Обработка чугуна после сварки

Обновлено: 04.10.2024

Существует две группы чугунных сплавов: белые и серые сплавы. Первые сварке не поддаются, работать со вторыми можно. Следует учитывать, что повышенное содержание углерода не всегда позволяет получить качественное соединение. Поэтому, если возможно, рекомендуется усилить стыки при помощи шпилек, болтов или хомутов.

Какие электроды выбрать

Для сварки чугуна в России выпускают специальные покрытые электроды:

Электроды, произведённые в России по лицензии:

Имеются импортные аналоги. Компания UTP также даёт подробные рекомендации по использованию своих материалов:

UTP GNX-HD – обеспечивают стабильную дугу даже при малом токе, небольшое образование брызг, плавный перенос основного металла, швы не склонны к образованию разломов и трещин, хорошо подвергаются механической обработке. Варить нужно на короткой дуге, не перегревая заготовки. При работе с чугунными сплавами, склонными к подкалке, рекомендуется вести сварку маленькими валиками с последующей проковкой. Сварку в вертикальном и потолочном положениях лучше вести на переменном токе;
UTP 85 FN – применяют для сварки и наплавки любых (кроме белых) марок чугуна, особенно с шаровыми графитовыми вкраплениями (пример: ВЧ 42-12 — ВЧ 60-2 ) и для соединения этих материалов со сталями и литыми заготовками. Имеет отличные характеристики: во время сварки поддерживается ровная и плавная дуга, высокая скорость производства работ. В результате получается красивый мелкочешуйчатый валик;
UTP 86 FN – ферро-никелевый электрод с биметаллическим сердечником для сварки чугунных сплавов без подогрева. Используют для соединения и наплавок ряда типов (марок) чугуна: пластинчатого серого GG 10 — GG 40 (СЧ 10 — СЧ 40), высокопрочного (с шаровым графитом) GGG 40 — GGG 70 (ВЧ 42-12 — ВЧ 70-2), ковкого GTS 35 — GTS 65, а также для сварки этих сплавов с иными или сталей с литыми сталями;
UTP 8 – для сварки «холодным» методом. Применяемость: серые, ковкие, сверхпрочные чугуны. Литые стальные сплавы. Соединение со сталью, медью и медными сплавами. Лучше всего применять для работы за один проход, нанесения (или наплавке) коренного шва при многослойных способах. Также можно заваривать трещины на старых промасленных чугунных деталях при восстановительных и ремонтных работах.

Ряд сварщиков предпочитает использовать для сварки (и наплавок) чугунов обычные электроды по нержавейке, например:

Но часто также используют УОНИ 13/55. Это самый бюджетный вариант. Иногда стержень предварительно обматывают медной проволокой.

Примерная стоимость электродов УОНИ 13/55 на Яндекс.маркет

В каждом конкретном случае требуется подбирать электроды в зависимости от марки чугуна. Если узнать состав сплава невозможно, то необходимо заварить образец, провести испытания с учётом условий эксплуатации.

Подготовка материалов к сварке

Электроды требуется тщательно просушить. Если в условиях производства для этого используют специальные печи, то в домашней обстановке можно оставить электроды в обычной духовке на несколько (3-4) часов, выставив максимальную температуру.

Чаще всего из чугуна делают литые детали – элементы автомобилей, станков. Лопнувшие элементы нужно предварительно обработать:

Промыть от грязи, масла.
Просушить.
Разделать кромки с помощью болгарки так, чтобы очистить поверхности от графита.
Острые кромки притупить зачистным кругом для предотвращения возникновения напряжений по время сварки.

Перед началом рекомендуется обезжирить поверхности ацетоном.

Настройки сварочного аппарата

При настройке аппарата рекомендуется учитывать информацию, указанную производителем электродов на коробках. В таблице на пачке всегда указывается род сварочного тока (переменный или постоянный), положение шва (нижнее, верхнее), величина силы тока.

Обратная полярность – минус – крепится на деталь, прямая – на электрод.

Процесс сварки

Для соединения двух чугунных деталей их нужно сложить на верстаке или сварочном столе, желательно зафиксировать при помощи струбцин, зажимов, специальных приспособлений для уменьшения вероятности появления деформаций. Если же требуется заварить трещину, крепить элементы необязательно. Существует два способа сварки чугуна при помощи покрытого электрода и инвертора.

Горячий способ с предварительным подогревом

Полностью соблюсти технологию сварки в домашних условиях сложно из-за необходимости прогрева деталей до высоких температур. Принцип метода описан в ГОСТ 30430-96:

Собирают изделие на прихватки.
Свариваемые элементы нагревают до 400-600 градусов.
Производят сварку, тщательно перемешивая расплавленный металл. Важно не прерывать процесс до того, как графит не сгорел в сварочной ванне. В конце нужно вывести электрод за пределы стыка и прервать сварку на основном металле.
После этого деталь снова нагревают и дают ей медленно остыть.

Для контроля над температурным режимом используют термокарандаши, плавящиеся при определённых температурах (ставят метки на чугуне) или переносные пирометры. Чтобы изделие медленно остыло, его помещают в песок.

При необходимости сварки чугуна в домашних условиях можно нагревать детали при помощи газового резака или горелки.

Холодный способ без подогрева

Универсальный способ подойдёт для применения в полевых условиях – в гараже или на даче. Но для осуществления сварки необходимо использовать соответствующие электроды. Суть процесса:

После подготовки детали размещают на верстаке, если нужно – закрепляют.
Нужно сделать несколько прихваток, дать материалу остыть. Проверить размеры изделия.
Варить следует небольшими участками, избегая перегрева. Шлак после остывания нужно удалять, обрабатывать корщёткой до металлического блеска.

При появлении дефектов – трещин, свищей, пор – нужно удалить их с применением зачистного круга. Произвести сварку вновь.

Ошибки, которые часто допускают при сварке чугуна. Советы

Разные чугуны свариваются по-разному. Некоторые сплавы соединить невозможно. Типичные ошибки:

Слишком большой ток – при сварке металл сильно кипит, после кристаллизации слышны щелчки, появляются трещины на поверхности шва.
Высокая скорость сварки – образуются горячие и холодные разломы из-за того, что металл слишком быстро остывает. Часто ошибку допускают при использовании «холодного» способа. Рекомендуется варить небольшими швами с разных сторон, переворачивая деталь.
Мало тока – шов плохо формируется, кромки недостаточно проплавляются.

Даже если видимых дефектов не замечено, это не значит, что деталь сварена надёжно. Ответственные соединения нужно проверять: на изгиб, растяжение.

Для получения качественного стыка также используют резьбовые гужоны – стальные стержни с резьбой. Их вкручивают в стыки свариваемых деталей так, чтобы они удерживали обе части. После этого торчащие головки срезают. Важно подготовить детали под сварку заранее, до установки гужонов, затем поставить прихватки и обварить изделие. Гужоны рекомендуется вкрутить таким образом, чтобы будущий сварочный шов как следует соединил их с чугуном.

При заварке трещин применяют метод рассверливания концов разлома. Это предотвращает появление его снова. Нужно отступить от краёв на 5-10 мм, сделать отверстия диаметром 5-6 мм.

Сложность сварки чугуна в домашних условиях заключается в том, что в сплаве повышенное содержание углерода (более 2,14%). После сварки шов получается более пластичным, чем околошовная зона. Из-за этого образуются трещины, разломы. Соблюдение технологии может помочь добиться надёжного соединения. Если «холодным» способом не удаётся получить приемлемый результат, рекомендуется попробовать «горячий» метод.

Обработка чугуна после сварки

Восстановление чугунных деталей сваркой и наплавкой

Сварка чугунных деталей затрудняется из-за высокого содержания в чугуне углерода (серы и фосфора), склонности его к отбеливанию (способствует образованию трещин и затрудняет механическую обработку), резкому переходу при нагреве из твердого в жидкое состояние (затрудняет сварку в наклонном, вертикальном и горизонтальном положениях), малой пластичности и низкой ударной вязкости чугуна, необратимого объемного изменения металла в результате изменения его структурного состояния (при воздействии высоких температур), неравномерности усадки металла при кристаллизации сварочной ванны. Эти и другие причины приводят к короблению поверхностей и трещинам.

Кроме того, дополнительные сложности при сварке чугунных деталей возникают из-за их загрязненности маслом, нагаром, а также внутренней напряженности, вызываемой охлаждением после литья. Расплавленный чугун усиленно поглощает кислород воздуха и покрывается пленкой окислов. Так как температура плавления чугуна 1147 °С, т. е. ниже температуры плавления его окислов (1400°С), при сварке необходимо применять флюсы.

