Способ сварки изделий из чугуна Советский патент 1983 года по МПК B23P6/00 B23K28/00 

ел

эо ел

а:

Изобретение относится к сварке, в частности, к способам сварки чугунных изделий, и может быть применено при ремонте и восстановлении чугунных конструкций.

Известная основные сварочные процессы, применяемые при изготовлении восстановлении и ремонте чугунных изделий: горячая сварка, прлугорячая сварка, холодная сварка, низкотемпературная пайка-сварка, газопорошковая наплавка, металлизация l . Многообразие сварочных процессов и материалов объясняется тем, что ни один из способов не является уни нереальным вследствие низкой свариваемости чугунов и специфики чугунных изделий, которая определяется конструктивными особенностями, например., рложностью конфихурации, : уровнем внутренних напряжений и т.д Трудности свариваемости чугунов обуславливаются тем, что чугуны имеют низй:ую .ударную вязкость, отсутствует зона текучести при перех оде из твердого -состояния в жидкое: и наоборот и особенностями диффузионных процессов в сварочной ванне; в зоне сплавления происходит отбеливание чугуна, в зоне- термического влияния вследствие структурных превращений уменьшается ударная вязкость,- и внутренние напряжения при сварке могут достигнуть уровня прочности материала;,

Наиболее блигкйм к изобретению , является способ сварки изделий из чугу-на, при котором до свар.ки осу.ществляют термическую обработку свариваемого изделия 2 , При термообработке осуществляют нагрев ., ; до 650-800- С и. поддерживают эту температуру в-о время Сварки,/

Недостатками известного способа является то, что процесс сопровождается формоизменениемсвариваемых изделий, так как трудно обеспечить равн.омерность нагрева; кроме того, большая продолжительность процесса, определяемая малыми скоростями нагрева и охлаждения. ограниченность применения для крупногабаритных изделий; тяжелые условия .работы сварщиков J поскольку процесс сварки ведется непрерывно на горячем изделии. Перечисленные недостатки ограничивают применение, например, горячий способ сварки не может быть использован для сварки таких изделий, как блоки двигателей КамАЗ,, которые характеризуются сложной конфигурацией и высоким уровнем внутренних напряжений. Любйе технологические приемы с целью обеспечения равномерного нагрева не дают желаемого результата, что приводит к нарушению геометрии баз и посадочных мест.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей и обеспечение высокого качества сварки.

Поставленная. ц.ель достигается тем, что при сварке изделий из чугуна осуществляют термическую обработку свариваемого изделия до сварки, в процессе термообработки производят, многократное термоциклирование околошовной с нагревом до температуры выше АС. на .50-100 С и охлаждением ниже температуры Ар на 50-7О С со скоростью нагрева и .охлаждения 40-100°С/мин.

.С целью снижения остаточных напряжений в сварных, соединениях после сварки п)оизвЬдят термоциклирование полученного сварного соединения по тому же термическому циклу, что и при предварительной термообработке.

Кроме того, сварку осуществляют сварочньпли материаладда из малоуглеродистых стал- й.

Выбор указанного режима термообработки .обусловлен фазовыми.превращения., протекающими при переходе. через критическую точку А, В результате этих Фазовых превращений происходит из1 1енение исходной структурыВследствие измельчения- зерен металлической основы чугуна и графитовых включений. Граничные условия нагрева Ьыйе .критической точки обуславливаются необходимостью полного фазового превращения, структуры без существенного роста зерн-а.

В способе принимаются температуры нагреаа выше .на 50-100 С, которые дают полное .фазовое превращение структуры без существенного роста зерна. Граничные-условия охлаждения ниже критической точки не имеют физических ограничений (вплоть до комнатной температуры), ограничения определяются экономическими .соображениями, Темп-ературы охлаждения ниже АС на 50-70°С выбирают, исходя из экономической целесообразности и .использования простых средств контроля . Граничные условия по количеству циклов термоцик.пирования определяются достижением максимального измельчения металлической основы и включений графита за счет фазовых превращений. Количество циклов може быть приянто в диапазоне 3-5, что установлено экспериментально. Увеличение циклов более 5 не вносит существенного вклада в измельчение структуры и поэтому экономически не оправдано. Граничные условия по выбору скоростей нагрева и охлгшдения определяются отсутствием трещинообразоВания при термоциклировании и экономической целесообразностью (т.е. максимальные скорости без трещинообразования). Скорость нагрева и охлаждения в диапазоне 40-100с/м принимается по опыту применения обработки для деталей с различным уровнем внутренних напряжений и структурой. Оптимизация этого пара метра производится онытным путем в каждом конкретном случае. П р и ,м е р. Осуществляют термоцикпирование зон, прилегающих к кромк-ам трещины в блоке цилиндров двигателя КамАЗ. Термоциклирование производят в термостате путем нагрева газовой горелкой околошовных зон до 800®с с последунндим озслаждением до . Число термоциклов 3 Сварку дефектов производят как на нагретом в термостате блоке, так и на холоднсм блоке после предвари- тельного термоциклирования, на полуавтомате 11ДГ-502 в защитной среде проволочными электродами типа ПАМЧпри режимах сварки 28-30 В, З.св-100-110 А.-, При такой технологии :получают качественное сварное соединение с достаточной прочностью и герметичностью. Восстановленные блоки прошли необходимые испытания. Проведенный микроанализ показал, что исход ная структура чугуна в виде грубопластинчатого перлита приобрела мел кодисперсный сорбитообразный харак тер. Механические испытания, напри мер, на образцах чугуна марки СЧ 21-40, вырезанных из блоков дви гателей КамАЗ, показали следующие результаты: исходное состояние . 6д 26 кгс/мм после 3-кратного термоциклирования со скоростя ми нагрева и охлаждения 50-70 С/мин бв кгс/мм Изменение структуры и механических свойств околошовной зоны при сварочных процессах обеспечивает уменьшение хрупкости и склонности к трешинообразованию в зоне наплав ленного металла вследствие уменьше ния диффузии углерода в эту зону; уменьшение охрупчивания зоны сплав ления за счет образования мелкодис персной эвтектики (ледебурита) измалого времени пребывания зоны сплавления при высоких температурах и мелкозернистости подложки; снижение уровня внутренних напряжений за счет лучших условий их релаксации и перераспределения; повышение уровня энергии, затрачиваемой на развитие, и рост трещин, до критической величины; повышение надежности работы изделий при низких температурах вследствие снижения порога хладноломкости в серых чугунах , до - повышение запаса прочности. Предложенное изобретение позволяет повысить свариваемость и расширить диапазон сварив&емых марок чугунов и изделий из них, в том числе изделий с высоким уровнем внутренних напряжений; производить ремон но-восстановительные работы без нарушения геометрии баз и посадочных мест путем нагрева только околошовной зоны; улучшить условия труда сварщиков, так как сварка ведется на холодном изделии; использовать экономически выгодные сварочные материалы, например, малоуглеродистые стали. Базовым способом восстановления блоков двигателей автомобилей в настоящее время является холодная сварка с использованием медноникелевых, медностальных и железоникелевых электродов, а также проволоки типа ПАНЧ-11. Предлагаемый способ по сравнению с базовым обеспечивает отсутствие трещин в зоне наплавленного металла; имеет более пластичную зону, сплавления, что позволяет производить мехобработку; позволяет использовать дешевые сварочные материалы из малоуглероди- . стых сталей; обеспечивает отсутствие холодных трещин в околошовной зоне; повышает надежность работы изделий при низких температурах и термоударах. Все это расширяет технологические возможности применения сварочных процессов для чугунных изделий.

1. СПОСОБ СВАРКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЧУГУНА, при котором до сварки осуществляют термическую обработку свариваемого изделия, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и обеспечения высокого Качества сварки, в процессе термообработки производят многократное термоциклирование околошовной зоны с нагревом до температуры выше Ac на 50-100 Си охлгикдением ниже температуры A на 50- со скоростью нагрева и охлаждения 40-100°С/мин. 2.Способ поп. 1, отличающийся тем, что, с целью снижения остаточных напряжений в сварных соединениях после сварки производят термоциклирование полученного .сварного соединения по тому же термическому циклу, что и при предварительной термообработке. 3.Способ по пп. 1 и 2, о т л и(Л чающийся тем, что сварку осуществляют сварочными материалами из малоуглеродистых сталей;