ЗАО "Сварочные технологии"

Как уже указывалось, для отливки чугунных изделий применяется серый или ковкий чугун, который получают при достаточно медленном охлаждении.

При быстром охлаждении происходит отбел и вместо серого или ковкого чугуна получается белый, имеющий высокую твердость и весьма низкую пластичность. Поэтому при обычной дуговой сварке наплавленный металл и околошовная зона получаются твердыми и малопластичными, что затрудняет последующую механическую обработку изделия и довольно часто приводит к образованию трещин.

Присущее электрошлаковой сварке медленное охлаждение наплавленного металла и околошовной зоны делают этот способ приемлемым для сварки серого или ковкого чугуна. Электрошлаковая сварка успешно может применяться для соединения толстостенных частей чугунных изделий или исправления крупных дефектов в отливках из чугуна.

Электрошлаковая сварка чугунных изделий выполняется, как правило, пластинчатыми электродами. Для исправления дефектов могут применяться также стержни круглой или любой другой формы.

Пластины или стержни отливаются из чугуна того же химического состава, что и свариваемые или ремонтируемые детали.

Режим электрошлаковой сварки чугунных изделий несколько отличается от режима сварки аналогичных изделий из стали: увеличивается зазор между свариваемыми кромками, а также напряжение сварки и уменьшается сварочный ток. Это необходимо для повышения разогрева свариваемого металла и уменьшения скорости его охлаждения.

При электрошлаковой сварке чугуна (особенно высокопрочного магниевого) нельзя пользоваться силикомарганцевыми флюсами (АН-8М, ФЦ-7 и др.), которые широко применяются при сварке сталей. Для электрошлаковой сварки чугуна следует применять фторидные флюсы, уменьшающие окисление легирующих элементов, особенно магния и заметно обессеривающие ванну жидкого металла.

Техника сварки чугуна не отличается от техники сварки аналогичных изделий из стали. Мало чем отличается и техника заварки сквозных дефектов. Если исправляемый дефект не сквозной, необходимы дополнительные меры, чтобы надежно проварить его дно. Наиболее часто в этом случае сварку сначала выполняют неплавящимся электродом (угольным или вольфрамовым). Чугунный электрод применяют лишь после того, как дно завариваемого дефекта хорошо прогреется. Предварительно разогревать завариваемое место можно также газовым пламенем.

При электрошлаковой сварке, выполняемой с учетом указанных особенностей, сварное соединение чугуна получается без трещин (рис. 151) и сравнительно легко обрабатывается механическим способом.

(рис. 151) Поперечный макрошлиф сварного соединения серого чугуна, выполненного электрошлаковой сваркой

Из других металлов, которые также применяются в конструкциях, изготовляемых с помощью электрошлаковой сварки, можно отметить прежде всего титан и его сплавы.

Как известно, титан и его сплавы обладают высокой прочностью, малым удельным весом и хорошо сопротивляются коррозии в окислительных средах. Поэтому они с каждым годом все шире применяются в различных отраслях промышленности и начали использоваться в конструкциях, которые наиболее рационально сваривать электрошлаковым способом.

Детали из титана чаще всего сваривают короткими швами и для этой цели используют пластинчатые электроды. Другие способы электрошлаковой сварки титана, в частности сварка электродной проволокой, применяются пока редко.

Технология электрошлаковой сварки титана отличается от технологии сварки сталей. Обусловлено это тем, что титан обладает такими физико-химическими свойствами, которые затрудняют его сварку. Титан в условиях повышенных температур, особенно в расплавленном состоянии, весьма активен по отношению к кислороду, азоту и водороду. При температуре выше 600°С указанные элементы поглощаются титаном из воздуха, а в расплаве восстанавливаются из различных химических соединений. Попадание в титан или его сплав даже небольших количеств кислорода, азота или водорода резко ухудшает его пластические свойства и вязкость.

Поэтому при сварке титана необходимо применять специальные меры, исключающие насыщение его указанными элементами.

Для предотвращения поглощения кислорода, азота и водорода необходимо прежде всего выполнять сварку на таком режиме, который уменьшает зону металла, разогреваемого до 600°С и выше. Поэтому при сварке титана ширина зазора между свариваемыми кромками и напряжение берутся меньшими, чем при сварке стали.

В табл. 112 приведены типовые режимы сварки некоторых титановых поковок. Следует отметить, однако, что даже при минимально допустимых значениях указанных составляющих зона высокого разогрева при сварке титана остается еще настолько широкой, что для защиты ее от воздуха приходится увеличивать по сравнению со сваркой стали ширину формирующих приспособлений. Обусловлено это тем, что титан обладает в четыре раза меньшей теплопроводностью, чем теплопроводность обычной стали.

Таблица 112. Режим электрошлаковой сварки пластинчатым электродом некоторых поковок из титана

При электрошлаковой сварке титана необходимо также уменьшить вылет электрода в связи с тем, что электросопротивление титана в пять с половиной раз больше электросопротивления обычной стали.

В силу этого электрод из титана или его сплава при одном и том же вылете всегда будет нагреваться до более высоких температур. Чрезмерный нагрев электрода из титана приводит, как уже указывалось, к поглощению кислорода, азота и водорода из воздуха, в результате чего значительно снижаются механические свойства металла шва. Для уменьшения вылета электрода применяется дополнительный токоподвод.

При электрошлаковой сварке титана не только разогретый электрод и свариваемый металл, но и ванна жидкого металла могут насыщаться из воздуха кислородом, азотом и водородом. Жидкий титан настолько активно взаимодействует с указанными элементами, что даже сильное увеличение глубины шлаковой ванны над расплавленным металлом не может полностью защитить его от воздействия окружающего воздуха. Поэтому при электрошлаковой сварке титана необходимо применять дополнительную защиту ванны жидкого металла инертным газом. Наиболее приемлемая защита создается при подаче на поверхность шлаковой ванны аргона состава А.

Чтобы предупредить восстановление кислорода, азота и водорода из их химических соединений, при электрошлаковой сварке титана следует применять флюс, не вступающий в реакции с указанными элементами. Одним из таких флюсов является плавленый однокомпонентный флюс марки АН-Т2, изготовляемый из реактива фтористого кальция класса Ч. Флюс АН-Т2 при дополнительной защите шлаковой ванны чистым аргоном обеспечивает содержание в металле шва такого же количества кислорода, азота и водорода, как и в свариваемом титане (табл. 113).

Таблица 113. Содержание газов в титане, выплавленном электрошлаковым способом под флюсом АН-Т2 с дополнительной аргоновой защитой и без нее

Флюс AH-T2 в расплавленном состоянии весьма жидкотекуч. Поэтому соединение, свариваемое под этим флюсом, должно быть весьма тщательно подготовлено. Зазоры более 0,5 мм между формирующими приспособлениями и кромками свариваемых деталей должны быть заделаны асбестом или глиной. Причем асбест или глина к моменту сварки должны высохнуть. В противном случае содержащаяся в них влага будет испаряться и насыщать металл шва водородом и кислородом.

Особое внимание при электрошлаковой сварке титана необходимо обращать также на чистоту свариваемых кромок и пластины электрода. На поверхности этих кромок и электрода не должно быть окалины, масла и грязи.

Выполнение изложенных выше требований позволяет получить сварное соединение титана и его сплавов без непроваров, трещин, шлаковых включений и других макродефектов (рис. 152). Как видно из рис. 152, при электрошлаковой сварке титана в металле шва и околошовной зоны наблюдается еще больший, чем в случае сварки стали, рост зерна. Однако здесь он не оказывает существенного влияния на механические свойства металла (табл. 114).

(рис. 152) Поперечный макрошлиф стыкового шва технического титана, выполненного электрошлаковой сваркой

Таблица 114. Механические свойства основного металла и металла шва в сварном соединении технического титана, выполненном электрошлаковой сваркой

При электрошлаковой сварке титана благодаря высоким механическим свойствам металла шва и околошовной зоны, несмотря на их крупнокристаллическую структуру, не нужна последующая термическая обработка, которая при сварке сталей обязательна. Последующей термообработке подвергаются лишь сварные соединения из титана второго сорта, который обладает пониженными пластичностью и вязкостью и склонен поэтому к образованию холодных трещин. Для предупреждения образования таких трещин сварное соединение титана второго сорта подвергается низкотемпературному (600-700°С) отжигу.

К настоящему времени проведено немало опытов по сварке электрошлаковым способом таких металлов, как алюминий и медь. При этом получены результаты, показывающие, что эти металлы могут свариваться электрошлаковым способом.

Имеются сведения, что электрошлаковым способом с успехом могут свариваться двухслойные (плакированные) стали больших толщин. При этом в месте сварки удаляется плакирующий слой и электрошлаковым способом сваривается только основа двухслойной стали. Сваренный шов покрывается затем плакирующим слоем. Последний может выполняться любым способом наплавки.