Способы сварки чугуна на производстве и в быту

Особенности и проблемы сварки чугуна: как избежать трещин при остывании шва и добиться прочности соединения

Сварка чугунных сплавов делается несколькими методами. Каждый из них выбирается как баланс между стоимостью и сложностью работ и прочностью, которая требуется от шва. Это вызвано физическими особенностями чугунных материалов, которые резко отличаются от подавляющей части остальных сплавов и металлов.

Особенности сварки чугуна

Чугун – это железный сплав с большим содержанием углерода. Углерод придает стальным сплавам твердость, при содержании его свыше 2,14% получаемый сплав уже является чугуном. Поскольку углерод не является металлом, он не может образовать с железом кристаллических решеток и присутствует в виде вкраплений графита различных форм или входит с железом в химическую связь. Из-за графита чугун имеет пористую структуру, насыщается газами и впитывает масло.

При сварке чугуна проблемы начинаются сразу после образования шва. При остывании, особенно быстром, легко возникают трещины, вызванные закалкой и сильными напряжениями в металле. Образуется карбид железа (цементит), чугун “отбеливается”, получает высокую твердость и хрупкость. Поэтому после сварки необходимо поддерживать температуру 200-300°C, постепенно снижая ее, чтобы избежать образования цементита.

Помогает также введение никеля в материал шва. Он смешивается с железом в любых соотношениях. При этом не образуется карбидов и повышения твердости, что позволяет избежать трещин. Можно использовать для этих целей медь, но она не обеспечивает такой однородности шва, как никель.

Сравнительно невысокая температура плавления чугуна (от 1200 до 1250 градусов) приводит к его высокой текучести и ограничивает положения сварки – особенно сложно варить потолочные швы. Кроме того, повышено газообразование, которое продолжается даже при остывании шва.

Так называемый “горелый” чугун (бывший длительное время под действием высоких температур) сваривать невозможно из-за появления окислов кремния и углерода. Вообще чугунные детали предпочтительно менять и при использовании не допускать их разрушения.

Основные трудности при сварке чугуна:

  • образование трещин при остывании шва;
  • сильное повышение твердости в области шва;
  • выделение газов создает пористость шва;
  • текучесть ванны усложняет технологию.

Подготовка чугуна к сварке

Перед сваркой, особенно ответственных деталей, необходимо произвести подготовку металла. Для этого выполняется перечень работ:

  • очистка от грязи и масла для всех видов сварки;
  • разделка кромок для всех видов сварки;
  • установка шпилек для холодной сварки (при повышенных требованиях к прочности);
  • прогрев деталей для горячей сварки;
  • формовка ванны для горячей сварки.

Особенно тщательно следует удалять масло, применяя растворители или отжиг горелкой.

При разделке кромок необходимо выпилить все трещины. Если будут устанавливаться шпильки, то разделку кромок следует выполнить под углом. В кромках засверливают отверстия, нарезают резьбу и завинчивают стальные шпильки, по крайней мере, на два-три “калибра” (отношение длины к диаметру). Внешние концы шпилек должны допускать их проварку между собой.

Подготовительный нагрев деталей при горячей сварке производят постепенно, на 100-150 градусов в час. Так же медленно выполняют и охлаждение, подогревая детали с уменьшением температуры.

Варианты сварки чугуна и их краткие характеристики

В зависимости от требований к прочности и характера повреждений чугунных деталей применяют один из нескольких способов сварки.

Горячая сварка

Горячую сварку применяют в тех случаях, когда необходимо получить высокую обрабатываемость шва и близость его состава и структуры к остальной массе чугуна. Свариваемые части подготавливают, как описано выше, и прогревают до температуры 700°C. При необходимости перед нагревом устраивают форму из материалов, применяемых в литейном деле. Это требуется для сквозных и краевых (отколотых) повреждений. Шлифованные поверхности и резьбы следует защитить глиной.

Горячую сварку применяют для изделий большой массы в тех случаях, когда требуется повышенная прочность. Тепло для ванны получают либо от электрической дуги, либо от газовой горелки. Горячая сварка отличается от других видов самым большим объемом ванны (до 0.5-1 дм. куб.). Это требует устанавливать заготовки только в нижнее положение.

Присадочный материал для горячей сварки – чугунные электроды увеличенного диаметра (от 8 мм и более) или порошковая проволока.

Полугорячая сварка

Полугорячая сварка чугуна производится аналогично описанной выше горячей, но температура предварительного подогрева здесь ниже, около 300-350°C. Это способствует понижению скорости остывания металла после сварки.

При полугорячей сварке меньше степень “отбеливания” чугуна по сравнению с горячим способом, что способствует и меньшей опасности возникновения трещин. Кроме того, требуется меньше энергии на подогрев деталей.

Полугорячую сварку делают малоуглеродистыми стальными электродами с легирующими добавками или автогеном, добавляя для присадки чугунный пруток.

Холодная сварка

Наиболее часто для небольших повреждений применяется холодная сварка. Слово “холодная” здесь означает то, что предварительный подогрев свариваемых частей не производится. Это значительно упрощает процесс, хотя и не позволяет получить качества шва, достижимого при горячем способе. Но для мелких дефектов на ненагруженных деталях – корпусах механизмов, крышках и т. д. – данный способ вполне оправдан.

Для деталей, несущих нагрузку, можно применить усиление шпильками из стали, которые завариваются с внешней стороны и затем закрываются верхним швом. При холодной сварке стремятся как можно меньше нагревать металл и применяют стальные электроды небольшой толщины (3-5 мм). Для снижения нагрева применяют постоянный ток, а электрод подключают к плюсу аппарата (обратная полярность). Материал электродов должен содержать как можно меньше углерода. Но и без этого в шве образуется тонкий слой белого чугуна. Избавиться от него не помогает даже продолжительный отжиг.

Хорошие результаты дает применение никеля или монель-металла (никель 70%, медь 20%) в сварочных электродах, но этот способ дорог. Его следует применять в тех случаях, когда требуется последующее точение, шлифование или фрезерование детали. Но необходимо учесть, что механическая прочность “никелированного” чугуна снижается.

Основные способы сварки чугуна

Серый чугун можно варить несколькими способами. Чаще всего это дуговая сварка стальными или специальными электродами. Эти способы относятся к холодному методу сварки.

Ручная дуговая сварка плавящимися электродами

Самые мелкие повреждения чугунных деталей можно заварить обычными стальными электродами 3 мм с тонкой обмазкой. Перед сваркой очищают швы и выпиливают или вырубают трещины. Сварка ведется небольшим током 80-120 ампер.

Повреждения Электроды Дополнительно
Мелкие Стальные Поковка шва молотком
Средние Медные
Крупные Медные и никелевые Усиление шпильками

Если требуется повысить качество шва при дуговом способе, то вместо трансформатора берется инвертор, так как он позволяет работать на постоянном токе. Это дает кое-какие дополнительные возможности, указанные в таблице ниже.

Полярность Деталь Электрод Особенности
Прямая Плюс Минус Увеличение нагрева детали. Небольшой расход электродов
Обратная Минус Плюс Умеренный нагрев детали. Большой расход электродов

Причина такой разницы в физике процесса: положительный электрод сильно бомбардируется тяжелыми отрицательными ионами, что дает дополнительную энергию в общем балансе выделения тепла. Разница в температуре может достигать 700°C. В общем, за возможность избегать перегрева чугуна при электродуговой сварке приходится платить некоторую цену: тратить лишние электроды.

Применение трансформатора лишает сварщика возможности прогревать электроды разными способами, так как при переменном токе этой разницы нет – тепла выделяется поровну на каждом конце дуги. Кроме того, снижается стабильность дуги – на переменном токе она горит не все время.

Для уменьшения перегрева шва применяют движение электрода зигзагом или по кругу, как удобнее сварщику. Тепло при этом распределяется равномернее. Также полезно делить большие швы на меньшие участки, а в промежутках между выполнением участков давать остыть металлу до 80-50°C.

Чтобы повысить качество шва на чугуне, применяют электроды с добавлением меди, никеля или монель-металла (сплав меди с никелем). Наиболее простой и дешевый вариант: стальную проволоку Св-08 (Св-08А) обматывают медной проволокой и окунают в раствор силиката натрия (жидкое стекло). После высыхания обмазки можно варить.

Газовая сварка

Газ или электричество для сварки – это лишь способ нагрева, подвода энергии к сварочной ванне. Но из-за разницы в физике и химии этих процессов могут появиться технологические отличия. При сварке чугуна газом можно использовать ацетилен или пропан-бутановую смесь, но оба варианта с кислородом. Вместо электрода используется присадочная проволока из никеля или чугунный пруток. Чтобы избежать окисления, можно использовать обмазку присадочного материала флюсами (на основе буры), но часто бывает достаточно использовать прогрев металла восстановительной частью факела горелки.

Горелкой следует постепенно прогревать место вокруг сварки. Определить подходящую температуру в области шва (200-350°C) поможет только опыт сварщика. Добившись ее, производят сварку участка. Затем постепенно отводят горелку, избегая резкого остывания. Разумеется, газа тут расходуется заметно больше, чем при сварке стали, но это при газосварке чугуна неизбежно, иначе пойдут трещины.

Аргонодуговая

Аргонодуговая сварка чугуна возможна, но это слишком дорогой вариант, не дающий никаких особенных преимуществ перед другими видами сварки. Чугун не нуждается в такой тщательной защите от окисления, как, например, алюминий. Если все же приходится варить чугун аргоном, то здесь следует соблюдать те же правила:

  • избегать перегрева металла;
  • постепенно прогревать место шва;
  • постепенно охлаждать после сварки.

Все это приводит к большому расходу аргона. Поэтому для подогрева лучше использовать другие методы. Обычно это та же ацетиленовая горелка, что лишает смысла вообще варить аргоном. При сварке аргоном обычно используют неплавящиеся электроды или полуавтомат. В последнем случае его потребуется зарядить нужным типом проволоки, например, никелевой.

Иные варианты

Из прочих вариантов можно дополнить раздел о горячей сварке. Этот способ требует самого большого расхода энергии и подготовки форм для сварочной ванны большого объема. После очистки места для шва вокруг этого места (и при необходимости) снизу делают перегородки из огнеупорной глины. Для форм также используют графитовые пластины. Снаружи форма защищается коробкой из листового железа: это гарантирует, что ванна не разольется. Для предварительного нагрева и медленного охлаждения деталей используют печи (в старые времена для больших деталей использовали костер).

При холодной сварке больших деталей металл разделывается под углом 90 градусов, а в разделочные фаски вворачивают шпильки небольшой длины из малоуглеродистой стали. Верхние концы шпилек обеих половин шва обваривают между собой также сталью с малым содержанием углерода. Они придают шву значительную прочность. Сверху шов заваривают медным или медно-никелевым сплавом.

Способы сварки чугуна на производстве и в быту

Чугуном называют сплав железа с углеродом. В отличие от стали, чугун более пористый, хрупкий, твердый, теплопроводность и коэффициент температурного расширения чугуна меньше. На этих свойствах основано его применение. Чугун повсеместно применяется при изготовлении литых изделий, которые должны обладать достаточной прочностью, термостойкостью и постоянством формы и размеров. Это различные шкивы, ролики, коррозионностойкие трубы, коллектора.

Из-за хрупкости чугуна нередки случаи откалывания выступающих элементов деталей или просто раскалывание изделий. При ремонте таких повреждений с успехом могут быть использованы сварочные работы.

Свойства чугунных сплавов

Содержание углерода в чугуне превышает 2,14%. Это как раз пограничное состояние перехода углерода в форму аустенита, то есть в состояние, когда при концентрации меньше, чем указана выше, он растворен в железе. Такое явление используется при изготовлении сталей.

В чугуне же углерод находится в виде мельчайших нерастворенных частиц, которые обуславливают его твердость и износостойкость, а также невосприимчивость к воздействию агрессивных сред.

Существует несколько разновидностей чугуна в зависимости от химического состава – белый, серый, высокопрочный и ковкий.

Белый практически не поддается обработке режущими инструментами в силу своей твердости и хрупкости. Из него отливают уже готовые чугунные детали, которые не нужно обрабатывать.

Серый чугун очень хорошо переносит статические нагрузки, износостоек, но плохо работает на растяжение и сопротивляется ударам. Такой чугун сваривается лучше всех остальных.

Высокопрочный чугун, как следует из названия, используется в нагруженных конструкциях.

Ковкий чугун допускает создание упрочненного наружного слоя на поверхности деталей, позволяющего чугуну такого типа воспринимать значительные изгибающие нагрузки.

Трудности сваривания

Особенности строения чугуна определяют ряд проблем, возникающих при сварке этого материала.

Из-за химического состава чугуна, при плавлении он становится очень текучим. Это препятствует созданию однородного шва, так как металл при длительном нагревании стремится вытечь из сварочной ванны.

Ввиду малой пластичности чугуна и низкой по сравнению со сталью температурой плавления, возможны растрескивания материала при быстром остывании после воздействия электрической дуги.

Наличие большого количества углерода, который выделяется при нагревании и взаимодействует с кислородом, содержащимся в воздухе, способствует образованию больших пор в зоне сварки, отчего шов получается неоднородным и имеет малую сопротивляемость при нагрузке на изгиб.

Зная эти особенности, можно организовать работу по сварке с таким расчетом, чтобы получить сварочный шов удовлетворительного качества. Чтобы устранить последствия текучести материала, под стык свариваемых деталей подкладывают графитовые пластины, которые препятствуют вытеканию расплавленного чугуна при случайном прожигании.

После окончания сварки стыка, материалу нельзя давать быстро остыть. Особенно актуально это требование при сварке чугуна и стали, когда, например, к чугунным радиаторам приваривают стальные патрубки. Сталь остывает быстрее и поэтому, чтобы уравнять скорость остывания двух соединяемых деталей, стальную засыпают углем или песком, чтобы она дольше сохраняла тепло.

Третья проблема может быть решена применением сварки в среде инертных газов. Можно варить чугун электросваркой с использованием, например, углекислого газа, который вытесняет воздух из сварочной ванны. Допускается использовать смесь углекислого газа с аргоном в пропорции ¼.

Три способа

Соединение деталей из чугуна может производиться, в зависимости от назначения тремя способами:

  • холодным;
  • полугорячим;
  • горячим.

Холодный способ применяется при сварке неответственных соединений, наварки металла на изношенные или истертые поверхности чугуна. Сварка производится при температуре окружающей среды, при этом скорость сварки должна быть достаточно высокой, чтобы не допускать перегрева стыка и последствий при его быстром остывании. Такой способ доступен для использования в быту, без применения дополнительного оборудования.

Полугорячий способ применяется при сварке деталей, которые впоследствии должны испытывать механические нагрузки. Суть способа в том, что деталь предварительно подогревается до температуры 300-350 °C, а это возможно только в специализированных печах. Это позволяет чугуну легче «адаптироваться» к высокой температуре дуги. В результате снижается количество трещин в околошовной зоне.

В случае горячего способа заготовки для сварки подогревают до температуры около 600 °C. Для такого нагрева используют аппараты, создающие индукционные токи. Температура контролируется при помощи приборов.

При достижении необходимого значения температуры производится сварка деталей, после чего их оставляют для остывания, засыпав горячей золой. Процесс остывания может длиться несколько часов. Продолжительность зависит от марки и толщины свариваемого материала.

Читайте также  Как выбрать ножовку по дереву?

Технические приемы

В быту наиболее популярна сварка чугуна полуавтоматом, как наиболее доступный и простой вид соединения. При этом тонкие детали необходимо сваривать, обязательно подложив под них графитовые пластины.

Для сварки можно использовать практически любые полуавтоматы, позволяющие использовать сварочный ток, необходимый для плавления чугуна, но не допускающий проплавлений и вытеканий.

Величина сварочного тока колеблется в пределах 90-110 Ампер. Скорость, с которой подается сварочная проволока, настраивается экспериментально. Как правило, она сходна со скоростью подачи при сварке сталей.

Подготовка деталей

Перед началом работ обязательно нужно подготовить поверхности соединяемых кромок. Для этого их очищают от грязи и пыли, обезжиривают. Для обеспечения большей глубины проваривания, с кромок снимается фаска. Края фаски необходимо закруглить.

Если возникла необходимость заварить трещину, ее нужно «разделать» по всей длине, чтобы увеличить площадь соприкосновения детали со сварочным материалом. Это можно сделать шлифмашиной с отрезным абразивным кругом для работ по металлу. Перед сваркой концы трещины необходимо засверлить, чтобы при нагреве она не разошлась еще на большую длину.

Как делать шов

Чтобы минимизировать вредные последствия, которые можно нанести высокотемпературной дугой чугунным деталям, сварку длинных швов недопустимо производить за один проход. Время сварки на отдельном коротком участке стыка не должно быть продолжительным.

Начинать сварку надо с середины стыка и произвести короткий шов, за тем отступив на некоторое расстояние от него, сделать еще два шва с обеих сторон первого. Если стык достаточной длины, необходимо таким же образом сделать еще несколько коротких швов. Затем провариваются участки между наложенными швами.

Первый шов при сварке деталей большой толщины накладывается посередине стыка, практически без осуществления поперечных движений электродом. Далее, по краям первого шва накладываются второй и третий.

Если толщина детали еще позволяет наложение швов, накладывается четвертый шов посередине, сверху второго и третьего, а позже, после остывания, накладываются пятый и шестой швы справа и слева от четвертого. Указанная последовательность швов применяется и далее, если необходимо произвести еще швы при достаточно большой толщине соединяемых заготовок.

Применяемые материалы

Когда необходимо соединить заготовки способом электросварки, применяются специальные электроды для сварки чугуна, в обмазке которых должен обязательно присутствовать ферросилиций.

Этот материал позволяет добиться однородности шва при сварке серого чугуна. При достаточной квалификации сварщика удается получить шов, который можно будет механически обработать, придавая ему более привлекательный вид.

Наиболее распространены следующие марки электродов:

  • ЦЧ-4 – используются чаще других. Благодаря особым компонентам, способным вступать в реакцию с углеродом, при которой возникают карбиды, не растворяемые в железе, покрытие этих электродов позволяет получить качественный шов;
  • ЦЧ-3А – электроды из стальной проволоки с нанесенным на нее фтористокальциевым покрытием. Благодаря этому покрытию получается прочный сварочный шов без трещин;
  • ЭМЧС – электроды, производимые из стальной низкоуглеродистой проволоки с трехслойным покрытием из легирующего, газозащитного и шлакоформирующего слоя. Такие электроды применяют для сваривания чугунных деталей небольшой толщины (до 10 миллиметров).

При сваривании чугуна в среде инертных газов или неплавящимися электродами допускается применение проволоки для сварки чугуна, марки которой обозначаются ПП АНЧ-1, ПП АНЧ-2, ПП АНЧ-3.

Каждый вид проволоки предназначен для одного из способов сварки – холодного, полугорячего или горячего. Проволока выполнена в виде полой металлической трубки, внутри которой находится флюс. Такая проволока позволяет производить полноценные швы, не уступающие по прочности чугуну, из которого состоят соединяемые детали.

При правильно выбранном способе сварки и достаточной квалификации сварщика, поврежденные чугунные изделия можно восстановить, практически без ущерба их прежнему состоянию, и эксплуатация их возможна в течение длительного времени.

Особенности сварки чугуна

В быту, строительстве, при производстве иногда крайне необходима сварка чугуна. Многих начинающих сварщиков волнуют вопросы — можно ли сварить чугун? Если да, то какие особенности сварки чугунных деталей существуют? Как правильно сварить детали? Возможна ли сварка чугуна в домашних условиях? Как заварить чугунную батарею, трубу или плиту? Ответим сразу: сваривать чугун можно, однако сварка чугунных деталей потребует определенных навыков. Чтобы получить прочное соединение, которое прослужит не один десяток лет, ознакомьтесь с теоретической частью.

Специфика сплава

Чугун представляет собой сплав из железа и углерода, где количество последнего — от 2 до 6 %. Чтобы повысить жаропрочность сплава, его устойчивость к коррозии и воздействию внешней среды, к чугуну добавляют легирующие элементы, такие как хром, титан, никель и т.д. Если примешать кремний, то значительно уменьшится температура плавления, сера поспособствует снижению текучести, марганец придаст дополнительную прочность, а фосфор позволит получить деталь, имеющую сложную конфигурацию.

В чугуне углерод может находиться в виде цементита или графита. Карбид железа (цементит) в сплаве находится в связанном состоянии, и такой чугун называется белым. А вот самородный минерал (графит), наоборот, присутствует в свободном состоянии, причем в каждой из разновидностей чугуна имеет различную форму. Например, пластинчатый графит входит в состав серого чугуна, хлопьевидный – ковкого, шаровидный – высокопрочного. Зная особенности сварки чугуна, можно без проблем выбрать подходящую его разновидность для предстоящих работ.

В отличие от кованого железа и стали, чугун:

  • Содержит гораздо больше углерода (почти в 10 раз).
  • Имеет лучшие литейные качества.
  • Менее пластичен, с трудом поддается ковке.
  • Обладает меньшей рыночной стоимостью.

Поскольку атомы углерода и железа связаны между собой не очень тесно, то сплав является хрупким и не может быть использован для изготовления элементов, подлежащих интенсивным нагрузкам. Тем не менее он устойчив к вибрациям и износу. Если длительное воздействие воды приведет к возникновению ржавчины, то в кислотно-щелочной среде этот сплав не потеряет своих качеств. После нагревания чугун способен сохранять высокую температуру длительное время.

Где применяется

Ранее этот сплав широко применялся для производства канализационных и водопроводных труб, арочных конструкций (в том числе несущих), декоративных элементов и т.д. Несмотря на то, что сейчас предпочтение отдается современным строительным материалам, чугун по-прежнему незаменим в сферах строительства и промышленности. Из него изготавливают плиты для фундамента, колонны, канализационные трубы большого диаметра, люки, ограждения, тормозные колодки, детали для машин. Некоторые предметы быта (сковороды, горшки и т.д.) также производятся из железно-углеродного сплава. Часто отливаются чугунные скульптуры и памятники.

Как подготовить материал к свариванию

Сварка чугуна в домашних условиях, равно как и в условиях производства, должна начаться с предварительной подготовки свариваемых поверхностей. Прежде чем заварить чугунную деталь, стоит удостовериться, что она не имеет повреждений и загрязнений. Материал довольно хрупкий и пористый, поэтому малейшая деформация с течением времени будет увеличиваться, а очистка потребует больших усилий.

Подготовка чугуна к сварке включает в себя:

  • Ликвидацию или уменьшение трещин,
  • Очистку.

вырезанная трещина

Перед тем как сварить чугун, все трещины, даже самые мелкие, лучше засверлить по краям и пройтись сверлом по всей глубине. Кроме сверла, можно воспользоваться зубилом, шабером и вырезать трещину, округлив при этом ее края. Сквозные трещины стоит обработать с двух сторон, а место с множественными трещинами лучше вырезать полностью и поставить заплатку.

Чугунные детали сваривают, очистив их от ржавчины, окалины, горючих веществ, грязи и т.д. Очистку можно проводить при помощи растворителей, газовой горелки, наждачной бумаги, металлических щеток и болгарки – в зависимости от степени загрязнения и типа поверхности. В особо сложных случаях можно использовать пескоструйную очистку. В конечном результате заготовка должна иметь гладкую, блестящую поверхность.

Способы соединения

Существуют следующие способы сварки чугуна:

  • Газовая сварка чугуна. Необходима там, где нужно ликвидировать дефекты литья. Особенности сварки чугуна таким образом заключаются в том, что используются пропан-бутан либо ацетилен, а для работы можно применять несколько горелок. Для газовой сварки чугуна присадочной проволокой стоит использовать материал, который содержит большое количество кремния.
  • Ручная сварка при помощи дуги. Перед началом дуговой сварки детали придают температуру 600-650 градусов по Цельсию. Это обеспечивает равномерные нагрев и охлаждение. Наиболее популярна сварка чугуна аргоном.
  • Механизированная сварка при помощи дуги. Деталь также предварительно нагревается до высоких температур. Чтобы из сварной ванны не вытекал жидкий металл, подлежащий сварке участок детали можно формовать пластинами из графита.
  • Электрошлаковая сварка. Технология сварки чугуна включает в себя использование пластинчатых электродов и фторидных флюсов. Для предварительного прогрева детали применяют пламя газовой горелки либо неплавящийся электрод .
  • Термитная сварка. Особенности сварки чугуна таким образом состоят в использовании для нагрева очень горячего металла, полученного при горении термитов. Варится чугун при условии, что термитная смесь нагрета до температуры выше 1300 градусов по Цельсию.

электроды МНЧ-2 для сварки чугуна

Какой полярностью варить чугун? Прежде чем ответить на этот вопрос, подчеркнем, что выбор полярности зависит от вида электродов, а не от пространственного положения или других критериев. Например, электроды МНЧ-2 требуют применения прямой полярности. В остальных случаях выставляется полярность обратная.

Особенности горячей сварки чугуна

Можно ли варить чугун, избежав отбеливания шва и зоны около него? Чтобы получить качественное соединение, часто прибегают к горячему соединению поверхностей. Перед сваркой их тщательно очищают от загрязнений, затем формуют в специальных ящиках – опоках. Горячая сварка чугуна подразумевает двухступенчатое повышение температуры – сначала просушка до 120 градусов по Цельсию, затем подогрев до 600-700 градусов по Цельсию. И только затем можно сварить чугунные детали.

Поскольку для качественного результата площадь одной сварочной ванны не должна быть больше 50-60 см2, то сварка производится небольшими участками. Работа над следующим начинается только после того, как предыдущий затвердел. Приварить детали таким методом можно с помощью электродов ОМЧ-1 или ПЧЗ.

Особенности холодной сварки чугуна

Сварные работы по чугуну могут проводиться и без предварительного нагрева поверхностей – например, если нужно заварить чугун в домашних условиях или же деталь имеет слишком большие габариты. Сварить чугун в таких условиях можно при помощи электродов из аустенитного чугуна, стали или цветных металлов. Сварочные швы нужно стараться делать как можно короче — не длиннее 25 мм. Обеспечьте условия для постепенного остывания швов.

Чтобы сварить чугун и избежать при этом отслойки металла сварного шва, нужно воспользоваться стальными шпильками с диаметром не более 16 мм. Если края деталей не толще 10 мм, диаметр шпильки должен составлять 6 мм, если в пределах 10-20 мм, то небходимы шпильки с диаметром 10 мм.

Сварка при помощи аргона

Сварка чугуна аргоном (TIG) возможна тремя способами – с помощью холодной сварки, горячей (до 600 градусов по Цельсию) или полугорячей (до 400 градусов по Цельсию). Первый из них уместен тогда, когда нужен шов, не состоящий из чугуна.

Как варить чугун аргоном? Для этого выставляют значение сварочного тока в 40-80 А в зависимости от толщины деталей. Если этот показатель вы выбрали правильно, металл во время процесса трещать не будет. Качество шва не зависит от направления сварки, поэтому горелку можно располагать как за присадочным прутком, так и перед ним. Сварочный присадочный стержень предварительно нагревают, затем помещают в сварную ванну и формируют шов. Чтобы он получился качественным, без пор, присадочный пруток лучше не выносить из зоны сварки, а помешивать им расплавленный металл, равномерно распределяя его и удаляя пузырьки газов. После сваривания деталь должна остыть естественным путем.

Сварка чугунных радиаторов

Можно ли заварить чугунную батарею самостоятельно, не вызывая специалиста? Заварить трещину в радиаторе можно, если у вас есть стаж проведения подобных работ, так как не каждый шов сможет выдержать давление до 10 атмосфер и температуру до 100 градусов по Цельсию. Наиболее распространена сварка чугуна инвертором: этот прибор легкий и компактный, к тому же простой в управлении.

В большинстве случаев поверхности, подлежащие сварке, нельзя вращать, поэтому соединение варят с отрывом. Чтобы шов получился прочным, производят два прохода. После каждого из них нужно очистить место сварки, удалить наплыв и окалину. В качественно выполненном шве все края заполнены, подрезов нет.

Соединение чугуна со сталью

Сварка чугуна со сталью осложнена тем, что эти металлы имеют разное процентное содержание углерода. Кроме того, если гранулы углерода крупные, то речь не может идти о надежном шовном соединении.

Стали с чугуном могут быть соединены при помощи как холодной, так и полугорячей, и горячей технологии. Для соединения железно-углеродного сплава с обычной сталью или с нержавейкой нужно использовать постоянный ток (полярность – обратная). Переменным током следует воспользоваться только при напряжении холостого хода, превышающем 54 вольта. Сначала нужно обрабатывать изделие из чугуна, затем – из стали. Если соединение чугуна и стали должно иметь толстый шов, то он варится слоями. Каждый из них необходимо уплотнить, используя молоток.

В случае, когда нержавейка присоединяется при помощи горячего или полугорячего способа, зону наплавки стоит охлаждать. Обратите внимание: при резком снижении температуры материал будет деформирован или начнет разрушаться. Поэтому температуру в зоне наплавки снижают медленно, а шов время от времени нагревают.

Полезные советы

  • Правильно варить чугун нужно в нижнем положении.
  • Перед тем как заварить чугун низкоуглеродистыми электродами, обратите внимание, что толщина наплавленного металла должна составлять около 50 процентов от толщины самой детали.
  • Сварка чугуна полуавтоматом должна проводиться без колебательных движений при ведении первого шва. Затем можно приступать к поперечным движениям.
  • Чугун и сталь можно сваривать и при помощи аргонодуговой технологии. В таком случае используйте для присадки флюсовую проволоку на никелевой основе, сняв с нее обмазку. Электроды должны быть изготовлены из вольфрама.
  • Нержавейка к чугуну может быть надежно приварена в том случае, если сварку проводить в несколько проходов короткими швами, давая металлу остыть.
  • Чтобы чугун после сварки остывал постепенно, его или накрывают, или засыпают негорючими материалами (асбест, песок, зола).
  • В толстых деталях перед свариванием разделываются кромки. Угол фаски должен составлять 45 градусов.

Как осуществляется сварка по чугуну, какие бывают методы

Чугун является сплавом железа и углерода, однако его структура усложняется наличием различных легирующих примесей. От состава и количественного соотношения этих примесей зависит сорт чугуна. Традиционно принято выделять белые и серые сплавы. Название им присвоили по оттенку, который получается на изломе. В белом чугуне углерод присутствует в виде цеменита. Так как материал достаточно хрупкий, то он практически не поддается обработке. Тем не менее, белый чугун отличается прочностью.

В производстве такой сплав применять не рационально. Усугубляет ситуацию тот факт, что сварке он практически не подлежит.

Белый чугун становится сырьем для ковкого чугуна. Для этого материал отливают, а затем подвергают длительной термообработке. При этом температура среды может достигать тысячи градусов. Ковкий чугун нашел свое применение в технике и строительстве. Его используют там, где приходится противостоять высоким ударным нагрузкам. Практическое применение подобного сплава привело к необходимости разработки процесса его сварки. Повышают прочность чугуна посредством внесения в его состав легирующих добавок. Такие сплавы применяют в машиностроении.

Читайте также  Можно ли варить полуавтоматом без углекислоты?

Серый чугун имеет более выраженное зернистое строение и на изломе характерен серебристо-серым цветом. Углерод, входящий в состав серого чугуна, присутствует в нем в виде графита. Такой сплав подлежит обработке обычным режущим инструментом. Благодаря этому свойству серый чугун нашел применение во многих отраслях. Кроме того, он обладает прекрасными литейными свойствами, устойчив к вибрационным нагрузкам. К недостаткам можно отнести хрупкость и недостаточную прочность (по сравнению с белым сплавом).

Особенности

Процедура сварки вполне определена даже в домашних условиях, однако физические и химические свойства сплава становятся причиной возникновения некоторых специфических особенностей, сопровождающих процесс. Об этих особенностях должен знать каждый, кому предстоит такая работа, как сварка по чугуну.

  • Низкая удельная теплоемкость сплава обуславливает высокую скорость остывания после сварки. Наблюдается такой эффект, как «отбеливание». Это появление на поверхности шва тонкого слоя белого чугуна. Он, как уже известно, тяжело обрабатывается и обладает повышенной хрупкостью.
  • Необходимо с большой точностью выбирать температурный режим. В противном случае наступит перекалка сплава, что чревато образованием трещин.
  • В сварочной ванне при плавлении металла образуются газы. После кристаллизации сплава в зоне формирования шва могут возникнуть множественные поры.
  • Высокая текучесть – основное физическое свойство чугуна, усложняющее работу мастера и ограничивающее выбор направления ведения сварки.
  • Неравномерное охлаждение сварочной ванны часто приводит к образованию трещин.
  • Некоторые соединения, вступая в реакцию с кислородом, образуют на поверхности сплава оксидную пленку, в результате чего появляются непроваренные зоны.

И все же, несмотря на представленные нюансы, существует несколько распространенных способов сварки чугуна, применяемых в ремонтных работах, при изготовлении чугунных изделий или при исправлении дефектов литья. Качество выполненных работ напрямую зависит от теоретических знаний сварщика. Он должен определить, чем можно варить тот или иной сплав.

Подготовка поверхностей

Этап подготовки чугунных поверхностей и разделки кромок нельзя исключить из технологии сварки, так как от него зависит надежность и качество будущего шва. Если предстоят работы по заделыванию трещин, то необходимо помнить, что они локализованы в гораздо большей области, чем кажется при визуальном осмотре. Именно поэтому важно разделать трещину на максимальную ее глубину. Существуют два способа разделки.

  1. Механический способ включает в себя шлифование и вырубку.
  2. Под термическим способом подразумевается резка или кислородно-дуговая строжка.

Линейные размеры области разделки должны на несколько миллиметров превышать размеры трещины. Примерный отступ с обеих сторон обычно составляет 5-6 мм. Разделанная поверхность кромки плавно переходит в поверхность детали. Несквозные трещины разделываются так, чтобы глубина разделки на пару миллиметров превышала реальную глубину трещины. На плоскости по краям трещины следует произвести сверления. При отсутствии такой возможности придется вырезать отверстия любым доступным способом, а края закруглять.

Важно не только очистить поверхности кромок, но и правильно выбрать скосы. Плоскости кромок должны находиться друг к другу под углом 45° градусов. В противном случае есть риск столкнуться с неравномерным нагревом детали по толщине. После того, как выбраны кромки, края следует обточить и закруглить. Зачищать поверхность заготовки удобно наждачной бумагой, шлифовальной машиной или металлической щеткой. Допускается также применять пламя горелки для обжига загрязнений. Перед началом сварки, особенно если дело касается тонкостенных изделий, готовятся графитовые подкладки. Они выполняют теплоизоляционную функцию, а также предотвращают растекание расплавленного металла.

Способы

Если рассматривать все разработанные технологии по сварке чугуна, то их можно насчитать около десятка. Но в тривиальной классификации выделяют три принципиальных способа. Первый способ, более известный, как горячая сварка, чаще всего встречается в промышленности и на производстве. Он сопряжен с предварительным разогревом заготовки до температуры 600-650°C градусов.

Естественно, в домашних условиях таких значений получить невозможно. Лишь только с использованием специального оборудования удается нагревать чугун перед сваркой. Целью этого этапа служит исключение появления трещин при сварке. Важно равномерно разогреть детали. Если возникнет градиент температур, то это неизбежно приведет к разломам. Перед нагреванием составные части закрепляют, чтобы внутри металла не возникало механических напряжений. Температурный режим строго выдерживается. Увеличение температуры может привести к плавлению материала.

Предварительный нагрев заготовок до температуры 400°C градусов характерен для полугорячей сварки. Так как подобные условия можно создать не только на производстве, но и в быту, данная технология более распространена в мелких ремонтных мастерских или у частных мастеров.

Способ сварки без предварительного нагрева называется холодным. К холодной сварке прибегают при ведении мелких бытовых работ. Специального оборудования для этого не требуется, а характер ремонта обычно временный. Причиной тому является невысокое качество соединения.

Ручная дуговая сварка

Сварка чугуна в режиме MMA может проходить с предварительным нагревом, частичным нагревом или без него. Простыми словами, доступна горячая, полугорячая и холодная сварка. Для каждого способа определены свои специальные электроды. При ведении сварки горячим способом следует придерживаться такого алгоритма:

  • подготовка поверхности и разделка кромки;
  • нагрев детали;
  • непосредственный процесс сварки;
  • охлаждение детали.

Ручная дуговая сварка чугуна осуществляется угольными или плавящимися электродами. К плавящимся расходникам можно отнести электроды на медной или никелевой основе, а также чугунные стержни. Для ковкого чугуна подойдут электроды марки ОЗЧ-2 или ОЗЧ-6. Сюда также можно отнести распространенные марки МНЧ-2 и ЦЧ-4. Серый чугун будет вариться электродами ОЗЖН-1, ОЗЖН-2, а также упомянутыми выше ОЗЧ-1, ОЗЧ-6, ОЗЧ-4 и МНЧ-2. Для сплавов высокой прочности подойдут те же марки и еще электроды ОЗЧ-3.

Процесс сварки в режиме ММА характерен тем, что шов накладывается непрерывно. Еще необходимо отметить высокое значение силы тока. Информация о том, какой тип тока применим к каждой марке электродов, содержится в их описании. Угольные электроды предполагают только сварку постоянным током.

Ручная дуговая сварка чугуна, несмотря на свою кажущуюся относительную простоту исполнения, обладает рядом недостатков. Простота заключается только в описании, на самом же деле этот процесс очень трудоемкий. Необходимо обладать большим опытом, чтобы обеспечить непрерывное формирование шва. При этом всегда следует помнить о том, что неравномерное нагревание может повредить заготовку. При расчете затрат времени оказывается, что ММА сварка чугуна проходит медленнее, чем ее другие виды, да и себестоимость такого процесса немалая. Но если к качеству и прочности шва не предъявляется особых требований, то самым оптимальным видом работ будет холодная или полугорячая сварка чугунными или стальными электродами.

Полуавтоматическая

Под полуавтоматической сваркой будем понимать сварку чугуна в среде инертного (MIG) или активного (MAG) газа. Принцип такой сварки схож с принципом ручной дуговой сварки. Здесь в зону формирования шва подается проволока. Она играет роль присадки, плавится и образует соединение кромок. Но без газа расплавленный металл будет вступать в реакцию с атмосферным воздухом. Инертный химически не активный и, с другой стороны, вытесняет кислород, образуя защитную зону.

Горячая сварка MIG/AG ведется в том случае, когда к параметрам шва предъявляются высокие требования. Эти требования связаны с прочностью и устойчивостью к механическим воздействиям. Для большего эффекта мастер должен обеспечить постепенное охлаждение чугуна. Чем меньше температура предварительного нагрева, тем меньшей прочности получается шов. В соответствии с этой закономерностью определяют область применения полугорячего метода и холодной сварки. Для режимов полуавтоматической сварки они вполне определены, но применяются только тогда, когда свариваемые детали не будут испытывать серьезных нагрузок при эксплуатации. К достоинству сварки MIG можно отнести более высокую производительность, особенно если подача проволоки происходит в автоматическом режиме.

Аргонодуговая

Даже если не брать во внимание сложности, связанные со сваркой чугуна, работа в режиме TIG (аргонодуговая сварка) отличаются сложностью и затратностью. Аргон выступает в роли защитного газа, препятствующего попаданию атмосферного воздуха в зону сварки. Но в отличие от полуавтоматического режима, режим TIG подразумевает использование неплавящихся вольфрамовых электродов. Аргонодуговая сварка возможна при выполнении ряда требований.

  • Сварка ТИГ также требует предварительного нагревания изделий.
  • Процесс ведется при небольших значениях переменного тока.
  • Шов накладывается небольшими участками, что позволяет контролировать равномерное распределение температуры.
  • Швы необходимо проковывать, чтобы снять излишнее внутреннее напряжение.

Газовая

Перед ведением газовой сварки чугунные изделия подлежат более длительному нагреванию. Необходимость данного этапа все та же, но параметры температуры несколько иные. Кромки разделываются так, чтобы угол между ними составлял 90° градусов. Но такая подготовка необходима только при толщине листов, превышающих 4 мм.

В обязательном порядке должен присутствовать присадочный материал. Он выполнен в виде чугунных прутков, диаметр которых рассчитывается для каждого случая в отдельности. Обычно пользуются такой формулой: толщина изделия, деленная на 2. Флюс насыпают в сварочную ванну, но им могут быть покрыты прутки. Флюс защищает расплавленный металл от окисления, повышает сплавляемость, повышает текучесть.

Естественно, для газовой сварки чугуна доступно лишь нижнее положение выполнения работ. После сварки деталь покрывается слоем асбеста, препятствующего выходу тепла, так обеспечивается медленное остывание чугуна.

Электрошлаковая

Электрошлаковая сварка уместна при соединении чугунных изделий большой толщины. При этом получается качественный шов без «отбеливания». Данная технология практически единственно возможная при необходимости наплавления большой массы чугуна. Примером может служить исправление дефектов в массивных изделиях.

В качестве расходного материла выступают электроды, выполненные в виде чугунных пластин, и специальный флюс. К сожалению, ЭШС возможна только на производственных предприятиях. Что же касается сварки в домашних условиях, то наиболее оптимальным вариантом остается сварка MMA, MIG и MAG.

Сварка чугуна. Способы сварки чугунных деталей

Сварка чугунных деталей трудный процесс, обусловленный химическим составом чугуна, его структурой и особыми механическими свойствами.

По химическому составу чугун — сплав железа с углеродом, содержащий некоторое количество кремния, марганца, фосфора, серы и других примесей. Обычно в чугуне содержится от 2 до 3,6% углерода.

Механические свойства чугуна во многом зависят от того, в каком виде находится углерод. Если большая часть углерода содержится в связанном состоянии в виде цементита (Fe3C), то такой чугун имеет более светлый цвет, очень тверд, хрупок и не поддается механической обработке. Его часто называют белым, он почти не применяется для изготовления деталей. Наиболее широкое применение получил серый чугун. В нем большая часть углерода находится в структурно-свободном состоянии, в виде пластинчатых включений графита. Серый чугун, достаточно мягок, легко поддается обработке.

При быстром охлаждении серого чугуна, расплавленного или нагретого до температуры выше 750 °C, графит легко переходит в цементит (т. е. чугун отбеливается) и, кроме того, образуется закаленная структура в виде мартенсита и троостита. Относительное удлинение чугуна на разрыв практически равно нулю, поэтому при неравномерном нагреве или остывании почти всегда возникают большие внутренние напряжения и трещины.

В расплавленном состоянии чугун жидкотекуч и мгновенно переходит из жидкого состояния в твердое, минуя пластическое. Все эти свойства чугуна в большой степени затрудняют его сварку. Хуже всего поддается сварке чугун с крупными включениями графита и лучше сваривается чугун перлитного типа с мелким пластинчатым или сфероидальным графитом.

Трудность работы с чугуном вызвала появление различных способов его сварки. Твердо рекомендовать какой-либо из них для сварки определенных деталей весьма затруднительно, так как чугун одной и той же марки может иметь различную структуру. Более того, даже у одной корпусной детали со стенками различной толщины может быть различная структура чугуна. Способы сварки чугунных деталей можно разделить на два вида: горячую и холодную сварку.

Горячая сварка чугуна заключается в том, что деталь предварительно подогревают, а после сварки медленно охлаждают. Температура подогрева зависит от массы и формы детали, но не должна превышать 650 °C. Более высокий нагрев вызовет рост графитовых зерен, а при нагреве свыше 750 °C происходят уже химические и структурные изменения. Скорость охлаждения от начала затвердевания наплавленного металла до 600 °C должна быть не более 4 °C в секунду. При большей скорости охлаждения ухудшается процесс графитизации и происходит отбеливание чугуна. Мелкие детали подогревают до температуры 150—200 °C. Для подогрева деталей используют горн, электрические печи или индукционные аппараты (нагрев током промышленной частоты).

Холодная сварка чугуна находит все большее применение. Она выполняется различными способами и с использованием специальных электродов.

Сварка чугуна стальными электродами

Сварка чугуна электродами для сталей — наиболее доступный способ сварки. Однако в большинстве случаев он дает очень низкое качество сварного соединения и, как правило, сиюминутную выгоду. Наплавленная сталь плохо сцепляется с чугуном из-за разной усадки. В зоне плавления она обогащается углеродом, становится хрупкой, податливой закалке и дает при остывании трещины.

При сварке стальными электродами вследствие проплавления чугуна содержание углерода в металле шва очень велико (1,1—1,8%). Металл валика, наплавленного на чугун, представляет собой закаленную высокоуглеродистую сталь со значительным содержанием кремния, марганца, а иногда фосфора, серы и других загрязнений, перешедших из чугуна. Это способствует образованию в шве трещин. Быстрое охлаждения, имеющее место при холодной сварке, приводит к значительному повышению твердости наплавленного металла и металла зоны термического влияния, где чугун приобретает структуру белого чугуна, характеризующуюся твердостью и хрупкостью. Между наплавленным валиком и основным металлом образуется полоса отбеленного чугуна шириной около 1 мм и затем более широкая полоса закаленного чугуна. Место сварки, выполненное стальными электродами, не поддается обработке режущим инструментом. В металле шва зачастую появляются поры из-за повышенного содержания газов в чугуне. Образование трещин и пор значительно снижает прочность и плотность сварного соединения. Многослойная наплавка в значительной степени устраняет эти недостатки.

Уже третий наплавленный слой становится исходным материалом электрода. Преимущества многослойной наплавки чугуна стальными электродами были использованы при разработке способа холодной сварки чугуна отжигающими валиками.

Вдоль трещины чугунной детали разделывают кромки, получая V-образный профиль трещины, и по обе стороны снимают литейную корку на расстоянии, примерно равном ширине разделки. На первый сварочный валик длиной 40—50 мм сразу же накладывают второй, отжигающий валик. При наложении второго валика первый больше прогревается и затем остывает с меньшей скоростью. Значительная часть цементита распадается, выделяется графит, а закаленная часть шва частично отпускается и нормализуется. Верхний (отжигающий) валик уже меньше подвержен закалке, в результате чего резко снижается твердость всего шва и частично снимаются остаточные напряжения, возникающие при сварке.

Читайте также  Как просверлить стекло в домашних условиях?

Для улучшения качества сварного соединения применяют электроды малого диаметра и пониженную силу тока, чтобы уменьшить тепловое воздействие дуги на чугун. Сварку ведут короткими участками, вразброс, стараясь как можно меньше проплавлять чугун. С целью усиления связи наплавленного металла с чугуном при сварке сильно нагруженных деталей (корпуса коробок передач, корпуса трансмиссий тракторов и т. п.) на разделанных кромках трещины часто ставят в шахматном порядке на резьбе упрочняющие стальные шпильки (рис. 1). Диаметр и число шпилек устанавливаются в зависимости от толщины стенок детали и длины трещины. Рекомендуется принимать диаметр шпилек d = (0,15—0,2)S, где S — толщина стенки, но не менее диаметра электрода. Расстояние между шпильками берут равным (4—6)d, глубина посадки — 2d, расстояние от кромок — не менее (1,5—2)d. Выступающую часть шпилек обваривают по периметру, а затем наплавляют весь шов.

Процесс сварки начинается с обварки шпилек кольцевыми швами. Обварка должна вестись вразброс с целью избежания сильного местного перегрева детали. После обварки всех шпилек накладывают кольцевые швы, пока вся поверхность завариваемого участка не будет покрыта слоем наплавленного металла. Крайние ряды шпилек обваривают лишь после того, как весь участок будет полностью заварен. Для обварки шпилек и нанесения облицовочного слоя следует применять электроды малого диаметра (3,0—3,5 мм), для окончательной заварки трещины можно использовать электроды диаметром от 4 до 6 мм.

Рис. 1. Сварка чугуна с применением упрочняющих шпилек: а — установка шпилек; б — обварка шпилек

В связи с тем, что прочность металла, наплавленного стальными электродами, примерно в два раза выше прочности чугуна, толщина наплавленного металла должна составлять примерно 50% от толщины стенки детали в месте сварки. Излишнее количество наплавленного металла нежелательно, так как при этом увеличиваются усадочные напряжения, и появляется опасность образования трещин.

Чрезмерный нагрев детали при сварке приводит к образованию трещин в зоне термического влияния. Поэтому при сварке не следует допускать нагрев свариваемой детали выше 40—50 °C на расстоянии 100 мм от шва.

Первые слои в разделке трещины или обварку упрочняющих шпилек выполняют электродами ЦЧ-4, а все последующие — электродами типа УОНИ-13/55 или другими электродами со стержнем из низкоуглеродистой стали. Во втористокальциевое покрытие электродов ЦЧ-4 введены элементы, активно вступающие в механическое соединение с углеродом свариваемого металла и образующие устойчивые карбиды, нерастворимые в железе. В результате этого достигается достаточно прочное соединение наплавляемого шва с чугуном.

Восстановление чугунных деталей способом отжигающих валиков в сочетании установки упрочняющих шпилек, скоб и других связей дает удовлетворительные результаты, но он трудоемок, сравнительно малопроизводителен, требует большого расхода электродного материала. Разработаны и успешно применяются для сварки чугуна железо-никелевые электроды.

Сварка чугуна электродами на основе никеля

Сварка чугуна электродами на основе никеля дает достаточно высокую прочность. При этой сварке отсутствуют трещины, а наплавленный металл хорошо поддается обработке. Это объясняется тем, что никель неограниченно растворяется в железе, а никелевый аустенит содержит много углерода без образования карбидов. Металл наплавленный электродами ОЗЖН-1 содержит до 48% никеля. Электроды предназначены для холодной сварки серого и высокопрочного чугуна. Они рекомендуются для устранения дефектов в чугунных головках блоков, в блоках двигателей и других ответственных деталях.

В настоящее время широкое применение получают электроды с содержанием никеля более 90%, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4. Однако такие электроды очень дороги.

Сварка чугуна электродами на основе меди

Сварка электродами на основе меди применяется во всех случаях, когда не требуется высокая прочность сварного шва. Медь, как и никель, не образует соединений с углеродом, но она практически не растворяется в железе. Поэтому наплавленный шов не однороден, в медной основе расположены включения высокоуглеродистой железной фазы повышенной твердости.

Медно-железные электроды ОЗЧ-2, ОЗЧ-6 изготавливают из медного стержня с фтористо-кальциевым покрытием, в которое добавляют 50% железного порошка. Эти электроды применяют для заварки трещин в водяных рубашках блоков двигателей, головках блока и т. п. Трещину засверливают по концам и разделывают под углом 70—90° на 2/3 толщины детали. Края трещины тщательно зачищают, так как следы ржавчины, масла и прочих загрязнений вызывают пористость шва. Сварку ведут короткой дугой на постоянном токе обратной полярности с перерывами для охлаждения детали до температуры 50—60 °C. Для получения более плотного шва участки в 40—60 мм сразу после сварки проковывают. Слой наплавленный электродами ОЗЧ, представляет собой медь, насыщенную железом с вкраплением закаленной стали большой твердости. По границе шва отдельными участками располагаются зоны отбеливания. Несмотря на достаточно высокую твердость, шов можно обрабатывать твердосплавным инструментом. Медно-никелевые электроды МНЧ-2 представляют собой стержни из монель-металла (28% меди, 2,5% железа, 1,5% марганца, остальное никель). Никель этих электродов не образует соединений с углеродом, поэтому наплавленный шов получается с малой твердостью, зона отбеленного чугуна почти отсутствует, зона закаленного чугуна имеет невысокую твердость, которая может быть легко снижена небольшим отпуском. Кроме того, в шве образуется меньше пор и трещин, его легче обрабатывать, но прочность его получается низкой. Поэтому медно-никелевые электроды часто применяют в сочетании с медно-железными электродами. Первый и последний слой наносят медно-никелевыми электродами (чтобы в первом слое обеспечить плотность, а в последнем — улучшить обработку), остальное заплавляют медно-железными электродами. Наплавку медно-никелевыми электродами ведут также, как и медно-железными электродами.

Для холодной сварки и наплавки чугуна (т. е. сварки и наплавки, выполняемых без предварительного подогрева) специальными электродами, характерно проведение процесса с минимальным тепловложением короткими валиками протяженностью 25—60 мм с охлаждением каждого наложенного валика на воздухе до температуры не более 60 °C. Иногда рекомендуется проковка каждого валика легкими ударами молотка.

Сварочные напряжения, возникающие в конструкции в результате нагрева, могут быть сняты почти полностью, если в шве и зоне термического влияния создать дополнительные пластические деформации. Этого можно достичь проковкой швов. Проковку проводят в процессе остывания металла при температурах 450 °C и выше либо от 150 °C и ниже. В интервале температур 400—200 °C в связи с пониженной пластичностью металла при его проковке возможно образование надрывов. Специальный нагрев сварного соединения для выполнения проковки, как правило, не требуется. Удары наносят вручную молотком массой 0,6—1,2 кг с закругленным бойком или пневматическим молотком с небольшим усилием доизменения рисунка шва. При многослойной сварке проковывают каждый слой, за исключением первого, в котором от удара могут возникнуть трещины и облицовочного. Этот прием весьма эффективен для снятия напряжений при заварке трещин и замыкающих швов в жестких контурах деталей и узлов из конструкционных сталей и чугуна.

Проковка сварного соединения способствует также повышению усталостной прочности конструкции.

Особенности проведения сварки чугуна

Сплавы железа с углеродом применяются в различных направлениях промышленности. Он дополняется легирующими добавками, сторонними примесями, которые изменяют его характеристики. Однако во время соединения деталей из этого сплава, у начинающего сварщика могут возникнуть проблемы. Сварка чугуна имеет некоторые нюансы, с которыми необходимо ознакомиться до начала работ.

Сварка чугуна электродом

Особенности сварки разных видов чугуна

Прежде чем проводить сварку сплава железа с углеродом, нужно разобраться с разновидностями этого соединения:

  1. Белый сплав – отличается от других тем, что на разрезе этого материала виднеется белый, светло-серый оттенок. Для сваривания не подходит. Хрупкое соединение, которое имеет высокий показатель твердости. Не используется во время механической обработки.
  2. Серый – на изломе виднеется серебристый цвет. Подходит для обработки режущими инструментами. Используется во время сваривания, имеет высокий показатель износоустойчивости.
  3. Ковкий – изготавливается из белого после длительной термической обработки около 1000 градусов.
  4. Высокопрочный – получается после добавления в состав легирующих добавок. Применяется для изготовления труб, деталей, которые подвергаются высоким нагрузкам.

Свариваемость чугуна зависит от его состава. Сварщикам нужно знать специфику работы с этим материалом, чтобы сделать прочное соединение:

  1. Если температурный режим был выбран неправильно, произойдет перекалка сплава возле шва. Из-за этого со временем появятся трещины, целостность соединения будет нарушена.
  2. Из-за высокой скорости охлаждения, на сваренной поверхности появляется тонкий слой белого чугуна. Его невозможно обрабатывать.
  3. Из-за активного образования газов во время термической обработке, внутри швов могут появляться поры, которые негативно сказываются на прочности готовой детали.
  4. Нужно учитывать высокий показатель текучести этого материала. В местах длительного нагревания, расплавленный металл вытекает из сварочной ванны.
  5. Непроваренные участки появляются из-за быстрого окисления кремния, которые содержится в составе сплава.

Чтобы получить надежное соединение, требуется точно подбирать время нагрева, охлаждения.

Способы сварки чугуна

Существует несколько технологий сварки чугуна, каждая из которых проводится с помощью разного оборудования. Об основных методах нужно поговорить подробнее.

Холодный способ сварки

Способ, при котором предварительно не нагреваются рабочие поверхности. Наиболее часто применяется в домашних условиях используя специальные электроды. Важно учитывать ряд особенностей этой технологии, чтобы получить прочный шов без поров, трещин.

Горячий способ

Эффективный метод сварки чугунных деталей. Сложный, однако, с помощью этой технологии можно получить наиболее прочное соединение, без трещин. Перед началом сваривания детали нагреваются 600 градусов. Нагреваются заготовки с помощью промышленных печей или специальных горелок. Важно учитывать моменты, когда нужно приступать к работе, как правильно охлаждать готовую деталь.

Предварительное нагревания является обязательным процессом перед началом сваривания. Благодаря ему не появляется внутренних напряжений в соединении, перекалки, проплавления.

Газовый метод

Детали перед соединением нагреваются газовой горелкой, чтобы снять внутренние напряжения. Одновременно с этим на поверхности шва не образуется слоя белого чугуна. Для скрепления заготовок используется присадочный материал, в качестве которого используются стержни из сплава железа, углерода.

Какие электроды используют для сварки чугуна?

Чтобы заварить чугун, можно использовать разные электроды. Учитывая их особенности можно сделать прочный шов без порчи материала. О каждом из видов электродов нужно поговорить подробнее.

Сварка обычными электродами

Чтобы сэкономить на проведении работ, сварщики иногда используют обычные стальные электроды. Однако стальные прутки не используется для создания швов, которые будут подвергаться повышенным нагрузкам. Сваривать детали необходимо вразброс, чтобы не перегреть материал.

Обычные электроды для сварки

Сварка чугунными электродами

Сварка чугунных деталей стержнями из аналогичного сплава подходит для холодной технологии. Чтобы улучшить качество соединения, требуется предварительно нагреть сплав. Для сваривания применяется переменный, постоянный ток.

Сварка неплавящимися электродами

Работа с неплавящимися стержнями представляет собой сваривание деталей с использование защитной среды (в рабочую зону подается аргон), с применением флюсов. Помимо газа, защитных составов на основе флюсов, используются присадочные материалы. Это могут быть стержни из чугуна, алюминия, меди. Сварщик должен учитывать ряд правил:

  1. Предварительно очищать рабочие поверхности от грязи.
  2. Детали закрепить несколькими точками.
  3. Подавать присадку под углом в 30 градусов.
  4. Постепенно охлаждать заготовки после проведения работ.

Основной способ соединения заготовок, для получения швов высокой прочности.

Электроды по чугуну своими руками

Если нет возможности купить специальные стержни для сварочного аппарата, можно попробовать сделать их самостоятельно. Пошаговая инструкция:

  1. Купить медную проволоку не более 5 мм по диаметру. Зашкурить ее мелкой наждачкой, обезжирить.
  2. Очистить обычные электроды от покрытия. Получившийся порошок перемешать с железным порошком. Пропорции – 1:1. Добавить силикатный клея, тщательно смешать компоненты.
  3. Медную проволоку обмазать клейкой смесью. Ее слой не должен превышать 2 мм.
  4. Высушить самодельные электроды на свежем воздухе.
  5. Закалить стержни в духовке при температуре 250 градусов.

С готовыми расходниками работать так же, как с покупными стержнями.

Как заварить чугун?

Сварщики, которые не знают, как варить чугун, должны ознакомиться с рабочим процессом в теории, прежде чем приступать к практике. Учитывая правила, особенности, можно сделать качественный шов в домашних условиях.

Подготовительные работы

Прежде чем начинать соединять металлические детали, необходимо подготовить их. Для этого выполняется несколько действий:

  1. Завариваемые трещины зачищаются, расшиваются с помощью болгарки по всей длине.
  2. Грязь, налет, ржавчина очищается. Поверхности обезжириваются.
  3. Кромки толстых деталей обрезаются под углом 45 градусов.

Когда подготовка закончена, можно приступать к следующим этапам технологического процесса.

Оборудование

Для проведения сварочных работ по чугуну, необходимо подготовить оборудование, дополнительные инструменты. К ним относятся:

  1. Инверторный сварочный аппарат.
  2. Газовую горелку для нагрева рабочих поверхностей.
  3. Металлическую щетку.
  4. Тиски для зажима заготовок.
  5. Электроды (зависимо от выбранной технологии, вида сплава).

Если сваривание деталей будет проводиться неплавящимся вольфрамовым стержнем, дополнительно понадобится баллон с аргоном.

Инверторный сварочный аппарат

Настройки аппарата

От правильности настройки сварочного аппарата будет зависеть качество проведения работ. Для этого нужно включить обратную полярность, установить минимальное мощность для работы с чугунными электродами малого диаметра. Каждый миллиметр требует добавления 60 А.

Этапы сваривания

Пошаговая инструкция изготовления шва:

  1. После подготовки деталей, расшивки трещин, срезания кромок, нужно наплавить первый слой расходного материала отрезками по 5 см.
  2. Далее навариваются следующие слои, которые должны проковываться круглым бойком молотка, пока они горячие.

Повреждения желательно обваривать с двух сторон. Перед началом сварки чугуна, детали требуется прихватить друг с другом отдельными точками по всей длине соединения.

Возможные ошибки

Существует несколько ошибок, которые могут испортить целостность соединения:

  1. Длительное время нагревания одного места. Из-за этого сплав растечется.
  2. Быстрое охлаждение, резкое нагревание.
  3. Несоблюдение температурного режима приводит к образованию пор. Это приводит к образованию трещин на поверхности шва.

Нельзя забывать про точность настройки оборудования.

Меры безопасности

Работа со сварочным оборудованием требует соблюдения мер безопасности. К ним относятся:

  1. Работать используя резиновые перчатки, защитную маску, экипировку.
  2. Стоять на резиновом коврике.
  3. Очищать рабочее место от маслянистых подтеков, горючих жидкостей.

Рекомендуется проводить работы в хорошо проветриваемых помещениях. Сварка чугуна является сложным технологическим процессом. Учитывая их, сварщик без труда сможет соединить детали из этого сплава.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: