Сварка блока цилиндров двигателя из чугуна

Обновлено: 17.05.2024

У любого автомобиля блок цилиндров литой. Основная неисправность этих двигательных деталей — это появление трещин, устранение которых осуществляется при помощи сварки. Как заварить чугунный блок автомобильного двигателя? Данная процедура достаточно сложная. При выполнении сварочных работ необходимо добиться как герметичности изделия, так и восстановления его физических характеристик.

Двигательный блок является важнейшей комплектующей любого современного автомобиля. С этим элементом связано множество рабочих процессов, от которых зависят скорость и мощность транспортного средства. Благодаря низкой температуре плавления, для производства данного элемента используется чугун. При помощи чугуна можно отливать детали разной сложности конструкции, даже с самыми мельчайшими элементами.

Важно понимать! Сварка чугунных блоков цилиндров автомобиля — достаточно сложная работа, при выполнении которой необходимо не только достичь герметичного соединения, но и восстановить физические характеристики изделия.

Особенности материала, используемого для изготовления блоков цилиндров

Блоки двигателей автомобилей, как правило, отливаются из чугуна. Этот материал является сплавом железа и углерода, содержание которого составляет 2,14%. Это негативно влияет на качество соединения.

Основные трудности процесса:

формирование пор, трещин;
появление в процессе обработки каленых структур, используемый инструмент быстро тупится;
в результате перегрева тонкий материал рассыпается.

Чугун может отличаться составом:

серый чугун — ковкий высокопрочный материал, легко поддается обработке, ограниченная свариваемость;
белый чугун — достаточно твердый и хрупкий материал, который поддается шлифовке, но не сваривается.

Особенности сварки двигательных блоков из чугуна

Методик сварки металлов существует множество, но для получения максимально надежного соединения отдельных деталей необходимо использовать проверенные технологии, способные гарантировать результативное выполнение сварочных работ.

Технология сваривания

Независимо от того, в каких условиях осуществляется сварка чугунного блока цилиндров, необходимо четко следовать следующим требованиям выполнения данного типа работ:

Используя щетку по металлу, предварительно производят тщательную зачистку поверхности изделия (до блеска).
Для снятия окисляющей пленки и различных химических налетов зачищенная поверхность обезжиривается специальными составами.
Подбирается нужный флюс, выкладывается вдоль свариваемой кромки.
На следующем этапе металл разогревается до необходимой температуры при помощи газовой горелки. На это понадобится несколько минут, но сразу начинать сваривание не рекомендуется.
Металл можно соединять после достижения им установленной температуры. Сваривание блока цилиндров производится небольшими участками — приблизительно до 15 см за один проход.
После создания шва металл нужно прогревать на протяжении еще нескольких минут, уменьшая температуру постепенно. Нельзя допускать быстрого охлаждения детали или резких температурных перепадов.
Созданные сварные соединения необходимо проверить: на производстве эта процедура осуществляется специальными методами, в бытовых условиях производится визуальный осмотр.

Важно не забывать о нежелательных температурных перепадах, резком охлаждении сварного соединения. В процессе сварки нужно постоянно прогревать кромки деталей, а после каждого прохождения сваркой необходимо оббивать шлаковые отложения.

Трещины блока автомобильного двигателя

Существует три варианта сварки трещин блоков цилиндров из чугуна:

нагревание всего изделия;
нагревание только отдельных его участков, на которых образовались трещины;
холодная сварка изделия без предварительного нагревания.

Если после заваривания трещины поверхность блока цилиндров в момент работы соприкасается с прочими деталями двигателя, она подвергается дополнительной обработке. Лишний сварочный металл убирается при помощи наждачной бумаги, напильника, абразива.

Горячая сварка

Нагревание всего элемента конструкции двигателя осуществляется в процессе сварочных работ с применением кислорода, ацетилена. Соединение осуществляется посредством формирования электрической дуги стальными или чугунными электродами со специальным покрытием. Изделие медленно нагревается до 600–650 градусов, для чего применяется стальной кожух с асбестовой прокладкой. Такая методика используется для заваривания трещин на труднодоступных участках детали.

Важно! Качественно заварить чугунный блок автомобильного двигателя способен только опытный сварщик. Непрофессионально выполненные работы могут привести к основательному выходу данной детали из строя.

Сварка чугунного блока двигателя

Массивные корпусы для цилиндров изготавливаются методом литья из чугуна, Этот прочный материал имеет один существенный недостаток – он очень хрупкий. При ударах на нем образуются трещины или стенка разрушается полностью. Из-за небольших дефектов на СТО часто предлагают менять двигатель, хотя трещины эффективно устраняются сваркой блоков ДВС (двигателя внутреннего сгорания.)

Можно ли починить чугунный блок двигателя самостоятельно, как это правильно сделать, рассказывают профессионалы. Они на практике доказали, что в условиях гаража, имея сварочный аппарат и навыки работы, реально восстановить герметичность металла, его рабочие параметры. Такой двигатель эксплуатируется долгие годы.

Материал, из которого изготавливают блок ДВС

Для литья блоков цилиндров двигателя используют два материала. Алюминиевые блики считаются одноразовыми, низко экономичными. Специальные легированные сплавы намного дороже традиционного чугуна с никелевыми и хромовыми присадками.

Чугун отлично переносит перегрев, обладает необходимой жесткостью, имеет большой запас прочности. Применяется два вида чугуна: серый хорошо поддается сварке, белый – высокоуглеродистый, образует рыхлый шов, требует особых навыков сварщика.

Способы сварки чугунного блока цилиндров

Для надежного устранения мелких дефектов в виде трещин существует несколько результативных методик. Сложности возникает при ремонте алюминиевых сплавов. Это связано с изменением свойств металла при нагреве, образованием тугоплавкой оксидной пленки. Алюминиевый блок двигателя требует определенных навыков газовой сварки. В случае, если трещины появились в чугуне, сварку чугунного блока осуществляют тремя способами:

при нагреве всего;
фрагментарно разогревая ремонтируемую зону, применяется, когда невозможно габаритный корпус разогреть полностью;
электросваркой по холодной поверхности, этот метод наиболее популярен из-за простоты исполнения и качества заделки трещин.

По технологии свариваемую деталь необходимо разогреть до +600-700°C, это делается в специальных печах, горнах. Умельцы осуществляют процесс в кожухах с асбестовой прослойкой. Для этого используют газовые горелки. При прогреве металл сохраняет пластичность, вязкость. Лучше сваривается электродуговым методом жидкой ванны с использованием электродов марок МНЧ-2, ОМЧ-1, ОМЧ-2, ОЗЧ-2, ОЗЖН-1, ЦЧ-4.

Метод применяется для заделки трещин в труднодоступных местах. В кожухе делаются специальные отверстия для заделки дефектов. Разогрев осуществляется медленно, так как резкий перепад температуры ухудшает качество чугуна.

Холодная сварка без предварительного нагрева блока

Процесс устранения трещин осуществляется тремя методами:

электродуговой с использованием флюса, присадочных чугунных прутков, графитовых или угольных электродов;
ручным методом с использованием защитной атмосферы (аргон), электрод должен содержать графитизаторы, уменьшающие хрупкость шва;
полуавтоматом с присадочной порошковой проволокой в атмосфере углекислого газа. Холодные метод ремонта металла экономичнее, он предусматривает нагрев зоны в районе шва до температуры + 80°С.

Технология сваривания

Теперь подробно о том, как заваривать трещину своими руками. В месте повреждения выпрессовываются детали. Обнаруживают дефект после гидроиспытаний, трещина для удобства помечается густым меловым раствором. По концам высверливаются отверстия по 5 мм.

Для сварки чугунного блока понадобится:

сварочный аппарат с регулятором силы тока или инвертор;
2–3 электрода, лучше приобрести универсальные Zeller 855;
инструмент для заделки фаски;
щетка и молоток для зачистки шва и удаления окалины.

Заваривать трещину необходимо по следующей технологии:

Место шва до блеска зачищается, обезжиривается.
С обеих сторон от кромок наносится флюс, защищающий чугун от разогрева.
Зона ремонта разогревается газовой горелкой равномерно и постепенно, направление движения – вдоль трещины.
Шов формируется небольшими участками, длиной до 15 см за проход.
Образовавшийся шов минут пять разогревают, чтобы металл остывал медленно. При резком охлаждении он станет хрупким, не выдержит рабочей нагрузки.
Окалина осторожно сбивается, соединение после визуального осмотра хорошо зачищается, особенно если место скола соприкасается с другими деталями.

