Основные технологии сварки чугуна

Во многих отраслях нашего многогранного народного хозяйства применяются различные виды чугуна — серый, высокопрочный и ковкий. Используются они в строительных конструкциях, для изготовления ответственных деталей, которые применяются в машино-, авиа-, самолетостроении, железнодорожном транспорте, при изготовлении изделий и деталей сантехники и т.д.

Отличительная особенность этого материала заключается в высоком отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение и его хорошие антифрикционные свойства. Эти качества выделили чугун при изготовлении конструкций и деталей в особую категорию. Как и любые изделия, чугунные, в процессе эксплуатации могут выйти из строя или у них может износиться поверхность. Чаще всего возникает такой дефект, как трещины. И одним из методов восстановления работоспособности изделия являются сварка чугуна и его наплавка. Также с помощью сварки устраняют дефекты при производстве отливок из чугуна.

Чугуном называют сплав, состоящий их железа, углерода и других элементов, которые имеются в его составе или специально вводятся туда для придания ему тех или иных свойств, при этом количество углерода в нем может быть от 2,14 до 6,67%. Свойства чугуна зависят от следующих факторов:

Для придания жаростойкости, износостойкости, кислотостойкости и других особых свойств, при производстве чугуна в него вводят специальные добавки – никель, хром, молибден, алюминий, медь, титан и т.д., которые при введении определенного их процента и делают свойства чугуна особыми. Такие чугуны называются легированными.

Основные трудности при сварке чугуна

К ним относятся:

Все это негативно сказывается на свариваемости и чугун справедливо считают материалом, который плохо поддается сварке. Особенно когда сварку производят дома и нет возможности узнать, какой же марки чугун сваривается. Многие судят о свариваемости чугунного изделия по его излому.

Если излом черный или темно-серый, то придется поднатужиться, чтобы восстановить первоначальные его свойства или вообще не заниматься сварочными работами, не имея специальных электродов и не зная тонкостей технологии.

Основные виды сварки

Специалисты используют 2 вида сварки чугуна – холодный способ и горячий. При холодной сварке необходимо применение электродов, специально предназначенных для сварки чугуна.

Можно сваривать чугунные изделия в холодном состоянии (без подогрева) с применением стальных электродов, изготовленных из низкоуглеродистой стали, но это требует больших усилий от сварщика и понимания им процессов, которые происходят в зоне сварки. Обусловлено этой свойствами чугуна. Металл после окончания сварки быстро охлаждается и это приводит к его хрупкости, что может вызвать появление трещин.

Состав низколегированных прутков
МаркаСSiNiSnCu
I3.2-3.63.4-4.00.1-0.20,3-0,5
II3.0-3.43.0-3.60.4-0.62.0-3.5
III3.0-3.43.0-3.60.2-0.50,1-0,31.0-2.0

Кроме того, между швом и основным металлом образуется отбеленный чугун, а за ним следует закаленный, что может вызвать появление пор, которые являются недопустимыми дефектами.

При сварке холодным способом еще используют электроды, изготовленные из аустенитного чугуна и из цветных металлов.

Электроды изготовляют из прутков круглой формы, выполненных методом литья, марка применяемого чугуна при этом А или Б. Их диаметр лежит в пределах 4 ÷ 12 мм, при этом прутки Ø 4 мм имеют длину 250 мм, Ø 6 мм – 350, остальные имеют длину 450 мм. Прутки из чугуна марки А применяются при проведении газосварочных работ и являются материалом для изготовления стержней электродов, применяемых при сварке чугунных изделий горячим способом. Прутки марки Б помимо сварки чугуна в горячем состоянии, могут применяться для изготовления стержней электродов, которые используются при проведении сварки полугорячим и холодным способами.

Сваривать такими электродами можно только в одном положении — нижнем. Сила тока зависит от Ø электрода и находится в пределах 270 ÷ 650 А.
Из электродов, изготовленных из цветных металлов, при сварке чугуна используют медные электроды, изготовленные из монель-металла и из никелевого чугуна, имеющего аустенитную структуру.

Медные электроды рекомендуется применять для сварки изделий, которые должны иметь плотные швы и работающих при незначительных статических нагрузках. Их изготавливают из стержней меди Ø 3 ÷ 6 мм, обернутых стальной проволокой или лентой, имеющих низкое содержание углерода. На стержень наносят специальное покрытие — меловое или состоящее из сложного состава.

Такого же диаметра и длины изготавливают стержни из монель-металла (медно-никелевые) и никелевого аустенитного чугуна.Сварка может выполняться как на постоянном токе, так и на переменном.

Отбеливание чугуна и появление закалочных структур можно избежать, применив более продуктивный вид сварки – горячую. В зависимости от температуры предварительного подогрева изделия перед сваркой, различают следующие виды горячей сварки:

В любом случае температура предварительного подогрева не должна превышать 650 0С, чтобы избежать структурных превращений в самой структуре чугуна.

Формовка места сварки (1-деталь, 2-формовка, 3-графитовые пластины)
A – несквозной раковины
B – облицовка графитовыми пластинами
C – недолива кромки

Этапы процесса проведения горячей сварки следующие:

Все виды горячих способов сварки требуют медленного охлаждения изделия или конструкции после проведения сварочных работ. Это позволит избежать нежелательного отбеливания чугуна, что делает его хрупким. Чаще всего изделие сразу после сварки отправляют в печь и там охлаждают, выключив печь. Иногда такое охлаждение может происходить сутками — зависит от габаритов изделия. В домашних условиях пользуются специальными средствами, которые защитят изделие от быстрого остывания (теплосберегающий материал, например, асбест, шлак, сухой кварцевый песок, древесный уголь).

Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Иногда сварку проводят переменным током, но только в том случае, если длина кабелей от сварочного трансформатора не большая, а напряжение холостого хода более 70 В.

Подготовка к сварке

Место, где будет производиться сварка, должно быть тщательно очищено от загрязнений, масел и других включений. Достигается это с помощью щетки, напильника, наждачной бумаги или болгарки. Масло удаляют с помощью растворителей (бензин, керосин и т.д.) или выжиганием пламенем газовой горелки. В зависимости от толщины свариваемых деталей делают одностороннюю, двухстороннюю, V- и Х-образную разделку кромок (под 90 0).

Разделку обязательно делают при толщине чугунного изделия свыше 20 мм, но иногда разделку кромок выполняют у деталей, толщина которых 4 мм им выше. Концы трещин, при их наличии, обязательно засверливают. Чтобы выявить концы трещин применяют травление слабыми растворами соляной или азотной кислоты (2 ÷ 6%).

В более сложных случаях, когда варят ответственные изделия, тяжелые и громоздкие, к которым предъявляются требования по прочности, используют болты или шпильки, которые ввертывают в подготовленные кромки обязательно в шахматном порядке. При этом диаметр шпилек (болта) не должен превышать 0,4 толщины детали, подвергающейся сварке. Шпильки (болты) должны обязательно вкручиваться так, чтобы выступать над поверхностью детали (не более 1,2 Ø шпильки или болта.) Изделия вкручиваются не только в местах разделки кромок, но и с каждой стороны детали (в один ряд). Между шпильками (болтами) расстояние тоже оговаривается и оно не должно превышать не 6 Ø шпилек.

Сварка чугуна с применением стальных шпилек
A — установка шпилек при V-образной подготовке кромок
B — обварка шпилек

Сварка далее проводится следующим образом. Каждая шпилька обваривается стальным электродом Ø 3 мм кольцевыми швами. Сварка ведется на малых токах и вразброс, во избежание перегрева. Затем вся поверхность все теми же кольцевыми швами покрывается слоем наплавленного металла толщиной, которая не должна превышать толщину чугуна.

Так как чугун обладает высокой жидкотекучестью, то для придания металлу нужной формы производят в некоторых случаях, формовку места сварки. Для этого пользуются графитовыми пластинками, скрепленными специальной формовочной массой, состоящей из кварцевого песка с жидким стеклом. Могут использоваться огнеупоры или другие аналогичные материалы. На производстве это определяется в нормативной документации. Для формовки могут применяться формовочные материалы, которые используются в литейном производстве.

Особенности сварки стальными электродами

Стальные низкоуглеродистые электроды применяются для сварки чугуна в виду их дешевизны и доступности. Ими допускается сваривать изделия неответственных деталей и при небольших дефектах. Но чтобы ими качественно варить, необходимо первый плакирующий слой в разделке выполнять электродами марки ЦЧ-4.

Применяя обычные электроды марки АНО-4, УОНИИ 13/45 и др. марок наиболее часто используемых при сварке электродов, используют еще и медную проволоку. Она наматывается прямо на электрод, при этом ее масса должна превосходить саму массу электрода в 4 ÷ 5 раз или она используется в качестве присадочного прутка.

Технология сварки чугунными электродами

Сейчас свободно можно приобрести специальные электроды по чугуну, выпускаемые различными производителями. В основном они изготовлены на основе железа, никеля, меди и представляют собой стержни из металла, покрытые тонким слоем обмазки. Выпускаются, как правило, по техническим условиям предприятия-изготовителя.

В состав обмазки входит железный порошок. К ним относятся электроды по чугуну марки ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, ОЗЧ-6, ОЗЖН-1, ОЗЖН-2, МНЧ-2. Диаметр выпускаемых электродов лежит в пределах 2 ÷ 20 мм, а длина их – 300, 350 и 450 мм. Все они имеют отличительную характеристику – с их помощью хорошо формируется сварочный шов. Многие из этих марок допускают соединение деталей внахлестку, встык, а также выполнять угловые соединения.

Величина сварочного тока находится в прямой зависимости от Ø электрода и лежит в пределах 50 ÷ 600 А. Обычно сварочный ток выбирают в районе 50 ÷ 90 А на 1 мм Ø электрода. Сварку ведут небольшими валиками (не более 50 мм) с их последующим охлаждением до температуры 50 0С. В процессе сварки швы в обязательном порядке проковываются молотком, вес которого не должен превышать 1,2 кг. У молотка должен быть боек закругленого типа. И надо помнить следующее, что первый и последний слой в многослойной сварке не подлежат проковке, т.к. это может привести к появлению трещин.

Иногда сварку производят с помощью заплат. Для этого применяют вставки, изготовленные их чугуна или стали. Таким способом обычно заделывают пробоины в чугунной конструкции. Электроды при этом должны быть марки ОЗЧ-6.

Сварка чугуна неплавящимися электродами

Изделия из чугуна можно сваривать неплавящимися электродами (угольным, графитовым, вольфрамовым), но обязательно используя присадочный пруток — стержни или прутки из чугуна, содержащие такие металлы как никель, медь, алюминий и другие.

Зону шва в процессе сварки от вредного воздействия воздуха защищают с помощью флюса (буры) или инертного газа (аргона). Чаще всего используется такой вид сварки как сварка переменным током в среде аргона вольфрамовым электродом с применением никелевых прутков.

Особенности сварки чугуна аргоном

Сварка чугуна полуавтоматами с защитой газами (аргоном) позволяет получить швы высокого качества, особенно когда сварку производят инвертором. Обязательно проводится местный прогрев изделия до температуры не менее 300 0С. В качестве присадочного материала используются прутки, изготовленные из никеля. Иногда пользуются алюминиевобронзовыми прутками, но не для изделий, которые будут впоследствии подвергаться нагреву.

Более производительный вид сварки чугуна с помощью автоматов выполняется с применением порошковых проволок, специально разработанными специалистами для такой сварки. В них содержится полный комплекс специальных модифицирующих элементов. Они вводятся в виде лигатуры, основой которой является кремний. Каждая марка используется для проведения следующих работ:

Газовая сварка чугуна

Применяется только для осуществления ремонтных работ. В качестве присадочного металла используют прутки, изготовленные из латуни. Это позволяет получить сварной шов необходимой плотности. Кроме того, такой шов хорошо поддается механической обработке.

Присадочным металлом служит сварочная проволока марки Св-08 и Св-08А, стержни из чугуна марки А. Непосредственно перед сваркой разделанные кромки детали прогревают, а затем засыпают из флюсом. Выбор наконечника горелки зависит от толщины свариваемых деталей. При толщине до 5 мм необходимо использовать наконечник № 3 или 4, от 5 до 10 мм — № 4 или 5, от 10 до 15 мм – № 5 или 6, а металл толщиной свыше 15 мм сваривают с помощью наконечника № 6 или 7. Расход ацетилена может колебаться от 50 до 75 л/ч на 1 мм толщины детали.

В процессе сварки сварочную ванну постоянно помешивают концом прутка и туда же периодически подсыпают флюс. Флюс может состоять на 100% из буры или быть многокомпонентным (сода, поташ, бура, поваренная соль и борная кислота в различных количествах). Эти же флюсы применяются и при пайке чугуна.

Составляющие компоненты, %ФСЧ-1ФСЧ-2ФПСН-1ФПСН-1МАФ-1
Литий углекислый0.525.022.5
Кальций углекислый30.026.525.022.512.0
Кислота борная50.045.0
Бура обезвоженная50.023.033.0
Натрий азотнокислый20.050.027.0
Окись кобальта7.0
Натрий фтористый12.0
Фторцирконат калия8.5
Лигатура солевая10.5

Номер наконечника горелки подбирается в зависимости от расхода ацетилена на 1 мм толщины свариваемой детали (50 ÷ 75 л/ч).

Хоть чугун относится к трудно поддающемуся сварке материалу, однако его ремонтируют повсеместно – на предприятиях, в маленьких мастерских, в домашнем хозяйстве. Главное знать, чем варить и как. Ремонт поврежденных изделий, заварка изделий литейного производства и даже создание литосварных конструкций и изделий из чугуна возможно и в домашних условиях при правильном подходе к решению проблемы. А это правильный выбор оборудования, сварочных материалов и технологии сварки. Тогда качество будет обеспечено.

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:

Подготовка чугуна к сварке

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

Читайте также:  Плинтус МДФ Леруа Мерлен: напольный ламинированный для пола

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.

ПоврежденияЭлектродыДополнительно
МелкиеСтальныеПоковка шва молотком
СредниеМедные
КрупныеМедные и никелевыеУсиление 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.

ПолярностьДетальЭлектродОсобенности
ПрямаяПлюсМинусУвеличение нагрева детали. Небольшой расход электродов
ОбратнаяМинусПлюсУмеренный 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:

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.

Основные трудности при сварке чугуна

К ним относятся:

Все это негативно сказывается на свариваемости и чугун справедливо считают материалом, который плохо поддается сварке. Особенно когда сварку производят дома и нет возможности узнать, какой же марки чугун сваривается. Многие судят о свариваемости чугунного изделия по его излому.

Если излом черный или темно-серый, то придется поднатужиться, чтобы восстановить первоначальные его свойства или вообще не заниматься сварочными работами, не имея специальных электродов и не зная тонкостей технологии.

Основные виды сварки

Специалисты используют 2 вида сварки чугуна – холодный способ и горячий. При холодной сварке необходимо применение электродов, специально предназначенных для сварки чугуна.

Можно сваривать чугунные изделия в холодном состоянии (без подогрева) с применением стальных электродов, изготовленных из низкоуглеродистой стали, но это требует больших усилий от сварщика и понимания им процессов, которые происходят в зоне сварки. Обусловлено этой свойствами чугуна. Металл после окончания сварки быстро охлаждается и это приводит к его хрупкости, что может вызвать появление трещин.

Сварка чугуна — технология сварка изделий из чугуна. Чугун является трудносвариваемый металлом. Он сваривается плавящимися или неплавящимися электродами с подогревом или без него. Чугун представляет собой сплав железа с углеродом. Содержание углерода в чугуне – около 2,14%. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижает пластичность и вязкость. Углерод в чугуне содержатся в виде цементита и графита.

Температура плавления чугуна — от 1 150 до 1 200 °C , что на 300 °C ниже, чем у чистого железа. Теплопроводность чугуна ниже, чем у сталей, коэффициент теплового расширения такой же. Электропроводность чугуна зависят от распределения включений графита.

При быстром охлаждении чугуна от температуры более 750°С металла, графит превращается в цементит, при это чугун превращается из серого в белый. Образуется закаленная структура с внутренними напряжениями, приводящими к трещинам.

рудности сварки чугуна обусловлены образованием трещин из-за включений графита; выгоранием углерода и образованием пор в шве; образованием тугоплавких окислов с температурой плавления выше, чем у чугуна; его высокая жидкотекучесть.

Чугун сваривается ручной дуговой сваркой плавящимися (ЦЧ-4) или неплавящимися (вольфрамовый, угольны, графитовый) электродами в подогревом или без него. Сварочные напряжения, возникающие в шве при охлаждении металла снимаются проковкой швов.

При холодной сварке чугуна используются железно-никелевые, медно-железные, железно-медно-никелевые электроды следующих марок:

· медно-железные электроды: ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6;

· никелевые и железно-никелевые электроды: ОЗЖН-1, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4;

· железно-медно-никелевые электроды: МНЧ-2.

При горячей сварке металл предварительно подогревается до 500—700°С. Используются чугунные электроды со стержнями марок А и Б — ОМЧ-1 и УЗТМ-74. Электроды должны быть большого диаметра — от 8 до 16 мм.

Для повышения качества шва при сварке чугуна проводится подогрев детали и ее медленное охлаждение после сварки.

Способы сварки чугуна

Сварка чугуна применяется в ремонтных целях и для изготовления сварнолитых конструкций. К сварным соединениям чугунных деталей в зависимости от типа и условий эксплуатации предъявляют требования по механической прочности, плотности (водонепроницаемость, газонепроницаемость) и обрабатываемости режущим инструментом. Обеспечить эти требования при сварке весьма сложно из-за физико-химических особенностей чугуна.

Трудности, возникающие при сварке чугуна, обусловлены, как правило, низкой стойкостью металла сварного соединении против образования трещин плохой его обрабатываемостью на механических станках.

Низкая стойкость основного металла и металла околошовной зоны против образования трещин характерна для чугуна пониженным запасом деформационной способности (пониженная прочность и пластичность).

Указанные особенности чугуна являются следствием нарушения сплошности его металлической основы включениями графита, а также склонностью его к отбелке и закалке даже при небольших скоростях охлаждения. Эти свойства чугуна определяются высоким содержанием углерода в нем.

Соединение чугунных деталей между собой выполняют газовой сваркой, пайкой, термитной сваркой, литейной сваркой, дуговой сваркой и электрошлаковой.

Сварку ведут без подогрева (холодный способ сварки),с местным подогревом и с общим подогревом всего изделия. Для дуговой сварки используют угольные, графитовые, стальные и легированные электроды, а также электроды из цветных металлов. Подготовку мест под сварку выполняют механическим путем или огневым способом. Для удержания расплавленного металла сварочной ванны (чугун жидкотекуч) применяют специальиые формовки. Назначение формовки — удерживать расплавленный металл. Формовочная масса имеет следующий состав: кварцевый песок, замешанный на жидком стекле 40%, формовочная земля 30% и белая глина 30%.

Подготовленная к сварке деталь подвергается общему или местному подогреву до температуры 350 — 450º С. Иногда для особо сложных деталей подогрев производят до температуры 550—600° С.

Сварку выполняют как на переменном, так и на постоянном токе. Величину тока подбирают из расчет 50—90 А на 1 мм диаметра электрода.

Особенности сварки меди

обусловлены ее физическими и химическими свойствами. Медь имеет температуру плавления 1080—1083°С. При температурах 300—500°С она обладает горячеломкостью. Жидкая медь растворяет кислород и водород. С кислородом она образует закись меди Cu2O, температура плавления которой на 20° ниже температуры плавления чистой меди.

200 ^C>> 2Cu_<2>O>>>

Наличие закиси приводит к образованию горячих трещин после сварки. Проявление «водородной болезни меди» обусловлено тем, что при химическом соединении водорода с кислородом образуется стремящийся расшириться водяной пар, то , в свою очередь, приводит к трещинам в металле шва.

Медь имеет высокую тепло- [1] и электропроводностью. Теплопроводность меди в 6—7 раз превышающей теплопроводность стали, она имеет также хорошую жидкотекучестью в расплаве.

Удельная электропроводность меди при 20 °C: 55,5-58 МСм/м [2] .

Свариваемость меди максимальна в отсутствии примесей. Примеси свинца, мышьяка и др. затрудняют сварку. При сварке медь не должна загрязняться примесями. Металлы в примеси с медью – хром, марганец, железо и др. способствуют повышению прочности шва.

Особенности сварки[править | править вики-текст]

Сварка меди и сплавов может проводиться газовой сваркой. При ручная дуговой сварке покрытыми электродами возможно загрязнение металла шва легирующими компонентами. Из-за большой теплопроводности меди при дуговой сварке надо применять больший ток.

Поскольку при сварке образуется закись меди, то сварку надо проводить быстро, со скоростью около 0,25 м/мин. Для сварки меди толщиной от 6 мм используют предварительный подогрев заготовок.

Особенности дуговой сварки трубопроводов из меди и медно-никелевого сплава. Основные типы, конструктивные элементы и размеры соединений из меди и медно-никелевого сплава

Особенности сварки алюминия и его сплавов связана с физическими и химическими свойства металла. Алюминий имеет малый удельный вес – 2, 7 г / см3 , высокую электро- и теплопроводность, на его поверхности есть окисная пленка, имеющая высокую температуру плавления 2044°C, температура же плавления самого алюминия – около 660°C. Сплавы алюминия с марганцем, кремнием, магнием и медью обладают большей прочностью, чем сам алюминий.

Тугоплавкая пленка на каплях расплавленного металла, препятствует сплавлению металла, поэтому при сварке необходима защита от воздуха. Такой защитой может быть сварка алюминия в среде с аргоном.

Значительная жидкотекучесть алюминия затрудняет управление сварочной ванной. Для быстрейшего охлаждения металла необходимо использование теплоотводящих подкладок.

Сварочное соединение алюминия и его сплавов склонно к образованию кристаллизационных трещин, что обусловлено растворением в металле водорода. В сплавах алюминия трещины возникают из-за повышенного содержания кремния. Металл обладает большой усадкой, что является причиной деформаций при остывании заготовок.

Значительная теплопроводность алюминия требует применения сварочного тока, превосходящего в несколько раз ток при сварке сталей [1] .

Способы сварки[править | править вики-текст]

Сварка алюминия производится с разрушением оксидной пленки (очистка и обезжиривание) на его поверхности и защитой с помощью инертных газов. Перед сваркой металл подогревают. Подогрев металла проводится до температуры 250-300°С для заготовок средних толщин, и до 400°С – для толстых. Распространены следующие способы сварки:

· сварка вольфрамовым электродом в инертных газах (режим AC TIG);

· сварка полуавтоматами в среде инертных газов и автоматизированной подачей проволоки (режим DC MIG);

· сварка покрытыми плавящимися электродами без использования защитного газа (режим MMA).

Сразу после детали промываются водой, а со шва удаляется шлак.

Разнородная сварка[править | править вики-текст]

Алюминий можно сваривать с другими металлами. Особенности разнородной сварки металлов заключается в различии их температуры плавления, плотности, в коэффициентах линейного расширения. Процесс затруднен свойствами самого алюминия.

Сварка стали с алюминием и его сплавами выполняется аргонодуговой сваркой с вольфрамовым электродом. Перед сваркой кромки металлов очищаются и на них наносятся активирующее покрытие. Наиболее дешевое из них – цинковое. В качестве присадочного материала используется проволока марки АД1 из чистого алюминия с присадкой кремния.

Читайте также:  Прихожая в оранжевом цвете

Особенностью сварки алюминия со сталью является расположение сварочной дуги:при сварке встык дуга ведется по кромке алюминиевой детали, а присадка ведется по кромке стальной детали. При этом жидкий алюминий натекает на поверхность стали, покрытой цинком.

Основная трудность сварки титана — это необходимость надежной защиты металла, нагреваемого выше температуры 400 °C, от воздуха, так как на его поверхности под действием воздуха образуется оксидная пленка. Металл обладает высокой химической активностью по отношению к кислороду, азоту и водороду при его нагреве и расплавлении. Водород в небольшом количестве сильно ухудшает свойства титана.

К основным способам сварки титана и его сплавов относятся:

· дуговая сварка в среде инертных газов неплавящимся или плавящимся электродом;

· дуговая сварка титана под флюсом;

Дуговая сварка титана проводится в среде газа аргона или в его смесях с гелием. Сварку производят под местной защитой. Газ проходит через сопло горелки с насадками, увеличивающими зону защиты. С обратной стороны стыка свариваемых деталей устанавливают медные подкладные планки с канавкой, по длине которой равномерно подают аргон. При сложной конструкции деталей сварка проходит с общей защитой в специальных камерах с контролируемой атмосферой. Камеры могут представлять собой камеры-насадки для защиты части свариваемого узла, жесткие камеры из металла или мягкие камеры, сделанные из ткани и имеющими смотровые окна и встроенные рукавицы для рук сварщика. В камеры помещаются свариваемые детали, сварочная оснастка и горелка. Для крупных узлов применяют большие металлические камеры объёмом до 350 куб. м., в них устанавливают сварочные автоматы и манипуляторы. Из камеры откачивается воздух, она наполняются аргоном, через шлюзы в камеры входят сварщики в скафандрах и проводят сварку.

Титановые сплавы из-за высокой химической активности сваривают дуговой сваркой в инертных газах неплавящимся и плавящимся электродом, дуговой сваркой под флюсом, электронным лучом, электрошлаковой и контактной сваркой. Расплавленный титан жидкотекуч, его шов хорошо формируется при всех способах сварки.

Дуговую сварку титановых сплавов выполняют плавящимся электродом (проволока диаметром от 1,2 до 2,0 мм) на постоянном электрическом токе обратной полярности в режимах, обеспечивающих мелкокапельный перенос электродного металла. Защитной средой при этом является смесь – 20 % аргона и 80 % гелия или чистый гелий. При этом увеличивается ширина шва и уменьшается его пористость.

Титановые сплавы можно также сваривать дуговой сваркой под бескислородными фтористыми флюсами сухой грануляции марки АНТ1, АНТЗ для толщины 2,5. 8,0 мм и марки АНТ7 для толстого металла. Сварка ведется с использованием электродной проволоки диаметром от 2,0 до 5,0 мм с вылетом электрода на 14 – 22 мм на медной подкладке или на флюсовой подушке. Структура металла сварного шва в результате модифицирующего действия флюса получается более мелкозернистой, чем при сварке титана в инертных газах.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ – конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук – маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Сварка чугуна

Углерод может находиться в чугуне в виде цементита Fe3C – твердого и хрупкого вещества, обладающего белым цветом, или в структурно-свободном состоянии в виде включений графита. Чугун с большим количеством цементитных структур называют белым (БЧ). Он очень тверд, хрупок и не поддается механической обработке, из-за чего в качестве конструкционного материала применяется ограниченно.

Чугун, в котором большая часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде мелких пластинчатых включений графита, называется серым (по цвету на изломе). Серый чугун (СЧ) легче поддается обработке, обладает хорошими литейными качествами и недорог. Все это определило самое широкое использование серого чугуна в промышленности и быту. Хотя серый чугун и не относится к легкосвариваемым материалам, при соблюдении определенных условий он способен образовать прочное сварное соединение.

Очень важной особенностью, имеющей отношение к свариваемости чугуна, является то, что при быстром охлаждении нагретого свыше 750°С металла, находящийся в нем свободный графит переходит в цементит (чугун превращается из серого в белый, т.е. “отбеливается”). Одновременно в нем образуется закаленная структура с большими внутренними напряжениями, нередко приводящими к трещинам.

Кроме железа и углерода в чугуне имеются и другие элементы – кремний (до 4%), фосфор (до 1,2%), марганец (до 2%), сера (до 0,2%). В специальные чугуны вводятся легирующие компоненты – молибден, хром, никель, ванадий и другие. Все эти элементы по-разному влияют на свариваемость чугуна – чаще отрицательно, чем положительно.

Свариваемость чугуна

Все эти причины делают сварку чугуна не только трудной, но в известной мере и непредсказуемой в отношении конечного результата. Особенно в домашних условиях, когда сваривается металл неизвестной марки и, как правило, отсутствует возможность применить оптимальную технологию и необходимые сварочные материалы. Никто из варящих чугун в домашних условиях не может быть застрахован от того, что окончив шов, через несколько секунд не услышит характерные щелчки, которыми обычно сопровождается образование трещин в остывающем металле.

По мнению тех, кому приходилось часто сталкиваться со сваркой чугуна, хуже всего сваривается металл, имеющий на изломе темно-серый или (еще хуже) черный цвет. Это вполне согласуется с теорией, говорящей, что крупные включения графита, передающие чугуну свой черный цвет, крайне отрицательно сказываются на его свариваемости. Чугун с такими включениями оставляет следы графита на руках (“мажется”).

Способы сварки чугуна

“Холодная” сварка более проста в исполнении, но для получения качественного, прочного шва необходимо применение специальных электродов.

При использовании электродов для стали, металл шва при “холодной” сварке представляет собой высокоуглеродистую закаленную сталь со значительным содержанием кремния, марганца, а иногда серы, фосфора и прочих элементов, которые содержатся в чугуне. Помимо того, что такой шов нельзя обрабатывать режущим инструментом, он еще склонен и к образованию трещин. Быстрое охлаждение металла приводит к тому, что чугун, находящийся в непосредственной близости от шва, приобретает структуру белого чугуна, характеризующуюся хрупкостью и твердостью. Между швом и основным металлом образуется полоска отбеленного чугуна около 1 мм шириной, а за ней располагается широкая полоса закаленного чугуна. В шве могут возникать поры из-за газообразования. Таковы последствия сваривания чугуна стальным электродом без подогрева.

“Горячая” сварка избавлена от многих недостатков “холодной” – особенно тех, которые связанны с закалочными процессами и отбеливанием чугуна. Она имеет различные вариации в зависимости от характера и вида подогрева – общего или местного, горячего (500-600°С), полугорячего (300-400°C) или теплого (150-200°С).

Технология сварки чугуна “горячим” способом заключается в подогреве детали до необходимой температуры, непосредственно перед сваркой и медленном охлаждении металла. Основные требования к подогреву – температура не должна превышать 600-650°С во избежание нежелательных структурных изменений в чугуне, а скорость нагрева должна быть 120-150°С в час. Медленным должно быть и охлаждение, т.к. иначе происходить отбеливание чугуна. Плавного охлаждения добиваются используя различные подходящие способы, – осуществляя поддерживающий подогрев, поместив деталь в горячую печь и охлаждая вместе с ней, или, в крайнем случае, укутав ее каким-нибудь негорючим теплосберегающим материалом.

Подготовка чугуна к сварке

Имеющиеся трещины необходимо засверлить по краям, исключив их развитие, и разделать на всю глубину с достаточным для проварки углом разделки. Трещину можно и не засверливать, но в этом случае нужно позаботиться о том, чтобы ее концы были скруглены, а сама она была вырезана до самого основания.

Зону сварки нужно тщательно очистить от окалины и прочих посторонних включений – с помощью болгарки, наждачной бумаги или металлической щетки. Хорошее качество очистки обеспечивает пескоструйка. Масло удаляют с помощью подходящих растворителей, в случае сильных загрязнений – пламенем горелки.

Холодная сварка с использованием специальных электродов

Медь также не образует соединений с углеродом, но в отличие от никеля она не растворяется в железе, поэтому наплавленный шов получается неоднородными и может включать высокоуглеродистое железо высокой твердости.

Существует много марок специальных электродов для чугуна на основе меди и никеля: железно-никелевых, медно-железных, железно-медно-никелевых. Наиболее распространены следующие отечественные марки:

Специальными электродами можно выполнять не только нижние швы, но и вертикальные. Кроме отечественных есть и импортные электроды для чугуна, качество сварки которыми, разумеется, не уступает качеству сварки электродами российского производства.

Режимы сварки специальными электродами указываются в описании к ним, но в основном они предназначены для работы постоянным током обратной полярности. Общее правило сварки чугуна гласит – нужно стараться как можно меньше проплавлять металл. Поэтому необходимо использовать по возможности небольшой ток, электроды малого диаметра, короткие швы. После наложения каждого шва делается перерыв для охлаждения детали до температуры 50-60°С.

При отсутствии фирменных электродов можно сделать электроды, близкие по характеристикам к маркам ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6, самостоятельно. Технология их изготовления такова. Берется медная проволока марки М2 или М3 диаметром 3-5 мм, зачищается наждачной бумагой, обезжиривается и покрывается самодельной обмазкой. Последнюю проще всего приготовить из покрытия обычных стальных электродов (например, для сварки чугуна постоянным током подойдет покрытие электродов марки УОНИ-13/55 или ОЗС-2, а для сварки переменным током – покрытие электродов АНО-4 или АНО-5), соскребя его со стержня, измельчив, смешав в пропорции по массе 1:1 со стальными опилками или железным порошком и добавив в смесь жидкого стекла (силикатного клея) до сметанообразной консистенции. Получившееся покрытие наносят способом окунания электрода, обеспечивая при этом постоянную скорость окунания. Толщина покрытия должна составить 1,5-2 мм. После того как стекут излишки, электроды сушат на воздухе в вертикальном положении, а затем прокаливают при 200-250°С в духовке или на плите. Режим сварки самодельными электродами не отличается от режима работы фирменными.

Сварка чугуна стальными электродами

Из обычных стальных электродов (УОНИ 13/45, АНО-4 и др.) можно изготовить самодельный медно-железный электрод, намотав на него спираль из медной проволоки (нельзя использовать латунную проволоку, т.к. в воздух активно выделяются, ядовитые, цинк и его оксид) диаметром 1,5-2 мм прямо на покрытие. При этом следует исходить из расчета, что масса меди должна в 4-5 раз превосходить массу стального стержня. По свидетельству мастеров, такой электрод обеспечивает приемлемое качество шва. Иногда медную проволоку не наматывают, а используют в качестве присадочного прутка.

Использовать стальные электроды для сварки чугуна целесообразно лишь при заварке небольших повреждений в неответственных деталях. Чтобы добиться более или менее удовлетворительного качества шва, необходимо выполнять те же требования, что и при сварке специальными электродами, направленные на меньшее проплавление металла с целью уменьшения закалочного и отбеливающего эффектов.

Самым эффективным способом повышения качества шва является подогрев детали с медленным охлаждением после сварки. Положительный эффект сказывается даже при сравнительно небольшом нагреве – до 150-200°C.

Из-за повышенной жидкотекучести чугуна сварку нужно производить в нижнем положении шва.

При сварке чугуна стальными электродами общего назначения наиболее слабое место сварного соединения – околошовная зона у границы сплавления. Хрупкость этой зоны и наличие в ней трещин нередко приводят к отслаиванию шва от основного металла. Для увеличения прочности сварного соединения используют стальные шпильки или болты, которые частично разгружают наиболее слабую часть сварного соединения.

Шпильки имеют резьбу, их ввертывают в свариваемые детали. Размеры шпилек обычно зависят от толщины чугуна. Практикой установлены следующие рекомендации: диаметр шпилек 0,3-0,4 толщины детали, но не более 12 мм; глубина ввертывания шпилек 1,5 их диаметра, но не более половины толщины свариваемых деталей; высота выступающей части 0,75-1,2 диаметра шпильки. Шпильки располагают в шахматном порядке на скошенных кромках деталей и в один ряд на поверхности детали с каждой стороны стыка, причем расстояние между ними должно быть равно 4-6 диаметров шпильки.

Выступающие части шпилек обваривают по периметру, постепенно заполняя весь шов. Сначала ведется сварка всех шпилек кольцевыми швами электродами диаметром 3 мм на малых токах, вразброс для избегания сильного местного перегрева. Затем вокруг места их сварки накладывают кольцевые швы до тех пор, пока вся поверхность завариваемого участка не будет покрыта слоем наплавленного металла.

Толщина слоя наплавленного металла должна быть не больше толщины чугуна, так как при большой толщине слоя наплавленного металла могут быть сильные усадочные напряжения влекущие появление трещин.

Сварка неплавящимися электродами

Сварка чугунными электродами

Качество сварного соединения при холодной сварке чугуна чугунными электродами неоднородно, так как трудно обеспечить такую скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны, при которой не было бы отбелки на всем протяжении шва. Этот метод сварки широкого применения не имеет. Лучшие результаты получаются при подогреве детали до 300-400°C, т.е. при полугорячей сварке чугуна.

Проковка швов

Особенно полезной считается проковка при сварке медными и никелевыми электродами. Однако проковка швов имеет нюансы, не зная которых можно вместо усиления ослабить шов. Чтобы обеспечить высокие механические свойства, процесс проковки желательно закапчивать при температуре около 500-800°С. Легкие удары наносятся только по шву, молотком массой 0,6-1,2 кг, имеющим закругленный боек – до изменения рисунка шва. При многослойной сварке проковывается каждый слой за исключением первого (в нем могут возникнуть трещины от удара) и облицовочного.

Сварка чугуна, её особенности. Способы сварки чугуна

Сварка чугуна имеет свои сложности из-за высокого содержания углерода. К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, если содержание углерода в составе сплава больше 2,14%. Такое количество углерода во многом определяет особенности сварки чугуна.

В составе чугунов, которые нашли своё применение в промышленности и строительстве, помимо углерода (2,0-4,0%), содержатся следующие элементы: марганец (0,5-1,6%), кремний (0,4-4%), сера (0,02-0,2%), фосфор (0,02-0,2%).

Специальные виды чугунов могут легироваться такими металлами, как никель, хром, ванадий, медь, титан, алюминий.

Способы сварки чугунов

На практике существуют следующие способа сварки чугуна:

1. Холодная сварка чугуна, которая выполняется без предварительного подогрева. Чаще всего выполняют холодную сварку чугуна электродами из различных материалов.

2. Горячая сварка чугуна, при которой, выполнение предварительного подогрева обязательно.

3. Как отдельный вид часто выделяют полугорячую сварку чугуна, хотя она является разновидностью горячей сварки.

Подробнее об этих способах сварки рассказано на соответствующих страницах нашего сайта.

Особенности сварки чугунных изделий

При сваривании чугуна на процесс сварки сильно влияет кислород и азот, в большом количестве содержащиеся в воздухе. При расплавлении металлического электрода, под их воздействием, протекают сложные химико-металлургические процессы. Вследствие этого, в металле сварного шва содержание углерода и легирующих элементов становится ниже, чем в металле электрода.

Если чугун сваривают электродами из низколегированной стали без покрытия, то в составе метала сварного шва содержание таких элементов, как углерод, марганец и кремний оказывается ниже, чем в металле электрода, а содержание кислорода и азота повышается. В результате, механические свойства сварного соединения сильно снижаются.

Для повышения механических свойств, применяемые при сварке чугуна электроды, имеют защитные покрытия, которые, в процессе сварки, создают газовую или шлаковую защиту зоны сварки. Чаще всего, в состав защитных покрытий включаются элементы, которые при сварке переходят в металл сварного шва. Благодаря этому, можно получить сварной шов с такими элементами в составе, которых не было в электродной проволоке.

К примеру, применяя для сварки чугуна низкоуглеродистые электроды, можно получить состав наплавленного метала примерно такой же, как и состав свариваемого чугуна.

Высокие механические свойства металла сварного шва получаются и в том случае, когда применяется сварку под флюсом, т.е. плавление электрода и основного металла происходит под слоем флюса. Данный вид сварки часто используют при дуговой автоматической сварке.

Читайте также:  Особенности применения золы в саду

Влияние легирующих элементов на свариваемость чугуна

Углерод в составе чугуна присутствует, как правило, в виде карбида Fe3C, т.е. в форме первичного или вторичного цементита. Чугун с такой структурой получил название белого чугуна. Белый чугун имеет высокую твёрдость и его достаточно тяжело механически обрабатывать.

В составе серого чугуна углерод находится в свободном состоянии в виде включений графита. Марганец, при содержании более 1%, затрудняет процесс распада карбида железа. Сера в составе чугуна, как и в составе любого другого металла или сплава, оказывает отрицательное влияние на свариваемость чугуна, т.к. она увеличивает его густотекучесть и образует сульфид железа FeS, который способствует образованию дефектов сварных швов (горячих и холодных трещин при сварке).

Фосфор в составе чугуна обладает слабо выраженными графитизирующими свойствами и повышает жидкотекучесть. Также сильным графитизатором для чугуна является алюминий, а также, такие легирующие элементы, как никель, кобальт, медь и титан. А элементы хром, ванадий и молибден способствуют уменьшению размеров зёрен, предотвращая распад карбида железа.

Основные трудности при сварке чугуна

Главными трудностями, в процессе сварки чугуна обусловлены их физическими и механическими показателями. Быстрое охлаждение ванны расплавленного металла и выгорание кремния формирует местное отбеливание металла сварного шва и участков околошовной зоны. Т.е. усиливает формирование цементита из графита. Этот процесс повышает твёрдость сварного соединения, но, при этом, резко снижет пластичность и усиливает хрупкость.

Из-за неравномерного нагрева и охлаждения и усадки чугуна, в металле появляются большие внутренние термические напряжения, как в самом шве, так и в зоне термического влияния. Небольшая температура плавления чугуна и непосредственное превращение чугуна из твёрдой фазы в жидкую, и наоборот, препятствуют выходу газов из расплавленного металла и структура сварного шва формируется с многочисленными порами.

Большое значение жидкотекучести делает невозможным сварку чугуна и в вертикальном и в наклонном положении сварного шва.

Сварка чугуна в домашних условиях

В этой статье мы рассмотрим технологии сваривания чугуна в домашних условиях с применением двух основных приемов: холодным и горячим методом.

Сварка чугуна требует другого технологического подхода. Это связано с химическими особенностями металла, что влияет на его обработку и, в частности, на сварку.

В этой статье мы рассмотрим технологии сваривания чугуна в домашних условиях с применением двух основных приемов.

Особенности материала

Чугун по своему составу — соединение элементов железа и некоторого количества углерода. Но, в сравнение со сталью, последнего в нем свыше 2,14 %.

В зависимости от составов чугуны бывают белые и серые.

Белый чугун по своей сути полуфабрикат и используется для производства ковкого металла. Он очень хрупкий и изделия из него не производят.

Серый вид этого металла чаще всего применяют в промышленности и изготовлении различных вещей.

Также есть ковкие и высокопрочные чугуны.

В чем особенности этого материала в сварочных работах? Главное — это трудности с получением качественного шва, связанные со следующими проблемами.

Такие особенности значительно затрудняют сварочные работы по чугуну. Главная сложность — это непредсказуемость результата в итоге сварки. Чаще всего образовываются трещины на поверхности уже во время остывания металла.

Самым плохим чугуном для сварки является темно-серого или черного цвета (высокая вместимость графита). Такие виды лучше всего не варить в домашних условиях, в большинстве случаев это приведет к растрескиванию шва и самой детали.

Определить такие виды металла можно проведя рукой по излому. При большой вместимости графитов чугун «мажется».

Но, несмотря на трудности, сварное соединение все-таки возможно. Как проводиться сварка чугуна?

Способы сварки

Холодный способ сварки

Сваривание чугунных деталей холодным способом более простое, но нужно использовать специально предназначенные для этой сварки электроды.

Если пользоваться обычными (стальными) электродами без предварительного нагрева, то в сварном шве образуется металл в виде высокоуглеродистой стали с элементами, входящими в состав чугуна (серы, фосфора, марганца и прочих).

К тому же, такой шов нельзя зачищать, ввиду его высокой способности к растрескиванию. Слишком быстрое остывание приведет к образованию белого чугуна в месте рядом со швом. Металл станет твердым и очень хрупким.

Холодное сваривание проводят электродами небольшого диаметра и на малом токе.

Чаще всего такой способ целесообразно использовать при небольших объемах работ и невозможности сделать подогрев деталей.

Холодную сварку чугунных деталей можно проводить стальным электродом только в том случае, если швы не будут испытывать нагрузки на растяжение. Чаще всего используются медно-никелевые электроды, или же имеющие в своем составе медь и железо.

Горячий способ

Горячий способ может быть местным или общим (частичный прогрев или полностью всей детали).

Для нагревания стоит использовать печь, где деталь будет равномерно прогреваться со всех сторон.

Также различают варианты прогрева в зависимости от температурного показателя

Вся технология заключается в нагревании детали до необходимых температур перед свариванием и медленном охлаждении после завершения процесса.

Нагрев не должен превышать показатель 600-650 градусов. Иначе это приведет к изменению в структуре чугуна. Также нужно соблюдать неспешное нагревание, выдерживая скорость в 150 градусов в час.

Охлаждение тоже происходит неспешно. Лучше всего — поместить деталь в печь, в которой происходило нагревание, где и будет происходить остывание вместе с ней.

Как варить чугун

Подготовительные работы

Требования к предварительной подготовке при сварочных работах по чугуну намного выше, чем в стали.

Очищают поверхности чугунных деталей с помощью щетки по металлу и наждачной бумагой, тщательно устраняя все загрязнения и ржавчину. Можно воспользоваться болгаркой со специальной насадкой с металлическим ворсом.

При наличии машинного масла его нужно удалить, используя растворитель.

Также потребуется зачистка всех неровностей, поверхности должны быть ровными и гладкими.

По краям свариваемых деталей или трещин нужно сделать фаску. Кромки при этом скашивают, пользуясь подходящим инструментом.

При этом стоит помнить о хрупкости металла. Если края скругляют зубилом, то это делают очень тонкими слоями, постепенно. Толщина стружки должна быть не более 1 миллиметра.

Вокруг будущего соединения, на ширину в 20-30 мм, все зачищают до блеска металла.

После подготовки переходят к свариванию. Как заварить чугун используя основные методы в домашней мастерской?

Сваривание без подогрева

Лучше всего использовать электроды, в составе которых есть медь или никель. С последним углерод не вступает в соединения, что не приводит к образованию белого чугуна в шве. При этом сам шов не будет иметь слишком высокую твердость и легко зачищается и поддается любой обработке.

Такими же свойствами обладает и медь.

Чаще всего распространены железно-никелевые, железно-медно-никелевые электроды. С производителей можно обратить внимание на расходники от компании ESAB.

Режим сварки (сила тока и полярность), обычно указывается на упаковке с самими электродами.

Варка происходит в несколько этапов. После наложения каждого шва, ему дает остыть, после чего возобновляют работу.

Главное — это не пережигать металл, а как бы наплавлять расплав на свариваемую поверхность.

Для более качественной сварки лучше использовать горячий способ.

Сварка с нагревом

Итак, как варить чугун электросваркой с предварительным нагреванием?

Горячий способ варки чугунных соединений более трудоемкий и ответственный, но его использование позволяет получить на выходе качественный шов без дефектов.

Сварка инвертором чугуна — довольно сложный процесс. Требуется тщательная подготовка самих деталей и внимательный подбор расходных материалов. Особенно важно, какими электродами осуществляется соединение при холодной сварке.

А что вы думаете по этому поводу? Есть ли у Вас опыт сваривания чугунных деталей электросваркой в домашних условиях? Какими приемами вы пользовались при этом? Ваш опыт важен для нас. Оставьте свои комментарии к этому материалу.

Особенности сварки чугуна: проблемы и трудности сварки высокоуглеродистых сплавов

С целью удешевления промышленных агрегатов целесообразно применять материалы при их изготовлении с минимальной стоимостью, отвечающие требованиям по нагрузкам и воздействию факторов эксплуатации для каждого узла. Именно этим фактом обосновывается использование чугуна в качестве статических массивных оснований в станкостроении, работающих на невысоких оборотах узлах в машиностроении. Возможность получать сплавы с содержанием углерода с особыми свойствами позволяют их использовать в качестве тормозных колодок в вагонах железной дороги, при определенных условиях заменять стальное литье и штамповку. Если в механизме есть металл, то должны быть и способы по его ремонту. Сварочные работы остаются преимущественным, по надежности и себестоимости, способом ремонта литых элементов.

Для понимания процессов и специфики сварочных работ с этим материалом следует рассмотреть следующие критерии:

  1. Типы чугуна и их склонность к свариванию
  2. Особенности сварки чугуна
  3. Технологии сварки чугуна
  4. Горячая сварка
  5. Холодная сварка
  6. Методы сварки чугуна

Типы чугуна и их склонность к свариванию

Основным методом получения чугуна являются доменные печи, где его производят из железной руды. Освободившееся железо из руды соединяется с углеродом и получается сплав железа с углеродом, с содержанием последнего от 2,14%. В последнее время все популярнее становится получение синтетического аналога – продукта переплавки стального лома с карбюризатором. Независимо от метода получения выделяют следующие типы по фазовому составу металлической матрицы сплава и форме графитового включения.

Как видно из представленной диаграммы, можно выделить двенадцать обособленных типов. В порядке убывания качества и доступности сваривания, в зависимости от критерия металлической матрицы они расположатся в следующем порядке:

  1. Ферритный
  2. Феррит + Перлит
  3. Перлит

В порядке убывания качества и доступности сваривания в зависимости от критерия «форма графитового включения» они расположатся в следующем порядке:

  1. Пластинчатая
  2. Шаровидная
  3. Вермикулярная
  4. Хлопьевидная

Отбел в чугуне (явление полного или частичного отсутствия графита в сплаве), когда углерод полностью связан с железом, приводит к его хрупкости и низким механическим характеристикам. Сваривание такого сплава невозможно и не целесообразно. Соединив два элемента из отбеленной матрицы, следует ожидать разрушения в ближайших областях шва при малейших механических нагрузках.

Применение специальных сварочных проволок и электродов позволяет избежать негативных влияний определенных матриц и включений и добиться положительных результатов для решения разнообразных задач.

Особенности сварки чугуна

Особенности сварки чугуна определяются его свойствами, специфичностью строения, предопределяют пристальное изучение и разработку специальных сварочных методик. К таким особенностям следует отнести:

Для производственных целей и ремонтных работ оборудования хрупкость чугуна, появляющаяся в процессе сваривания, является задачей номер один, с которой необходимо бороться на каждом этапе создания элемента – от чистоты шихтовки и способа разливки, до специальных технологических ходов при производстве сварочных работ.

Технологии сварки чугуна

Обязательным условием получения качественного сварного шва для чугуна, как и для всех металлов, является подготовка деталей к процессу.

Чистая плоскость не позволит внести сторонние элементы, негативно влияющие на формирование ванны и правильного шлака, способна отводить тепло от места контакта сварочной проволоки или электрода с чугуном в окружающую среду прогнозировано и без задержек.

Существует два основных способа соединения элементов конструкции из высокоуглеродистых сплавов, независимых от того каким аппаратом она проводится:

  1. Сварка с использованием горелок для повышения температуры свариваемых поверхностей (элементов)
  2. Сварка в условиях температуры окружающей среды, без температурного влияния на заготовки. В литературе можно встретить термины холодная и горячая сварка чугуна.

Горячая сварка

Несмотря на громоздкость оборудования, дополнительные трудозатраты, повышенный расход энергоносителей метод горячей или полугорячей сварки чугуна нашел широкое применение в различных отраслях. Дополнительной затратной частью для организации этого метода в производстве станет закупка приборов, снимающих температурные показатели с поверхности свариваемых, предварительно нагретых элементов.

При поднятии температуры выше 745 градусов Цельсия в глубине металла начинаются аллотропические превращения, способные изменить механические свойства не в лучшую сторону. Идеальным температурным интервалом для процедуры с применением дополнительного источника температуры является диапазон от 250 до 650 о С.

При достижении необходимой температуры процесс сварки начинают при минимальных показателях тока, постепенно его увеличивая. Такой технологический прием позволяет уменьшить глубину перемешивания сварочной ванны и тела заготовки.

Скорость охлаждения сварочного шва должна быть минимальной для равномерного воздействия нагрузок, вызванных температурными изменениями. Длительное внесение тепла без его отвода может спровоцировать рост трещин на поверхности. Для равномерности остывания изделия шов и прилегающие плоскости можно засыпать песочной массой или укрыть изоляционным материалом специального назначения.

Холодная сварка

Холодная сварка чугуна электродами возможна при наличии высококвалифицированного персонала, способного контролировать процесс горения электрической дуги, если по технологии можно обойтись коротким швом или каскадом коротких швов. Оптимальная длина шва не должна превышать двух с половиной сантиметров. Контроль скорости охлаждения шва и свариваемых элементов важнее даже чем при горячем методе.

Методы сварки чугуна

Среди разнообразия методов сварки металлов остаются самыми приемлемыми три способа сварки чугуна.

  1. Ручная дуговая сварка железоникелевыми и медными электродами с обмазкой.
  2. Сварка чугуна при помощи аргонодуговой сварки с несгорающим электродом.
  3. Полуавтоматическая сварка чугуна сварочной проволокой в среде углекислого газа.

Чугун самый проблематичный из черных металлов для сварки и наплавления. Однако невысокая стоимость его производства и уникальные литейные качества позволять ему еще долгое время появляться в элементах изделий самых современных станков, деталей автомобилей, запорной фурнитуры и других изделий. А значит стоит ожидать глубокого изучения и развития методов и способов его сварки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *