Способ сварки изделий из чугуна

 

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;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ф Ю

РЕСПУБЛИК (19) (11) I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

У

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3458180/25-27 (22) 27.04 ° 82 (46) 07.12.83. Бюл. 9 45 (72) Э.А.Синицын, Н.А.Нефедов, A.Ì.Ìèõàëþê и В.К. Федюкин (71) Ленинградское проектно-технологическое бюро Главленавтотранса (53) 621.791+02(088.8) (56) 1. Справочник сварщика. Под ред. В.В.Степанова. М., Машиностроение, 1967, с. 381.

2. Справочник по сварке. Под рЕд. А.И.Акулова. Т. 4. М., Машиностроение" ° 1971, с. 285 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ СВАРКИ ИЭДЕЛИЙ

ИЗ ЧУГУНА, при котором до сварки осуществляют термическую обработку свариваемого иэделия, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расшире3(51) В 23 P 6/00) В 23 К 28 00 ния технологических возможностей и обеспечения высокого качества сварки, в процессе термообработки производят многократное термоциклирование околошовной зоны с нагревом до температуры выше Ас„ на 50-100 С и охлаждением ниже температуры А на 50- 70 С со скоростью нагрева и охлаждения 40-100 С/мин.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся 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. S

3. Способ rro nn. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что сварку осуществляют сварочными материалами иэ малоуглеродистых сталей;

1058756

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

Известны основные сварочные процессы, применяемые -при изготовлении, восстановлении и ремонте чугунных иэделий: горячая сварка, полугорячая сварка, холодная сварка, низко-. температурная пайка-сварка, газопорошковая наплавка, металлизация (1) .

Многообразие сварочных процессов и материалов объясняется тем, что ни один из способов не является уни версальным вследствие низкой свари- 15 ваемости чугунов и специфики чугунных изделий, которая определяется конструктивными особенностями, например., сложностью конфигурации, уровнем внутренних напряжений и т.д.

Трудности свариваемости чугунов обуславливаются тем, что чугуны имеют низкую ударную вязкость, отсутствует зона текучести при переходе 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 бли ким к изобретению является способ сварки изделий иэ чугуна, при котором до сварки осуществляют термическую обработку свариваемого изделия i2) . При термообработке осуществляют нагрев до 650-800 С и.поддерживают эту тем- Щ пературу во время сварки.

Недостатками известного способа является то, что процесс сопровожда ется формоизменением свариваемых иэделий, так как трудно обеспечить равномерность нагрева; кроме того, большая продолжительность процесса, определяемая малыми скоростями нагрева и охлаждения.. ограниченность при- 5О менения. для крупногабаритных изделий; тяжелые условия работы сварщиков, поскольку процесс сварки ведется непрерывно на горячем изделии.

Перечисленные недостатки ограничивают применение, например, горячий способ сварки не может быть использован для сварки таких иэделий, как блоки двигателей КамАЗ,, которые характеризуются сложной конфигурацией и высоким уровнем внутренних напря- 60 жений. ЛюбЫе технологические приемы с целью обеспечения равномерного нагрева не дают желаемого результата, что приводит к нарушению геометрии баэ и посадочных мест. 65

Цель изобретения — расширение технологических возможиостей и обеспечение высокого качества сварки.

Поставленная. цель достигается тем, что при сварке иэделий из чугуна осуществляют термическую обработку свариваемого изделия до сварки, в процессе термообработки прбизводят,многократное термоциклирование околошовной эонЫ с нагревом до температуры выше AI". на 50-100,С и охо лаждением ниже температуры Ар„ на 50-70 С со скоростью нагрева и охлаждения 40-100вС/мин.

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.

Кроме того, сварку осуществляют сварочными материалами из малоуглеродистых сталей.

Выбор указанного режима термообработки обусловлен фазовыми превращениями, протекающими при переходе. через критическую точку А, В результате этих фазовых превращений происходит изменение исходной струк.туры вследствие измельчения. зерен металлической основы чугуна и графитовых включений. Граничные условия нагрева крыше критичесКой точки обуславливаются необходимоотью полного фазового превращения. структурЫ беэ существенного роста зерна.

В способе принимаются температуры нагрева 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 определяк>тся экономическими,соображениями, Температуры охлаждения ниже Aс„ на 50-70 С выбирают, исходя о из экономической целесообразности и использования простых средств контроля. Граничные условия по количеству циклов термоциклирования определяются достижением максимального измельчения металлической основы и включений графита эа счет фазовых превращений. Количество циклов может 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 охлаждения определяются отсутствием трещинообразования при термоциклировании и экономической целесообразностью (т.е. максимальные скорости беэ трещинообразования). Скорость нагрева и охлаждения в диапазоне 40-100 С/мин

1058756

В, Томбулато .

Составитель

Техред A.Ë÷

Корректор В. Гирняк

Редактор К. Волощук

Тираж 1106

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений-и открытиЯ

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 9666/12

Подписное

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä., ул. Проектная, 4 принимается по опыту применения обработки для деталей с различным уровнем внутренних напряжений и структурой. Оптимизация этого пара метра производится опытным путем в каждом конкретном случае.

П р и .м е р. Осущес-.вляют термоциклирование зон, прилегающих к кромкам трещины в блоке цилиндров двигателя КамАЗ. Термоциклирование произмодят в термостате путем наг- 10 рева газовой горелкой околошовных зон до 800 С с последующим охлаждением до 650 C. Число термоциклов 3.

Сварку дефектов производят как на нагретом в термостате блоке, так и на холодном блоке после предвари- тельного термоциклирования, на полуавтомате ПДГ-502 в защитной среде проволочными электродами типа ПАМЧ-11 при режимах сварки Ос = 28-3О В, .„=100-110 А.

При такой технологии:получают качественное сварное соединение с достаточной прочностью и герметичностью. Восстановленные блоки прошли необходимые испытания. ПроведенныЯ микроанализ показал, что исходная .структура чугуна в виде грубопластинчатого перлита приобрела мелкодисперсный сорбитообраэный характер. Механические испытания, например, на образцах чугуна марки

СЧ 21-40, вырезанных иэ блоков двигателей КамАЗ, показали следующие результаты: исходное состояние . G e = 26 кгс/мм 0 q = 1; после 3-крат- 35 ного термоциклирования со скоростями нагрева и охлаждения 50- 70.С/мин бз= 37 кгс/мм

Изменение структуры и механических свойств околошовной зоны при gp сварочных процессах обеспечивает уменьшение хрупкости и склонности к трешинообраэованию в зоне наплавленного металла вследствие уменьшения диффузии Углерода в зтУ зонУ уменьшение охрупчивания эоны сплавления за счет образования мелкодисперсной эвтектики (ледебурита) из-за малого времени пребывания эоны . сплавления при высоких температурах и мелкозернистости подложки; снижение уровня внутренних напряже.ний за счет лучших условий их релаксации и перераспределения; повышение уровня энергии, затрачиваемой на развитие. и рост трещин, до критической величины; повышение надежности работы иэделий при низких температурах вследствие снижения порога хладноломкости в серых чугунах, до — 15ОС; повышение запаса прочности.

Предложенное изобретение позволяет повысить свариваемость и расширить диапазон свариваемых марок чугунов и изделий из них, в том числе изделий с высоким уровнем внутренних напряжений; производить ремонтно-восстановительные работы беэ на- рушения. геометрии баз и посадочных мест путем нагрева только околошовной эоны; улучшить условия труда сварщиков, так как сварка ведется на холодном иэделии; 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 желеэоникелевых 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 испольэовать дешевые сварочные материалы из малоуглеродистых 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.