Устранение дефектов в чугунных деталях может осуществляться горячей, полугорячей, холодной сваркой, а также сваркой — пайкой и другими способами.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Горячая сварка чугуна для таких деталей, как блоки, головки цилиндров( с общим нагревом деталей), является наиболее надежным методом: в околошовной зоне происходит графитизация и обеспечивается получение серого чугуна. При этом применяют ацетиленокислород-ную горелку № 5, пламя нейтральное или с небольшим избытком ацетилена и другие способы сварки, предварительно подогревая головку до 650…680°С в печи Н-80. Трещину разделывают на 2/3 глубины наждачными кругами. В качестве присадочного материала используют прутки марки А диаметром 6…15 мм (С 3…3,6%; Si 3… 3,5 ; Мп 0,3 %; Сг 0,06 %; Ni 0,3 ), с толстым покрытием (мел 25%; полевой шпат 25%; графит 41 ; FeMn 9 %; Si02 20 ), изношенные поршневые кольца из серого чугуна и применяют специальный флюс ФСЧ -1 для раскисления (23% Na2B407; 27% Na2C03; 50 % NaN03). В качестве флюса можно применять техническую буру или 50%-ную смесь ее с углекислым натрием и углекислым калием. В процессе сварки охлаждение детали ниже 500 °С не допускается. Сохранение тепла может быть обусловлено применением термоизоляционного кожуха, имеющего двойные стенки с асбестовым наполнением. Горячая сварка возможна также электрической дугой. После сварки обязательно должен производиться низкотемпературный отжиг —нагрев детали до 650…670 °С и охлаждение ее вместе с печью (со скоростью 4° в секунду) в течение 1,5…2 ч с целью устранения отбеленных зон. Полученный прочноплотный шов легко поддается механической обработке. При больших объемах применяют автоматическую и полуавтоматическую сварку подогретого чугуна специальными порошковыми проволоками ППЧ -2 и ППЧ -3 на постоянном токе обратной полярности. Сварку ведут открытой дугой или в среде углекислого газа. Процесс горячей сварки довольно трудоемкий и дорогой, малопроизводительный, имеет место значительное коробление, и поэтому применять его не всегда экономически выгодно.

Полугорячая сварка чугуна выполняется при температуре предварительного подогрева детали 300…400 °С ацетиленокислородным пламенем с использованием чугунных прутков марки Б (С 3…3.6 ; Si 3,6…4,8 %; Мп 0,5…0,8 %; Сг 0,05 ; Ni 0,03 ; S 0,08 %; Р 0,2…0,5 %) и флюса ФСЧ -2 (18 Na2B407: 25 % Na2C03; 56,5% NaN03; 0,5 %Li2C03). Для улучшения графитизации на прутки Б рекомендуется наносить покрытие, содержащее кремний.

К методу холодной сварки чугуна относится:
1) полуавтоматическая газоэлектрическая сварка проволокой МНЖКТ -5-1-02-02 в среде аргона (марки А). Сварка выполняется электродной проволокой диаметром 1,0…1,2 мм на постоянном токе (80… 120 А) обратной полярности напряжением 20…25 В; скорость подачи проволоки 420…669 м/ч, расход аргона 0,36…0,54 м3/ч. Используются полуавтоматы А-547У, ПДГ -301, А-825М. Наилучший результат обеспечивается при сварке на установках типа УДГ и при использовании проволоки МНЖКТ в виде присадочного материала. Рекомендуется прсковка шва. Этим методом восстанавливают блоки цилиндров, в том числе с трещинами в перемычках между клапанными гнездами и цилиндрами;
2) сварка электродами МНЧ -1 диаметром 3…4 мм, изготовленными из монель-металла (63 % Ni + 37 % Си) со специальным фтористо-кальциевым покрытием (типа УОНИ -13/55). Применяется постоянный ток (140…150 А) обратной полярности. Сварку ведут короткой дугой небольшими (20…30 мм) участками вразброс. После остывания шов сразу же проковывается. Металл шва железо-никелемедный сплав. Никель неограниченно растворяется в железе, а абразующийся никелевый аустенит растворяет большое количество углерода (без образования карбидов) и обеспечивает высокую пластичность, низкую твердость и хорошую обрабатываемость шва. Эти электроды целесообразно применять для сварки деталей из ковкого чугуна. Вместо медноникелевых могут также использоваться же-лезоникелевые электроды типа ЖНБ . Следует отметить, что электроды, частично (50…70%) или полностью состоящие из никеля, с успехом применяются в ряде зарубежных стран для сварки чугунных деталей без подогрева уже в течение многих лет. Расход никеля при сварке незначителен. Так, для наварки на тонкостенную чугунную деталь шва длиной 100 мм расходуется не более 30…35 г никеля. Поэтому при высокой стоимости восстановленных деталей применение никеля в ряде случаев экономически выгодно;
3) сварка электродами ЦЧ-4 (электродная проволока Св-08 или Св-08А) с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим титан или ванадий, которого в наплавленный металл переходит до 9,5%. Наличие ванадия связывает углерод в труднорастворимые мелкодисперсные карбиды. Этими электродами хорошо производить (при других методах сварки чугуна) обварку кромок и трещин. Процесс ведется короткой дугой электродами диаметром 3…4 мм на постоянном токе (120…130 А) обратной полярности напряжением 20 В. После наложения валика рекомендуется проковка. Предварительно детали подогревают до 150…200 °С. Недостатком электродов ЦЧ-4 является возможность возникновения трещин в середине шва;
4) сварка электродами ЦЧ-ЗА (Св-08Н50) с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим до 5,25 % кремния. Рекомендуется для сварки деталей из модифицированного чугуна;
5) сварка электродами ОЗЧ -1 (медная электродная проволока с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим железный порошок). Металл шва — железомедный слой (89 % Си + + 11 % Fe) с высокой пластичностью, плотностью и прочностью, но плохой обрабатываемостью (наждаком). Рекомендуется постоянный ток (150 А) обратной полярности напряжением 20 В, короткая дуга. Процесс вести небольшими (30…60 мм) участками вразброс. Каждый участок шва надо проковывать и продолжать сварку только после охлаждения шва до 50…60 °С. Плотность соединения может быть повышена применением электродов ОЗЧ -1 в сочетании с МНЧ -1, которыми наплавляют первые и последние слои;
6) дуговая сварка электродами АНЧ -1 со стержнем из аустенитной хромоникелевой проволоки Св-04Х19М9Т, снабженным медной оболочкой и фтористо-кальциевым покрытием типа У ОНИ -13/55. Сварку ведут на постоянном токе (100…120 А) обратной полярности. Наплавленный шов достаточно плотный, легко обрабатывается, но из-за содержания меди (78… 80 %) недостаточно прочен;
7) полуавтоматическая сварка тонкой электродной проволокой (Ф 1,0…1,2 мм) марки Св-08Г2С в среде С02 на полуавтоматах А-547У, ПДГ -301 на постоянном токе (80… 100 А) обратной полярности напряжением 20…22 В, расход углекислого газа 0,36…0,54 м3/ч. Разработана технология восстановления чугунных автомобильных деталей-полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа проволокой диаметром 1,2…1,6 мм из сплавов на основе меди (МО и Ml);
8) сварка по методу отжигающих валиков — способ обстоятельно освещен в типовой технологии ремонта тракторов, разработанной ГОСНИТИ . Заключается в наложении валиков в определенной последовательности, каждый последующий валик оказывает термическое воздействие на предыдущий, уменьшается отбеливание за счет отжига. В качестве электродов используется малоуглеродистая сталь (с меловой обмазкой);
9) газовая сварка — пайка чугуна прутками из Л-58… Л-62, а также электродами ЛОК -59-1-03 с флюсом ФПСН -1 и электродами ЛОМНА -49-05-10-4-04 с флюсом ФПСН -2 целесообразна для сварки деталей из ковкого чугуна. Сварку — пайку с применением прутка из латуни Л-62 ведут пламенем мощностью 0,06…0,075 м3/ч ацетилена на 1 мм толщины детали и флюса из буры или смеси буры (50%) и борной кислоты (50%). Кромки трещины, разделенной под углом 70…80°, нагревают до температуры плавления присадочного материала 850… 900 °С, посыпают флюсом и наплавляют латунным прутком;
10) низкотемпературная газовая сварка чугуна (без расплавления основного металла). Для заварки трещин в деталях с тонкими стенками используют чугунные прутки НЧ-1 (С 3,0…3,5 %; Si 3,0… 3,4 %; Мп 0.6…0.7 %; Ni 0,4…0,6 %; Ti 0,15…0,20 %; Сгдо 0,1 %) и флюс-пасту ФСЧ -1, содержащую 23 % Na2B407; 27 % Na?C03; 50 % NaN03; воду 1 % к массе сухой части. При заварке толстостенных деталей применяют чугунные прутки НЧ-2 (повышено содержание кремния до 4 %) и флюс ФСЧ -2. Деталь перед сваркой подвергают местному или общему нагреву до 300…400°С, а после нее — медленному охлаждению в песке или под слоем асбеста. На подогретую свариваемую поверхность и присадочный пруток наносят флюс-пасту. Процесс заварки трещин прутками НЧ-1 и НЧ-2 аналогичен пайке. Шов получается плотным, без трещин и отбела, хорошо обрабатывается резцом;
11) дуговая сварка самозащитной проволокой сплошного сечения на никелевой основе ( ПАНЧ -11), разработанной ИЭС им. Е. О. Патона. ПАНЧ -11 предназначена для сварки сложных деталей в труднодоступных местах, во всех пространственных положениях (в 1…2 прохода), применяется при восстановлении головок блока двигателя (перемычки между клапанами), блоков цилиндров двигателей ЗИЛ -130, СМД -14, крышек шестерен СМД -14, картеров пускового двигателя ПД-104, а также тонкостенных изделий (5…10 мм) из серого, ковкого и высокопрочного чугуна при их ремонте.

Сварка осуществляется открытой дугой без дополнительной защиты газом или флюсом. Разбрызгивание незначительное. Глубина проплавления основного металла 1,5…2 мм, сплавление хорошее.

Металл шва характеризуется высокими механическими свойствами: бв== 550 МПа, бт до 350 МПа, удлинение 20, твердость слоя 160…180 HV. Прочность соединений — 90…95 % прочности свариваемого чугуна. Наплавленный металл и околошовная зона легко обрабатываются режущим инструментом, металл шва легко проковывается, последующая термообработка не требуется. По качеству соединений проволока ПАНЧ -11 не уступает никелевым электродам для холодной сварки чугуна зарубежных фирм.

Используемое оборудование: полуавтоматы А-547Р, А-547У, А-825 в комплекте с выпрямителем; шланговые держатели для проволоки.

Технологический процесс сварки деталей включает следующие операции.

Поверхность^ подлежащую сварке, очищают от пригаров, накипи и других загрязнений. Определяют размеры и границы повреждения и производят разделку. Концы трещины засверливают сверлом 0 3…4 мм насквозь на удалении 6…10 мм от видимого конца трещины в направлении ее развития. Ширина разделки и развал кромок должны быть по возможности малыми, чтобы снизить количество наплавляемого металла и обеспечить возможно меньший разогрев основного металла при сварке. Несквозные трещины должны быть разделаны до здорового металла.

Сварку ведут участками длиной 20…30 мм с их проковкой и охлаждением до температуры не выше 50 °С. Порядок положения участков — от середины трещин в направлении к краям попеременно с двух сторон.

По данным ИЭС им. Е. О. Патона, при работе одного сварочного поста и использовании 80…100 кг проволоки экономический эффект до 80 тыс. руб. в год.

Общие рекомендации при сварке чугуна.
1. Для снижения твердости металла шва следует применять электроды и другие сварочные материалы, обеспечивающие получение в шве мягкого металла малоуглеродистой стали, цветного сплава и т. п., с небольшим содержанием углерода.
2. Для уменьшения термического воздействия на зону термического влияния использовать электроды небольшого диаметра; применять пониженные режимы сварки (малые токи); вести сварку вразброс, короткими швами в разных местах завариваемого участка.
3. Для снижения напряжений, возникающих при остывании металла, которые могут привести к трещинам, рекомендуется проковка металла шва в горячем состоянии непосредственно после сварки. Проковку производить, когда металл находится в пластическом состоянии.

Основные постулаты сварки и обработки чугуна

Чугун – сплав железа с углеродом (содержание углерода >2%) и другими химическими элементами, играет важную роль в современной металлургии и машиностроении. Изделия из него прочны, обладают хорошей износостойкостью, устойчивы к трению, а так же хорошо поддаются обработке режущим инструментом. Все это, а так же низкая стоимость и отличные литейные свойства делают чугун очень популярным материалом.

Особые навыки и умения требуются для обработки чугуна

Однако, этот металл очень хрупок, и эта хрупкость – причина больших проблем. Нагрев чугуна сильно меняет его структуру, поэтому сварка (и в особенности холодная сварка) чугуна является делом очень непростым. Между тем, при ремонте чугунных изделий, создании сварочно-литых конструкций и исправлении брака в литье сварка чугуна просто необходима.

Основные проблемы при сварке.

Проблемы возникают разные, но все они ведут к одному результату – ослаблению прочности шва до неприемлемых значений и невозможности использовать деталь по назначению.

Сварные швы чугуна подвержены очень быстрому охлаждению. При охлаждении в зоне шва образуется белый чугун, который почти не поддается механической обработке. Он испортит внешний вид детали и механические свойства шва. Убрать его будет очень трудно.
Чугун, как уже говорилось выше, хрупкий металл, и при неравномерном нагреве в процессе сварки он сильно меняет свою структуру. Из-за этого в швах могут образоваться трещины, и это будет являться браком, так как прочность такого шва будет низкой.
Чугун – жидкотекучий металл, и удержать его в сварочной ванне – задача не из легких. Расплескивание металла не только осложнит процесс сварки, но может так же стать причиной серьезных ожогов. В случае выброса большого количества металла даже спецодежда вряд ли защитит от травмы.
При сварке чугуна выделяется большое количество газов, это ведет к образованию пор на шве и нарушению его целостности.
Из-за окисления кремния при сварке иногда возникают так называемые тугоплавкие оксиды. Температуры сварочной дуги недостаточно, чтобы их прожечь, появляются непровары. Внешне такой шов выглядит нормально, но его надежность оставляет желать лучшего.

Подготовка чугуна к сварке. Требования к качеству швов.

Чтобы избежать проблем, описанных выше, при сварке чугуна, необходимо соблюдать следующие правила:

Поверхность под сварку должна быть чистой – удалите с нее все следы грязи, налета, масла, копоти, жира. Обезжирьте поверхность спиртом или специальным составом. Поверхность должна быть сухая.
Поверхность должна быть гладкой – если на ней есть бугры, неровности, их можно удалить механическим способом.

Эти подготовительные меры помогут избежать растрескивания чугуна и получить хорошее качество сварных швов.

Что такое качественный сварной шов? Сварные швы должны быть непроницаемыми, обладать необходимыми механическими свойствами, быть прочными, одноцветными, поддаваться механической обработке. Сварные швы не должны иметь трещин, бугров, пор, пузырей. Подробные требования к сварным швам изложены в технологических процессах.

В зависимости от этих и других требований, а так же от вида свариваемых изделий, объема работ и технологических возможностей выбирается наиболее подходящая технология сварки чугуна:

Холодная сварка чугуна (без подогрева)
Горячая сварка чугуна (с подогревом)

Немного о холодной сварке.

Холодная сварка чугуна – сварка без предварительного нагрева детали. Она может осуществляться электродами, аргоновой дугой, либо полуавтоматом. Самым простым и наиболее распространенным способом является холодная сварка чугуна электродами. Для этого можно использовать электроды на никелевой, стальной и медной основе. Электроды на медной основе изготавливаются из сплава олова или алюминия. Первые помогают получать пластичные швы, удобные для дальнейшей обработки, а вторые – увеличивают прочностные характеристики шва. А с помощью стальных электродов можно получить шов, который вообще не поддастся механической обработке. Все эти моменты необходимо учитывать при выборе материалов.

Следующий способ холодной сварки – аргоновая дуга. Лучше всего для сварки чугуна подходят никелевые присадочные прутки. Способ довольно дорогой, и чтобы сэкономить, часто используют алюминиево-бронзовые прутки. Они дешевле, но их применение ограничено: если деталь будет подвергаться тепловому воздействию, их применять нельзя! И не стоит забывать о специальных средствах защиты – испарения, образующиеся во время соединения металла аргоном, очень вредны для здоровья. Если есть возможность, используйте маски или респираторы с принудительной вентиляцией.

Так же холодная сварка чугуна возможна и полуавтоматическими машинами. Для полуавтоматической обработки чугуна используют следующие типы проволок и смеси газов:

Кремний-бронзовая проволока с защитой из аргона и гелия (50% + 50%)
Никелевая проволока с защитой из аргона (100%)
Стальная проволока с защитой из аргона и углекислого газа (80% и 20%)

Независимо от выбранного способа холодной сварки, существуют общие требования – своеобразная инструкция, которая поможет получить отличный результат:

Детали должны быть чистыми (это правило действует не только при сварке чугуна)
Швы необходимо простукивать молотком (для снятия остаточных напряжений)
Сварку нужно проводить низкими токами и на коротких участках (идеальная длина шва – не более 30 мм).
После окончания работ необходимо, чтобы изделие остывало постепенно.
Не забывайте об общих требованиях безопасности — рабочее место должно быть хорошо освещено и оборудовано вентиляцией, а у вас должна быть вся необходимая спецодежда.

Сварка чугунных изделий с подогревом

Холодная сварка чугуна применяется главным образом при мелком ремонте, когда нет возможности организовать полноценный технологический процесс. Этот вид сварки дает хорошие результаты, но требует осторожности, так как есть большой риск испортить деталь. Преимуществом холодного метода является возможность работать в одиночку.

Сварка с подогревом – уровень «Мастер»

Идеальной с точки зрения получения качественного результата при сварке чугуна является горячая сварка. Она позволяет в корне пресечь такие неприятности, как растрескивание швов, появление белого чугуна и образование пор. Горячая сварка чаще всего используется на крупных предприятиях, где есть необходимое оборудование: нагреватели, печи, изоляционные камеры, а так же грузоподъемные механизмы.

Технологический процесс горячей сварки довольно сложен. Суть его в том, чтобы обеспечить нагрев детали до определенной температуры и поддержание этой температуры в процессе обработки. Инструкция довольно проста:

Нагреть деталь до 600 градусов
Вести сварку высокими токами
Обеспечить равномерное постепенное охлаждение детали (для этого ее можно накрыть специальным материалом, поместить в печь или просто в песок).

Можно нагреть деталь до температуры 300-400 градусов. Такая сварка называется полугорячей.

Температура — не выше 750 градусов по Цельсию. Иначе чугун начнет плавиться. Подача тепла — равномерная. Резкие скачки температуры приведут к растрескиваниям металла и деталь будет безнадежно испорчена.

Для горячей сварки используются чугунные или угольные электроды. Это позволяет получить в шве металл, идентичный тому, из которого изготовлена деталь и придает шву хорошие механические свойства.

Горячую сварку, в отличие от холодной, ведут большими токами и непрерывно, до окончания заварки дефекта, либо завершения шва. При больших объемах работают попеременно два сварщика. Чем непрерывнее шов – тем он лучше.

Выбор режимов сварки зависит от толщины металла. Чем толще металл – тем больше сила тока и диаметр используемых электродов. Рекомендуемые диаметры электродов и силы тока представлены в таблице 1.

Толщина металла (мм)	Диаметр электрода (мм)	Сила тока (А)
6–10	8–10	280–350
10–20	10–12	300–400
20–30	12–16	350–500
30 и более	16–18	350–600

Вот, пожалуй, основные способы сварки чугуна. Можно сделать вывод, что сварка чугуна – процесс хоть и сложный, но отнюдь не невозможный. При правильном подходе к делу нет ничего, что могло бы помешать вам получить качественный результат. Надеемся, данная статья была вам полезна. Свои отзывы, пожелания, предложения вы можете написать в комментариях!

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

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

Особенности сварки чугуна

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

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

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

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

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

Основные трудности при сварке чугуна:

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

Подготовка чугуна к сварке

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

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

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

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

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

Варианты сварки чугуна и их краткие характеристики

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

Горячая сварка

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

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

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

Полугорячая сварка

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

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

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

Холодная сварка

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

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

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

Основные способы сварки чугуна

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

Ручная дуговая сварка плавящимися электродами

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

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

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

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

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

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

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

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

Газовая сварка

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

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

Аргонодуговая

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

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

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

Иные варианты

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

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

Как правильно варить чугун разными видами сварки

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, с содержанием последнего больше 2%. Из-за низкой по сравнению со сталью температуры плавления (1200 – 1250 оС) он быстро переходит из расплавленного состояния в твёрдое. При этом в шве образуются поры по причине интенсивного выделения газов из сварочной ванны, продолжающегося и на стадии кристаллизации. Чтобы правильно определить, как варить чугун, необходимо учитывать следующие особенности:

ускоренное охлаждение ведет к образованию отбеленной прослойки (цементита) в зоне около шва и создает трудности его дальнейшей механической обработки;
его высокая при неравномерном нагреве или охлаждении вызывает появление трещин в процессе сварочных работ;
высокая текучесть чугуна в жидком состоянии вызывает необходимость использования подформовки;
сильное образование газов в жидкой ванне вызывает пористость сварных швов.

Как заварить чугун

Соединение чугунных деталей выполняют газовой, термитной, литейной, электрошлаковой, дуговой сваркой, а также пайкой. Сварочные работы выполняют без подогрева (холодная сварка металла), с местным или с общим подогревом изделия.

Заформовка детали

Технология процесса включает в себя механическую обработку под сварку, формовку свариваемых деталей, предварительный подогрев, собственно сварочные работы и последующее медленное охлаждение.

Подготовка дефектного места под сварку заключается в его тщательной очистке и в разделке свариваемых кромок.

Устранение сквозных трещин или заварка дефектов на краю деталей выполнятся с применением графитовые форм, предотвращающих вытекание расплавленного металла из сварочной ванны. Формы делают из графитовых пластинок, соединяемых формовочной массой, в состав которой входит кварцевый песок, замешанный на жидком стекле.

Дуговая сварка чугунным электродом выполняется с применением литых стержней диаметром 8 — 12 мм, на которые наносятся специальные графитизирующие покрытия. В состав покрытия входит ферросилиций, термит, графит, мрамор, алюминий (порошок), жидкое стекло и титановая руда. Чугунные отливки и детали нагревают до 300 — 700 оС. Сварочные работы выполняется чугунными электродами либо порошковой проволокой с присадкой керамического стержня. Подогрев выполняется в специальных печах требуется для того, чтобы по окончании сварки охлаждение всего изделия происходило равномерно и не образовывались трещины.

Горячая сварка чугуна выполняется при большой силе сварочного тока без перерывов до конца заварки дефекта. Например, для сварки электродом диаметра 8 мм требуется ток в 600 А, при диаметре 12 мм — ток в 1000 А. Работы производят при постоянном токе обратной полярности.

Дуговая сварка чугуна угольным электродом выполняется угольным или графитовым стержнями. В качестве присадочного материала используются прутки чугуна, а для раскисления и защиты ванны применяют флюс, состоящий из растертой в порошок и прокаленной при 400 оС технической безводной буры. Возможно применение смеси, состоящей из 23% технической буры, 50% азотнокислого натрия и 27% соды. Сварка угольными электродами диаметром 8 — 20 мм проводится при постоянном токе прямой полярности величиной 280 — 600 А с применением преобразователей ПСМ — 1000, выпрямителей ВАМ — 1601, трансформаторов ТДФ — 1601.

В процессе сварочных работ требуется непрерывное поддерживание значительного объёма жидкого металла в сварочной ванне и его тщательное перемешивание. Чтобы заваренные детали медленно охлаждались, их следует засыпать мелким древесным углём либо сухим песком.

Холодный метод проведения сварочных работ

Этот вид сварки чугуна применяется чаще. Подготовка дефектных мест заключается в зачистке, фрезеровании, сверлении и других слесарных работах до получения чистой поверхности металла. Дефекты, расположенные друг от друга дальше 20 мм, высверливают ли вырубают порознь, при более близком расположении — вырубают дефектный участок полностью.

Постановка шпилек для упрочнения шва

На практике применяют несколько вариантов холодной сварки: медно-железными, медно-никелевыми, никелевыми, железо-никелевыми, стальными и другими электродами.

Применяя медно-никелевые и медно-стальные электроды, можно получить наплавленный металл, хорошо поддающийся обработке. Наплавку образуют однослойной или многослойной укладкой валиков.

Сварка стальными электродами выполняется следующим образом. С целью образования прочного слоя наплавленного металла в чугунное изделие вставляют шпильки, которые затем обваривают. Таким способом пользуются при ремонте громоздких и тяжелых чугунных деталей. При таком методе металл шва содержит повышенное количество углерода, что повышает его твердость и способствует образованию холодных и кристаллизационных трещин. Для снижения этой твердости применяют два способа:

1. Содержание углерода снижают за счет уменьшения глубины проплавления основного металла либо процесс соединения металла выполняют по слою окислительного флюса, с содержанием до 30% окалины, выполняющего функцию окислителя углерода.

2. Получают структуру металла шва и его химический состав, близкие к структуре серого чугуна, что достигается путем нанесения на стальной стержень толстого слоя графитизирующего покрытия, в состав которого входит 30% графита и 30% ферросилиция. Стальные электроды широко применяют при ремонте небольших неответственных чугунных изделий, не требующих после сварки никакой обработки.

Зона холодной сварки

Медно-железные электроды применяются при заварке отдельных дефектов либо небольших несплошностей, из-за которых возникают течи на отливках ответственного назначения, работающих под давлением. Наплавленный металл от этих электродов отлично обрабатывается. Сварное соединение представляет из себя механическую смесь железоуглеродистого сплава и меди, соединенных с основным металлом общими стальными кристаллами, а также путем частичного внедрения меди в микропоры чугуна.

Медно-никелевые электроды применяют в основном при заварке литейных дефектов на рабочих поверхностях, на которых недопустимо местное повышение твёрдости.

Железно-никелевые электроды используются при заварке отдельных небольших дефектов на ответственных поверхностях отливок из серого или высокопрочного чугуна.

Никелевые электроды марки применяются при исправлении небольших дефектов в ответственных изделиях.

Многослойное строение пи проведении сварочных работ

Дуговая сварка с применением электродов из аустенитного чугуна, покрытых токоподводящим слоем и предназначенных для заварки литьевых дефектов и ремонтной сварки. Сварочные работы ведут постоянным током прямой полярности. Токопроводящий слой электродов обладает хорошей электропроводностью, поэтому дуга горит между металлическим стержнем и изделием, а также между изделием и покрытием попеременно.

Газовая сварка чугуна применяется редко и ограничивается ремонтными работами (заварка литейных раковин, наплавка изношенных поверхностей, устранение внешних дефектов). Лучший результат дает сварка с использованием ацетилено-кислородной смеси, поэтому другие горючие смеси для сварки чугуна практически не применяются. Сварку выполняют с предварительным подогревом, общим и местным.

Для общего нагрева пользуются муфельными печами, индукционными нагревателям, горнами, способными выполнить нагрев небольших деталей до 300 — 400°С, и крупных до 600 — 700°С. Для местного подогрева применяют газовые горелки или паяльные ламп. Из-за большой текучести чугуна сварку выполняют исключительно для нижних положений шва. Сварочная ванна защищается флюсами, подаваемыми вручную.

Выбор оборудования для аргонно дуговой сварки зависит от того, как тип сваривания был выбран.

Качественно нарезать металл вам поможет газовая сварка. Подробнее о процессе читайте в этой статье.

Механизированные способы сварки и чем можно заварить чугун

Электросварка чугуна (электрошлаковая сварка) обеспечивает удовлетворительные свойства шва сварного соединения. При этом способе в качестве электродов применяют литые чугунные пластины. При правильном подборе электродов и применении фторидных неокислительных и обессеривающих флюсов, а также замедленном остывании шва и околошовной зоны, характерном только для электрошлаковой сварки, возможно получить сварные швы без трещин, отбеленных участков, пор и других дефектов, определяющих качество сварного соединения.

Можно ли заварить чугун в среде защитных газов?

Очень широко применяется метод дуговой сварки в углекислом газе, так как позволяет получить небольшой провар основного металла. Показатели сварных соединений и состав металла шва зависят от техники и режима сварки, размеров изделий, состава электродной проволоки. Пользуясь различными режимами и приемами сварки, можно получить наплавленный металл с необходимой структурой. Наилучшие результаты получаются при использовании проволоки 09Г2СА диаметром 1 мм со значением силы тока не больше 100 — 120 А, напряжения дуги 18 — 21 В, скорости сварки до 12 м/ч. Этим способом можно соединить сантехнические трубы из серого чугуна, отремонтировать автомобильные и тракторные детали, не требующие дальнейшей механической обработки, сварить высокопрочный и чугун со сталью.

Можно ли варить чугун полуавтоматом?

В авто мастерских клиенту без проблем могут заварить чугунный блок полуавтоматом. Сварка чугуна полуавтоматом в домашних условиях, выполняется с использованием порошковой проволоки и дает довольно хорошие результаты.

Читайте также: