Сварка ковкого чугуна электродами

Обновлено: 16.05.2024

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Состав и свойства

Классификация по составу и свойствам

Ковкие чугуны (КЧ), которые получают в результате отжига белого чугуна, характеризуются повышенной прочностью, пластичностью и ударной вязкостью вследствие образования при отжиге хлопьевидного графита. Основные преимущества КЧ заключаются в однородности их свойств по сечению, практическом отсутствии напряжений в отливках, высоких механических свойствах и хорошей обрабатываемости.

Отличительной особенностью высокопрочных чугунов с шаровидным графитом (ЧШГ) являются еще более высокие прочностные свойства, обусловленные сферической формой графита, при которой в меньшей степени, чем при других формах графита, ослабляется рабочее сечение матрицы и гораздо ниже концентрация напряжений у графитовых включений.

Легированные чугуны обладают специальными свойствами, обеспечивающими длительную и надежную работу отливок в разнообразных условиях эксплуатации.

Ковкие чугуны (ГОСТ 1215—79) получают ферритными или перлитными. Содержание основных элементов в КЧ составляет, %: С 2,3—3,0; Si 0,9—1,6; Мn 0,3—0,6 (при ферритной матрице) и до 1,2 (при перлитной матрице). Снижение содержания углерода в указанных пределах увеличивает прочность КЧ благодаря уменьшению количества и размеров графита, а также улучшению его формы. Фосфора и серы в КЧ меньше, чем в сером чугуне.

Чугуны с шаровидным графитом (ГОСТ 7293—85) различают на ферритные, перлитно-ферритные, перлитные и бейнитные. Содержание основных элементов в ЧШГ составляет, %: С 3,2—3,8; Si 1,9—2,9 (в бейнитных— 3,4—3,6); Мn 0,4—0,9; Cr≤0,1. Примеси достигают, %: S≤0,02; Р≤0,1, т. е. значительно ниже, чем в сером чугуне. Содержание магния — сферо-идизатора графита — колеблется от 0,03 до 0,08%.

Легированные хромовые чугуны подразделяются на жаростойкие, коррозионностойкие и износостойкие и содержат до 36 % Сг; с увеличением хрома содержание С, Si, Мn уменьшается. Никелевые имеют в своем составе до 21 % Ni, кремнистые — до 18% Si, марганцевые — до 12% Мn, высоколегированные алюминиевые — до 31 % Аl. Практически все легированные чугуны могут иметь как пластинчатую, так и шаровидную форму графита.

Основные марки, структура и свойства

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифровыми обозначениями в зависимости от механических свойств. Первые две цифры соответствуют временному сопротивлению, вторые — относительному удлинению (ферритные — от КЧ 30-6 до КЧ 37-12, перлитные —от КЧ 45-6 до КЧ 63-2). Ферритные КЧ имеют более высокую пластичность, а высокая твердость перлитного чугуна обеспечивает лучшую стойкость против износа КЧ с зернистым перлитом используют для изготовления отливок, подверженных знакопеременным (в том числе, ударным) нагрузкам при эксплуатации.

Промежуточными по свойствам между КЧ и ЧШГ являются чугуны с вермикулярным графитом, обозначаемые ЧВГ.

Обозначение легированных чугунов разнообразное. Согласно ГОСТ 7769—82 и 11849—76 жаростойкие хромовые чугуны обозначают ЖЧХ, а коррозионностойкие — ЧХ, после чего ставят цифры, указывающие содержание Сr. Износостойкие чугуны обозначают ИЧХ и далее цифры содержания Сr и других элементов (как при обозначении сталей, например, ИЧХ13ГЭМ). Пример обозначения никелевого чугуна: ЧН15Д7Х2. Если графит имеет шаровидную форму, добавляется буква Ш. Аналогично обозначение кремнистых чугунов, обладающих окалино-, росто- и коррозионно-стойкостью (ЖЧС5, ЖЧЮ7Х2, ЧС15М4); алюминиевых жаропрочных (ЖЧЮ7Х2) и марганцевых износостойких чугунов (ИЧХ4Г7Д).

Характерными структурными составляющими матрицы легированных чугунов являются: феррит, перлит, аустенит, карбиды. Условие образования аустенита в никелевом чугуне (содержащем 2,3—3,6% С и до 2% Si): Ni+2,5 Mn + Cu≥18.

Свариваемость чугунов

Склонность к образованию трещин

Склонность сварных соединений к образованию трещин в ЗТВ (зона термического влияния) у ЧШГ значительно выше по сравнению с обычными серыми чугунами при одинаковых содержаниях С, Si и Мn. В то же время требование высокой прочности, предъявляемое к сварным соединениям ЧШГ, является одним из основных при изготовлении и ремонте деталей. Только выполнение сварки с высоким предварительным подогревом всей детали или местным, если позволяет конструкция, способствует исключению трещин, а получение наплавленного металла в виде ЧШГ дает полную равнопрочность сварных соединений с основным металлом.

Свариваемость легированных чугунов (в первую очередь, стойкость против образования трещин) ухудшается с ростом содержания легирующих элементов. Особенно свойственно это хромовым, кремнистым и марганцевым чугунам вследствие увеличения в их структуре количества карбидов Сr, Si, Мn. Исключение составляют чугуны с аустенитной основой: никелевые, марганцевые и более сложного состава, которые обладают удовлетворительной свариваемостью. С другой стороны, высоконикелевые чугуны, хорошо противостоящие появлению холодных трещин, склонны к образованию горячих трещин (ГТ) из-за эвтектик, образующихся в шве и ЗТВ сварного соединения.

Влияние химического состава и структуры

Термический цикл, которому повергаются КЧ и ЧШГ в процессе сварки плавлением, ухудшает механические свойства основного металла в ЗТВ. Это происходит из-за наличия структурно-свободного углерода, который при высоких температурах интенсивно растворяется в аустенитной матрице. Вследствие протекающей диффузии углерода от хлопьевидных или шаровидных включений графита в аустенитную матрицу понижается температура плавления матрицы в приграничных микрообъемах и происходит ее расплавление в зонах вокруг графитных включений. В условиях последующего быстрого охлаждения эта фаза, обогащенная углеродом, затвердевает с образованием ледебурита. Присутствие в ЗТВ игл первичного цементита, ледебурита и мартенсита охрупчивает металл околошовной зоны и облегчает появление трещин.