Делая проковку каждого валика в отдельности, можно сразу исключить возможные дефекты.

Когда на блоке двигателя обнаружен дефект, не торопитесь его менять. Лучше посоветоваться со специалистами, имеет ли смысл заняться ремонтом. Сваривать трещину блока холодным метолом реально в условиях гаража. Нужны хотя бы элементарные навыки сварщика, чтобы работа была выполнена аккуратно. Некоторые СТО оказывают услуги по сварке блоков ДВС, это гораздо целесообразнее и дешевле полной замены двигателя.

Для сварщика, при ремонте изделий из чугуна, главное достичь максимально прочного шва, так как именно сварное соединение всегда является самым слабым местом. Когда идет сварка чугунного блока двигателя, то зачастую происходит заварка трещин, сколов и прочих повреждений. В основном, толщина такого блока составляет от 4 до 8 мм, поэтому, рекомендуется использовать электроды диаметром в 4 мм.

Электроды для сварки чугунного блока двигателя

Трещины возникают в рубашках блока охлаждения, так как она может подвергаться ударам и на нее негативно влияют процессы разморозки. В блоке также могут возникать проломы, которые получаются из-за разрушения гильзо-поршневой группы. Сначала может сложиться впечатление, что поломку можно заделать легко, но на самом деле это не так. Особенности свойства чугуна выдвигают дополнительные требования к технологии сваривания. Здесь также возникает большая ответственность, так как неправильными движениями можно испортить весь блок. Все это может занимать больше времени, за счет необходимости в прерывании шва, попутной обивке шлака и прочих вещей. Все это проводится по ГОСТ 2246-70.

Сварка чугунного блока двигателя в домашних условиях

Свариваемость чугуна и другие свойства

Сварка чугунного блока двигателя полуавтоматом предполагает соблюдение всех особенностей обработки данного материала. Чугун является сильно насыщенным углеродом. Но при температурном воздействии он начинает испаряться и вступает в реакцию с окружающими элементами, что образует СО. Когда данное соединение попадает в металл, то это приводит к появлению трещин во время сваривания.

Сварка чугунного блока

Также стоит отметить свойство быстрого остывания металла. Если допустить резкий спад температуры, что в данном случае может произойти вполне естественным способом, то в металле могут образоваться поры и трещины, не говоря уже о других деформациях. Во время остывания в чугуне образуются различные по структуре кристаллической решетки соединения. Соответственно, все эти соединения могут иметь различных объемы. Из-за этого могут образовываться внутренние поры.

Также стоит отметить низкие пластичные свойства, что приводит к появлению перенапряжений в металле, от которого также появляются трещины. Особенно характерно это, когда идет сварка тонкого металла электродом. Металл обладает высокой хрупкостью, что создает дополнительные сложности в обработке и делает такие условия, при которых трещины могут образоваться даже при относительно небольших механических ударах.

Причины образования трещин

Сварка чугунного блока двигателя аргоном зачастую работает с заделкой трещин. Но они же могут появиться и в процессе сваривания. Основной причиной является резкий спад температуры, или резкое ее повышение. Чтобы этого избежать, следует постепенно подогревать чугун перед сваркой, а также делать это после нее, так как в ином случае он слишком быстро остынет. Трещины могут появиться из-за активного выхода углерода из состава при нагревании. Чтобы не допустить данный процесс, используют флюс, который возмещает утраченный углерод, а также используют защитные газы, которые помешают углероду соединиться с кислородом.

Образование трещин на чугунном блоке двигателя

Также может образоваться напряжение из-за водорода, который попал в шов из атмосферы, или же может попасть туда в обмотке электрода. Здесь нужно более тщательно выбирать покрытие и защитную среду чтобы обеспечить надежную изоляцию для металла. Недостаточное количество восполнения углерода, что случается при неправильно подобранном флюсе, также может стать причиной трещин. В таком случае деформация получается из-за неравномерности внутренней структуры элементов, в которых отсутствует углерод. Они создают деформацию, которая приводит к разрыву поверхности или созданию внутренних пор и раковин.

Режимы и характеристики

Существуют разные виды и способы сварки металла. Чтобы шов получился максимально надежным, при его создании нужно руководствоваться проверенными параметрами, которые смогут гарантировать удачное проведение работ.

Технология сварки блоков ДВС

О СВАРКЕ

При эксплуатации двигателей внутреннего сгорания возможно разрушение картера (например, оборвавшимся шатуном). Поскольку на детали имеется номер, занесенный в документы на автомобиль, то сварка блоков ДВС позволяет избежать длительной процедуры переоформления. Она снижает затраты на ремонт силового агрегата, поскольку цена узла может превысить несколько сотен тысяч рублей.

Что такое блоки ДВС

Блок цилиндров мотора отлит из чугуна или алюминиевого сплава. В теле выполнены отверстия для гильз или находится монолитная вставка с таковыми для поршней. Внутри детали выполнены протоки для антифриза и масла, на нижней части есть постели для подшипников коленчатого вала. Узел воспринимает силовые нагрузки и имеет приливы для установки подушек, необходимых для монтажа в моторном отсеке. На внешней части есть площадка, на которой выбит или нанесен иным способом серийный помер (сведения об этом заносятся в ПТС и информационные базы ГИБДД).

Особенности материала

Для изготовления деталей используют:

Алюминиевые сплавы, отлитые под высоким давлением (с содержанием кремния, меди, марганца и магния), позволяющие снизить массу и габариты силового агрегата. Внутри тела расположена чугунная вставка с зеркалами цилиндров. Восстановить алюминиевые узлы с тонкими стенками термическими методами невозможно. В случае механических повреждений требуется покупка нового блока.
Серый чугун (железо с содержанием углерода от 2,14% и с легирующими присадками). Металл используется для части двигателей отечественного и зарубежного производства. Трещину можно заварить специальными электродами. Если повреждение затронуло опоры коленчатого вала, поверхность для установки головки или зеркала, то ремонт невозможен.

Свойства и свариваемость чугуна

Из-за повышенного содержания углерода в сварных швах формируются поры, заполненные угарным газом. Пустоты снижают механическую прочность чугунной конструкции, в которой появляются трещины. Металл отличается быстротой охлаждения. Из-за разницы температур возникают внутренние напряжения и формируются разные модификации кристаллических решеток, приводящие к появлению разломов. Для сварочных работ необходимы специальные электроды, требуются равномерные нагрев и охлаждение блока цилиндров.

Основные причины образования трещин

Распространенные причины повреждения корпусной детали в процессе эксплуатации:

обрыв шатуна, который пробивает ее боковую поверхность;
замерзание воды, залитой в систему охлаждения;
перегрев двигателя внутреннего сгорания, приводящий к термическим деформациям и разрушению элементов конструкции;
циклические ударные нагрузки (например, из-за эксплуатации автомобиля с поврежденными подушками опор).

При сварке трещины формируются при резком нагреве или охлаждении стенок чугунной детали. Для предотвращения дефекта блок медленно прогревают и обеспечивают подвод к нему тепла при выполнении сварочных работ. Для предотвращения снижения концентрации углерода, который соединяется с атмосферным кислородом и образует газ, используют защитную среду (например, аргон или флюсы). Во избежание попадания в шов водорода (из воздуха или обмазки электрода) применяется защитная газовая среда. Трещины могут образовываться и при неправильно подобранном флюсе.

Способы сварки ДВС

Для восстановления повреждений используют несколько технологий:

горячей обработки;
полугорячего воздействия;
сварки без предварительного прогрева.

Горячая

Полугорячая

Для массивных корпусных деталей затруднителен полноценный прогрев, поэтому их обрабатывают по технологии полугорячей сварки. Зону вокруг шва прогревают до температуры +300°…+400°С, а затем равномерно остужают. Повышенная толщина стенок и большой вес конструкции снижают риск появления новых трещин из-за термических напряжений или образования кристаллов белого чугуна. Методика рассчитана на использование специальной оснастки, в бытовых условиях не применяется.

Холодная

Для заделки повреждений используют электроды со стержнями, содержащими графит и легирующие присадки. Дополнительные элементы связывают карбиды (процесс называется сферизацией) и не допускают развития новых трещин. Встречаются электроды для холодной сварки чугуна и сплавов на базе железа, меди и никеля. Поверхность инструмента покрыта слоем флюса на основе графита, насыщающим материал углеродом.

Подготовка перед сварочным процессом

На подготовительном этапе нужно очистить сопрягаемые поверхности от следов краски и масла для улучшения видимости материала. Не допускаются острые углы, являющиеся концентраторами напряжений. Кромки необходимо срезать абразивным инструментом (например, напильниками или электрической твердосплавной фрезой). Выемки для будущего шва должны приобрести U-образную конфигурацию с закругленными переходами. На концах трещин необходимо просверлить отверстия на всю глубину стенки (диаметр канала – 5-6 мм).

Если трещины расположены в труднодоступных местах, то требуется вырезать технологические каналы для обеспечения доступа (дополнительные снижают жесткость блока цилиндров). После выполнения работ отверстия необходимо заделать (заварить или закрыть резьбовой пробкой). Перед работами важно оценить трудоемкость и рентабельность восстановления узла. В ряде случаев целесообразно приобрести новую деталь и внести в документы соответствующие корректировки (указать в ПТС измененный идентификатор номерного агрегата).

Оборудование и материалы для сварки

Для проведения работ потребуются:

стандартный сварочный аппарат или инвертор с функцией регулировки силы тока в цепи;
ферроникелевые электроды (например, модель 855 производства компании Zeller);
металлическая щетка и молоток для удаления окалины и остатков защитного покрытия;
защитный щиток и костюм сварщика, предотвращающий ожоги от летящих капель металла и окалины.

Для сварки в холодном режиме необходимо:

Установить узел на монтажный стол. Чтобы приварить фрагмент, нужно совместить детали и зафиксировать зажимами. Очищать поверхности от следов масла или антифриза не требуется: посторонние жидкости выгорят под воздействием высокой температуры от горящей дуги.
Наплавить металл электродом по кромкам разлома, не допуская перегрева основной части блока до температуры выше +80°С.
Короткими стежками заполнить шов, делая проковку валика по горячему материалу. Участки должны иметь длину до 40 мм и располагаться на расстоянии друг от друга (для предотвращения перегрева блока).
Перевернуть изделие и выполнить сварку по аналогичной методике.

Параметры режимов сварки

Параметры сварочного тока подбирают в зависимости от типа и диаметра электродов. Информация об этом указывается производителями на упаковке. Например, для 3 мм параметр составляет от 65 до 80 А для изделий ЦЧ-4, а при использовании ОЗЖН-1 значение увеличивается до 100-120 А. При применении электродов диаметром 5 мм сила тока составляет 130-150 А и 160-180 А соответственно. При нарушении режима происходят выброс материала из сварочной ванны и перегрев заготовки, приводящий к появлению трещин.

Подбор электродов для сварки

Распространенные типы электродов для сварки чугуна (по российским стандартам):

ЦЧ-4, предназначенные для сварки без нагрева конструкции. Они имеют диаметр 3, 4 и 5 мм. В состав наплавленного металла входит до 0,25% углерода, присутствуют марганец, ванадий и кремний. Изделия имеют основное покрытие, для наплавки 1 кг материала потребуется 1,4 кг электродов. Допускается использование оборудования постоянного или переменного тока (подключение обратное).
ОЗЧ-2, имеющие кислое покрытие. Они предназначены для заделки трещин и наплавки материала на изделия из серого или ковкого чугуна. Рассчитаны на сварку короткими валиками (длина от 30 до 50 мм) с проковкой сразу после гашения дуги и охлаждением под воздействием атмосферного воздуха. Перед работами требуют прокалки при температуре около +200°С на протяжении 1 часа. Стержень состоит из меди с добавлением железа и никеля (10% и 2% соответственно), в нем присутствуют марганец и небольшое количество кремния.
ОЗЖН-1 с основным покрытием. Они обеспечивают получение наплавленного материала, соответствующего по оттенку серому чугуну. Рассчитаны на холодную сварку короткими валиками с проковкой и плавным охлаждением. Предназначены для аппаратуры постоянного тока с прямой полярностью подключения. Для заделки крупных разломов такие электроды используют совместно с МНЧ-2. Стержень у них состоит из сплава никеля с железом и присадками (углеродом, марганцем, кремнием и следами алюминия).
МНЧ-2 рассчитаны на работу без предварительного подогрева заготовки. Они применяются для заварки дефектов в блоках из серого чугуна. Обеспечивают получение материала шва с повышенной твердостью. Для сварки необходимо оборудование постоянного тока с обратной полярностью подключения.

Кроме российских марок, существуют аналоги, выпускаемые шведской компанией Esab или германскими заводами Kjellberg или Zeller. Например, электроды 855 от Zeller имеют биметаллический стержень (сплав никеля с железом) и основное покрытие на базе графита. Они рассчитаны на сварку чугуна без подогрева кромок (допускается соединение стальных элементов с чугунным основанием). Изначально созданы для восстановления картеров силовых агрегатов или узлов трансмиссии.

Особенности сварки блоков ДВС в домашних условиях

В бытовых условиях блоки заваривают с помощью инвертора и электродов с повышенным содержанием графита. Применяют подачу защитной атмосферы (аргона), не допускающей контакта расплава с воздухом. Встречаются технологии ремонта с использованием присадочной проволоки, которая подается в зону горения дуги. Для защиты от атмосферного воздуха в рабочую зону подают углекислый газ. Методика позволяет снизить температуру нагрева детали, избежать деформаций и образования новых трещин.

Техника безопасности

В процессе сварки необходимо соблюдать меры безопасности:

использовать защитный щиток, одежду и рукавицы из негорючих материалов;
подключать оборудование к исправной сети переменного тока;
применять сварочный аппарат с контуром заземления;
не использовать шнуры с поврежденной или отсутствующей изоляцией (длина соединительных проводов должна быть не более 10 м);
оснастить рабочее место вентиляцией и предусмотреть защитные экраны;
при сварке в помещении с повышенной влажностью использовать резиновый коврик;
не работать там, где складируются легковоспламеняющиеся жидкости (например, моторное топливо или масло);
для удержания деталей применять специальные зажимы.

Возможные сложности

Проблемы, возникающие при восстановлении деталей:

Повреждение затрагивает отверстия с резьбой, предназначенные для установки датчиков. После заделки разлома требуется просверлить канал и восстановить нарезку, но механическое воздействие может разрушить швы. В этом случае придется отказаться от установки датчика или приобрести новый блок.
Трещина проходит через рубашку охлаждения или каналы подачи моторного масла. При проведении сварочных работ происходит полное или частичное перекрытие сечений. Подобный ремонт приводит к ускоренному выходу двигателя из строя (из-за локального перегрева или масляного голодания).
Полученный сварной шов не является герметичным, поэтому необходимо нанести слой эпоксидной смолы. Перед обработкой – очистить поверхности от нагара и обезжирить (например, растворителями для красок). После полимеризации эпоксидная смола не пропускает жидкости, но не выдерживает вибрационных нагрузок и температуры свыше +120°С. После сварки ферромедным электродом для герметизации используют обработку шва 10%-ным раствором хлористого аммония. Продукты реакции заполняют поры и снижают риск течи жидкости.

Помощь специалистов

При возникновении затруднений рекомендуется обратиться в специализированные компании, занимающиеся восстановлением деталей из черных и цветных металлов. После анализа повреждений производится расчет цены ремонта. Необходимо сопоставить затраты на восстановление со стоимостью нового блока. Для ряда массовых моделей автомобилей (например, завода ВАЗ) рентабельнее установить другой узел (с одновременной заменой поршневых колец, вкладышей и ревизией газораспределительного механизма), чем оплачивать услуги за ремонт сторонней организации.

Дополнительная информация

После окончания работ поверхности необходимо обработать (например, если устанавливается какой-либо агрегат). В условиях мастерской для выравнивания плоскости используют фрезерный станок, в бытовой ситуации – угловую шлифовальную машинку. При этом важно не повредить сопрягаемые поверхности с высокой точностью обработки (например, для установки колокола сцепления, лобовой крышки или головки).

Сварка автомобильного блока цилиндров требует высокой квалификации работника. Допущенные ошибки приводят к снижению прочности узла, при циклическом изменении температуры (деталь прогревается до +90°…+95°C и остывает до температуры окружающей среды) возможно появление новых трещин. При большой площади повреждения допускается установка заплаток из листа стали, которые вваривают в чугун. Решение о способе восстановления и целесообразности ремонта принимает мастер, основываясь на квалификации и имеющемся в распоряжении оборудовании.

Читайте также: