Сварка углеродистых сталей

К углеродистым конструкционным сталям относятся стали, содержащие 0,1 — 0,7 % углерода, который является основным легирующим элементом в сталях этой группы и определяет их механические свойства. Повышение содержания углерода усложняет технологию сварки и получение качественных сварных соединений. В сварочном производстве в зависимости от содержания углерода углеродистые конструкционные стали условно разделяют на три группы: низко-, средне- и высокоуглеродистые. Технология сварки сталей этих групп различна.

Большинство сварных конструкций в настоящее время изготовляют из низкоуглеродистых сталей, содержащих углерода до 0,25%.

Низкоуглеродистые стали относятся к хорошо сваривающимся металлам практически всеми видами и способами сварки плавлением.

Технологию сварки для этих сталей выбирают из условий соблюдения комплекса требований, обеспечивающих прежде всего равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном соединении. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние, а деформация конструкции должна быть в пределах, не отражающихся на ее работоспособности. Металл шва при сварке низкоуглеродистой стали незначительно отличается по своему составу от основного металла — снижается содержание углерода и повышается содержание марганца и кремния. Однако обеспечение равнопрочности при дуговой сварке не вызывает затруднений. Это достигается за счет увеличения скорости охлаждения и легирования марганцем и кремнием через сварочные материалы. Влияние скорости охлаждения в значительной степени проявляется при сварке однослойных швов, а также в последних слоях многослойного шва. Механические свойства металла околошовной зоны подвергаются некоторым изменениям по сравнению со свойствами основного металла — при всех видах дуговой сварки это незначительное упрочнение металла в зоне перегрева. При сварке стареющих (например, кипящих и полуспокойных) низкоуглеродистых сталей на участке рекристаллизации околошовной зоны возможно снижение ударной вязкости металла. Металл околошовной зоны охрупчи-вается более интенсивно при многослойной сварке по сравнению с однослойной. Сварные конструкции из низкоуглеродистой стали иногда подвергают термической обработке. Однако у конструкций с угловыми однослойными швами и многослойными, наложенными с перерывом, все виды термической обработки, кроме закалки, приводят к снижению прочности и повышению пластичности металла шва. Швы, выполненные всеми видами и способами сварки плавлением, имеют вполне удовлетворительную стойкость против образования кристаллизационных трещин из-за низкого содержания углерода. Однако при сварке стали с верхним пределом содержания углерода могут появиться кристаллизационные трещины, прежде всего в угловых швах, первом слое многослойных стыковых швов, односторонних швах с полным проваром кромок и первом слое стыкового шва, сваренного с обязательным зазором.

Большое распространение при изготовлении конструкций из низкоуглеродистых сталей получила ручная сварка покрытыми электродами. В зависимости от требований к сварной конструкции и прочностных показателей свариваемой стали выбирают тип электрода. В последние годы широкое применение получили электроды типа Э46Т с рутиловым покрытием. Для особо ответственных конструкций используют электроды с фтористо-кальциевым и фтористо-кальциеворутиловым покрытием типа Э42А, обеспечивающие повышенную стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и более высокие пластические свойства. Применяются также высокопроизводительные электроды с железным порошком в покрытии и электроды для сварки с глубоким проплавлением. Род и полярность тока выбирают в зависимости от особенностей электродного покрытия.

Несмотря на хорошую свариваемость низкоуглеродистых сталей иногда для предотвращения_ образования закалочных структур в околошовной зоне‘следует предусматривать специальные технологические меры. Поэтому при сварке первого слоя многослойного шва и угловых швов на толстом металле рекомендуется предварительный подогрев его до 120— 150 °С, чем обеспечивается стойкость металла против появления кристаллизационных трещин. Для уменьшения скорости охлаждения перед исправлением дефектных участков необходимо выполнять местный подогрев до 150° С, что будет препятствовать понижению пластических свойств наплавленного металла.

Низкоуглеродистые стали газовой сваркой сваривают без особых затруднений нормальным пламенем и, как правило, без флюса. Мощность пламени при левом способе выбирают из расчета расхода 100— 130 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла, а при правом — 120—150 дм3/ч. Высококвалифицированные сварщики работают с пламенем большой мощности — 150—200 дм 3/ч ацетилена, используя при этом присадочную проволоку большего, чем при обычной сварке диаметра. Для получения равнопрочного с основным металлом соединения при сварке ответственных конструкций следует применять кремнемарганцовистую сварочную проволоку. Конец проволоки должен быть погружен в ванну расплавленного металла. В процессе сварки нельзя отклонять сварочное пламя от ванны расплавленного металла, так как это может привести к окислению металла шва кислородом. Для уплотнения и повышения пластичности наплавленного металла осуществляют проковку и последующую термообработку.

Отличие среднеуглеродистых сталей от низкоуглеродистых в основном состоит в различном содержании углерода. Среднеуглеродистые стали содержат 0,26 — 0,45% углерода. Повышенное содержание углерода создает дополнительные трудности при сварке конструкций из этих сталей. К ним относится низкая стойкость против кристаллизационных трещин, возможность образования малопластичных закалочных структур и трещин в околошовной зоне и трудность обеспечения рав-нопрочности металла шва с основным металлом. Повышение стойкости металла шва против кристаллизационных трещин достигается снижением количества углерода в металле шва путем применения электродных стержней и присадочной проволоки с пониженным содержанием углерода, а также уменьшения доли основного металла в металле шва, что достигается сваркой с разделкой кромок на режимах, обеспечивающих минимальное проплавление основного металла и максимальное значение коэффициента формы шва. Этому же способствуют электроды с большим коэффициентом наплавки. Для преодоления трудностей, возникающих при сварке изделий из среднеуглеродистых сталей, выполняют предварительный и сопутствующий подогрев, модифицирование металла шва и двухдуговую сварку в раздельные ванны. Ручную сварку среднеуглеродистых сталей ведут электродами с фтористо-кальциевым покрытием марок УОНИ-13/55 и УОНИ-13/45, которые обеспечивают достаточную прочность и высокую стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин. Если к сварному соединению предъявляются требования высокой пластичности, необходимо подвергнуть его последующей термообработке. При сварке следует избегать наложения широких валиков, сварку выполняют короткой дугой, небольшими валиками. Поперечные движения электрода нужно заменять продольными, кратеры заваривать или выводить на технологические пластины, так как в них могут образовываться трещины.

Газовую сварку среднеуглеродистых сталей ведут нормальным или слегка науглероживающим пламенем мощностью 75— 100 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла только левым способом, уменьшающим перегрев металла. Для изделий толщиной свыше 3 мм рекомендуется общий подогрев до 250 — 350 °С или мест-ный —до 600—650 °С. Для сталей с содержанием углерода на верхнем пределе целесообразно применять специальные флюсы. Для улучшения свойств металла используют проковку и термическую обработку.

К высокоуглеродистым сталям относят стали с содержанием углерода в пределах 0,46 — 0,75%. Эти стали, как правило, не пригодны для изготовления сварных конструкций. Однако необходимость сварки возникает при ремонтных работах. Сварка производится с предварительным, а иногда с сопутствующим подогревом и последующей термообработкой. При температуре ниже 5 °С и на сквозняках сварку выполнять нельзя. Остальные технологические приемы такие же, как и для сварки среднеуглеродистых сталей. Газовую сварку высокоуглеродистых сталей осуществляют нормальным или слегка науглероживающим пламенем мощностью 75 — 90 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла с подогревом до 250—300 °С. Применяют левый способ сварки, позволяющий уменьшить время перегрева и время пребывания металла сварочной ванны в расплавленном состоянии. Используются флюсы того же состава, что и для среднеуглеродистых сталей. После сварки шов проковывается с последующей нормализацией или отпуском.

В последние годы находят применение термоупроч-ненные углеродистые стали. Стали повышенной прочности позволяют уменьшить толщину изделий. Режимы и техника сварки термоупрочненных сталей такие же, как и для обычной углеродистой стали того же состава. Сварочные материалы выбирают с учетом обеспечения равнопрочности металла шва с основным металлом. Главным затруднением при сварке является разупрочнение участка околошовной зоны, подвергающегося нагреву до 400 — 700 °С. Поэтому для термоупрочненной стали рекомендуются маломощные режимы сварки, а также способы сварки с минимальным теплоотводом в основной металл.

