Особенности устранения дефектов чугунных корпусных деталей

Чугун широко использовался при изготовлении корпусных деталей ретро автомобилей прежних лет. По сравнению со сталью он менее прочен и более хрупок. Поэтому чугунные детали больше, чем детали из стали, подвержены трещинообразованию. Почти на каждом втором- третьем блоке цилиндров, поступающем в ремонт, имеется трещина или облом, часто встречаются трещины в картерах, газопроводах.

При устранении подобных повреждений возникают определенные трудности, так как чугун считается плохо свариваемым металлом. Незнание особенностей сварки чугуна значительно усложняет, а порой и делает невозможным, восстановительный ремонт базовых деталей двигателя раритетного автомобиля (случай размороженного блока цилиндров двигателя и т.п.).

Главная сложность сварки чугуна - это свойство металла к трещинообразованию из-за низкого коэффициента пластичности. В случае перегрева чугуна в зоне сварки или более быстрого, чем надо, охлаждения, рядом со швом или поперек сварного шва образуется новая трещина.

Наиболее радикальное средство против образования трещин - подогрев детали перед сваркой и медленное охлаждение ее после сварки. Этот способ широко использовался раньше при ремонте корпусных деталей на авторемонтных предприятиях. Однако процесс сварки в этом случае (горячая сварка) связан с большой трудоемкостью, сложностью применяемого оборудования, тяжелыми условиями труда.

В настоящее время разработаны и успешно внедряются более простые методы сварки чугунных деталей так называемым холодным способом (без общего подогрева детали). К технологическим мерам, направленным на уменьшение трещинообразования при холодной сварке относятся:

предупреждение чрезмерного нагрева металла при сварке путем использования электродов малого диаметра, сварки на пониженных режимах малым током и сварки вразброс.

снижения напряжений, возникающих в результате усадки металла шва или наплавки, путем уменьшения объема наплавленного металла и проковки его в горячем состоянии.

правильный выбор электрода и метода сварки.

Большое значение при сварке чугуна имеет характер распределения в нем графита. Лучше всего сваривается чугун перлитного типа, с мелким пластинчатым графитом. Чугун с мелкими включениями графита, окруженными твердым раствором углерода, сваривается удовлетворительно. Наиболее плохо поддается сварки чугун с крупными включениями графита в виде сетки, затрудняющей сплавление основного и присадочного металлов. В этом случае используются специальные приёмы ведения сварочного процесса.

Другие трудности при сварке чугуна связаны с его теплофизическими свойствами: быстрый переход из расплавленного состояния в твердое, вследствие чего газы не успевают выделяться из сварочной ванны и шов может получиться пористым; при расплавлении чугуна может произойти местный переход графита в цементит, отчего металл в данном месте получает структуру белого чугуна, не поддающегося обработке режущим инструментом. Для получения хорошо обрабатываемых швов применяют специальные способы сварки.

Сварка чугуна может осуществляться в основном двумя способами- электродуговой и газовой сваркой. Наиболее простым из всех существующих способов является электродуговая сварка, осуществляемая специальными электродами на основе меди или никеля. Возможно применение полуавтоматической сварки чугуна специальной самофлюсующейся проволокой. Газовая сварка находит применение, но в гораздо меньшем объеме.

На выбор способа сварки оказывает влияние многих факторов: расположение дефекта на детали, толщина металла в зоне прохождения трещины, требования к сварному шву (прочности, обрабатываемости, герметичности), конфигурация детали.

Если дефект находиться на таком расстоянии от жесткой части детали, что она не будет сильно нагреваться, то такой дефект можно заваривать ручной электродуговой сваркой без предварительного подогрева или полуавтоматической сваркой проволокой.

Когда деталь имеет сложную конфигурацию с толстыми и тонкими стенками и металл в месте дефекта не может при нагреве свободно расширяться, то дефект целесообразнее всего исправлять полуавтоматической сваркой проволокой. Можно также воспользоваться ручной электродуговой сваркой железомедными электродами, стержень которых изготовлен из мягкой меди М1 и наплавленный металл легко поддается проковке.

На краю детали, где металл может при нагреве свободно расширяться и при охлаждении сжиматься, то здесь возможен любой способ сварки. В этом случае все зависит от характера повреждения - отколовшуюся часть ушка или фланца с нарушением гладкого или резьбового отверстия можно нарастить газовой сваркой (с последующим сверлением нового отверстия). Трещину в замкнутом контуре детали, где остаточные литейные напряжения особенно велики, предпочтительнее устранять полуавтоматической сваркой проволокой. При знании определенных приемов дефект без особых трудностей можно исправить электро дуговой сваркой.

Опыт показывает, что наилучшее качество ручной электродуго- вой сварки чугуна достигается при использовании аппаратов постоянного тока: преобразователей типа ПСО или выпрямителей типа ВД. Возможно применение и сварочных трансформаторов.

При сварке на переменном токе имеет место сильное разбрызгивание электродного металла, а сварной шов получается пористым и менее плотным.

Исходя из большого многообразия видов дефектов чугунных деталей (по характеру и размеру), которые обнаруживаются в отливках при эксплуатации, возникает необходимость выбора определенной марки электродов в каждом конкретном случае. Используя различные электроды и их сочетания, при соответствующей технологии применения, можно получать наплавленный металл (металл шва) с заданными свойствами. Это позволяет достигать в сварном соединении требуемых показателей прочности, пластичности, твердости, герметичности и обрабатываемости.

Для устранения повреждений в автомобильных деталях наиболее подходящими электродами для сварки чугуна являются электроды типа 034,сварку которыми ведут на постоянном токе обратной полярности.

При ремонте чугунных деталей в соединениях, требующих высокой плотности, а также для сварки соединений, к которым предъявляются повышенные требования по чистоте поверхности после обработки можно также использовать электроды на никелевой основе МНЧ-2. Эти электроды предпочтительны для заварки первого слоя. Как и электродами типа 034, сварку электродами МНЧ-2 ведут на постоянном токе обратной полярности.

Следует иметь в виду, что покрытия всех применяемых для сварки чугуна электродов склонны к поглощению влаги. Поэтому при хранении электродов в неотапливаемом помещении они отсыревают. Для обеспечения нормальной сварки отсыревшие электроды перед применением необходимо прокалить в электропечи при температуре

200...280°С в течение 1...2 ч. Если электроды хранятся в сухом проветриваемом помещении, в прокаливании не нуждаются.

Деталь автомобиля, предназначенную для ремонта электродуго- вой сваркой, предварительно промывают и очищают от всех загрязнений. Одним из важных моментов является точное определение границ повреждения детали. Например, при размораживании рубашки охлаждения блока цилиндров довольно часто невдалеке от основной видимой трещины образуются другие тонкие и малозаметные трещины. Все их следует перед сваркой обнаружить и соответствующим образом обработать.

Сначала зачищается поверхность вокруг повреждения. Если это трещина, то поверхность вокруг нее зачищают не вдоль, а в поперечном направлении. Такой метод зачистки позволяет обнаружить даже те трещины, которые простым глазом не видны и не выявлены во время опрессовки блока под давлением водой. Дело в том, что при поперечной зачистке на трещине откладывается валик металлической пыли, которая и позволяет увидеть всю длину трещины.

После зачистки поверхности выявленные трещины натирают мелом с промежутками 20...30 мм (чтобы не потерять из виду), а затем разделывают на всю длину.

Глубина разделочной канавки должна быть приблизительно в два раза меньше толщины стенки детали в этом листе, а ширина - приблизительно 6...8 мм. При образовании трещины в стенке с толщиной менее 4 мм, эту трещину можно не разделывать. Зачистку поверхности вокруг трещины до металлического блеска и разделку канавки лучше всего производить при помощи прорезного шлифовального круга, приводящегося в движение от пневматической или электрической шлифовальной машинки.

В случае образования пробоины в стенке детали или нескольких сгруппированных трещин дефект устраняют методом наложения металлической заплаты толщиной 2...2,5 мм, размеры которой должны быть такими, чтобы ее края перекрывали края повреждения не менее чем на 10...ё15 мм. Лучше всего, если края заплаты ложатся на более толстые и менее напряженные стенки, которые обычно находятся ближе к углам детали.

Если обломанная часть не сохранилась, то ее лучше отпилить от окончательно выбракованной аналогичной детали, подогнать по месту восстанавливаемой детали и приварить.

Техника и режимы сварки определяются основной задачей сварщика при устранении повреждений в чугунных деталях - получением плотных и прочных сварных соединений, предотвращение образования новых трещин и отбеливание чугуна.

Режим ручной электродуговой сварки характеризуется диаметром электрода, величиной тока, длиной дуги.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла. При сварке большинства автомобильных деталей, у которых толщина стенки составляет 4...8 мм, используют электроды диаметром 3 или 4 мм. Величина тока устанавливается в зависимости от диаметра электрода из расчета 30...40А на 1 мм диаметра стержня электрода. Например, при использовании электрода МНЧ-2 диаметром 3 мм сварку ведут при токе 90...110А, при употреблении электрода 034-6 такого же диаметра - при 80... 100А.

Особое внимание следует обратить на особенности техники сварки чугуна медно-железными и железоникелевыми электродами. Она значительно отличается от сварки стали стальными электродами.

Сварку тонкостенных деталей выполняют короткой дугой небольшими участками длиной 15...40 мм. Чем свариваемая стенка тоньше, тем короче должны быть накладываемые швы. Порядок их наложения выбирают таким, чтобы тепло, выделяемое при сварке, распространялось равномерно во все стороны. Для этих целей применяют так называемый обратноступенчатый способ наложения швов на трещину, суть которого показана на рис. 10.40. Цифрами на нем представлен порядок наложения швов при заварке трещин, а стрелками - направление сварки.

Порядок (1-6) наложения швов при заварке трещины обратноступенчатым способом (стрелками показано направление сварки)

Рис. 10.40. Порядок (1-6) наложения швов при заварке трещины обратноступенчатым способом (стрелками показано направление сварки)

С целью уплотнения наплавленного металла и уменьшения напряженности стенки после наложения каждого участка шва делают проковку наплавленного металла. Её проводят легкими ударами молотка (носовой частью). Очередной участок трещины заваривают после того, как металл охладился до температуры 50...70°С.

Электрод при сварке обычно располагают по отношению к поверхности детали под углом 70...850 С. Для лучшего выхода газов из сварной ванны длину дуги не выдерживают постоянной, а изменяют в пределах 3...5 мм, т.е. разница в колебаниях длины дуги должна составлять около 2 мм.

При обратноступенчатом способе сварки, нельзя допускать перегрева металла, сварку следует вести короткими участками с проковкой шва после наложения каждого из них и небольшой выдержкой до охлаждения наплавленного металла.

Сварку трещин в толстостенных деталях, которые в дальнейшем подвергаются механической обработке или работают под нагрузкой, проводят с разделкой кромок исходя из условий, что ширина разделки краев трещины на поверхности детали должна быть в 2 раза больше ее толщины, а глубина разделки на 2...3 мм меньше этой толщины. Кромки трещины разделывают фрезерованием или слесарным способом в ручную. При таком способе облегчается сварка деталей в вертикальной плоскости.

Схема наложения валиков при сварке чугунных толстостенных деталей показана на рис. 10.41. Подготовительные валики на кромки трещины наплавляют раздельно: сначала два ряда валиков 1...8 на одну сторону среза вверх на участке протяженностью 30...50 мм, а затем - на другую сторону среза валики 9... 17. Каждый предыдущий валик должен частично перекрываться последующим. После наплавки первого слоя очищают шлак и наплавляют второй. Подготовительные валики второго слоя не должны соприкасаться с основным металлом.

Схема наложения валиков при сварке чугунных толстостенных деталей с разделкой кромок трещины

Рис. 10.41. Схема наложения валиков при сварке чугунных толстостенных деталей с разделкой кромок трещины: Ь - толщина стенки детали; 1-30 - валики

Так же наплавляют подготовительные валики и на других участках, дают им охладиться до температуры 30...50°С, счищают с них шлак и в такой же последовательности, как и при наплавке скосов, соединяют валики центральными (соединительными) валиками. Заполнение шва на каждом участке проводят с перерывом для охлаждения.

Главной трудностью при заварке трещины - обеспечение герметичности шва. Даже прослойная проковка его не всегда обеспечивает требуемую герметичность, и при опрессовке детали под давлением обнаруживаются сквозные поры. Поэтому для герметизации шва прибегают к дополнительной его обработке клеевым составом на эпоксидной основе.

Следует иметь в виду, что этот клей не выдерживает высоких температур и на деталях, которые во время работы нагреваются выше

120° С, применять эпоксидный клей для герметизации сварных соединений не рекомендуется.

В некоторых случаях, когда применение эпоксидного клея недопустимо, для герметизации сварных швов используют так называемый метод «приржавления». Он заключается в смачивании шва 10%-м раствором хлористого аммония. Через некоторое время после нанесения раствора происходит интенсивная коррозия шва, выполненного железомедным электродом, и ее продукты плотно закупоривают мелкие поры.

Газовая сварка чугуна является одним из старейших способов восстановления деталей (наращивание обломанных частей ушков, за- плавка изношенных отверстий в корпусных деталях и пр.) При заварке трещин газовую сварку практически не используют, так как процесс этот связан с общим подогревом детали.

В качестве присадочного материала чаще всего применяют чугунные прутки марки Б. Хорошие результаты дают также прутки, отлитые из выбракованных чугунных деталей. С целью предотвращения окисления кромок свариваемого металла, извлечение из сварочной ванны окислов и неметаллических включений, предохранения расплавленного металла от воздействия воздуха при газовой сварке применяют флюсы. Чаще всего используют флюс, состоящий из молотой прокаленной буры или смеси из 56% буры, 22% углекислого натрия и 22% углекислого калия.

Пространственное положение детали при газовой сварке чугуна должно быть таким, чтобы сварку можно было вести в нижнем положении. Для сварки чугуна применяется нейтральное пламя, причем расплавление металла ведется восстановительной зоной пламени. Горелка выбирается с наконечником из расчета расходования 100 л ацетилена в час на 1 мм толщины свариваемого металла.

Очередность операций технологии наращивания обломанной части детали с помощью газовой сварки следующая: нагревают место наплавки докрасна и посыпают флюсом, расплавляют флюс и металл и одновременно при помощи стального прутка с загнутым концом удаляют с поверхности сварочной ванны появляющиеся светящиеся пузырьки. После очистки ванночки приступают к сварке. Для этого берут присадочный пруток, нагревают его докрасна, опускают в сварочную ванну, после чего плавят присадочный пруток одновременно с основным металлом.

Производя зигзагообразное движения горелкой и помешивание прутком в сварочной ванне, заполняют ее металлом. Горелку и сварочный пруток долго не следует задерживать на одном месте, ими надо все время манипулировать, то приближая их к сварочной ванне, то удаляя. Если этого не делать, то жидкий металл будет вытекать из сварочной ванны. Чтобы не создавать сильное давление пламени на сварочную ванну, угол наклона горелки по отношению к свариваемой поверхности делают меньшим, чем при сварке стали. Процесс сварки следует вести быстро, высокая скорость способствует сохранению состава металла.

Охлаждение детали после сварки нужно производить медленно и равномерно. Крупные детали можно накрыть листовым асбестом, а мелкие положить для медленного охлаждения в ящик с песком. Охлаждение детали на сквозняке приводит к отбеливанию чугуна, а иногда и к появлению трещин.

Газовую сварку чугуна цветными сплавами без подогрева детали выполняют в сочетании с дуговой сваркой и широко применяют в ремонтном производстве для заварки трещин на обрабатываемых поверхностях корпусных деталей. Присадочный материал-латунь. Так как температура плавления латуни ниже температуры плавления чугуна (880-950° С), то ее можно применять для сварки, не доводя чугун до плавления и не вызывая в нем особенных структурных изменений и внутренних напряжений. Применение этого процесса позволяет получить сварочные швы плотные, легко поддающиеся механической обработке.

Технология заварки трещин латунью в чугунных деталях включает в себя следующие операции: снятие с кромок трещин фасок под углом разделки 70...80°; грубая обработка фасок (желательно с образование насечки); очистка листа сварки от грязи, масла и ржавчины, подогрев подготовленных к сварке мест пламенем газовой горелки до температуры 900...950°С; нанесение на подогретую поверхность слоя флюса; нагрев в пламени горелки конца латунной проволоки; натирание латунной проволокой горячих кромок трещины (латунь должна накрывать фаски тонким слоем); сварка трещины; медленный отвод пламени горелки от детали; покрытие шва листовым асбестом.

 
Посмотреть оригинал