ЦЧ-ЗА, разработанные ЦНГШТМАШем, показали хорошие результаты и могут широко применяться для сварки как высокопрочного, так и серого чугуна.

Сварка аустснито-медными электродами. В Институте электросварки им. Е. О. Патона разработаны аустенито-медные электроды АН2-1 для сварки чугуна. Стержнем электрода является аустенитная хромоникелевая проволока Св-ОХ18Н9, на которую надета медная оболочка толщиной 0,75 мм; покрытие основного типа, в состав которого входит 40% мрамора, 30% плавикового шпата, 17% кварцевого песка, 5% ферромарганца, 8% ферросилиция. Толщина покрытия для электрода диаметром 3,5 мм составляет 0,3—0,4 мм на сторону. Сварка выполняется постоянным током на обратной полярности. Рекомендуется тщательная послойная проковка шва. Длина участка наплавки должна составлять 30—40 мм.