Практична робота №4

Тема: «Зварювання чорних металів»

Мета роботи: ознайомитися з особливостями дугового зварювання сталей та чавунів; вивчити способи та матеріали для їх зварювання.

Теоретичні відомості

Особливості дугового зварювання сталей

Зварюваність сталей залежить від їх хімічного складу. Найбільший вплив на процес зварювання мають вуглець і шкідливі домішки (сірка і фосфор), із збільшенням вмісту яких зварювання погіршується.

Основними труднощами, які виникають при зварюванні сталей, є такі: схильність до утворення гартованих структур (у сталях із вмістом вуглецю понад 0,22%), схильність до утворення гарячих (вміст сірки) і холодних (вміст фосфору) тріщин, забезпечення достатньої міцності з'єднання.

На зварюваність сталі впливають режим зварювання, хімічний склад електродів, температура навколишнього середовища, товщина сталі, закріплення елементів конструкції, техніка виконання зварювання тощо.

На зварюваність вуглецевої сталі істотно впливає вуглець, зі збільшенням вмісту якого її твердість підвищується, а пластичність зменшується.

Найкраще з'єднуються всіма способами дугового зварювання низьковуглецеві сталі (до 0,25 % С), оскільки вони практично не гартуються.

Значно складніше зварювати середньавуглецеві сталі (0,40...0,45% С) через їх схильність до утворення структур підвищеної твердості і виникнення тріщин.

Високовуглецеві сталі (С = 0,46...0,75 %) зварюються дуже погано через велику схильність до утворення структур гартування та до зростання зерна в зоні термічного впливу. Перед зварюванням середньо- та високовуглецеві сталі рекомендується підігрівати до температур 100...300ºС залежно від вмісту вуглецю.

Дугове зварювання термозміцнених сталей і сталей із захисними покриттями

Основною трудністю при зварюванні термозміцнених сталей є зменшення міцності ділянки пришовної зони, що піддається нагріванню до 400-700°С. Тому для цих сталей рекомендуються малопотужні режими зварювання з мінімальним відведенням тепла в основний метал.

При зварюванні сталей із захисним покриттям можливе потрапляння його у зварювальну ванну, що призведе до утворення пор і тріщин. Тому із зварювальних кромок покриття необхідно видаляти. Кращі результати одержують при використанні електродів з рутиловим покриттям, які забезпечують мінімальний вміст кремнію в металі шва. Зварювання виконують за наявності сильної місцевої вентиляції.

Для зварювання сталей використовують сталеві дроти, прутки, які за хімічним складом мають бути такими самими як і основний метал (сталь).

Зварювання чавунів

Зварювання чавуну застосовується в основному в ремонтних цілях і для виготовлення званих конструкцій. Чавун належить до категорії важко зварювальних сплавів. При зварюванні чавуну виникає цілий ряд труднощів, зумовлених його хімічними складом, структурою і механічними властивостями. Головні з них такі:

1) утворення твердих загартованих зон, що ускладнюють подальшу механічну обробку і призводять до утворення тріщин (причиною служить вигоряння кремнію і швидке охолодження);

2) інтенсивне газоутворення в зварювальній ванні, яке триває й на стадії кристалізації, може призвести до утворення пор в металі шва;

3) підвищена рідкотекучість чавуну ускладнює утримання розплавленого металу від витікання і формування шва, утруднює його зварювання в різних просторових положеннях;

4) наявність кремнію сприяє утворенню на її поверхні тугоплавких оксидів, що призводять до утворення непроварів;

5) швидкий перехід з рідкого стану у твердий і низька температура плавлення (1142°С) спричинюють утворення пор;

6) високі швидкості охолодження металу шва і зони термічного впливу призводять до утворення відбіленого шару на металі шва й основному металі. При охолодженні цей шар разом з наплавленим металом відколюється від основного металу або зумовлює появу тріщин. Висока твердість вибілених ділянок практично позбавляє можливості обробляти чавуни ріжучим інструментом.

Способи зварювання чавуну

Розрізняють три способи зварювання чавуну:

- холодне – без попереднього підігріву;

- гаряче – з підігрівом до 600-700°С;

- напівгаряче – з підігрівом до 300-400°С.

Найбільш поширеним способом зварювання чавунних деталей є газове зварювання чавунними прутками.

Спосіб холодного зварювання потребує незначних затрат, але при накладанні валика на холодну поверхню чавуну в наслідок швидкого відведення тепла в біля шовній зоні утворюються відбілені ділянки, а метал шва стає крихким.

Чавуни краще зварювати з попереднім підігріванням заготовок до 400...700 °С (гаряче зварювання). Його виконують електродами ОМЧ-1. Після закінчення зварювання поверхню металу шва засипають шаром дрібного порошку деревного вугілля, а весь виріб з усіх боків закривають азбестовими листами й сухим піском, або ж він охолоджується разом з піччю.

Напівгаряче зварювання чавунів використовують, коли необхідно виправити невеликий дефект складної деталі. За технікою виконання та використанням матеріалів воно не відрізняється від гарячого.

Вибір електродів для зварювання чавуну

Стрижень електрода для зварювання чавуну може бути виготовлений із чавунних прутків, сталевого зварювального дроту, мідного дроту і її сплавів, а також з деяких дротів легованих сталей.

Для холодного зварювання чавунів використовують:

- електроди із звичайним покриттям (УОНИ-13/45);

- сталеві електроди із спеціальним покриттям ( ЦЧ-4, ЦЧ-5, СЧС-Т3);

- спеціальні електроди, які мають стрижні з мідно-нікелевих сплавів (МНЧ-1);

- спеціальні електроди, які мають стрижні залізо-нікелевих сплавів (ЦЧ-3А);

- електроди, які мають стрижні з міді ( із залізним порошком у покритті (ОЗЧ-1));

- спеціальні електроди, які мають стрижні з хромонікелевого сплаву з мідною оболонкою ( АНЧ-1);

- спеціальні електроди, які мають стрижні з чавуну з підвищеним вмістом нікелю ( вітчизняні і зарубіжні Superfonute Ni);

- звичайні покриті електроди з використанням шпильок, анкерів і сталевих планок;

- дріт марки Св-10ГС або Св-08Г2С при напівавтоматичному зварюванні;

- порошковий дріт ППЧ-1, ППЧ-2, ППЧ-3

Зварювання сталевими електродами з застосуванням спеціальних покриттів використовується для зварювання виробів нескладної форми, що працюють при незначних навантаженнях.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з темою та метою практичної роботи.

2. Вивчити теоретичні відомості практичної роботи, які містять наступні питання:

- особливості дугового зварювання сталей;

- дугове зварювання термозміцнених сталей і сталей із захисними покриттями;

- зварювання чавунів;

- способи зварювання чавуну;

- вибір електродів для зварювання чавуну.

3. Пройти перевірку знань теоретичного матеріалу, давши усну відповідь на питання для самоконтролю.

Питання для самоконтролю

1. Які особливості зварювання сталей?

2. Що впливає на зварюваність сталей?

3. Як зварюють термозміцнені сталі та сталі із захисними покриттями?

4. Які труднощі виникають при зварюванні чавунів?

5. Які є способи зварювання чавунів?

6. Які матеріали використовують для зварювання чавунів?