Какие электроды выбрать для сварки чугуна

Обновлено: 04.10.2024

Популярность чугуна очень велика. Но именно по этой причине постоянно приходится заниматься его сваркой электродами. Существует ряд тонкостей и нюансов, от которых зависит качество выполнения этой процедуры.

Особенности и сложности

Разговор про сварку чугуна электродами стоит начать с характеристики этого материала. От стали он отличается содержанием большого количества углерода. Такая добавка позволяет существенно увеличить твердость материала, однако его однородность оказывается под вопросом. Чугун не просто порист – включения углерода нарушают нормальную кристаллическую решетку. Точки такого нарушения подвержены образованию сильных механических напряжений, и потому плохо поддаются свариванию.

Чтобы хотя бы отчасти решить эту проблему, нужно применять тщательно подбираемые присадки. Стоит учесть, что существует большое количество марок чугуна. Не на все из них даже есть проработанная сварочная документация. Опытным сварщикам обычно удается подобрать оптимальные электроды и режимы, ориентируясь на цвет излома, его механическое состояние. А вот в домашних условиях сварка чугунных изделий является подобием лотереи.

Способы

В подавляющем большинстве случаев чугун сваривают при предварительном разогреве. Именно работа в горячем состоянии наиболее эффективна и дает качественный результат в сравнительно короткий срок. Штатная технология подразумевает нагрев до 600-650 градусов. При полугорячей методике металл согревают только до 300-350 градусов Цельсия. Иногда практикуют и так называемый холодный режим, который вовсе исключает предварительный нагрев.

«Холодная» методика редко позволяет добиться хорошего результата. Однако ее все равно используют довольно широко. Подобное решение привлекательно для начинающих сварщиков из-за простоты и легкости процедур. Для работы применяют электроды особого ряда, содержащие заметное количество никеля либо меди. Иногда используют даже электроды, в которых есть обе такие добавки.

Маркировка электродов

Марки сварочных электродов говорят о трех важнейших вещах:

химический состав;
целевое применение;
серия продукта.

Когда изделие обозначено как МНЧ-2, можно не сомневаться, что это медно-никелевый (МН) электрод 2-й марки. Подобная серия содержит и ряд аналогичных изделий. Однако их состав может заметно отличаться. Маркировка может быть, впрочем, куда изощреннее.

Рассмотрим модель Э46-ЛЭЗС-УД-Е431 (3) РЦ13. Символы Э46 показывают, что сопротивление разрыву составляет 46 кг на 1 мм2. Вторая составляющая марки сокращенно показывает бренд производителя. Последние цифры в маркировке обозначают диаметр инструмента. Сокращение «УД» говорит о том, что электроды можно использовать для работы с углеродистыми и слаболегированными сталями. А буквы «РЦ» показывают наличие толстого рутилово-целлюлозного покрытия.

Специалисты отмечают, что чугунные коллекторы следует сваривать при помощи ЦЧ-4. Их толщина составляет от 3 до 5 мм. Работа возможна при нижнем расположении деталей. В зависимости от толщины электрода используют силу тока:

Обычным делом для сваривания самых разных чугунных деталей можно считать МНЧ-4. Полученные с использованием такого электрода швы очень хороши. Дополнительно принимают во внимание вариант обмазки и толщину инструмента. Кроме перечисленных марок электродов, могут использоваться и другие приспособления. Горячую сварку чугуна обычно ведут при помощи ЦЧ-4.

Если же металл разогревают слабо, рекомендуют применять ОК 92.18. На такой инструмент разрешается подавать и постоянный и переменный ток. Используя же ЦЧ-4 для холодной сварки чугуна (такое тоже возможно), требуется подавать электричество обратной полярности. Другим важным требованием будет нижнее размещение обрабатываемых деталей. Основная часть сварщиков отдает предпочтение электродам с маркировкой, закрепленной в ГОСТ 2671.

В большинстве таких изделий присутствует меловое покрытие. Однако у ОМЧ-1 и некоторых других разновидностей используют покрытие специального образца. Иногда применяют также:

электроды на угольной основе;
УОНИ и АНО (сделанные из стали);
электроды с чугунным стержнем.

