ОТБЕЛ ЧУГУНА

Отбел чугуна при сварке — явление весьма нежелательное, так как образование структурно свободного цементита, которое при этом происходит, создаёт большую хрупкость металла в зоне перехода от шва к основному металлу изделия. Другим нежелательным в данном случае свойством цементита является большая твёрдость, доходящая до 500—600 единиц по Виккерсу.

Столь высокая твёрдость в переходной зоне сварного шва сильно затрудняет механическую обработку детали в месте сварки. Наличие хрупкой отбеленной зоны приводит при остывании наплавленного металла и изделия к появлению в этой зоне первичных надрывов, которые являются началом разрушения детали в эксплуатации.

Явлением отбела в переходной зоне не ограничиваются последствия теплового воздействия электрической дуги на основной металл. При нагреве чугуна углерод начинает pacтворится в железе ещё до того, как оно начинает плавиться, образуя твёрдый раствор (аустенит). Это растворение начинается при достижении определённой температуры, называемой критической.

При охлаждении такого твёрдого раствора происходит его распад, причём в зависимости от скорости охлаждения получаются различные структуры: при очень медленном охлаждении — близкая к исходной, при быстром — закалочные структуры, вплоть до наиболее твёрдой, называемой мартенситом. При очень быстром охлаждении распад твёрдого раствора может быть неполным, и в этом случае часть его останется в структуре охлаждённого металла. Удержанию твёрдого раствора в структуре охлаждённого металла способствует присутствие таких легирующих элементов, как хром, никель, марганец, медь.

Закалочные структуры в основном металле вблизи сварного шва (в так называемой зоне термического влияния) весьма разнообразны. Наиболее твёрдой и хрупкой из них является мартенсит, образующийся при больших скоростях охлаждения; твёрдость его доходит до 500 единиц по Виккерсу.

Чем медленнее происходит охлаждение металла после сварки, тем менее опасны получающиеся структуры в зоне термического влияния.

Хотя изложенные выше схемы образования отбела в переходной зоне и закалочных структур в зоне термического влияния являются весьма упрощёнными, однако из них вытекают следующие общие правила, соблюдение которых важно для получения хорошей сварки серого чугуна.

Во-первых, при сварке чугуна следует возможно меньше проплавлять основной металл — лишь настолько, чтобы обеспечить хорошее соединение его с наплавляемым.

Во-вторых, следует добиваться по возможности лучшего перемешивания расплавленного металла сварочной ванны.

Наконец, в-третьих, не следует при сварке задерживать дугу на одном месте, так как местный перегрев сварочной ванны способствует увеличению толщины отбеленного слоя в переходной зоне.

Чем массивнее сечение детали в месте сварки, тем сильнее происходит отвод тепла и тем труднее избежать отбела по границе сварного шва и закалки в зоне термического влияния. Поэтому при сварке массивных деталей шов следует выполнять в несколько проходов, так как при наложении последующего валика нижерасположенные слои металла будут прогреваться и опасные закалочные структуры будут смягчаться за счёт отпуска.

Выполнение перечисленных основных правил холодной дуговой сварки чугуна значительно облегчается при применении метода сварки комбинированным пучком.

При применении пучка электродов рассредоточение тепла происходит автоматически, за счёт периодического перемещения сварочной дуги с одного электрода на другой. Дуга долго не задерживается в одной точке, она всё время перемещается, охватывая значительную поверхность. В результате глубина проплавления основного металла уменьшается, а воздействие высокой температуры дуги на холодный основной металл получается более  мягким.

Таким образом, при применении сварки комбинированным пучком первое и третье правила холодной дуговой сварки чугуна легко выполнимы.

Сочетание в пучке стального и медного электродов способствует также выполнению второго правила, так как вследствие различных удельных весов стали и меди создаётся дополнительная циркуляция расплавленного металла и улучшаются условия перемешивания жидкого чугуна и стали в сварочной ванне.

В результате  сварки комбинированным пучком отбел в переходной зоне почти отсутствует, не наблюдается также опасных закалочных структур в зоне термического влияния.