Увеличение содержания углерода в КЧ и ЧШГ способствует более полной графитизации металла шва и ЗТВ, снижению твердости соединения и уменьшению опасности образования трещин.

Модифицирующие элементы (Mg, РЗМ, Y и др.), глобуляризирующие графитную фазу в ЧШГ, одновременно способствуют переохлаждению и кристаллизации с образованием цементита и ледебурита. Поскольку в условиях сварки это явление усиливается, всегда существует опасность образования оторочки вокруг шва, содержащей в структуре карбиды и мартенсит и вызывающей появление трещин.

Сера и фосфор снижают механические свойства сварных соединений из-за образования в металле шва участков, обогащенных сернистыми и фосфидными эвтектиками на основе железа. Содержание этих вредных примесей ограничено стандартами в КЧ, %: S≤0,12—0,18 и Р≤0,12—0,2, а в ЧШГ, %; S≤0,02 и Р≤0,1. Чистыми по этим элементам должны быть и компоненты электродных материалов.

Структура основы КЧ и ЧШГ оказывает меньшее влияние на свариваемость, чем химический состав. Чугуны с ферритной матрицей более стойкие против образования трещин, чем перлитные, благодаря запасу пластичности и вязкости, но уровень прочности сварных соединений у них ниже.

Способы сварки и свойства соединений

Дуговая сварка. Все специальные чугуны соединяют ручной дуговой сваркой с применением электродов со стержнем, однородным основному металлу. Так, например, пруток марки ПЧС-2 (стержень электрода ЭВЧ-2) для сварки ЧШГ содержит, %: С 3,0—3,8; Si 2,4—3,6; Мт 0,2—0,5; Y 0,1 ≤0,4; Се 0,03—0,15; Са 0,03—0,1; Cr≤0,5; Ni≤0,3; S≤0,08; P≤0,2 и обеспечивает получение шаровидного графита в металле шва. В компонентах покрытий большое количество графитизаторов: С и Si. Сварку КЧ и ЧШГ производят с предварительным подогревом отливок и деталей до температуры 400—700°С и замедленным охлаждением после сварки. Для низколегированных чугунов с пластинчатым графитом температура подогрева может быть значительно ниже.

При сварке без подогрева требуемое качество соединений достигают при использовании электродов на никелевой и железоникелевой основе: ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, ОЗЖН-1. Металл шва (наплавленный металл) имеет аустенитную структуру с включениями междендритного графита. В зависимости от доли никеля структура шва, кроме аустенита, может содержать и продукты его распада, снижающие прочность и пластичность.

Механические свойства наплавленного металла при использовании электрода ОЗЖН-1 (со стержнем, содержащим 50 % Ni) близки к свойствам ЧШГ: δ_в = 400—600 МПа; δ_т = 300—470 МПа; δ = 6—13%; НВ 180—200. Однако сварные соединения, выполненные железоникелевыми электродами, в состоянии после сварки имеют прочность на 20—40 % ниже прочности основного металла и при испытании на растяжение разрушаются хрупко. Улучшить механические свойства удается только с помощью термической обработки. Для надежного исключения трещин по зоне сплавления при сварке ЧШГ и КЧ электродами ОЗЖН-1 применяют предварительный подогрев деталей до температуры 200—350 °С.

Электроды марки ЦЧ-4 со стальным стержнем и феррованадием в покрытии ограниченно применяют для сварки КЧ и ЧШГ. Твердость наплавленного металла, который представляет собой ванадиевую сталь с мелкодисперсными карбидами V, позволяет вести механическую обработку, однако в ЗТВ при сварке без подогрева неизбежно образование ледебурита и мартенсита, что повышает ее твердость до HV 500—600. Возникает опасность образования трещин, соединение не обрабатывается режущим инструментом. Равнопрочность соединений основному металлу не достигается, поэтому часто для надежности сварку выполняют со стальными ввертышами. Медно-стальные электроды (ОЗЧ-2, ОЗЧ-6) и электроды для сварки конструкционных сталей применяют лишь для декоративной заварки мелких литейных дефектов.

Механизированная дуговая сварка наиболее перспективна для применения порошковых проволок. При сварке КЧ, ЧШГ и легированных чугунов с шаровидным графитом структура металла шва должна характеризоваться компактной или глобулярной формой графита, а также подобной матрицей, чтобы сохранить в соединении ценные свойства основного металла. Сферо-идизации графитной фазы достигают введением в состав порошковых проволок Mg, Са, Y, РЗМ. Так, проволока ПП-АНЧ-5 содержит комплекс модифицирующих элементов: Mg, Са, РЗМ, которые вводят в шихту в виде лигатуры на основе кремния.

Сварку порошковой проволокой ПП-АНЧ-5 выполняют с предварительным нагревом отливок и деталей до температуры 400—600°С. Диапазон режимов определяется скоростью подачи проволоки; при диаметре проволоки 3 мм он составляет: I_св = = 250—600 А; U_д = 25—40 В; v_п.пр = 80—350 м/ч; ток — постоянный прямой полярности. Заваренные отливки, как правило, подвергают термической обработке. Сварные соединения равнопрочны ЧШГ ферритного (ВЧ 42-12) и перлитно-ферритного (ВЧ 45-5, ВЧ 50-2) класса.

Шихта порошковой проволоки ППВЧ-1 содержит модификаторы МР-1 или МР-2, изготовленные из иттирий содержащего сырья. Сварку можно осуществлять с перегревом сварочной ванны без опасности потери шаровидной формы графита в шве. Порошковая проволока ППСВ-7 содержит большое количество силикокальция (Са — глобуляризатор графита).

Автоматическую сварку ЧШГ низкоуглеродистой стальной проволокой производят под керамическим флюсом, содержащим Сr и Мn. Аустенитную структуру металла шва достигают при содержании в нем 20—26 % Мn и 9—12 % Cr. Кроме аустенита, в матрице есть небольшое количество феррита и мелкодисперсные карбиды, твердость составляет HRC 25— 30. Прочность сварных соединений ферритного ЧШГ достигает 80—90 % прочности основного металла.

Сварку ЧШГ стальной проволокой осуществляют также с присадкой керамических стержней. Введение в их состав редкоземельных металлов обеспечивает получение в металле шва чугуна с шаровидным графитом и перлитной основой. Состав керамического стержня СКВЧ-1 для сварки ЧШГ % (по массе): графит 10—15; чугунный порошок 5—15; карбид кремния 10— 20; лигатура с РЗМ 5—10; алюмомагниевый порошок 8—12; криолит 12—22; альгинат натрия 1—3; плавиковый шпат — остальное.

Проволоки на основе меди ограниченно применяют для сварки специальных чугунов, главным образом, для заварки мелких литейных дефектов.

Электрошлаковая сварка ЧШГ осложнена тем, что из-за длительного пребывания сварочной ванны в жидком состоянии трудно обеспечить стабильное получение в металле шва графита шаровидной формы. Для надежного модифицирования металла шва необходимо применять флюсы, содержащие элементы — глобуляризаторы графита. Другой путь — использование порошковых проволок, лент или присыпок с модификаторами.

Электрошлаковую технологию перспективно использовать для наплавки слоев чугуна с заданными составом и свойствами, в частности высокохромовых и высококремнистых чугунов. При этом достигают большой производительности процесса.

Газовую сварку ЧШГ осуществляют с присадкой прутков марки ПЧС-2. Используют ацетилен, пропан-бутан и другие горючие газы. Флюс ФПСН-1 можно применять при сварке любым газом. Техника сварки та же, что и для серого чугуна.

Контактную сварку применяют в производстве лито-сварных изделий из ЧШГ. Предварительный подогрев и последующая термообработка обеспечивают получение ферритно-перлитной структуры стыка без включений цементита. Предел прочности сварного соединения близок к прочности основного металла (ВЧ 45-5) и составляет 400—450 МПа. Контактной сварке хорошо поддаются КЧ и многие марки легированных чугунов.

Сварка трением. При компактной форме графита в чугуне удается получить соединения чугунных деталей между собой или со сталью. Для сварки КЧ с углеродистой сталью рекомендуется режим: частота вращения 3600 об/мин; давление на стадии нагрева 40—90 МПа; давление проковки 90 МПа, время нагрева 20—80 с. При давлении нагрева 70 МПа и времени нагрева 40 с получают соединение, равнопрочное чугуну.

Предупреждение пор и трещины

При сварке КЧ и ЧШГ с получением однородного металла шва основной мерой предотвращения холодных трещин является предварительный (иногда и сопутствующий) подогрев отливок или деталей и замедленное охлаждение после сварки. Температура подогрева варьируется в зависимости от марки чугуна, толщины стенки отливки, сложности выполняемых сварочных работ и составляет 300—700°С. Резко возрастает опасность образования трещин, если сварку производят на отливках из КЧ или ЧШГ до графитизирующего отжига при наличии свободных карбидов в структуре. Термическую обработку (отжиг или более сложную) желательно выполнить до и после проведения сварки.

Мерой повышения стойкости металла шва против образования горячих трещин является модифицирование его структуры. Так, проволока ПАНЧ-11 содержит в своем составе редкоземельные металлы, которые придают глобулярную форму неметаллическим включениям, нейтрализуют вредное действие серы.

Для исключения пор в высоконикелевых швах предупреждают попадание в них Н₂ и О₂. Действенными мерами являются: удаление, влаги, ржавчины, следов масла, краски со свариваемых деталей, максимальное снижение параметров режима I_св U_д, сварка короткой дугой, применение защитных газов, подогрев до температуры 200—300 °С.

Как варить чугун в домашних условиях обычным электродом — простые и надежные способы

Несмотря на специфичность процесса, сварка чугуна электродом в домашних условиях инвертором вполне реальна. Этим способом исправляют литейные дефекты, ремонтируют изношенные или разрушенные части машин, соединяют чугунные со стальными деталями.

Особенности сварки чугуна.

Данный материал представляет собой соединение железа(F), углерода (C) и примесей: кремния (Si), марганца (Mn), фосфора (P), серы (S) и др.

В обозначении маркировки: первые цифры – предел прочности при растяжении в кг/мм2, а вторые – при сером чугуне, предел прочности при изгибе, при ковком и высокопрочном, относительное удлинение в %.

Отжигом при высокой температуре – 1000º C, за счет графитизации, белый превращается в ковкий чугун.
Для повышения износостойкости добавляется хром (Cr), никель (Ni), вольфрам (W) и др. Такой металл называется легированным.

Для легированных марок – буквы указывают легирующие элементы, а цифры, их среднее процентное содержание. Например: ЧН19Х3 – чугун, содержащий 19% никеля и 3% хрома. Если присутствует шаровая форма графита в конце маркировки ставится буква Ш.

Из-за повышенной хрупкости и твердости, процесс усложняется. Но сварка чугуна электродом в домашних мастерских возможна при определенных условиях. Соблюдая технологию и, обладая некоторыми навыками, можно добиться качественного результата, при этом структура шва будет сильно различаться от структуры основного материала.

Возникающие затруднения

Сложность сварки чугуна электродом в домашних условиях состоит в том, что шов может получиться низкого качества из-за:

Во время сварки происходит интенсивная закалка металла. Поскольку чугун с низкой пластичностью, это приводит к его хрупкости. В результате в процессе усадки шва, образуются трещины.
При выгорании углерода активно выделяется окись углерода, которая не всегда полностью выводится из металла. Это приводит к тому, что на месте заварки образуются поры.
В зоне сварки при неправильном охлаждении металл может отбеливаться. На поверхности появляется слой белого хрупкого чугуна, который не подлежит обработке.
Из-за окисления кремния, при работе образуются тугоплавкие оксиды, которые трудно прожечь. В этом случае возникают непровары, снижающие надежность шва.

Предварительная подготовка изделий

В домашних условиях сварку чугуна начинают с правильной подготовки узлов и деталей к сварочному процессу:

зачистить и разделать свариваемые кромки;
фрезеровать или высверлить дефектные участки по краям с вырубкой до чистого металла;
очистить, обезжирить, высушить рабочие поверхности.

Для предотвращения перекалки материала свариваемые кромки зубилом или наждачным кругом разделывают под углом 45º. Это способствует равномерному нагреванию рабочей поверхности.

Обезжиривают бензином, ацетоном или другими органическими растворителями, а сильно загрязненные места обжигают пламенем горелки.
Трещины необходимо обработать – на всю глубину трещины для достаточной проварки металла. Длина разделки должна быть на 5-6мм длиннее дефектного участка с обеих сторон. Концы трещин засверлить или их вырезать и закруглить.

Для тонкостенных деталей укладываются графитовые подкладки для предупреждения вытекания расплавленного металла. Это поддерживает нагретую зону и сохраняет форму детали.

Сварочные аппараты

Назначение прибора – путем понижения напряжения электрического тока сети, увеличение его силы до величины, необходимой для сварки. Процесс осуществляется с помощью сварочных аппаратов: трансформаторов, выпрямителей, инверторов.

В зависимости от процесса аппараты для сварки бывают:

Сварка чугуна обычным электродом лучше всего осуществляется инвертором, который имеет преимущество перед аппаратами другого типа:

стабильность тока при колебаниях напряжения в сети;
плавная регулировка режима работы,
при продолжительной работе на максимальном режиме – автоматическое отключение;
защита от перегрева, изменения сетевых параметров тока;
микропроцессорное управление и программирование технологических процессов сварки;
стабилизация и поддержание параметров дуги на одном уровне при внешнем воздействии;
сварка покрытыми электродами любых марок на постоянном и переменном токе;
качественное формирование шва; даже с ограниченной свариваемостью.

Бытовой инвертор – компактный и легкий прибор. Однако, он не приспособлен для продолжительной работы и имеет небольшую производительность.

Технология сварки инвертором

После подготовки изделия, как сварить чугун обычным электродом, чтобы шов получился без изъянов. Прежде всего, надо правильно выбрать тип электрода и технологию выполнения работ.

В основном сварку чугунов проводят тремя методами:

горячий – перед сваркой детали нагревают до 600º-650º;
полугорячий – нагрев до 300º-350º;
холодный – без подогрева изделий.

Горячий способ – трудоемкий и сложный процесс. Применяется на производстве для работы с крупными и сложными заготовками.

Вначале вся поверхность детали хорошо прогревается во избежание перепада температур. На производстве чугунные изделия нагревают с помощью горна, индукционной печи или в яме, выложенной огнеупорным кирпичом.

Чугун начинает плавиться при температуре 750º, поэтому нагрев не должен превышать 600º-700º. Нагревание проводится со скоростью 150º в час. Чугун становится как пластилин и с ним легко работать.

После окончания сварки, заготовку необходимо медленно охладить. Для этого детали засыпают песком, укрывают асбестовым покрывалом или нагревают, постепенно понижая температуру.

При таком способе трещин и пор практически не образуется, швы получаются без дефектов.

Полугорячий метод аналогичен горячему, но предварительный нагрев понижает скорость остывания после сварки. Отбеливание металла в меньшей степени, а значит уменьшается риск возникновения трещин.

Как варить чугун электросваркой в домашних условиях холодным способом

Для небольших повреждений, мелких дефектов ненагруженных деталей, когда к качеству соединения не предъявляются особые требования, данная технология вполне подходящая.

При холодном способе нельзя повышать температуру в зоне сварки. Для этого шов накладывают небольшими частями длиной 30-50мм. с перерывами для охлаждения до 50º-60º. Таким образом, риск появления трещин минимальный.

Чтобы не допустить перегрева, процесс проводят при постоянном токе, а электрод подключают к плюсу инвертора (обратная полярность).
С этой же целью при работе сварщик двигает электродом не по прямой, а зигзагами или по кругу.

Необходимо контролировать скорость движения электрода. При слишком большой скорости могут образовываться непровары. При недостаточной – возможен перегрев и прожог свариваемого металла, особенно тонкого.

Многослойная сварка по технологии отжигающих валиков

Данный способ применяют для заварки трещин в тонкостенных деталях – толщина до 8мм. Валики накладываются в определенной последовательности, при которой каждый последующий воздействует термически на предыдущий, уменьшая его твердость.

Вдоль трещины под углом 45º производят V-образную разделку кромок. Сначала на одну, затем на другую кромку вразброс наваривают подготовительные, а на них отжигающие валики участками длиной по 40-50мм.

При переходе к другому участку, дают охладиться зоне заварки до 50º-60º и проковывают легкими ударами молотка, сбивая окалину. Благодаря этому, подготовительные валики больше прогреваются и после медленнее остывают. В закаленной части шва происходит частичный отпуск и нормализация.

Когда валики наложены по обе стороны трещины, наваривают заключительный соединительный слой такими же отдельными участками. Края последнего слоя должны отстоять на 3-4мм от ближайших границ проплавления.

Метод сварки с применением шпилек

Зона сплавления – самое уязвимое место соединения из-за отслаивания металла шва. Чтобы ее разгрузить при охлаждении и усадке, используют стальные шпильки (завертыши).

При толщине заготовки 6мм, кромки трещины срезают под углом 45º.

Шпильки плотно вкручивают в приготовленные резьбовые отверстия в шахматном порядке. Выступающая часть завертыша наваривается по контуру. Затем сваривается со всей массой шва способом наложения отжигающих валиков.

При нагрузке на соединение, ее большая часть передается на металл со шпильками, а не на сварной шов, что делает его более долговечным.

Работа инвертором в импульсном режиме

В домашних условиях сварка чугуна электродом с помощью инвертора импульсами используется для сварки тонких деталей, соединения между собой разнородных металлов.

Суть технологии в том, что на основной сварочный ток накладываются дополнительные импульсы тока большой силы в течение короткого промежутка времени. Соотношение длительности и величины импульсов и пауз между ними регулируется автоматически настройкой аппарата.

улучшается качество и прочность соединения;
контроль дуги и управление процессом;
снижается доля прожигания металла;
повышается эффективность сварки;
шов образуется ровными каплями расплава и будет выглядеть аккуратно.

Импульс обеспечивает расплав электродного металла и тепловую инерцию ванны. Во время паузы металл в сварочной ванне остужается и частично кристаллизуется. Чередование импульс/пауза облегчает работу сварщика, позволяя обойтись без сложных действий электродом.

Метод не рекомендуется применять для деталей, работающих при тряске, вибрации, ударах.

Подбор электродов

Из-за своего физико-химического состава, чугун имеет свои качества, которые учитываются при выборе электродов.

Электрод состоит из внутреннего стержня и внешней обмазки. Должна быть полная совместимость материалов, например, чугунный электрод не может варить медь. Покрытие при нагревании выделяет газ, который защищает от окисления жидкий металл в ванне.

Сила тока указана для заварки в нижнем положении. Для сварки, например вертикальных труб, этот показатель уменьшают на 15-25А.

Медно-никелевые электроды (медь 30%, никель 65%) применяются, когда соединению не требуется большой прочности. Плотность шва удовлетворительная, но хорошо обрабатывается резкой.

Можно ли варить чугун простыми стальными электродами?

Да, но шов получится невысокого качества, т.к. сталь плохо сцепляется с чугуном.

При заварке медными электродами сварной шов – плотный, но недостаточно прочный.

Когда к конструкции предъявляются повышенные требования, используют марки УОНИ 13/55, МР-3С и подобные, для углеродистых и низколегированных сталей. Бренд ESAB – ОК 61.30, ОК – 63.35 и российские аналоги ЦЛ-11, ОЗЛ-8 и др.
используются для сварки нержавейки.

Хранить электроды в сухом месте. Если они отсырели, необходимо их просушить при 250º – можно в духовом шкафу.

Ассортимент расходников большой и, чтобы выбрать правильно, надо читать сведения, указанные на упаковке.

Преимущества и недостатки ручной сварки чугуна

Любой процесс имеет свои положительные и отрицательные стороны. Главное, чтобы в данной технологии преобладали преимущества.

Техника безопасности

Перед тем как варить чугун электросваркой в домашних условиях, необходимо принять меры по безопасности:

около рабочего места обязательно – огнетушитель;
инвентарь должен быть в исправности;
руки защищаются перчатками для сварных работ (крагами);
сварку проводить в маске или со щитком;
работать в защитной спецодежде;
обеспечить достаточную освещенность рабочего места и приток свежего воздуха;
начинающему мастеру лучше пригласить помощника на случай непредвиденной ситуации.

Надо серьезно относиться к правилам безопасности труда, чтобы не навредить себе и окружающим.

Можно вполне успешно осуществить сварку в домашних условиях. Для этого надо выбрать подходящие электроды, правильно настроить инвертор, следовать технологии. Желательно потренироваться в наложении шва на каком-либо аналогичном материале, прежде чем начинать работу с деталью.

Сварка чугуна электродами: особенности технологии и условия

Сваривать чугунные детали электросваркой можно как на специальном оборудовании, так и в домашних условиях. Предлагаем изучить правила подготовки деталей к свариванию, выбор метода и технику выполнения сварного шва с использованием обычного MMA-инвертора.

Чугун: особенности материала и работы с ним

Чугун — это расплав железа, к которому в процессе остывания был добавлен в больших количествах углерод. Из-за концентраций углерода выше предельной растворимости образованный сплав отличается высокой твёрдостью, но малой однородностью. По структуре своей чугун пористый, его кристаллическая решётка нарушена крупными вкраплениями углерода, из-за чего межатомные связи характеризуются малым пределом упругой деформации.

Из-за того что структура металла разбавлена крупными вкраплениями графита, чугун плохо поддаётся свариванию: в местах нарушения кристаллической решётки образуются местные напряжения и изделие становится особо хрупким. Для сваривания чугуна необходим тщательно подобранный набор присадок, обеспечивающий:

хорошую смешиваемость шва с остальной толщей металла;
как можно меньшую разницу в температурной усадке;
минимальную из возможных толщину шва;
высокий показатель равнопрочности.

Варить чугун электродом сложно ещё и по той причине, что разновидностей этого металла много. В то же время на большинство изделий не имеется конструкторской документации, и достоверно определить состав сплава не представляется возможным. Поэтому сорт чугуна определяют на глаз по цвету излома и затем подбирают электроды и режимы сварки, максимально близкие к оптимальным. В домашних условиях сварка чугуна почти всегда лотерея и широкое поле для экспериментов для достижения наилучшего результата.

Какой инвертор использовать

Детали чугунного литья обычно имеют внушительную толщину, и прогреть их вглубь без ощутимого расширения зоны прогрева — достаточно трудная задача. Оптимальный вариант — варить короткими прихватками в импульсном режиме, давая детали время на остывание.

В подобном режиме будет эффективно работать далеко не каждый инвертор. Наиболее пригодны для этих целей современные аппараты с улучшенным розжигом и форсажем дуги, мощной системой охлаждения. Токи при сварке чугуна повышенные из-за дополнительной проводимости обмотки и обмазки электродов. Потолок токового диапазона должен быть около 200–250 А при продолжительности включения на максимальной нагрузке не менее 50%.

Вообще чем более совершенная схема управления сварочным током используется, тем лучше. При сварке чугуна требуется быстрый розжиг, равномерное горение и быстрое прерывание дуги без образования высокотемпературного очага. При этом специальных режимов для чугуна ни один из бытовых и даже профессиональных автоматов не имеет.

Профессиональное оборудование от FoxWeld или KEMPPI справится с задачей без проблем. Из бюджетных вариантов можно рекомендовать инверторы таких производителей как Aurora и Tesla стоимостью от 10 000 рублей. Более дешёвые («Ресанта», «Сварог») инверторы тоже могут использоваться с переменным успехом, но для сварки ответственных деталей они малоприменимы.

Правила подготовки детали

Для чугунных деталей качество сваривания определяется ещё на этапе обработки и подготовки сварочного шва. В отличие от других материалов, здесь может иметь значение даже наличие жировой плёнки. Для удобства разделим подготовку на три вида в зависимости от характера соединений.

Трещины в чугунном литье нужно перед сваркой просверлить по краям, чтобы избежать дальнейшего растрескивания при температурной усадке. После этого по трещине делается пропил болгаркой. Распускать шов нужно на ширину около 3 мм, сохраняя на дне целик, равный по толщине стержню электрода или немного больше.

Детали, треснувшие на две половины, обычно можно сложить очень плотно и эту возможность нужно использовать при сварке. Единственное, что необходимо сделать — обеспечить неподвижность струбцинами или болтовым соединением и также распустить шов.

Третий вариант — две независимые детали, которые перед сваркой проходят подгонку. На торцах нужно убрать напильником или наждачным бруском риски от режущего инструмента и снять фаску со стороны сварки по аналогии с роспуском шва. При подгонке деталей их нужно резать очень аккуратно, не допуская перегрева.

Непосредственно перед сваркой соединяемые кромки нужно обезжирить. Оптимально, если под рукой имеется ацетиленовая или пропановая горелка: ей сварочный шов прокаливают, выжигая графит, с нагревом чугунной детали до тёмно-красного цвета.

Использование специальных электродов

Разновидностей электродов для сварки чугуна разных сортов невероятно много. Мы рассмотрим только наиболее пригодные для использования в домашних условиях.

Самыми ходовыми марками электродов для сваривания чугуна можно назвать ESAB (ОК) 92.60, 92.58 и 92.18. Первые две имеют умеренное содержание никеля, у которого ТКР сопоставим с чугуном. Марка 92.18 имеет высокое содержание никеля и требует отковки горячего шва для уплотнения кристаллической решётки и повышения пластичности шва. Эти электроды хорошо использовать для сварки серого и ковкого чугуна.

Несколько иной принцип сварки, иначе называемый высокотемпературной пайкой, используется при работе с медь-никельсодержащими электродами, такими как МНЧ-2. Такой припой состоит из веществ, не вступающих в реакцию с графитом, и поэтому вероятность образования «отбелов» на границе сварочного шва существенно ниже. Электроды с добавлением меди подходят для большинства сортов чугуна.

Для сваривания деталей без преднагрева применимы марки ОЗЖН-1 и UTP 86 FN. Это электроды на железно-никелевой основе с легирующими присадками, в основном их используют для сварки серого чугуна. Толщину электродов любого типа для работы в домашних условиях следует выбрать 3 мм, для особенно массивных деталей — не более 4 мм, иначе инвертор просто не выдаст нужного тока для полноценного прогрева.

Применение присадочной проволоки

В некоторых случаях в процессе ручной дуговой сварки чугуна могут вноситься специальные присадки, придающие материалу шва специальные свойства. В основу этих присадок входят всё те же никель и медь, иногда железо, нержавеющие сплавы и олово. Для использования проволоки потребуется маска-хамелеон, надёжная фиксация детали и немного практики.

Наиболее популярной присадочной проволокой считается ПАНЧ-11, которую используют в полуавтоматической сварке чугунных изделий. Проволоку вносят небольшими порциями при каждом розжиге дуги, причём контакт электрода с поверхностью происходит именно через припой. Так достигается хорошая смешиваемость и смягчается воздействие высоких температур.

Также очень полезными при сварке чугуна оказываются присадки на основе монель-металла. Это достаточно редкий и дорогой сплав, но он обладает требуемыми ТКР, твёрдостью и пластичностью, сопоставимыми с показателями самого чугуна. Монель вносится малыми дозами через мгновение после зажигания дуги. Горение при этом более длительное, что на качестве шва практически не отражается.

Режимы сварки, токи, техника работы

Чугун варят постоянным током преимущественно обратной полярности, хотя для некоторых марок электродов (МНЧ-2) может требоваться переключение минуса на держатель. Из-за высокой текучести чугуна его всегда нужно варить только в нижнем положении шва.

В домашних условиях можно использовать два вида сварки: с частичным подогревом и без него. Для каждой марки электродов это определяется индивидуально. Разогрев детали проводят задолго до начала сварочных работ, используя паяльную бензиновую или газовую лампу, либо же ацетиленовые горелки. Прогрев чугунной детали должен продолжаться и в процессе сварки, поэтому работу выполняют два человека.

Чугун сваривают короткими швами (по 2–4 см) с отступом в 2–3 длины шва. Каждый «стежок» выполняется многочисленными прихватками с длительностью горения дуги от 0,5 до 1,5 секунды, в зависимости от толщины металла и марки электродов.

Область наложения шва разогревают в течение 2–3 минут, затем сварщик накладывает металл в корень разделанного шва, а помощник аккуратно подогревает место сварки. Когда «стежок» завершён, его засыпают сухим песком или накрывают асбестовой тканью и убирают пламя.

Медленное остывание имеет критически важное значение при сварке чугуна. Без него металл может сразу же покрыться паутинкой трещин, расходящихся от сварочной ванны, и изделие будет безнадёжно испорчено. Теплоизолирующая выстилка может укладываться и с обратной стороны шва заранее, но даже в таком случае каждый сварочный кратер должен сразу же защищаться от прямого контакта с воздухом. Небольшие детали рекомендуется на час отправлять в раскалённую духовку.

При сварке в первую очередь заполняется корень шва, полную заплавку проводят после полного остывания детали по точно такой же технологии с плавным отпуском. Если требуется герметичность соединения, между «стежками» выполняют ещё несколько промежуточных, а затем заплавляют шов полностью. Однако гораздо лучше в целях обеспечения герметичности воспользоваться полимерными или эпоксидными герметиками.

Технология сварки чугуна

В составе чугуна присутствуют всего два элемента – железо и углерод, поэтому его считают простым сплавом. Высокая прочность материала обеспечила его востребованность. Он находит применение практически во всех жизненных сферах – из него изготавливают радиаторы отопления, сантехнику, посуду, различные конструкции и детали. В статье поговорим о том, что представляет собой технология сварки чугуна, а также расскажем об особенностях данного вида сварочных работ.

Сложности сварки чугуна

Чугун представляет собой расплавленное железо, при остывании которого добавляется большое количество углерода. Поскольку его концентрация значительно превышает предельную растворимость, для вновь образовавшегося сплава характерна высокая твердость, но малая однородность. Материал имеет пористую структуру, крупные вкрапления углерода нарушают его кристаллическую решетку, в связи с чем отличительной чертой его межатомных связей является малый предел упругой деформации.

Крупные вкрапления графита затрудняют процесс сваривания чугуна – для зон нарушения кристаллической решетки характерно местное напряжение, приводящее к хрупкости детали. Особенности технологии сварки чугуна требуют тщательного выбора набора присадок, благодаря которым будет обеспечиваться:

хорошая смешиваемость шва с остальной толщей металла;
наименьшая разница в температурной усадке;
минимально возможная толщина шва;
повышенный показатель равнопрочности.

Сварка чугуна затрудняется еще и большим количеством его разновидностей. А отсутствие конструкторской документации на изделия не позволяет достоверно и точно определить состав сплава. Поэтому в основном для определения сорта чугуна изучают его цвет на изломе, после чего приступают к выбору наиболее подходящих электродов и режимов сварки.

Сварку чугуна в домашних условиях можно назвать лотереей, дающей массу возможностей экспериментировать, чтобы получить наилучший результат.

Работать с серым чугуном, имеющим мелкодисперсную структуру легче, чем с крупнозернистым темным металлом. Если чугунная деталь в течение длительного времени контактировала с маслом или подвергалась окислению, сварить ее не удастся.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Чугун считают материалом, возможности сваривания которого ограничены. Работа с ним требует учета следующих особенностей:

работы выполняются в основном в нижнем положении, поскольку в жидком состоянии металл обладает высокой текучестью;
в местах выгорания углерода образуются поры;
низкая пластичность и нарушение температурного режима приводят к возникновению внутреннего напряжения и растрескиванию швов;
в процессе плавления чугуна образуются окислы, температура плавления которых превышает температуру плавления самого металла.

Подготовка чугунных изделий к сварке

Технология сварки чугуна предполагает грамотный подход к подготовке материала, при котором будут учтены все свойства металла и сведена к минимуму вероятность дефектов по окончанию сварных работ. Процесс подготовки включает в себя:

Распил трещин. В чугуне они отличаются тонкой и глубокой структурой. При толщине обрабатываемого изделия более 4 мм шов, который накладывается сверху, минимально закроет верхнюю часть трещины, при этом внутри останется разрозненная структура. В таком случае у готового изделия будет низкое сопротивление на разрыв и излом. Работа с такими дефектами включает в себя распил трещины «болгаркой» с тонким диском. Чем толще обрабатываемая деталь, тем более глубоким должен быть запил.
Просверливание краев. Трещины могут заканчиваться дальше и глубже, чем это можно увидеть невооруженным глазом. В связи с этим прежде чем приступить к сварным работам, необходимо высверлить отверстия, отступив на 5 мм от видимых краев трещины. В таком случае внутреннее пространство будет лучше заполнено металлом, соответственно снизится вероятность дальнейшего раскола.
Разделка кромок. Сварочные работы с чугуном осложняются тем, что в месте соединения металл перекаливается, становясь хрупким. Для предотвращения подобного эффекта необходимо равномерно прогревать шов по всей длине, а в место соединения добавлять достаточное количество присадочного материала. Помочь может правильная работа с кромками. Соединение толстых пластин требует скосов краев под углом 45°, а также незначительного (3-4 мм) притупления у основания. Такая разделка позволяет лучше заполнить место соединения, создавая участок, устойчивый к появлению трещин.
Подформовка. При работе с тонкими чугунными элементами повышается риск протечки жидкого металла. Графитовая подкладка поможет поддерживать прогретый участок, обеспечивая сохранность первоначальной формы изделия.

Сварка чугуна электродом: технология, нюансы

Технология сварки чугуна позволяет пользоваться стальными низкоуглеродистыми электродами, среди преимуществ которых можно отметить их дешевизну и доступность. Их можно использовать для работы с элементами неответственных деталей и с изделиями, имеющими незначительные дефекты. Однако качественная сварка требует выполнения первого плакирующего слоя в разделке с помощью электродов марки ЦЧ-4.

Чаще всего используются обычные электроды марок АНО-4, УОНИИ 13/45 и др., но в этом случае не обойтись также без медной проволоки. Ее наматывают непосредственно на электрод (ее масса должна быть в 4-5 раз больше массы электрода) либо используют как присадочный пруток.

Сегодня многие производители выпускают специальные электроды, предназначенные для работы с чугуном. Они представляют собой железные, никелевые или медные стержни, поверх которых нанесен тонкий слой обмазки. Изготавливаются, в основном, в соответствии с техническими условиями предприятий-производителей.

Состав обмазки включает железный порошок. Эта группа представлена электродами по чугуну марок ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, ОЗЧ-6, ОЗЖН-1, ОЗЖН-2, МНЧ-2. Выпускаемые электроды имеют диаметр от 2 до 20 мм, и длину – 300, 350 и 450 мм. Они формируют отличный сварочный шов. Использование большинства перечисленных марок позволяет сваривать детали внахлест, встык, соединять их под углом.

На величину сварочного тока (от 50 до 600 А) влияет диаметр электрода. Чаще всего выбирают ток в пределах 50–90 А на 1 мм диаметра электрода. Для сварки используют валики (до 50 мм), которые впоследствии охлаждаются до +50 °С. Технология сварки чугуна требует проковки швов молотком, весящим не более 1,2 кг и имеющим закругленный боек. Учтите, что первый и последний слои при многослойной сварке не проковываются, чтобы не вызвать появление трещин.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Качество сварки чугуна зависит в том числе и от равномерности наложения шва. Перед началом работ кромки пластин необходимо разделать. Корневой шов выполняют прерывистым способом, но без колебаний. При повторном проходе завариваются непройденные участки. Последующие слои накладывают в шахматном порядке, используя для этого валики. Обработанный участок равномерно прогревается и насыщается металлом с меньшим содержанием углерода.

При производстве особо ответственных изделий используют технологию шпилек. Она более эффективно обеспечивает равномерный прогрев по сравнению с перечисленными способами, однако требует большего количества времени для выполнения.

Для правильного размещения шпилек на пластинах можно посмотреть соответствующее видео. Технология сварки чугуна предполагает их вкручивание по краям кромок и на некотором отдалении от стыка.

В первую очередь обваривают ввинченные элементы, следя за тем, чтобы наплавка была минимальной. Работы выполняются в разброс. После обработки шпилек начинают сцеплять сами пластины. Эта технология сварки чугуна позволяет создать надежное соединение, для чего требуется постепенно накладывать валики, равномерно прогревать материал, а также использовать более податливый металл для сварных работ.

Технология сварки распространенного в промышленности серого чугуна требует обеспечения его медленного остывания. Для этого обработанное изделие засыпают золой или песком и оставляют до тех пор, пока его температура не сравняется с комнатной. Таким образом снимается напряжение в металле, предотвращается появление микротрещин.

Прежде чем приступить к варочным работам, линия соединения посыпается бурой или другими порошками-флюсами. Таким образом снижается соприкосновение воздуха с присутствующим в чугуне углеродом, уменьшаются поры. Помещение, в котором проводятся работы, должно быть оборудовано хорошей системой вентиляции, защищающей сварщиков от газового облака.

Технология сварки чугуна аргоном

Полуавтоматическая технология сварки чугуна аргоном, особенно с использованием инвертора, позволяет получать высококачественные швы.

Изделие необходимо в обязательном порядке прогревать не менее чем до +300 °С. Присадочным материалом в основном выступают никелевые прутки, реже используют присадочную проволоку из сплава алюминия и бронзы, но только в том случае, если готовое изделие не предполагается нагревать при эксплуатации.

Автоматическая технология сварки чугуна с использованием специальных порошковых проволок является более производительной. Такие присадки содержат комплекс специальных модифицирующих элементов, вводимых в виде содержащей кремний лигатуры.

Различные виды работ предполагают использование определенных марок:

ПП-АНЧ-1 – предназначена для заваривания незначительных дефектов, не требует предварительного подогрева, впоследствии поверхности не требуют механической обработки;
ПП-АНЧ-2 – с ее помощью устраняют дефекты на изделиях большой толщины, предварительный прогрев не является обязательным;
ПП-АНЧ-3 – предназначена для заварки дефектов независимо от их размеров, требуется предварительный прогрев до высокой температуры (горячая сварка);
ПП-АНЧ-5 – с ее помощью выполняют ремонтную сварку изделий, изготовленных из высокопрочного чугуна, технология требует предварительного подогрева;
ППСВ-7 – помогает исправлять дефекты на отливках.

Технология газовой сварки чугуна

Технологию газовой сварки чугуна применяют при необходимости получения прочного сварного шва. В этом случае требуется небольшой провар поверхности основного металла. Такие сварочные работы предполагают использование нескольких режимов наложения шва, влияющих на итоговое качество соединения.

Качество сварного соединения зависит от ряда составляющих:

видов режимов подаваемого напряжения;
видов техники накладываемого сварного соединения;
показателя силы тока;
скорости прохождения.

Технология дуговой сварки чугуна, в результате которой получается прочное соединение без трещин, пор и других дефектов, требует соблюдения ряда условий во время выполнения работ:

напряжение дуги должно составлять 18–21 В;
сила тока должна быть в пределах 100–120 А;
скорость прохождения – не превышать 12 м/ч;
использования специальных сварных проволок 09Г2СА или ПАНЧ 11, диаметр которых составляет 1 мм.

Лазерная сварка чугуна и чугунных изделий

Технология лазерной сварки чугуна является современным способом соединения материалов, при котором используется направленный пучок лазерных лучей. Эта технология стала применяться в промышленности 20–25 лет назад, но ее перспективы не вызывают никаких сомнений.

Концентрация тепла на конце лазерного пучка позволяет выполнять узкие, глубокие сварные швы, при этом скорость процесса весьма высока. Исключительные свойства лазерной технологии сварки чугуна привели к ее быстрому распространению в промышленности.

Преимуществами данной технологии являются ее безопасность и высокое качество. Чтобы полученные швы не имели трещин, работы проводятся одним из двух способов:

Лазерной сваркой с индукционным нагревом, осуществляемым либо предварительно, либо непосредственно при работе. Благодаря нагреву повышается контроль над рабочим процессом, в том числе снижаются переходные напряжения; уменьшается возникновение трещин; снижается излишняя твердость наплавленного металла; повышается скорость сваривания.
Лазерной сваркой с присадкой. Таким способом можно эффективно соединять друг с другом не только чугунные изделия, но и чугун с различными типами сталей (конструкционными, цементованными, закаленными). При помощи этой технологии можно сваривать корпусы, элементы шестерен, оси и другие детали в автомобиле- и машиностроении.

Такая технология сварки чугуна обладает следующим преимуществами, выгодно отличающими ее от традиционных способов:

минимальным тепловым влиянием, небольшой ЗТВ и, следовательно, минимальным короблением;
высоким качеством, прочностью, равномерностью и повторяемостью сварных швов;
гибкостью в управлении лазерным пучком, осуществляемом при помощи волоконной оптики, вплоть до его доставки в сварочную зону;
возможностью сварки труднодоступных областей, до которых не добраться другими способами;
высокой скоростью наплавки и производительностью процесса;
простотой контроля и автоматизации процесса;
универсальностью – с помощью одного и того же лазерного инструмента можно выполнять резку, сверление и ряд других работ.

Эта технология сварки чугуна востребована в автомобиле- и машиностроении, она используется для соединения корпусов, элементов шестерен, осей и пр. С ее помощью развиваются новые дизайнерские направления, кроме того, она отличается эффективной стоимостью.

Почему следует обращаться к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также: