Основными недостатками горячей сварки чугуна являются большая трудоёмкость процесса и тяжёлые условия труда сварщиков.
Холодная сварка чугуна.
Сварка чугуна без подогрева изделия применяется шире, чем с подогревом. Подготовка поверхности дефектов к заварке заключается в сверлении, зачистке, фрезеровании и т.д. до получения чистой поверхности основного металла.
Разделку краевых дефектов осуществляют таким образом, чтобы предупредить сколы при механической обработке.
При сварке без предварительного нагрева дефекты, расположенные друг от друга на расстоянии более чем 20мм, вырубают или высверливают порознь, при более близком расположении – производят сплошную вырубку дефектного участка. Разделка кромок зависит от толщины детали. При глубине дефекта 5–7мм вырубают фаску с углом раскрытия 70–80о. В местах, доступных для сварки с двух сторон, производят Х-образную разделку кромок. Зазор b составляет 0–3мм, притупление с– 0–3мм.
Если концы трещины не выходят на поверхность детали, то в местах окончания трещины сверлят отверстия и участок видимой части трещины вырубают (вышлифовывают) или разделывают воздушно-дуговой резкой.
По концам несквозной трещины просверливают отверстия глубиной 2–4мм, а по концам сквозной трещины – на всю глубину сверлом диаметром 6–10мм.
Наплавку ведут через центр разделки, а затем наплавляют валики на правой и левой её частях.
Трещины, сколы разделывают (V-образная разделка кромок) для односторонней сварки.
На практике используют несколько разновидностей холодной сварки: стальными, медно-железными, медно-никелевыми, железо-никелевыми, никелевыми и другими электродами.
Сварное соединение, полученное холодной сваркой, неоднородно. Оно состоит из наплавленного металла, зон сплавления и термического влияния. Размер зоны сплавления зависит от диаметра электрода (3–6мм – по размеру завариваемого дефекта).
Применяя медно-никелевые (марки МНЧ-2) и медно-стальные (марки ОЗЧ-2) электроды, получают наплавленный металл, легко поддающийся механической обработке. Наплавку образуют однослойной или многослойной укладкой валиков.
Для сварки чугуна наиболее часто используют электроды марок МНЧ-1, МНЧ-2, ЦЧ-4, ОЗЖН-1 и др.
Стальные электроды марки ЦЧ-4 (на основе проволоки из низкоуглеродистой стали с карбидообразующим покрытием) применяют при ремонте неответственных чугунных изделий небольших размеров с малым объёмом наплавки, не требующих после сварки механической обработки.
Сварку стальными электродами с защитно-легирующими покрытиями выполняют с V- или X-образной разделкой кромок. Для устранения неравномерного разогрева детали сваривают отдельными участками вразбивку. Длина этих участков сварного шва не должна превышать 100–120мм. После сварки участкам дают возможность остыть до температуры 60–80оС. Наилучшие результаты получают при сварке электродами с покрытием марки УОНИ-13/45 постоянным током обратной полярности.
Медно-железные электроды применяют для заварки отдельных дефектов или небольших несплошностей, создающих течи на отливках ответственного назначения, в том числе и работающих под давлением. Наиболее совершенные из них – электроды марки ОЗ4-2, представляющие собой медный стержень диаметром 4–5мм, на который нанесено покрытие, состоящее из смеси электродной обмазки марки УОНИ-13/45 (50%) и жидкого стекла. При сварке не следует допускать сильного разогрева свариваемых деталей. После сварки лёгким молотком выполняют проковку наплавленного металла в горячем состоянии. Она уменьшает сварочные напряжения и снижает опасность образования трещин в околошовной зоне. В результате наплавленный металл приобретает высокую пластичность и удовлетворительно обрабатывается.
Медно-никелевые электроды применяют главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твёрдости недопустимо. В промышленности используются электроды марки МНЧ-1 со стержнем из монель-металла и марки МНЧ-2 со стержнем из константана. Сварку выполняют электродами диаметром 1–4мм ниточным швом короткими участками. При этом не следует допускать перегрева детали, для чего рекомендуются перерывы в работе для охлаждения шва. Наплавленные валики в горячем состоянии следует тщательно проковывать ударами лёгкого молотка. Положительные свойства электродов заключаются в том, что никель и медь не растворяют углерод и не образуют структур, имеющих высокую твёрдость после нагрева и быстрого охлаждения. Наплавленный металл обладает низкой твёрдостью, хорошо обрабатывается.
Железно-никелевые электроды марки ОЗЖН-1 используют для заварки отдельных небольших дефектов на обрабатываемых поверхностях отливок ответственного назначения из серого и высокопрочного чугуна. Наплавленный металл имеет высокую прочность и плотность, хорошо обрабатывается.
Никелевые электроды марки ОЗЧ-3 применяют для исправления небольших дефектов в ответственных изделиях. Электродами марки ОЗЧ-4 наплавляют последний слой на поверхности, работающей на трение.
Способ сварки чугуна с помощью шпилек применяется для восстановления ответственных изделий, работающих при значительных нагрузках и не требующих обработки после сварки. Сварка комбинируется с механическим усилением зоны сплавления путём ввёртывания в металл изделия стальных шпилек, которые связывают металл шва и основной металл, разгружая хрупкую закаленную прослойку в зоне сплавления.
Диаметр шпилек составляет 5–16мм. Максимальное их количество по площади не должно превышать 25% площади излома детали. Высота шпилек над поверхностью металла – не более 5–6мм, глубина ввёртывания–1,5 диаметра шпильки.
Для сварки используются электроды диаметром 3–4мм любой марки, обеспечивающие мягкий наплавленный металл. Сварку ведут на малой силе сварочного тока (100–120А) для обеспечения малой глубины проплавления чугуна и минимального нагрева изделия, что уменьшает отбеливание и предотвращает появление трещин.
Вначале кольцевыми швами обвариваются ввёрнутые шпильки. Обварку производят вразброс, чтобы получить более равномерный нагрев детали. Затем наплавляют отдельными валиками участки между обваренными шпильками. Длина каждого валика не должна превышать 100мм. Второй слой валиков наносят перпендикулярно к направлению валиков первого слоя. После наплавки кромок заваривают разделку трещины. Для ускорения заварки трещины вводят дополнительные металлические связи (в виде прутков). Сварка с применением шпилек может выполняться в любом пространственном положении.
Охрана труда при сварочных работах.
Опасные и вредные производственные факторы. Опасный производственный фактор – это фактор, воздействие которого на сварщика может привести к травме.
Вредный производственный фактор – это фактор, воздействие которого на сварщика может привести к заболеванию.
Основными опасными и вредными производственными факторами при ручной дуговой сварке покрытыми электродами являются:
· сварочные аэрозоли;
· повышенный уровень оптического излучения в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном (тепловом) диапазонах;
· искры, брызги и выбросы расплавленного металла и шлака;
· повышенная температура шлаковой ванны, материалов, оборудования и воздуха рабочей зона;
· высокое напряжение в электрической цепи;
· физические и нервно-психические перегрузки.
Особо характерным вредным фактором является присутствие в воздухе рабочей зоны сварочных аэрозолей, содержащих токсические вещества. Длительное их воздействие на организм сварщика может привести к возникновению профессиональных заболеваний (пневмокониоз, пылевой бронхит и др.).
Наиболее вредные аэрозоли образуются при сварке высоколегированными электродами, содержащими соединения никеля и хрома. Это необходимо учитывать при выборе средств нейтрализации вредных веществ в системах промышленной вентиляции и индивидуальной защиты органов дыхания сварщиков.
При использовании электродов следует руководствоваться техническими условиями, которые содержат требования по безопасности и защите окружающей среды с перечнем вредных и опасных факторов, а также средств защиты сварщиков и окружающей среды.
При сварке и резке медно-цинковых сплавов и оцинкованных сталей выделяется оксид цинка, действие которого на организм вызывает потерю аппетита, жажду, повышенную утомляемость и сухой кашель, что приводит к приступам лихорадки (озноб, повышение температуры, тошнота, рвота).
При сварке и резке свинца и металла, покрытого свинцовыми красками, происходит выделение оксида свинца, воздействие которого на организм работающего проявляется в виде металлического привкуса во рту, отрыжки, потери аппетита и упадка сил. Через 2,5–3,5 месяца появляются лилово-серая кайма вокруг дёсен и сильные головные боли.
Ручная дуговая сварка сопровождается излучением в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах, многократно превышающем физиологически переносимую человеком величину. Интенсивность излучения сварочной дуги и его спектральные характеристики зависят от мощности дуги, способа сварки, вида сварочных материалов.
Электрическая дуга является мощным источником яркого света, ультрафиолетовых, и инфракрасных лучей, воздействие которых на незащищённые глаза в течение 10–20с в радиусе до 1м вызывает сильные боли, слезоточивость и светобоязнь.
Воздействие электрической дуги на кожаные покровы в течение 60–180с вызывает ожог (аналогично продолжительному воздействию солнца), а длительное воздействие на органы зрения приводит к электроофтальмии и катаракте.
Интенсивность инфракрасного (теплового) излучения от свариваемых изделий и сварочной ванны определяется температурой изделий, их габаритами и конструкцией, а также температурой и размерами сварочной ванны. При отсутствии средств индивидуальной защиты воздействие теплового излучения, превышающего допустимый уровень, приводит к нарушению терморегуляции, тепловому удару. Контакт с нагретым металлом может вызвать ожоги.
Напряжённость электромагнитных полей зависит от конструкции и мощности сварочного оборудования, конфигурации свариваемых изделий. Характер их влияния на организм определяется уровнем и длительностью воздействия. Как правило, при ручной дуговой сварке напряжённость магнитного поля незначительна (до 300А/м) и не превышает предельно допустимых уровней.
Источниками шума при дуговой сварке являются сварочная дуга, источники питания, пневмоприводы и др. Уровень шума от сварочной дуги определяется стабильностью её горения. Поэтому при сварке покрытыми электродами и другими сварочными материалами, в составе которых присутствуют элементы – стабилизаторы дуги, уровень шума не превышает допустимого.