Применяют также стали с защитными покрытиями. Наибольшее распространение получила оцинкованная сталь при изготовлении различных конструкций и сани-тарно-технических трубопроводов. При сварке оцинкованной стали в случае попадания цинка в’ сварочную ванну создаются условия для появления пор и трещин Поэтому цинковое покрытие необходимо удалять со свариваемых кромок. Учитывая, что следы цинка на кромках остаются, следует принимать дополнительные меры по предупреждению образования дефектов: по сравнению со сваркой обычной стали зазор увеличивают в 1,5 раза, а скорость сварки уменьшают на 10 — 20%, электрод вдоль шва перемещают с продольными колебаниями. При ручной сварке оцинкованной стали лучшие результаты получают при работе электродами с рути-ловым покрытием, обеспечивающими минимальное содержание кремния в металле шва. Но можно применять и другие электроды. В связи с тем, что пары цинка чрезвычайно токсичны, сварку оцинкованной стали можно производить при наличии сильной местной вентиляции. После окончания сварочных работ необходимо нанести защитный слой на поверхность шва и восстановить его на участке околошовной зоны.

Читать далее:
Сварочные флюсы
Сварочные электроды
Общие сведения о сварке арматуры
Противопожарные мероприятия при сварке
Безопасность труда при сварке технологических трубопроводов
Безопасность труда при сварке строительных металлических и железобетонных конструкций
Защита от поражения электрическим током при сварке
Техника безопасности и производственная санитария при сварке
Управление качеством сварки
Статистический метод контроля

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ И СВАРОЧНОСТЬ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ

7-10.

а. Общие . К низкоуглеродистым (мягким) сталям относятся стали с содержанием углерода до 0,30 процента (рис. 7-7). В большинстве низкоуглеродистых сталей содержание углерода составляет от 0,10 до 0,25 процента, марганца — от 0,25 до 0,50 процента, фосфора — не более 0,40 процента, а серы — не более 0,50 процента. Стали этого диапазона наиболее широко используются в промышленном производстве и строительстве. Эти низкоуглеродистые стали не затвердевают заметно при сварке, и поэтому не требуют предварительного или последующего нагрева, за исключением особых случаев, например, когда необходимо сваривать тяжелые секции.В целом при сварке низкоуглеродистых сталей трудностей не возникает. Правильно выполненные сварные швы из низкоуглеродистой стали будут равны прочности основного металла или превосходить его. Низкоуглеродистые стали мягкие, пластичные, их можно прокатывать, штамповать, резать и обрабатывать как в горячем, так и в холодном состоянии. Они поддаются механической обработке и легко свариваются. Литая сталь имеет шероховатую темно-серую поверхность, за исключением случаев механической обработки. Стальной прокат имеет тонкие линии на поверхности, идущие в одном направлении. Кованую сталь обычно можно узнать по форме, следам от молотков или ребрам.Цвет излома — ярко-серый, кристаллический, и искровой тест дает искры с длинными желто-оранжевыми полосами, которые имеют тенденцию превращаться в белые раздвоенные бенгальские огни. При плавлении сталь выделяет искры и почти мгновенно затвердевает. Низкоуглеродистые стали можно легко сваривать любым способом: дуговой, газовой или контактной сваркой.

г. Для сварки низкоуглеродистой стали следует использовать прутки с медным покрытием. Размеры стержней для листов различной толщины следующие:

ПРИМЕЧАНИЕ

Стержни от 5/16 до 3/8 дюйма(От 7,9 до 9,5 мм) доступны для тяжелой сварки. Тем не менее, тяжелые сварные швы можно выполнить с помощью стержней 3/16 или 1/4 дюйма (4,8 или 6,4 мм), правильно контролируя лужу и скорость плавления стержня.

г. Соединения могут быть подготовлены газовой резкой или механической обработкой. Тип подготовки (рис. 7-8) определяется толщиной листа и положением сварки.

г. Пламя должно быть нейтральным. В зависимости от толщины свариваемых пластин можно использовать метод сварки спереди или сзади.

e. Расплавленный металл не следует перегревать, так как это вызовет кипение металла и чрезмерное искрение. В результате зернистая структура металла шва будет крупной, прочность будет снижена, а сварной шов будет иметь сильные рубцы.

ф. Низкоуглеродистые стали не затвердевают в зоне плавления в результате сварки.

г. Металло-дуговая сварка .

(1) При дуговой сварке низкоуглеродистых сталей можно использовать электроды с экранированной дугой без покрытия, с тонким или толстым покрытием.Эти электроды относятся к низкоуглеродистому типу (от 0,10 до 0,14 процента).

(2) Листы или листовые материалы с низким содержанием углерода, подвергшиеся воздействию низких температур, перед сваркой следует слегка нагреть до комнатной температуры.

(3) При сварке листового металла толщиной до 3,2 мм (1/8 дюйма) можно использовать подготовку кромок для стыкового стыка с гладким квадратным стыком. Когда в этих материалах должны свариваться длинные швы, края должны быть разнесены, чтобы учесть усадку, потому что наплавленный металл имеет тенденцию стягивать пластины вместе.Эта усадка менее значительна при дуговой сварке, чем при газовой сварке, и достаточно будет расстояния примерно 1/8 дюйма (3,2 мм).

(4) Для коротких швов, фиксируемых на месте, следует использовать технику сварки обратным шагом или пропуском. Это предотвратит коробление или деформацию и сведет к минимуму остаточные напряжения.

(5) Тяжелые пластины должны иметь фаску, чтобы обеспечить угол наклона до 60 градусов, в зависимости от толщины. Детали следует прихватывать через короткие промежутки времени по шву.Первый, или корневой, валик должен быть выполнен с помощью электрода, достаточно малого диаметра, чтобы обеспечить хорошее проплавление и сплавление в основании соединения. Для этой цели подходит электрод 1/8 или 5/32 дюйма (3,2 или 4,0 мм). Перед нанесением дополнительных слоев наплавленного металла первый валик следует тщательно очистить путем скалывания и чистки проволочной щеткой. Дополнительные проходы присадочного металла следует выполнять с помощью электрода 5/32 или 3/16 дюйма (4,0 или 4,8 мм). Проходы должны выполняться плетением для плоского, горизонтального или вертикального положения.При сварке над головой наилучшие результаты достигаются при использовании валиков по всей длине сварного шва.

(6) При сварке тяжелых профилей, имеющих фаску с обеих сторон, валики плетения следует укладывать попеременно с одной стороны, а затем с другой. Это уменьшит деформацию сварной конструкции. Перед нанесением дополнительного металла каждый валик следует тщательно очистить, чтобы удалить всю окалину, оксиды и шлак. Движение электрода следует контролировать так, чтобы валик был однородным по толщине и не допускал подрезов и перекрытий на краях сварного шва.Все шлаки и оксиды должны быть удалены с поверхности готового сварного шва, чтобы предотвратить ржавление.

ч. Углеродно-дуговая сварка . Листы с низким содержанием углерода и лист толщиной до 3/4 дюйма (19,0 мм) можно сваривать с использованием процесса дуговой сварки углеродом. Дуга зажигается по краям пластин, которые подготавливаются аналогично тому, как это требуется для дуговой сварки металла. На стык следует нанести флюс и добавить присадочный металл, как при кислородно-ацетиленовой сварке. Вокруг расплавленного основания должен быть предусмотрен газовый экран.Также следует использовать присадочный металл с помощью сварочного стержня с флюсовым покрытием. Сварку нужно производить без перегрева расплавленного металла. Несоблюдение этих мер предосторожности может привести к тому, что металл сварного шва поглотит чрезмерное количество углерода из электрода, кислорода и азота из воздуха и вызовет хрупкость сварного соединения.

7-11. СРЕДНИЙ УГЛЕРОДА

а. Общие . Среднеуглеродистые стали — это нелегированные стали, содержащие от 0 до 0.От 30 до 0,55 процентов углерода. Эти стали могут подвергаться термообработке после изготовления и использоваться для общей механической обработки и ковки деталей, требующих твердости и прочности поверхности. Выпускаются в прутковой форме в холоднокатаном или нормализованном и отожженном состоянии. При сварке термообработанных сталей их следует предварительно нагреть от 300 до 500 ° F (от 149 до 260 ° C) в зависимости от содержания углерода (от 0,25 до 0,45 процента) и толщины стали. Температуру предварительного нагрева можно проверить, приложив полоску припоя 50-50 (точка плавления 450 ° F (232 ° C)) к пластине в месте соединения и отметив, когда припой начинает плавиться.Во время сварки зона сварного шва затвердеет при быстром охлаждении, и после сварки необходимо снять напряжение. Среднеуглеродистые стали можно сваривать любым способом: дуговой, газовой или контактной сваркой.

г. При более высоком содержании углерода и марганца следует использовать электроды с низким содержанием водорода, особенно в более толстых секциях. Электроды с низким содержанием углерода, с толстым покрытием, прямой или обратной полярности, аналогичные тем, которые используются для дуговой сварки низкоуглеродистых сталей, подходят для сварки среднеуглеродистых сталей.

г. Перед сваркой мелкие детали следует отжечь для придания им мягкости. Детали следует предварительно нагреть в месте стыка и сварить присадочной пруткой, обеспечивающей термообработанные сварные швы. После сварки вся деталь должна быть подвергнута термообработке для восстановления исходных свойств.

г. Для сварки среднеуглеродистых сталей можно использовать низкоуглеродистый или высокопрочный пруток. Сварочное пламя должно быть настроено на легкое науглероживание, а лужа металла должна быть как можно меньше, чтобы соединение было надежным.Сварка науглероживающим пламенем вызывает быстрый нагрев металла, поскольку тепло выделяется, когда сталь поглощает углерод. Это позволяет выполнять сварку на более высоких скоростях.

e. Следует проявлять осторожность, чтобы после сварки детали медленно охлаждались, чтобы не допустить растрескивания сварного шва. Для снятия напряжений со всей свариваемой детали необходимо нагреть ее до температуры от 1100 до 1250 ° F (от 593 до 677 ° C) в течение одного часа на дюйм (25,4 мм) толщины, а затем медленно охладить. Охлаждение можно осуществить, покрыв детали огнестойким материалом или песком.

ф. Среднеуглеродистые стали можно паять с помощью предварительного нагрева от 200 до 400 ° F (от 93 до 204 ° C), хорошего бронзового стержня и припоя. Однако эти стали лучше сваривать дуговой сваркой с использованием электродов, экранированных из низкоуглеродистой стали.

г. При сварке низкоуглеродистой стали помните о следующих общих технологиях:

(1) Пластины должны быть подготовлены к сварке аналогично тому, как это используется для сварки низкоуглеродистых сталей.При сварке электродами из низкоуглеродистой стали необходимо тщательно контролировать температуру сварки, чтобы избежать перегрева металла шва и чрезмерного проникновения в боковые стенки соединения. Этот контроль достигается путем направления электрода больше к ранее нанесенному присадочному металлу, прилегающему к боковым стенкам, чем непосредственно к боковым стенкам. При использовании этой процедуры металл шва вымывается на сторону стыка и плавится с ним без глубокого или чрезмерного проникновения.

(2) Высокая температура сварки приведет к тому, что большие участки основного металла в зоне плавления, прилегающей к сварным швам, станут твердыми и хрупкими. Площадь этих твердых зон в основном металле можно свести к минимуму, выполнив сварку серией небольших нитей или переплетений, которые ограничат подвод тепла. Каждый валик или слой наплавленного металла будет измельчать зерно в сварном шве непосредственно под ним, а также отжигать и уменьшать твердость, полученную в основном металле предыдущим валиком.

(3) По возможности, готовое соединение следует подвергнуть термообработке после сварки. Снятие напряжений обычно используется при соединении низкоуглеродистой стали, а высокоуглеродистые сплавы следует отжигать.

(4) При сварке среднеуглеродистых сталей электродами из нержавеющей стали металл следует наплавить в виде валиков, чтобы предотвратить растрескивание металла шва в зоне плавления. При наплавке металла шва в верхние слои швов, выполненных на тяжелых участках, плетение электрода не должно превышать трех диаметров электрода.

(5) Каждый последующий валик сварного шва должен быть отсечен, зачищен щеткой и очищен перед укладкой следующего валика.

7-12. ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

а. Общие . К высокоуглеродистым сталям относятся стали с содержанием углерода более 0,55%. Необработанная поверхность высокоуглеродистой стали темно-серого цвета и похожа на поверхность других сталей. Высокоуглеродистые стали обычно дают очень мелкозернистый излом, более белый, чем низкоуглеродистые стали.Инструментальная сталь тверже и хрупче, чем листовая сталь или другой низкоуглеродистый материал. Высокоуглеродистую сталь можно закалить путем нагревания до хорошего красного цвета и закалки в воде. Низкоуглеродистая сталь, кованое железо и стальные отливки не подлежат закалке. Расплавленная высокоуглеродистая сталь ярче, чем низкоуглеродистая сталь, а поверхность плавления имеет ячеистый вид. У нее более легкая искра, чем у низкоуглеродистой (мягкой) стали, и искры более белые. Эти стали используются для производства инструментов, которые после изготовления подвергаются термообработке для создания твердой структуры, необходимой для выдерживания высокого напряжения сдвига и износа.Они производятся в виде стержней, листов и проволоки, а также в отожженном или нормализованном и отожженном состоянии, чтобы быть пригодными для механической обработки перед термообработкой. Высокоуглеродистые стали трудно сваривать из-за закаливающего воздействия тепла на сварное соединение. Из-за высокого содержания углерода и термической обработки, обычно применяемой для этих сталей, их основные свойства ухудшаются при дуговой сварке.

г. Тепло сварки изменяет свойства высокоуглеродистой стали в непосредственной близости от сварного шва.Для восстановления первоначальных свойств необходима термическая обработка.

г. Перед сваркой высокоуглеродистые стали следует предварительно нагреть от 500 до 800 ° F (от 260 до 427 ° C). Температуру предварительного нагрева можно проверить с помощью сосновой палки, которая при этих температурах обугливается.

г. Поскольку высокоуглеродистые стали плавятся при более низких температурах, чем низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали, следует соблюдать осторожность, чтобы не перегреть сварной шов или основной металл. О перегреве свидетельствует чрезмерное искрение расплавленного металла.Сварка должна быть завершена как можно скорее, а количество искры должно использоваться для проверки сварочного тепла. Пламя должно быть настроено на науглероживание. Этот тип пламени способствует образованию прочных сварных швов.

e. Для сварки следует использовать сварочный пруток со средним или высоким содержанием углерода. После сварки необходимо снять напряжение со всей детали путем нагревания до температуры от 1200 до 1450 ° F (от 649 до 788 ° C) в течение одного часа на дюйм (25,4 мм) толщины, а затем медленного охлаждения. Если детали можно легко размягчить перед сваркой, для соединения следует использовать сварочный стержень с высоким содержанием углерода. Затем всю деталь следует подвергнуть термообработке для восстановления исходных свойств основного металла.

ф. В некоторых случаях мелкий ремонт этих сталей можно произвести пайкой. Для этого процесса не требуются такие высокие температуры, как при сварке, поэтому на свойства основного металла это серьезно не влияет. Пайку следует использовать только в особых случаях, потому что прочность соединения не такая высокая, как у исходного основного металла.

г. С высокоуглеродистой сталью можно использовать электроды из мягкой или нержавеющей стали.

ч. Дуговая сварка высокоуглеродистой стали требует критического контроля температуры сварного шва. Следует помнить о следующих методах:

(1) Теплота сварки должна быть отрегулирована, чтобы обеспечить хорошее плавление боковых стенок и основания стыка без чрезмерного провара. Контроль нагрева сварочного шва может быть осуществлен путем наплавки металла шва небольшими валиками.Следует избегать чрезмерного образования луж на металле, поскольку это может привести к отрыву углерода от основного металла, что, в свою очередь, сделает металл сварного шва твердым и хрупким. Сплав присадочного металла и боковых стенок должен быть ограничен узкой зоной. Используйте процедуру поверхностной сварки, предписанную для среднеуглеродистых сталей (пункты 7-11).