Варить тонкий чугун в холодном состоянии рекомендуется при помощи ОЗЧ-6. Такой инструмент отлично проявляет себя, если детали поставлены вертикально либо находятся в нижнем положении. Для ответственных деталей правильнее использовать МНЧ-2. Этот тип электродов поможет устранить дефекты, появившиеся в ходе отливки металла. Он же применяется и в наплавочных работах.

Можно легко создать прочный и надежный шов. Работа выполняется как в нижнем, так и в вертикальном положении. Некоторые опытные сварщики и вовсе работают в потолочном положении. Специалисты рекомендуют применять токи обратной полярности. Иногда наплавка чугуна без предварительного нагрева производится с помощью ОЗЖН-1.

Данный тип электродов пригоден даже для серьезных работ, когда есть крупные дефекты. Можно будет с их помощью наплавить значительный объем металла. Предпочтительны вертикальное и нижнее расположения деталей. Технологи подчеркивают необходимость использовать постоянный ток с обратной полярностью.

В последнюю очередь стоит упомянуть инструмент ОЗЧ-2, который тоже изредка применяют в холодной сварке чугуна.

Если возникает необходимость сваривать чугун со сталью, рекомендовано использование ЦЧ-4. Такой электрод применяют и по холодной, и по горячей схеме. Он обеспечивает наплавку 1 или 2-х слоев металла, оперативное устранение дефектов. Оптимальна работа в нижнем положении. Специалисты отмечают, что для ЦЧ-4 идеально подходит ток обратной полярности.

Ficast NiFe K берут, если нужно сваривать деталь из разносортной стали с чугунным изделием. Выбор технологического положения неограничен. Можно получить крепкий шов без трещин и обеспечить легкую обработку. Похожими параметрами отличается и Zeller 855. Эти типы электродов подходят даже для работы с неочищенными изделиями, ржавыми кромками, необязательно удалять и пятна от машинного масла.

Отдельно стоит упомянуть такие популярные иностранные модели, как:

UTP 86 FN;
Capilla 41, 43, 44;
разнообразные угольные электроды от Team Binzel;
Nickel-333N Unitor;
Amerarc Ni 99;
ОК NiFe-Cl-A;
Oerlikon Monel.

Технология

Рассмотрим технологические особенности сварки чугуна электродами.

Подготовка

При работе с чугуном в домашних условиях именно подготовительному этапу стоит уделить максимум внимания. От него зависит, не появятся ли дефекты в дальнейшем. Трещины внутри металла отличаются глубиной и весьма тонкой структурой. Их нужно разделывать как можно глубже. Практикуется разделка в варианте:

вырубки;
шлифовальных работ;
дуговой строжки;
кислородной подготовки;
термической резки.

Независимо от конкретного варианта, разделывают трещины на 5-6 мм шире их границ. Выходить на поверхность нужно плавно. Глубина разделки сквозной трещины на 1-2 мм меньше, чем толщина обрабатываемого изделия. Если работают с глухой трещиной, глубина разделки должна быть больше ее нижней точки залегания на те же 1-2 мм.

Рекомендация: приготовить надежные подходящие тиски заранее будет очень полезно в большинстве случаев.

Разделанные трещины засверливают на концах. Если это почему-либо невозможно, их полностью вырезают, а концы скругляют. На кромках толстых деталей готовят скосы под углом 45 градусов, при этом следят, чтобы сами кромки не имели острых углов. Обязательна очистка поверхности перед началом работы, иначе никакой выбор режимов не поможет. Внимание: если обычные механические и термические способы очистки не помогают, придется использовать газовую горелку.

Процесс

Горячая сварка чугуна практикуется главным образом в промышленных условиях. Дома почти невозможно прогреть его до 600-650 градусов Цельсия. Проблемы могут возникнуть и с обеспечением пожарной безопасности.

Важно: в любом случае нагрев должен идти равномерно. Если основная часть изделия и шов нагреты резко неоднородно, весьма вероятно появление разломов.

Сварка чугуна инвертором с плавящимся электродом обычно производится в холодном режиме. В этом случае применяют инструмент с содержанием меди либо никеля. При использовании ЦЧ-4 диаметром 3 мм нужно подавать ток на 65-80 А. Если используется электрод сечением 4 мм, силу тока увеличивают до 90-120 А. Пятимиллиметровые инструменты прогревают током от 130 до 150 А. Для ОЗЧ-2 эти показатели составляют соответственно 90-110, 120-140 и 160-190 А.

Разумеется, есть еще целый ряд технологических тонкостей и нюансов. Непрерывный шов можно делать длиной не более 3-5 см. Категорически следует избегать перерывов при работе – их делают только в самых критических случаях. Варить чугун, если не указано другое в конкретном случае, надо только на обратной полярности.

Отдельно стоит рассказать про обработку ковкого чугуна. Его электродуговая сварка возможна различными способами, в том числе с использованием разнообразных электродов. Стальной инструмент можно применять только в том случае, когда потом будет проводиться дополнительный отжиг. Отказ от такой процедуры вызовет избыточную хрупкость шва и сильно ухудшит качество готового изделия. Гораздо практичнее поэтому использовать латунные либо медно-никелевые электроды, снимающие проблему дополнительной обработки.

Довольно широкое распространение получили сварочные инструменты с медным стержнем сечением от 3 до 6 мм. Снаружи используется оборачивание тонкой жестью и нанесение дополнительного покрытия. Периодически применяют даже медные трубки с сердечниками из железа. Если работать правильно и аккуратно, можно сформировать отличные швы такими электродами. Но надо понимать, что есть риск образования пор, особенно на границе чугуна с наплавленным металлом.

Сократить пористость поможет грамотный подбор флюсов. В качестве флюса иногда применяют просто пережженную буру. Для покрытия используют мел с включением той же буры.

Варить чугун на полуавтоматах надо с проволокой марок:

Иногда применяют также и порошковую проволоку. Силу тока всегда делают меньше, чем при сварке стали. В околошовной области температура не должна подниматься выше 80 градусов Цельсия. После любого прохода, пока металл не успел остыть, делают «проковку» валика. Шпильки с резьбой можно расставить в шахматном порядке по краям свариваемых деталей.

В следующем видео представлен мастер-класс по сварке чугуна электродами.

Все, что нужно знать об электродах по чугуну

Электроды по чугуну отличаются от тех, что используются для варки стали, в значительной мере. Разница эта обусловлена температурой плавления аналогичных сплавов, у которых она в среднем на 200 градусов выше температуры расплавления сталей, и меньшей плотностью чугуна – из-за большего количества угля в составе.

Особенности

Электроды для данного сплава разработаны с учётом низкой свариваемости его как такового. Состав чугуна предполагает наличие углерода в количестве не менее 2,14%. Электроды должны компенсировать низкую свариваемость – наперекор данной особенности тёмных высокоуглеродистых сплавов.

Из-за способности чугуна сильно окисляться на поверхности (и в приповерхностных слоях материала) формируются не полностью проваренные точки и целые участки. Он неплохо отводит тепло, из-за чего линия сварки слишком быстро остывает. При сильном нагревании (1100–1300 градусов – в зависимости от сплава) состав сразу плавится – а не размягчается, как это произошло бы со сталью. Трудно удержать сплав в одном месте – он льётся, подобно расплавленному оловянно-свинцовому припою. Задача сварки – удержать материал на месте: если с прокладкой горизонтальных «напольных» швов, направленных вверх, сварка более-менее несложна, то вертикальные и потолочные, диагональные швы приводят к растеканию расплава со своего места, в то время как со сталью выдержать баланс расплавления на порядок проще – прежде чем расплавиться, та размягчается.

Характеристики тёмно-углеродистых сплавов таковы, что для поддержания равномерной наплавки требуются особые электроды, отличные от тех, которыми сваривается сталь. Материал, расплавляясь, немного как бы прихватывает исходный чугун, который не спешит быстро растечься. Вторая наплавочная особенность – при выжигании угля посредством сварки остаётся несколько более пористым, чем сталь, т. к. присоединяющийся из атмосферы кислород окисляет уголь и выводит его в виде угарного газа – а тот, в свою очередь, образует пузырьки, делающие шов пористым. Чрезмерная пористость негативно скажется на прочности шва – тот должен оказаться исключительно плотным.

Электроды по чугуну отличаются по материалу стержневой основы. В её качестве применяется проволока из легированной или простой углеродистой стали, чугунный прут либо медная проволока. Стальные детали обрабатываются при помощи присадки, в которой содержится железно-кремниевое соединение. Вследствие данной меры шов образуется исключительно из СЧ. Прутки из меди и чугуна применяются для связывания довольно простых по своему исполнению деталей, избавленных впоследствии от ударной и вибрационной нагрузок в любых проявлениях.

Прут пригоден для применения сварщиками, которые не учились сварочному делу и не проходили квалификацию, а стремятся освоить сварку самостоятельно.

Марка изделий СВ-08 и СВ-08А сообщает об их изготовлении из стального штыря. Но в продаже встречаются и чисто чугунные варианты.

Покрытие (обмазка электродов) – углекислый барий и карбонаты либо графитсодержащие включения. Сочетанные стержни предусматривают применение обмазки и основного материала, которые как бы поменялись местами в обоих вышеописанных случаях, а также позволяют сваривать чугунные детали без предпрогрева.

Производители

Наиболее востребованными считаются электроды с диаметром стержня в 3 мм. На рынке сварочных принадлежностей и компонентов часто попадаются изделия под брендами ESAB, «Монолит», Castolin Eutectic, Sabaros, большинство из них — импортные. Потребитель в некоторых случаях пользуется изделиями малоизвестных китайских производителей, в которых быстро разочаровывается, т. к. качество этих импортных изделий низкое, и образуется либо перерасход по электродам, либо показатели полученных швов настолько сомнительные, что применять их в ответственных конструкциях с высокой нагрузкой недопустимо.

Распространены следующие марки и модели электродов:

ОК 92.18 от шведской компании ESAB;
Ficast NiFe K от немецкой фирмы Kjellberg;
ZELLER 855 (немецкие) – самые дорогие.

Некоторые марки выделены в отдельный перечень.

ЦЧ-4 – используются для сварки с подогревом и без него. С их помощью может быть наплавлен серый и ковкий сплав. Исправление потрескавшейся поверхности с их использованием производится послойно, в несколько этапов. Детали разогревают перед сваркой до 625 градусов. Сварив, эти детали медленно остужают – возможно, в условиях печи, которая остывает постепенно из-за своих габаритов. Используя холодное сваривание, выполняют последовательное соединение прерывистыми участками по 40 мм. Между проходами производят перерывы – пока шов не остынет до всего лишь 70 градусов. Используется постоянное сварочное электрическое напряжение с обратной полюсовкой. В зависимости от диаметра электродов сварочный ток колеблется от 90 до 160 ампер (электроды от 3 до 4 мм, поперечный размер стержня).

МНЧ-2 используются для холодной сварки разных видов чугуна. Они применяются для исправления повреждений и «непровара» в значительно нагруженных стыках и переходах. С помощью электродов МНЯ-2 наплав легко обрабатывается механически. Наплавление производится в несколько проходов с небольшими перерывами, при которых предыдущий «провар» остывает до 60 градусов. Если нарушить этот алгоритм, то шов удастся низкокачественным. Эти изделия применяют в работе постоянное сварочное напряжение с обратной переполюсовкой, сварочный ток для электродов от 3 до 4 мм колеблется от 60 до 180 А, т. е. разница в ампераже образует трёхкратный разброс.

ОЗЧ-6 применяются для сварки без предпрогрева и наплавления слоёв из ковкого и серого сплавов. Эта наплавка придаёт шву повышенную стойкость к истиранию, износу. Свариваются детали последовательными прерывистыми линиями в среднем по 4,5 см, при этом каждый предыдущий шов охлаждают до 90 градусов. Возможно, потребуется проковка получившихся стыков. Сварочное напряжение – постоянное, с обратной полярностью. В зависимости от диаметра (2,5… 4 мм) сварочный ампераж устанавливается от 70 до 190 А.

ОЗЖН-1 используются для холодной сварки серого чугуна повышенной прочности. Применяются для устранения больших повреждений. Электроды эти подходят для сварки всех видов швов (по расположению), кроме потолочных. Сваривание деталей производится последовательными наложениями в 45 мм. Потребуются остужения полученных стыков до 90 градусов и проковки периодического характера. Сварочное напряжение – постоянное, с обратной полярностью. Ампераж колеблется от 70 до 190 А – в зависимости от разницы в диаметре электрода применяются изделия со стержнем на 2,5… 4 мм.

Рекомендуется отдавать предпочтение именно отечественным производителям – они дают наиболее подробные пояснения, понятные большинству российских пользователей.

Советы по выбору

При невозможности угадать сплав чугуна используются отечественные ЦЧ-4 или зарубежные – UTPA68HH. Они подходят в т. ч. и для сварки меди и нержавейки. ВЧ варится в основном изделиями ОЗЖН-1. Расстояние между деталью и электродом не должно превышать 3 мм. Для деталей с тонкими стенками нужно выбрать электроды в 2,5 мм и ниже.

Для сваривания подходит обычный инвертор типа «Ресанты» или иной похожий аналог, чей сварочный ток (максимальный) подбирается до 300 А – с запасом, чтобы от долгой работы не сгорел силовой инвертор.

Новичкам лучше начать работать сразу с мощным сварочником – на случай, когда сварка может не сразу получиться, т. к. чугунный «провар» требует большего опыта в работе, чем стальной.

Правила подбора электродов для сварки чугуна

Электроды для сварки

В литейном производстве широкое распространение получила сварка электродами по чугуну. Она позволяет качественно ремонтировать оборудование и устранять недостатки литья.

Особенности сварки чугуна

Нестандартно материал показывает себя из-за вкраплений графита, которых может быть от 2 до 6% всего объема чугуна.

Минерал ответственен за твердость, хрупкость, малую пластичность, вязкость. Указанные свойства вызывают трудности, которые проявляются при сваривании.

Возможные сложности

Сварка может быть осложнена такими особенностями:

температура в области шва стремительно падает после окончания работ;
образуются тугоплавкие оксиды;
металл обладает высокой текучестью;
шов нагревается неравномерно;
при перегреве образуются и выделяются различные газы;
появляются слабо проваренные места или непровары из-за тугоплавких окислов.

Кроме того, графит серого чугуна может стать цементитом в результате быстрого охлаждения. Сам материал становится белым. Полученный сплав нельзя подвергать свариванию.

Особенности маркировки электродов

Для маркировки отечественных расходных изделий используются буквы М, Н, Ч. Они обозначают материалы, из которых были изготовлены электроды. Чаще всего это никель, медь, сталь, прочие металлы. В работе применяются электроды, в наименовании которых присутствует буква Ч. В маркировке используются числа, указывающие на номер марки.

Например, в марке МНЧ-2 содержатся такие элементы:

М – меди около 30%;
Н – никеля приблизительно 65%;
Ч – только для чугунных изделий;
2 – номер расходуемого изделия.

В наименовании импортных электродов не исключены название производителя и обозначения, отличные от рассмотренных.

Основные марки изделий для выполнения наплавочных работ

Ниже приведен список марок, о которых хорошо отзываются любители и профессионалы.

Универсальный товар, который помогает заварить литьевые недостатки. Обработка допускается в нижней, полупотолочной, вертикальной позициях. К детали должен подводиться заряд “минус”.

Допускается до работы с высокопрочным, серым, ковким чугуном, но проводить сваривание можно только в вертикальной позиции. К детали должен подводиться заряд “минус”.

Электрод используется в работе с двумя методами сварки. Обработка проводится только в нижней позиции. Применяется описанный выше ток. Допускается переменный, если работа выполняется при повышенном напряжении.

Этим изделием обрабатывают все виды сплава кроме высокопрочного. Допускается ток, который к сплаву должен подводиться зарядом “минус”. Деталь обрабатывается в нижней или вертикальной позиции. Заготовки не подогреваются.

ОЗЖН-1

Электрод не работает только с ковким чугуном. К обрабатываемой детали должен подводиться заряд “минус”. Сваривание больших объемов производится в нижней или вертикальной позиции.

OK 92.18

Применяется в обработке изделий после небольшого подогрева материала. Нет ограничений к виду напряжения.

Другие разновидности электродов

Метод сваривания является не единственным признаком, по которому разделяют электроды. Еще один важный критерий – вид обрабатываемого чугуна. Также некоторыми электродами соединяется сталь с чугуном.

Для чугуна и стали

Чугун и сталь свариваются с помощью ЦЧ-4. Если необходимо приварить деталь, которая сделана из нескольких видов стали, к чугунной, то нужна марка Ficast NiFe K. Шов получится прочным, без дефектов, простым в обработке. К положению во время работы ограничений нет. Марка ZELLER 855 похожа по характеристикам на Ficast NiFe K.

Для ковкого чугуна

Сваривание ковкого чугуна происходит с помощью МНЧ-2, ОЗЧ-6, ОЗЧ-2, ЦЧ-4.

Для серого

В процессе обработки используются ОЗЧ-6, ОЗЧ-2, ОЗЖН-1, ОЗЖН-2.

Проверенные производители

В список зарекомендовавших себя отечественных производителей входят:

UTP Schweißmaterial;
Ashland Chemical USA;
ESAB;
Oerlikon Corporation AG.

Немецкие

Немецкий завод UTP Schweißmaterial изготавливает товары, которые предотвращают растрескивание шва. Capilla 41 и Capilla 43 от производителя CAPILLA используются для горячей и холодной сварки соответственно. TEAM BINZEL создают угольные электроды, которые работают не только с чугуном, но и с медью, нержавеющей сталью. Эти товары просты и удобны в работе.

Покупка и приблизительная стоимость

На стоимость расходного материала влияют бренд, вид электродов, марка, состав покрытия. Самыми дорогими будут продукты от компании UTP. Дешевле обойдутся отечественные аналоги, но по характеристикам они уступать не будут.

Товар хорошего качества могут предложить только популярные производители и проверенные профессионалами и любителями поставщики. На российском рынке лидирует “Магнитогорский электродный завод”, который предлагает:

ОЗЧ-6 – 879,48 руб.;
ОЗЧ-2 – 918,12 руб.;
МНЧ-2 – 2492,32 руб.;
ЦЧ-4 – 1176,12 руб.

Способы сделать электроды своими руками

Электроды для чугуна можно сделать в домашних условиях, если имеются проволока из меди и электрод для стали. Потребуется УОНИ или АНО-4, проволока диаметром до 2 мм. Ее нужно накрутить на электрод, после он годится для чугунной сварки.

Есть еще один распространенный способ, для которого потребуются жидкое стекло, прутки из меди диаметром не более 5 мм, порошок из металла, истолченная электродная обмазка.

Создание специальных изделий происходит следующим образом:

Нарезанные прутки очищают наждачной бумагой и обезжиривают.
Измельченную обмазку смешивают с опилками из металла, затем в нее заливают жидкое стекло.
Приготовленные прутки держат в электродной обмазке до тех пор, пока толщина покрытия не достигнет примерно 2 мм.
Конечный продукт прокаливают в электрической духовке при 200ºC.

Самостоятельное выполнение сварки по чугуну в домашних условиях

Устранять дефекты можно следующим образом:

Подготовить место для работы, нужные расходные изделия, сварочный аппарат.
Разделать дефект, который требует сварки.
Установить требуемый режим аппарата для сварки.

При выполнении работ необходимо соблюдать технику безопасности.

Преимущества и недостатки применения электродов

Электродуговая сварка хорошо работает с материалом и устраняет дефекты. Но нужно выбирать в каждом отдельном случае подходящий электрод, иначе деталь будет выглядеть испорченной. Еще одним достоинством является простота выполнения сварки даже дома. К наиболее распространённым относятся электроды э 42.

Из недостатков можно выделить только одно – для большинства электродов есть ограничения на положение сварки.

Как сваривать чугун со сталью

Сварка чугуна

Сварка чугуна со сталью применяется вынужденно, в основном для ремонта. При соблюдении технологии удается получить соединение с необходимой прочностью, позволяющее на какое-то время продлить эксплуатацию конструкции. При первой возможности поврежденные детали следует заменить.

Характеристики свариваемости металлов

Оба материала представляют собой сплав железа с углеродом. Различие состоит в количестве карбона:

С ростом содержания углерода свариваемость сплава ухудшается. Наиболее сложным в этом отношении является чугун.

Количество карбона в нем превышает порог растворимости, поэтому избыточный элемент выделяется в виде различных структур:

В сером чугуне – чешуек.
В ковком – дендритных образований, напоминающих снежинки.
В сверхпрочном – шариков.

Трудносвариваемость чугуна объясняется следующим:

Графитовые включения представляют собой концентраторы напряжения. Поэтому сплав плохо работает на растяжение. Нагрузки такого рода возникают при остывании шва, что приводит к появлению трещин.
Под действием высокой температуры дуги углерод выгорает. Вследствие этого в шве возникают поры.
Образуются окислы с более высокой температурой плавления, чем у основного материала.
Жидкий чугун обладает высокой текучестью.

Стали по свариваемости делят на 4 категории. Наиболее надежно соединяются низкоуглеродистые марки, наименее – высоколегированные.

В чем сложность сварки чугуна и стали

Главная проблема заключается в трудносвариваемости чугуна. Кроме того, влияние оказывают различия в следующих параметрах:

Температуре плавления. Для стали этот показатель составляет +1300…+1500°С, для чугуна – +1100…+1300°С. К моменту расплавления первого материала второй становится чрезмерно жидким. Поэтому приварить сталь к чугуну можно только в нижнем положении.
Коэффициенте теплопроводности. Он равен 16 Вт/м*С у нержавеющей стали, 54 – у низкоуглеродистой и 80 – у чугуна. Материалы остывают с разной скоростью, в результате чего могут появляться трещины.
Электропроводимости. Показатель зависит от характера распределения углерода. У стали он составляет 7-12% IACS, у чугуна – 2-3,45%. Разница влияет на положение дуги, искажает распределение плотности тока в ней.
Пластичности.

Коэффициенты температурного расширения у обоих материалов равны.

Из-за большого количества естественных препятствий следует уделить особое внимание устранению прочих негативных факторов. К ним относятся окисление наплавки, насыщение ее азотом (вызывает охрупчение материала) и водородом (является причиной пористости).

Какие технологии используются

Сварку материалов осуществляют несколькими способами. Выбор зависит от толщины заготовок, марки стали, имеющегося в наличии оборудования.

С плавящимися электродами

Такие расходники предназначены для ручной дуговой сварки. В процессе работы металл сердечника плавится и переносится в сварочную ванну.

С целью предотвращения контакта соединяемых материалов с азотом и кислородом атмосферного воздуха на стержни наносят обмазку. При сгорании она продуцирует облако газов, окружающее сварочную ванну. Для соединения чугуна и стали используют электрод с обмазкой основного типа. В отличие от других покрытий, содержащих органику, она не выделяет водород.

Холодная сварка

По способу предварительной подготовки деталей различают 3 вида сварки:

Первый метод позволяет получить самое надежное соединение. Предварительный нагрев уменьшает неравномерность распределения температур в массиве заготовки и этим снижает риск раскрытия трещин.

Более низкая температура (второй метод) допускается при большом количестве легирующих элементов в материале заготовок. Они повышают прочность и пластичность шва.

Холодная сварка наименее энергозатратна. Но соединение получается малонадежным. Данный метод допускается применять только в случае, если шов будет работать на сжатие.

При помощи аргонодуговой сварки

Данный способ предполагает использование тугоплавких электродов.

Их делают из следующих материалов:

Вольфрама.
Прессованного графита искусственного происхождения.
Электротехнического угля.

Неплавящийся расходник не имеет обмазки и не служит источником металла для сварочной ванны. Поэтому в рабочую зону подают:

Защитный газ. В большинстве случаев это аргон, иногда его смешивают с углекислотой.
Присадочный материал в виде проволоки или пластин. В первом варианте изделие может быть полым с содержанием внутри флюса.

Сварка чугуна со сталью электродом неплавящегося типа осуществляется одним из следующих способов:

Полуавтоматическим. Сварщик одной рукой удерживает горелку, второй – подает присадочный материал.
Автоматическим. Процесс сваривания обходится без участия человека.

Сопло для подачи защитного газа встроено в горелку. В него устанавливают тугоплавкий расходник.

Как выбирать электроды для стали и чугуна

Сплавы соединяют с помощью расходников следующих марок:

Это наиболее распространенные расходники. Есть и другие с аналогичными характеристиками, например ОЗЛ-25.

Методы избежания основных ошибок

Соединяя стальную деталь с чугунной, необходимо соблюдать следующие рекомендации:

Режим и материалы подбирают по наиболее трудносвариваемому сплаву, т.е. по чугуну.
При отсутствии повышенных требований к прочности соединения используют присадочный материал из чистого никеля.
Следует избегать перегрева заготовок. Размеры сварочной ванны должны быть минимальными. Перегретый сплав при остывании потрескивает, в шве появляются трещины.
Не рекомендуется пытаться сварить сталь и чугун с наибольшим содержанием углерода. Он склонен к появлению трещин и потому считается несвариваемым. Необходимо прибегнуть к альтернативным вариантам соединения.
При ремонте конструкций, подвергающихся высоким нагрузкам, сталь напрямую к чугуну не приваривается. Сначала на него наплавляют никелевый присадочный материал, формируя т.н. буферную зону.
Работы надо вести с умеренной скоростью. При быстрой сварке образуются горячие и холодные разломы.

Наиболее надежными швы получаются при следующих условиях:

Дуге придают уклон в сторону заваренного участка, стараясь не затрагивать основной металл.

Инструкция по сварке чугуна со сталью

Каждый способ имеет свои особенности. Неукоснительное соблюдение технологии обеспечит высокое качество соединения.

Метод холодной сварки

Из-за своей низкой надежности данный способ предъявляет повышенные требования к подготовке соединяемых деталей. Их подвергают тщательной зачистке, особое внимание уделяют участкам со ржавчиной, окалиной и масляными пятнами.

Поверхностный слой чугунного изделия отличается пористостью. Он хорошо впитывает масла и грязь, поэтому простой обработки обезжиривателем будет мало. Материал снимают абразивным инструментом до плотного металла.

Из-за существенного перепада температур между холодной деталью и горячим швом в нем возникают большие усадочные напряжения. Их снимают т.н. проковкой: свежую наплавку уплотняют ударами молотка с округлым бойком. Операция считается завершенной, когда глухой звук сменится звонким.

Сварка при помощи плавящихся электродов

Перед началом работы настраивают сварочный аппарат. Параметры зависят от его мощности, характеризуемой напряжением холостого хода:

Устанавливают минимальную силу тока из диапазона, допустимого для расходника данного диаметра. Чтобы чугун не вытекал из сварочной ванны в случае сквозного проплавления металла, под стык подкладывают графитовую пластину.

Соединение выполняют короткими участками длиной 3-5 см. Швы большой толщины варят в несколько подходов. После каждого осуществляют проковку наплавки.

По завершении процесса следует обеспечить плавное остывание стыка. Есть 3 способа:

Заготовки закутывают в минераловатный теплоизоляционный материал.
Соединение периодически подогревают паяльной лампой.
Кладут детали в печь, где осуществлялся их нагрев, и дают остыть вместе с ней.

Третий вариант применяют в случаях, когда сварка ведется по горячей технологии.

Если стальная деталь имеет вид трубы, в нее рекомендуется засыпать песок или керамическую крошку. Теплоемкий материал уравняет скорость остывания обеих заготовок.

Применение аргонодуговой технологии

Присадочный материал подбирают по размерам и условиям работы заготовок:

В большинстве случаев применяется порошковая проволока ПП АНЧ-3 с никелем и другими легирующими элементами. Она выпускается с покрытием, но его необходимо удалить. При нагреве заготовок до 300°С используется модификация ПП АНЧ-2.
При сварке тонкостенных заготовок в качестве присадочного материала используют чугунные пластины.
Если соединение будет испытывать только сжимающие нагрузки – сплав на основе никеля.

Расход аргона устанавливается на уровне 20-25 л/мин.

Сварка толстостенных элементов с легированными вставками

Соединение таких заготовок выполняют по следующим правилам:

Применяют холодную сварку.
Шов набирают короткими прихватками длиной 2,5 мм.
Каждую последующую выполняют после остывания предыдущей.

Несмотря на то что прихватки следуют одна за другой, данная технология не обеспечивает герметичности соединения. Это объясняется тем, что новый шов ложится на уже отвердевший, поэтому они не сливаются воедино.

Кроме того, соединение получается хрупким. По этой причине способ не подходит, если в дальнейшем предполагается механическая обработка шва.

Сравнение методов: какой лучше

Наибольшие прочность и надежность обеспечивает сварка тугоплавким электродом (аргонодуговой метод) с предварительным нагревом заготовок. Она используется при ремонте ответственных конструкций.

Если доступен только аппарат для ручной дуговой сварки, используют плавящиеся стержни. Заготовки также лучше нагреть. Холодная технология допускается только для устройства соединений, работающих на сжатие.

Читайте также: