Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 [ 100 ] 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

Железоникелевые сплавы образуют непрерывный ряд твердых растворов. Сплавы, содержащие свыше 30 % Ni, являются аустенитными при комнатной температуре и не имеют а-превращения. Расплавленный Ni может растворять значительное количество С, который выделяется при охлаждении большей частью в виде графита. Присутствие С в тройном сплаве Fe - Ni-С способствует получению аустенитной структуры при меньшей концентрации Ni. Никелевый аустенит, растворяющий большое количество С без образования карбидов, имеет высокую пластичность и низкую твердость. Эти особенности никелевого аустенита обусловливают хорошую обрабатываемость сварных соединений чугуна и стойкость против образования трещин.

Си, как и Ni, не образует карбидов, но в отличие от Ni практически не растворяет С и Fe. Благодаря высокой пластичности и указанному отношению к С медь используется в качестве электродного или присадочного металла.

Другой путь предусматривает использование электродов на железной основе. Стальной шов легируют сильными карбидообразующими элементами (V, Nb, Ti), которые связывают С в мелкие карбиды, равномерно распределенные в металлической низкоуглеродистой матрице. Промышленное применение нашло легирование V до 10 %.

В обоих случаях прочность металла шва превосходит прочность основного металла - серого чугуна с пластинчатым графитом, которая и определяет прочность сварного соединения в целом.

Зона термического влияния (ЗТВ) характеризуется наличием разнообразных структур как в силу широкого диапазона максимальных температур нагрева, так и по причине большой химической и физической неоднородности свариваемого чугуна. В результате нагрева до температур II50-1250°С чугун во время сварки находится в жидко-твердом состоянии. После сварки охлаждение его идет с большой скоростью-10-20°С/с и выше. В твердой фазе участка при таких скоростях охлаждения формируются мартенсит и троостит, жидкая фаза кристаллизуется с образованием ледебурита.

На границе между сварочной ванной и зоной неполного расплавления протекают диффузионные процессы, которые могут значительно изменить характер формирования структуры. Если сварка чугуна производится малоуглеродистой сталью, сварочная ванна отличается от основного металла значительно меньшим содержанием С и Si. Поэтому диффузия этих графитиза-торов будет протекать из участков неполного расплавления в ванну, и образование в зоне сплавления ледебурита и цементита неизбежно. В случае сварки чугуна чугуном с повышенным содержанием указанных графитизаторов диффузия последних протекает в сторону зоны сплавления, что снижает вероятность

формирования в ней нежелательной структуры ледебурита. При сварке чугуна никелевыми материалами создаются благоприятные условия для диффузии Ni в последние оплавленные участки основного металла как вследствие возникающего градиента концентрации, так и большого коэффициента диффузии в жидком расплаве этого элемента по сравнению с другими. Если время диффузии достаточно большое, то в зоне сплавления образуется железоникелевый сплав, содержащий С в свободном состоянии. Медь напротив, слабо действует как графитизатор в условиях больших скоростей охлаждения, поэтому при сварке чугуна медью в зоне сплавления образуются ледебурит и цементит.

В металле ЗТВ, который нагревается до 1150-850 °С, при охлаждении появляются продукты неравновесного распада аустенита- троостит и мартенсит. На конечную структуру участка состав электродного материала практически не влияет, поэтому при сварке без подогрева любыми электродами здесь всегда отмечается повышение прочности и твердости, а также снижение пластичности свариваемого чугуна. Стойкость сварного соединения против образования трещин во многом зависит от размеров ЗТВ. Чем она уже, тем большие напряжения может выдержать сварное соединение.

22.3. Технология сварки и свойства соединений

22.3.1. Ручная дуговая сварка

Применяемые технологические процессы можно выделить в две большие группы: ручная дуговая сварка и механизированная сварка, в каждой из которых используются материалы, обеспечивающие получение в наплавленном металле чугуна, стали или цветного сплава.

Наиболее высокие механические свойства сварных соединений чугуна достигают при сварке однородным металлом. При сварке чугуна чугуном необходимо обеспечить заданный состав наплавленного металла (обычно близкий основному - серому чугуну) и определенную скорость охлаждения, чтобы избежать образование отбела и тре.щин. Сварку осуществляют с нагревом изделия до температуры 400-700 °С. Последующее охлаждение со скоростью 50-100°С/ч гарантирует отсутствие цементита и ледебурита в структуре наплавленного чугуна и околошовной зоне.

Разработаны штучные электроды двух типов. Первый тип характеризуется чугунным стержнем и сравнительно тонким покрытием. В электродах второго типа в качестве стержня используют стальную малоуглеродистую проволоку, а в состав покрытия вводят в большом количестве С, Si и другие компо-

ненты с таким расчетом, чтобы наплавленный металл представлял собой синтетический чугун.

Для изготовления электродов первого типа используют литые прутки из чугуна следующего состава, %: С 3,0-3,6; Si 3,6- 4,8; Мп 0,5-0,6; Ni 0,3-0,5; Сг<0,5; S<0,08, Р 0,2-0,5. Покрытия выполняют две главные функции: повышение содержания графитизаторов по сравнению с имеющимися в прутках, а также предохранение их от окисления. Основой покрытия служат компоненты, содержащие С и Si (графит, ферросилиций, карборунд и др.). Другие компоненты покрытия вводятся для стабилизации сварочной дуги. Масса покрытия подбирается таким образом, чтобы при ванной сварке не возникало большого количества шлаков, которые мешают процессу, покрывая поверхность жидкого чугуна. Электроды представляют собой длинные стержни (до 500 мм) большого сечения (до 300 мм). Сварку такими электродами выполняют непрерывно на токе величиной до 1400 А обратной полярности (возможна сварка и на переменном токе). При этом производительность по наплавленному металлу составляет 10-12 кг/ч.

Наплавленный металл в виде чугуна можно получить, применяя не только электроды с чугунным, но и со стальным стержнем. Разрабатывают покрытия, состоящие в основном из графита и кремнийсодержащих компонентов. Примером могут служить электроды марки ЦЧ-5. Недостатком электродов со стальным стержнем является структурная неоднородность наплавленного чугуна. В начале сварки расплавленный металл не успевает в достаточной степени насытиться графитизаторами, получается низкоуглеродистый доэвтектический чугун. В структуре первого слоя и особенно в зоне сплавления часто обнаруживается значительное количество цементита и ледебурита, а в ЗТВ - их сплошная гряда. Зто ведет к образованию трещин; механическая обработка соединений невозможна. Электроды со стальным стержнем применяют ограниченно, в основном для декоративной заварки мелких дефектов на необрабатываемых поверхностях чугунных отливок.

Для значительного снижения твердости наплавленного стального слоя и повышения пластичности необходимо получить фер-ритную либо аустенитную структуру матрицы. Если использовать электроды, в покрытии которых содержатся сильные карбидообразующие элементы (V, Nb, Ti) в количестве, достаточном для полного связывания всего С, переходящего из основного металла, то удается получить структуру шва с ферритной матрицей и равномерно распределенными мелкодисперсными карбидами (электроды марки ЦЧ-4 (ТУ 14-4-831-77) (табл. 22.1). Рекомендуется местный подогрев до 300 °С.

При сварке электродами на основе меди наплавленный на чугун металла представляет собой медный сплав с вкраплени-