(2) Та же процедура подготовки кромок, очистки сварных швов и последовательности сварки валиков, которая предписана для низко- и среднеуглеродистых сталей, также применяется к высокоуглеродистым сталям.

(3) Небольшие детали из высокоуглеродистой стали иногда ремонтируют путем наращивания изношенных поверхностей. Когда это будет сделано, изделие следует отжечь или размягчить, нагревая до красного огня и медленно охлаждая. Затем деталь следует сварить или укрепить электродами из среднеуглеродистой или высокопрочной стали и после сварки подвергнуть термообработке для восстановления ее первоначальных свойств.

7-13. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СТАЛЬ

а. Общие . Стали, используемые для изготовления инструментов, пуансонов и штампов, являются, пожалуй, самыми твердыми, прочными и прочными сталями, используемыми в промышленности.Как правило, инструментальные стали — это стали от среднего до высокоуглеродистого, в которые в различных количествах включены определенные элементы для обеспечения особых характеристик. Искровой тест показывает умеренно большой объем белых искр с множеством мелких повторяющихся вспышек.

г. Углерод входит в состав инструментальной стали, чтобы помочь упрочнить сталь для обеспечения устойчивости к резанию и износу. Другие элементы добавляются для обеспечения большей прочности или прочности. В некоторых случаях добавляются элементы, чтобы сохранить размер и форму инструмента во время операции закалки при термообработке или сделать операцию закалки более безопасной и обеспечить красную твердость, чтобы инструмент сохранял свою твердость и прочность, когда он становится очень горячим. Железо является преобладающим элементом в составе инструментальных сталей. Другие добавленные элементы включают хром, кобальт, марганец, молибден, никель, вольфрам и ванадий. Инструментальная или штамповая сталь предназначена для специальных целей в зависимости от ее состава. Некоторые инструментальные стали производятся для изготовления штампов; одни предназначены для изготовления форм, другие — для горячей обработки, а третьи — для высокоскоростной резки.

г. Другой способ классификации инструментальных сталей — по типу закалки, необходимой для упрочнения стали.Самая жесткая закалка после нагрева — закалка в воде (водоотверждаемые стали). Менее жесткой закалкой является закалка в масле, получаемая при охлаждении инструментальной стали в масляных ваннах (закаленные в масле стали). Наименее резкая закалка — охлаждение на воздухе (закаленные на воздухе стали).

г. Инструментальные стали и штампы также можно классифицировать в соответствии с работой, которую должен выполнять инструмент. Это основано на количестве классов.

(1) Стали класса I используются для изготовления инструментов, которые работают с режущими или режущими действиями, таких как отрезные штампы, режущие штампы, вырубные штампы и обрезные штампы.

(2) Стали класса II используются для изготовления инструментов, которые создают желаемую форму детали, заставляя обрабатываемый материал, горячий или холодный, течь под действием напряжения. Сюда входят штампы для вытяжки, формовочные штампы, переходные штампы, штампы для ковки, пластиковые формы и штампы для литья под давлением.

(3) Стали класса III используются для изготовления инструментов, которые воздействуют на обрабатываемый материал, частично или полностью реформируя его без изменения фактических размеров.Сюда входят гибочные штампы, гибочные штампы и штампы для скручивания.

(4) Стали класса IV используются для изготовления штампов, которые работают под высоким давлением и создают поток металла или другого материала, придающий им желаемую форму. Сюда входят штампы для обжима, штампы для тиснения, штампы для товарных позиций, штампы для экструзии и штампы для кольцевания.

e. Стали в группе инструментальных сталей имеют содержание углерода от 0,83 до 1,55 процента. Их редко сваривают дуговой сваркой из-за чрезмерной твердости в зоне плавления основного металла.Если необходимо выполнить дуговую сварку, можно использовать электроды из низкоуглеродистой или нержавеющей стали.

ф. При сварке инструментальных сталей необходимо использовать равномерно высокие температуры предварительного нагрева (до 1000 ° F (583 ° C)).

г. Как правило, следует соблюдать те же меры предосторожности, что и при сварке высокоуглеродистых сталей. Сварочный раструб следует отрегулировать на науглероживание, чтобы предотвратить выгорание углерода в металле шва. Сварку нужно производить как можно быстрее, стараясь не перегреть расплавленный металл. После сварки сталь следует подвергнуть термообработке для восстановления первоначальных свойств.

ч. Буровые штанги можно использовать в качестве присадочных стержней, поскольку их высокое содержание углерода близко к содержанию инструментальных сталей.

и. Флюс, подходящий для сварки чугуна, следует использовать в небольших количествах, чтобы защитить лужу высокоуглеродистой стали и удалить оксиды в металле шва.

Дж. Сварочная техника . При сварке инструментальных сталей следует учитывать следующие методы:

(1) Если свариваемые детали небольшие, их следует отжечь или размягчить перед сваркой.Затем края следует предварительно нагреть до 1000 ° F (538 ° C), в зависимости от содержания углерода и толщины листа. Сварку следует выполнять либо низкоуглеродистой сталью, либо высокопрочным электродом.

(2) Высокоуглеродистые электроды нельзя использовать для сварки инструментальных сталей. Углерод, захваченный присадочным металлом из основного металла, приведет к тому, что сварной шов станет стекловидным, тогда как металл шва из мягкой стали может поглощать дополнительный углерод, не становясь чрезмерно твердым. Затем сваренную деталь следует подвергнуть термообработке для восстановления ее первоначальных свойств.

(3) При сварке электродами из нержавеющей стали край пластины следует предварительно нагреть, чтобы предотвратить образование твердых зон в основном металле. Наплавленный металл следует наносить небольшими валиками, чтобы свести к минимуму тепловложение. В целом процедура нанесения такая же, как и для средне- и высокоуглеродистых сталей.

к. Существует четыре типа штамповой стали, ремонтопригодной для сварки. Это штампы для закалки в воде, штампы для закалки в масле, штампы для закалки на воздухе и инструменты для горячей обработки.Также можно отремонтировать быстроходные инструменты.

7-14. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СПЛАВНЫЕ СТАЛИ

а. Общие . Было разработано большое количество и разнообразие высокопрочных, высокотвердых, коррозионно-стойких сталей, обладающих стойкостью и другими особыми свойствами. Для большинства этих сталей требуется специальный процесс термообработки для достижения желаемых характеристик в готовом состоянии. Легированные стали обладают большей прочностью и долговечностью, чем другие углеродистые стали, а заданная прочность обеспечивается меньшим весом материала.

г. К высокотвердым легированным сталям относятся следующие:

(1) Стали, легированные хромом . Хром используется в качестве легирующего элемента в углеродистых сталях для повышения прокаливаемости, коррозионной стойкости и ударопрочности, а также обеспечивает высокую прочность с небольшой потерей пластичности. Хром в больших количествах укорачивает искровую струю вдвое по сравнению с той же сталью без хрома, но не влияет на яркость струи.

(2) Никелевые легированные стали .Никель увеличивает ударную вязкость, прочность и пластичность сталей и снижает температуру закалки, поэтому для закалки используется закалка в масле, а не в воде. Никелевая искра имеет короткую резко очерченную полосу яркого света прямо перед вилкой.

(3) Стали с высоким содержанием хромоникелевых сплавов (нержавеющие) . Эти высоколегированные стали имеют широкий диапазон составов. Их нержавеющие, коррозионные и жаропрочные свойства меняются в зависимости от содержания сплава и обусловлены образованием очень тонкой оксидной пленки, которая образуется на поверхности металла.Искры соломенного цвета возле точильного круга и белые ближе к концу полосы. Имеется средний объем полос с умеренным количеством разветвленных пакетов.

(4) Марганцевые легированные стали . Марганец используется в стали для повышения прочности, износостойкости, облегчения горячей прокатки и ковки. Увеличение содержания марганца снижает свариваемость стали. Стали, содержащие марганец, создают искру, похожую на угольную искру. Умеренное увеличение содержания марганца увеличивает объем искровой струи и интенсивность вспышек.Сталь, содержащая больше нормального количества марганца, будет давать искру, аналогичную высокоуглеродистой стали с более низким содержанием марганца.

(5) Молибденовые легированные стали . Молибден увеличивает прокаливаемость, то есть глубину затвердевания, возможную при термообработке. Ударно-усталостные свойства стали улучшены за счет содержания молибдена до 0,60%. При содержании молибдена более 0,60% снижается собственно ударная усталость. Износостойкость улучшается при содержании молибдена выше примерно 0.75 процентов. Иногда молибден объединяют с хромом, вольфрамом или ванадием для получения желаемых свойств. Стали, содержащие этот элемент, дают характерную искру с отделенным наконечником стрелы, похожую на искру из кованого железа, которую можно увидеть даже при довольно сильных выбросах углерода. Стали, легированные молибденом, содержат никель и / или хром.

(6) Стали, легированные титаном и колумбием (ниобием) . Эти элементы используются в качестве дополнительных легирующих добавок в коррозионно-стойких сталях с низким содержанием углерода.Они поддерживают стойкость к межкристаллитной коррозии после того, как металл подвергается воздействию высоких температур в течение длительного периода времени.

(7) Стали легированные вольфрамом . Вольфрам, как легирующий элемент в инструментальной стали, имеет тенденцию давать мелкое плотное зерно при использовании в относительно небольших количествах. При использовании в больших количествах, от 17 до 20 процентов, и в сочетании с другими сплавами, вольфрам дает сталь, сохраняющую твердость при высоких температурах.Этот элемент обычно используется в сочетании с хромом или другими легирующими добавками. В искровом испытании вольфрам будет иметь тускло-красный цвет в искровом потоке возле колеса. Это также укорачивает искровой поток и уменьшает размер или полностью исключает выброс углерода. Вольфрамовая сталь, содержащая около 10 процентов вольфрама, вызывает короткие изогнутые оранжевые острия на концах несущих линий. Еще более низкое содержание вольфрама вызывает появление небольших белых пятен на конце пети копья.Несущие линии могут быть от тускло-красного до оранжевого, в зависимости от других присутствующих элементов, при условии, что содержание вольфрама не слишком велико.

(8) Ванадиевые легированные стали . Ванадий используется для контроля размера зерна. Он имеет тенденцию к повышению закаливаемости и вызывает заметную вторичную твердость, но устойчив к отпуску. Его добавляют в сталь во время производства для удаления кислорода. Легированные стали, содержащие ванадий, создают искры с отделенными наконечниками стрелок на конце несущей линии, аналогичные искрам, возникающим в молибденовых сталях.

(9) Кремнистые легированные стали . Кремний добавляется в сталь для повышения прокаливаемости и коррозионной стойкости. Его часто используют с марганцем для получения прочной, вязкой стали.

(10) Быстрорежущие инструментальные стали . Эти стали обычно представляют собой специальные сплавы, предназначенные для режущих инструментов. Содержание углерода колеблется от 0,70 до 0,80 процента. Их трудно сваривать, кроме как индукционным методом.Искровой тест покажет несколько длинных раздвоенных лопаток, которые имеют красный цвет около колеса и соломенный цвет около конца искрового потока.

г. Многие из этих сталей можно сваривать электродом с толстым покрытием типа экранированной дуги, состав которого аналогичен составу основного металла. Электроды с низким содержанием углерода также могут использоваться с некоторыми сталями. Электроды из нержавеющей стали эффективны там, где предварительный нагрев невозможен или нежелателен. По возможности, термообработанные стали следует предварительно нагреть, чтобы свести к минимуму образование твердых зон или слоев в основном металле, прилегающем к сварному шву. Расплавленный металл не должен перегреваться, а температуру сварки следует контролировать, наплавляя металл узкими валиками. Во многих случаях процедуры сварки среднеуглеродистых сталей (параграфы 7-11) и высокоуглеродистых сталей (параграфы 7-12) могут использоваться при сварке легированных сталей.

7-15. КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ С ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ, С НИЗКИМ ЛЕГКИМ

а. Общие . Низколегированные конструкционные стали с высоким пределом текучести (конструкционные легированные стали) — это специальные стали, прошедшие отпуск для получения исключительной прочности и долговечности.Специальные сплавы и общий состав этих сталей требуют специальной обработки для получения удовлетворительных сварных швов. Эти стали представляют собой специальные низкоуглеродистые стали, содержащие определенные небольшие количества легирующих элементов. Их закаливают и отпускают для получения предела текучести от 90 000 до 100 000 фунтов на квадратный дюйм (от 620 550 до 689 500 кПа) и прочности на разрыв от 100 000 до 140 000 фунтов на квадратный дюйм (от 689 500 до 965 300 кПа), в зависимости от размера и формы. Конструкционные элементы, изготовленные из этих высокопрочных сталей, могут иметь меньшие площади поперечного сечения, чем обычные конструкционные стали, и при этом иметь равную прочность.Эти стали также более устойчивы к коррозии и истиранию, чем другие стали. При испытании на искру эти сплавы создают искру, очень похожую на искру с низким содержанием углерода.

г. Сварочная техника . Надежная сварка низколегированных конструкционных сталей с высоким пределом текучести может выполняться при соблюдении следующих правил:

ВНИМАНИЕ

Для предотвращения растрескивания под валиком при сварке низколегированных конструкционных сталей с высоким пределом текучести следует использовать только электроды с низким содержанием водорода.

(1) Правильные электроды. Водород — враг номер один для прочных сварных швов легированных сталей; поэтому используйте только электроды с низким содержанием водорода (MIL-E-18038 или MIL-E-22200/1), чтобы предотвратить растрескивание под валиком. Растрескивание под валиком возникает из-за того, что водород захватывается покрытием электрода, выделяется в дугу и поглощается расплавленным металлом.

(2) Контроль влажности электродов. Если электроды находятся в герметичном контейнере, поместите их сразу после открытия контейнера в вентилируемую печь для выдержки, установленную на 250–300 ° F (121–149 ° C).Если электроды не находятся в герметичном контейнере, поместите их в вентилируемую печь для выпечки и запекайте в течение 1-1 / 4 часа при 800 ° F (427 ° C). Запеченные электроды, пока они еще теплые, должны быть помещены в печь для выдержки до использования. Электроды должны быть сухими, чтобы исключить поглощение водорода. Тестирование на влажность должно проводиться в соответствии со стандартом MIL-E-22200.

ПРИМЕЧАНИЕ

Стабилизатор влажности NSN 3439-00-400-0090 — идеальная печь для выдержки в полевых условиях (MIL-M-45558).

г. Выбор электрода с низким содержанием водорода. Электроды идентифицируются по классификационным номерам, которые всегда указаны на контейнерах с электродами. Для покрытий с низким содержанием водорода два последних числа в классификации должны быть 15, 16 или 18. Чаще всего используются электроды диаметром 5/32 и 1/8 дюйма (4,0 и 3,2 мм), поскольку они больше адаптирован ко всем видам сварки этой стали. В таблице 7-14 перечислены электроды, используемые для сварки низколегированных конструкционных сталей с высоким пределом текучести.Таблица 7-15 представляет собой список электродов, используемых в настоящее время в системе снабжения армии.

г. Выбор комбинаций проволока-флюс и проволока-газ . Проволочные электроды для дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов не классифицируются по прочности. Сварочная проволока и комбинации проволока-флюс, используемые для снятия напряжений в сталях, должны содержать не более 0,05 недавнего ванадия. Сваривать металл более 0.05% ванадия может стать хрупким при снятии напряжения. При использовании процессов дуговой сварки под флюсом или газовой дуговой сварки для сварки конструкционных сталей с высоким пределом текучести, низколегированных конструкционных сталей с низкопрочными сталями комбинация проволока-флюс и проволока-газ должна быть такой же, как и для низкопрочных сталей.

e. Предварительный нагрев . Для сварочных пластин толщиной менее 1,0 дюйма (25,4 мм) температура выше 50 ° F (10 ° C) не требуется, за исключением случаев удаления с поверхности металла влаги. Таблица 7-16 содержит рекомендуемые температуры предварительного нагрева.

ф. Тепловая сварка .

(1) Общие . Важно избегать чрезмерной концентрации тепла, чтобы область сварного шва быстро остыла. Для определения тепловложения в сварной шов можно использовать номограмму тепловложения или калькулятор тепловложения.

(2) Номограмма тепловой мощности . Чтобы использовать номограмму тепловой мощности (рис. 7-9), найдите значение вольта в столбце 1 и проведите линию к значению в амперах в столбце 3.От точки, где эта линия пересекает столбец 2, проведите еще одну линию до значения дюйм / мин в столбце 5. Считайте единицы тепла в точке, где эта вторая линия пересекает столбец 4. Тепловые единицы представляют собой тысячи джоулей на дюйм. Например, при 20 вольт и 300 ампер линия пересекает столбец 2 при значении 6. При 12 дюймах / мин подвод тепла определяется как 30 тепловых единиц или 30 000 джоулей / дюйм.

(3) Вычислитель теплопроводности .Калькулятор тепловложения можно сделать, скопировав рисунок, напечатанный на внутренней стороне задней обложки данного руководства, на пластик, светлый картон или другой подходящий материал и вырезав кусочки. Если подходящего материала нет, калькулятор можно собрать, вырезав выкройку из задней крышки. После того, как две части вырезаны, в центре каждой проделывается отверстие. Затем они собираются с помощью бумажной застежки или другого подобного устройства, которое позволяет деталям вращаться.Чтобы определить тепловложение при сварке с помощью калькулятора, поворачивайте до тех пор, пока значение на шкале вольт не совпадет со значением на шкале скорости (дюймы / мин). Затем значение шкалы ампер будет выровнено прямо напротив расчетного значения для тепловых единиц. Как и в случае с номограммой, тепловые единицы представляют собой тысячи джоулей на дюйм.

(4) Максимальное тепловложение . Сравните значение погонной энергии, полученное с помощью номограммы или калькулятора, с максимальными значениями, предлагаемыми в таблицах 7-17 и 7-18.Если рассчитанное значение слишком велико, отрегулируйте ток, скорость движения или температуру предварительного нагрева до тех пор, пока расчетное тепловложение не будет в надлежащем диапазоне. (Таблицы применимы только к процессам с одинарной дугой, дугой в экранированной среде, дугой под флюсом, газовой вольфрамовой дугой, порошковой дугой и металлической дугой в газовой среде. Они не применимы к многодуговой сварке, электрошлаковой сварке и т. процессы вертикальной сварки с высоким тепловложением, так как сварные швы, выполненные ими в сталях Т-1, необходимо подвергать термообработке закалкой и отпуском.) Для условий сварки, выходящих за пределы диапазона номограммы или калькулятора, тепловложение можно рассчитать по следующей формуле:

г. Сварочный процесс . Надежная сварка низколегированной конструкционной стали с высоким пределом текучести может быть выполнена формально, если выбрать электрод с низким содержанием водорода или выбрать правильную комбинацию проволока-флюс или проволока-газ при использовании процессов дуговой сварки под флюсом или газовой дуги.По возможности используйте прямой стрингер. Избегайте использования узора плетения; однако, если необходимо, его следует ограничить узором частичного плетения. Наилучшие результаты достигаются при небольшом круговом движении электрода с площадью переплетения, не превышающей двух диаметров электрода. Никогда не используйте полный узор переплетения. Рисунок частичного переплетения не должен превышать двойного диаметра электрода. Пропустите сварку, насколько это целесообразно. Для снятия напряжений при охлаждении более крупных деталей иногда рекомендуется упрочнение сварного шва.Угловые швы должны быть гладкими и иметь правильный контур. Избегайте трещин на пальцах и подрезов. Электроды, используемые для угловых швов, должны иметь меньшую прочность, чем электроды, используемые для стыковой сварки. Упрочнение угловых швов пневмоударником может помочь предотвратить образование трещин, особенно если в сварных швах необходимо снять напряжение. Пьедестал из мягкой стальной проволоки может помочь поглотить усилия усадки. Масляная сварка в области носка перед фактической угловой сваркой укрепляет зону, где может начаться трещина на носке. В области носка накладывается валик, который затем шлифуется перед самой угловой сваркой. Этот валик масляного сварного шва должен располагаться так, чтобы кромка стыка проходила прямо над ним во время фактической сварки углового шва. Из-за того, что при угловой сварке используется дополнительный материал, скорость охлаждения увеличивается, а тепловложение может быть увеличено примерно на 25 процентов.

7-16. ЧУГУН

а. Общие . Чугун — это сплав железа, углерода и кремния, в котором количество углерода обычно составляет более 1,7% и менее 4.5 процентов.

(1) Серый чугун — наиболее широко используемый тип чугуна. Серый чугун имеет множество составов, но обычно это перлит с множеством рассредоточенных по нему чешуек графита.

(2) Есть также чугуны из сплавов, которые содержат небольшое количество хрома, никеля, молибдена, меди или других элементов, добавленных для придания определенных свойств.

(3) Другой легированный чугун — это аустенитный чугун, модифицированный добавками никеля и других элементов для снижения температуры превращения, так что структура становится аустенитной при комнатной или нормальной температуре. Аустенитные чугуны обладают высокой степенью коррозионной стойкости.

(4) В белом чугуне почти весь углерод находится в комбинированной форме. Это обеспечивает более высокую твердость чугуна, что используется для обеспечения устойчивости к истиранию.

(5) Ковкий чугун получают путем специальной термообработки белого чугуна отжигом для изменения структуры углерода в чугуне. Структура меняется на перлитную или ферритную, что увеличивает ее пластичность.

(6) Чугун с шаровидным графитом и высокопрочный чугун изготавливаются путем добавления магния или алюминия, которые либо связывают углерод в комбинированном состоянии, либо придают свободному углероду сферическую или узловую форму, а не обычную чешуйчатую форму серого цвета. чугун. Эта структура обеспечивает большую пластичность или пластичность отливки.

(7) Чугуны широко используются в сельхозтехнике; на станках в качестве оснований, кронштейнов и крышек; для трубопроводной арматуры и чугунных труб; и для автомобильных блоков двигателя, головок, коллекторов и водоподготовки. Чугун редко используется в конструкционных работах, за исключением элементов сжатия. Он широко используется в строительной технике для противовесов и в других областях, где требуется вес.

г. Серый чугун имеет низкую пластичность и поэтому не будет расширяться или растягиваться в значительной степени перед разрушением или растрескиванием. Из-за этой характеристики при сварке чугуна методом кислородно-ацетиленовой сварки необходим предварительный нагрев. Однако его можно сваривать дуговым методом без предварительного нагрева, если тепло сварки тщательно контролируется.Это может быть достигнуто путем сварки только коротких участков стыка за один раз и дать этим участкам остыть. Благодаря этой процедуре тепло сварки ограничивается небольшой площадью и исключается опасность растрескивания отливки. Крупные отливки со сложным сечением, такие как моторные блоки, можно сваривать без разборки и предварительного нагрева. Обычно желательны специальные электроды, предназначенные для этой цели. Ковкий чугун, такой как ковкий чугун, высокопрочный чугун и чугун с шаровидным графитом, можно успешно сваривать.Для достижения наилучших результатов эти типы чугунов следует сваривать в отожженном состоянии.

г. Сварка используется для восстановления новых чугунных отливок, ремонта отливок, вышедших из строя, а также для соединения отливок друг с другом или со стальными деталями в производственных процессах. В Таблице 7-19 показаны сварочные процессы, которые можно использовать для сварки чугуна с шаровидным графитом и чугуна с шаровидным графитом. Выбор процесса сварки и присадочных материалов зависит от желаемых свойств сварного шва и ожидаемого срока службы.Например, при использовании процесса дуговой сварки экранированным металлом можно использовать различные типы присадочного металла. Присадочный металл будет влиять на соответствие цвета сварного шва по сравнению с основным материалом. Соответствие цвета может быть определяющим фактором, особенно при утилизации или ремонте отливок, когда разница в цвете недопустима.

г. Независимо от того, какой из сварочных процессов выбран, следует провести определенные подготовительные действия.Важно определить точный тип свариваемого чугуна, будь то чугун серый, ковкий или пластичный. Если точная информация неизвестна, лучше всего предположить, что это серый чугун с низкой пластичностью или без нее. Как правило, не рекомендуется сваривать ремонтные отливки из серого чугуна, которые при нормальной эксплуатации подвергаются нагреву и охлаждению, особенно когда нагрев и охлаждение изменяются в диапазоне температур, превышающих 400 ° F (204 ° C). Если в качестве присадочного материала не используется чугун, металл сварного шва и основной металл могут иметь разные коэффициенты расширения и сжатия.Это будет способствовать возникновению внутренних напряжений, которые не может выдержать серый чугун. Ремонт этих видов отливок может быть произведен, но надежность и срок службы по такому ремонту невозможно спрогнозировать с точностью.

e. Подготовка к сварке .

(1) При подготовке отливки к сварке необходимо удалить все поверхностные материалы, чтобы полностью очистить отливку в области сварного шва. Это означает удаление краски, смазки, масла и других посторонних материалов из зоны сварки.Желательно нагреть зону сварного шва на короткое время, чтобы удалить захваченный газ из зоны сварного шва основного металла. Кожа или поверхность с высоким содержанием кремния также должны быть удалены рядом с областью сварного шва как на лицевой, так и на корневой стороне. Края стыка должны быть вырезаны или отшлифованы, чтобы получился угол 60 ° или фаска. Там, где есть канавки, следует использовать V-образную канавку под углом 60-90 °. V должен выступать примерно на 3,2 мм от дна трещины. На каждом конце трещины следует просверлить небольшие отверстия, чтобы она не расширилась.Всегда следует использовать сварные швы с полным проплавлением, поскольку не полностью устраненные трещины или дефекты могут быстро появиться снова в условиях эксплуатации.

(2) Предварительный нагрев желателен для сварки чугунов любым сварочным процессом. Его можно уменьшить при использовании очень пластичного присадочного металла. Предварительный нагрев уменьшит температурный градиент между сварным швом и остальной частью чугуна. Температуры предварительного нагрева должны зависеть от процесса сварки, типа присадочного металла, массы и сложности отливки.Предварительный нагрев можно произвести любым из обычных методов. Горелка горелки обычно используется для относительно небольших отливок весом 30,0 фунтов (13,6 кг) или меньше. Более крупные детали могут быть предварительно нагреты в печи, и в некоторых случаях временные печи строятся вокруг детали, а не в печи. Таким образом, детали могут поддерживаться при высокой температуре промежуточного прохода во временной печи во время сварки. Предварительный нагрев должен быть общим, так как он помогает улучшить пластичность материала и распределяет усадочные напряжения по большой площади, чтобы избежать критических напряжений в какой-либо одной точке. Предварительный нагрев помогает смягчить область, прилегающую к сварному шву; способствует дегазации отливки, что, в свою очередь, снижает вероятность образования пористости наплавленного металла шва; и это увеличивает скорость сварки.

(3) Медленное охлаждение или последующий нагрев улучшает обрабатываемость зоны термического влияния в чугуне, прилегающей к сварному шву. Последующее охлаждение должно быть как можно медленнее. Это можно сделать, накрыв отливку изоляционным материалом, чтобы не допустить попадания воздуха или ветров.

ф. Сварочная техника .

(1) Электроды .

(a) Чугун можно сваривать стальным электродом с покрытием, но этот метод следует использовать только в качестве чрезвычайной меры. При использовании стального электрода необходимо учитывать усадку металла сварного шва, углерод, улавливаемый из чугуна металлом сварного шва, и твердость металла сварного шва, вызванную быстрым охлаждением. При переходе из расплавленного в твердое состояние сталь дает усадку больше, чем чугун.При использовании стального электрода эта неравномерная усадка вызывает деформации стыка после сварки. Когда на стык наносится большое количество присадочного металла, чугун может треснуть сразу за линией плавления, если не будут приняты профилактические меры. Чтобы преодолеть эти трудности, подготовленное соединение следует сварить, наплавив металл шва в виде коротких валиков длиной от 0,75 до 1,0 дюйма (от 19,0 до 25,4 мм). Это делается с перерывами, а в некоторых случаях — с помощью процедуры обратного шага и пропуска.Во избежание образования твердых участков дугу следует зажигать в V, а не по поверхности основного металла. Каждый короткий кусок сварочного металла, нанесенный на соединение, следует слегка обработать в горячем состоянии небольшим ударным молотком и дать ему остыть перед нанесением дополнительного металла сварного шва. Упрочнение приводит к ковке металла и уменьшению деформации при охлаждении.

(b) Используемые электроды должны иметь диаметр 1/8 дюйма (3,2 мм) для предотвращения чрезмерного нагрева при сварке. Сварку следует производить с обратной полярностью.Плетение электрода должно быть сведено к минимуму. Перед добавлением дополнительного металла каждый наплавленный металл следует тщательно очистить.

(c) Чугунные электроды должны использоваться там, где требуется последующая обработка сварного соединения. Электроды из нержавеющей стали используются, когда обработка сварного шва не требуется. Процедура выполнения сварных швов этими электродами такая же, как и для сварки электродами из низкоуглеродистой стали. Электроды из нержавеющей стали обеспечивают отличное сплавление присадочного металла и основного металла.Следует проявлять особую осторожность, чтобы избежать растрескивания сварного шва, которое сжимается примерно на 50 процентов сильнее, чем из-за того, что нержавеющая сталь расширяется, а низкоуглеродистая сталь расширяется при одинаковых изменениях температуры.

(2) Дуговая сварка .

(a) Процесс дуговой сварки защищенным металлом может использоваться для сварки чугуна. Можно использовать четыре типа присадочных металлов: электроды с чугунным покрытием; покрытые электроды из сплава на основе меди; покрытые электроды из сплава на основе никеля; и электроды, покрытые мягкой сталью.Существуют причины для использования каждого из различных конкретных типов электродов, которые включают обрабатываемость наплавки, соответствие цвета наплавке, прочность наплавки и пластичность окончательного сварного шва.

(b) При дуговой сварке чугунными электродами (ECI) предварительно нагрейте до 250–800 ° F (от 121 до 425 ° C), в зависимости от размера и сложности отливки, а также от необходимости обработки наплавки и прилегающих к ней поверхностей. области. Чем выше степень нагрева, тем легче будет обработать наплавленный металл.В общем, лучше всего использовать электроды небольшого размера и относительно низкий ток. Следует использовать дугу средней длины, и, если это возможно, сварку следует выполнять в горизонтальном положении. Следует использовать блуждающую или пропущенную процедуру сварки, а упрочнение поможет снизить напряжения и свести к минимуму деформацию. Рекомендуется медленное охлаждение после сварки. Эти электроды обеспечивают отличное цветовое соответствие серого чугуна. Прочность сварного шва будет равна прочности основного металла. Есть два типа электродов на основе меди: сплав медно-оловянный и медно-алюминиевый.Медно-цинковые сплавы нельзя использовать для электродов для дуговой сварки из-за низкой температуры кипения цинка. Цинк улетучивается в дуге и вызывает пористость металла сварного шва.

(c) При использовании электродов с медной основой рекомендуется предварительный нагрев от 250 до 400 ° F (от 121 до 204 ° C). Следует использовать электроды малого диаметра и слабый ток. Дуга должна быть направлена ​​против наплавленного металла или лужи, чтобы избежать проникновения и смешивания основного металла с металлом сварного шва. После сварки рекомендуется медленное охлаждение. Электроды на медной основе не обеспечивают хорошего соответствия цвета.

(d) Существует три типа никелевых электродов, используемых для сварки чугуна. Эти электроды можно использовать без предварительного нагрева; однако рекомендуется нагревание до 100 ° F (38 ° C). Эти электроды можно использовать во всех положениях; однако рекомендуется горизонтальное положение. Сварочный шлак следует удалять между проходами. Отложения никеля и никелевого железа чрезвычайно пластичны и не станут хрупкими из-за улавливания углерода.Твердость зоны термического влияния можно минимизировать за счет уменьшения проникновения в основной металл чугуна. Упомянутый выше прием, заключающийся в воспроизведении дуги на лужице, а не на основном металле, поможет свести к минимуму разбавление. Медленное охлаждение и, при необходимости, последующий нагрев улучшают обрабатываемость зоны термического влияния. Электроды на никелевой основе не обеспечивают близкого соответствия цвета.

(e) Электроды медно-никелевого типа двух марок. Любой из этих электродов можно использовать так же, как никелевый или железоникелевый электрод, с примерно той же технологией и результатами.Отложения этих электродов не обеспечивают совпадение цвета.

(f) Электроды из мягкой стали не рекомендуются для сварки чугуна, если требуется механическая обработка наплавки. Отложения из мягкой стали собирают достаточно углерода для образования высокоуглеродистых отложений, которые невозможно обработать механической обработкой. Кроме того, наплавка из мягкой стали будет иметь пониженный уровень пластичности в результате повышенного содержания углерода. Этот тип электрода следует использовать только для небольшого ремонта и не должен использоваться, когда требуется механическая обработка.Для небольших ремонтных работ возможен минимальный предварительный нагрев. Для минимизации разбавления и во избежание концентрации усадочных напряжений рекомендуется использовать небольшие электроды при слабом токе. Следует использовать короткие сварные швы в произвольной последовательности, а сварной шов следует как можно быстрее после сварки. Наплавленный электрод из низкоуглеродистой стали обеспечивает хорошее соответствие цвета.

(3) Углеродистая сварка чугуна . Отливки из чугуна можно сваривать с помощью угольной дуги, чугунного прутка и сварочного флюса для чугуна.Стык следует предварительно нагреть, перемещая угольные электроды по поверхности. Это предотвращает слишком быстрое охлаждение после сварки. Расплавленную лужу металла можно обрабатывать углеродным электродом так, чтобы перемещать любой образующийся шлак или оксиды на поверхность. Сварные швы, полученные с помощью угольной дуги, охлаждаются медленнее и не так тверды, как сварные с использованием металлической дуги и чугунного электрода. Сварные швы поддаются механической обработке.

(4) Газовая сварка на кислородном топливе . Процесс кислородно-топливного газа часто используется для сварки чугуна. Можно использовать большую часть топливных газов. Пламя должно быть нейтральным или слегка уменьшающимся. Следует использовать флюс. Доступны два типа присадочных металлов: чугунные стержни и медно-цинковые стержни. Сварные швы, выполненные подходящим чугунным электродом, будут такими же прочными, как и основной металл. Все эти красные сварочные материалы обеспечивают хорошее цветовое соответствие. Следует использовать оптимальную процедуру сварки в отношении подготовки стыка, предварительного нагрева и последующего нагрева. Медно-цинковые стержни позволяют производить пайку. Есть две классификации: марганцевая бронза и легкая дымящаяся бронза.Осажденная бронза имеет относительно высокую пластичность, но не обеспечивает совпадение цветов.

(5) Пайка и сварка припоем .

(a) Пайка используется для соединения чугуна с чугуном и сталью. В этих случаях для пайки следует выбирать такую ​​конструкцию соединения, чтобы капиллярное притяжение заставляло присадочный металл течь между плотно прилегающими деталями. Обычно используется факельный метод. Кроме того, в качестве источников тепла можно использовать угольную дугу, двойную угольную дугу, газо-вольфрамовую дугу и плазменную дугу.Обычно используются два металлических сплава припоя; оба являются сплавами меди и цинка. Для соединения чугуна также можно использовать пайку. При сварке пайкой присадочный металл не втягивается в соединение за счет капиллярного притяжения. Иногда это называют сваркой бронзы. Следует использовать наполнитель с жидкостью при температуре выше 850 ° F (454 ° C). Сварка пайкой не обеспечивает совпадения цвета.

(b) Сварка пайкой также может выполняться с помощью процессов дуговой сварки в защищенном металлическом корпусе или с помощью дуговой сварки металлическим электродом в газе.Предварительный нагрев при высокой температуре обычно не требуется для сварки пайкой, если только деталь не является очень тяжелой или сложной по геометрии. Наплавленный бронзовый металл шва имеет чрезвычайно высокую пластичность, которая компенсирует недостаточную пластичность чугуна. Тепла дуги достаточно, чтобы довести поверхность чугуна до температуры, при которой сплав присадочного металла на основе меди будет сцепляться с чугуном. Поскольку перемешивание материалов незначительное или отсутствует, зона, прилегающая к сварному шву в основном металле, не затвердевает заметно.После завершения сварки сварной шов и прилегающий участок можно обработать. Как правило, для большинства применений достаточно предварительного нагрева до 200 ° F (93 ° C). Скорость охлаждения не очень важна, и термообработка для снятия напряжения обычно не требуется. Этот тип сварки обычно используется для ремонтной сварки автомобильных деталей, деталей сельскохозяйственных орудий и даже блоков и головок автомобильных двигателей. Его можно использовать только в том случае, если отсутствие соответствия цветов не вызывает возражений.

(6) Газовая дуговая сварка металлическим электродом .Процесс газовой дуговой сварки может использоваться для сварки ковкого чугуна и углеродистой стали. Можно использовать несколько типов электродной проволоки, в том числе:

(a) Низкоуглеродистая сталь с использованием 75% аргона + 25% CO ₂ для защиты.

(b) Никель-медь с использованием 100% аргона для защиты.

(c) Кремниевая бронза с использованием 50% аргона + 50% гелия для защиты.

Во всех случаях следует использовать электродную проволоку малого диаметра при слабом токе.При использовании электродной проволоки из низкоуглеродистой стали смесь защитного газа аргон-CO ₂ используется для минимизации проникновения. В случае присадочного металла на основе никеля и присадочного металла на основе меди наплавленный присадочный металл является чрезвычайно пластичным. Низкоуглеродистая сталь обеспечивает хорошее соответствие цвета. Обычно требуется более высокий предварительный нагрев, чтобы снизить остаточные напряжения и склонность к растрескиванию.

(7) Порошковая сварка . Этот процесс недавно начали использовать для сварки чугунов.Более успешно применяется порошковая проволока на никелевой основе. Эта электродная проволока обычно работает с защитным газом CO ₂ , но когда более низкие механические свойства не являются нежелательными, она может работать без внешнего защитного газа. Можно использовать минимальные температуры предварительного нагрева. Этот метод должен минимизировать проникновение в основной металл чугуна. Последующий нагрев обычно не требуется. Подбор цвета не получается.

(8) Шпилька .Трещины в крупных отливках иногда заделывают шпильками (рис. 7-10). В этом процессе трещина устраняется шлифовкой V-образной канавки. Отверстия просверливаются и нарезаются под углом с каждой стороны канавки, и в эти отверстия ввинчиваются шпильки на расстояние, равное диаметру шпилек, причем верхние концы выступают примерно на 1/4 дюйма (6,4 мм) над канавкой. чугунная поверхность. Шпильки следует герметично приварить на месте с помощью одного или двух валиков вокруг каждой шпильки, а затем связать вместе металлическими швами.Сварные швы следует выполнять короткими отрезками, каждая из которых подвергается закалке в горячем состоянии, чтобы предотвратить высокие напряжения или растрескивание при охлаждении. Перед нанесением дополнительного металла каждому валику необходимо дать остыть и тщательно очистить. Если метод шипов не может быть применен, края стыка следует вырезать или обработать инструментом с круглым концом, чтобы образовалась U-образная канавка, в которую должен быть наплавлен металл сварного шва.

(9) Для чугуна можно использовать другие способы сварки.Термитная сварка использовалась для ремонта определенных типов деталей станков из чугуна. Пайка может использоваться для соединения чугуна и иногда используется для ремонта небольших дефектов в небольших отливках. Сварку оплавлением можно также использовать для сварки чугуна.

Доверенность