Особенности 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.
Марки электродов для сварки чугуна
Маркировка электродов по чугуну включает в себя следующие самые распространенные варианты: МНЧ-2, ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЖН. Существуют и другие обозначения, например, т590. Эта марка электрода по чугуну также способна обеспечить качественное соединение.
Электроды для сварки чугуна выбираются в зависимости от решаемой задачи. Например, уже упоминалось о том, что соединение со сталью лучше осуществлять с помощью ЦЧ-4.
В холодной сварке лучше работать стержнями с покрытием. Присадка должна отвечать по составу марке самого чугуна, ведь в зависимости от количества углерода в железе свойства материала будут меняться.
Тем не менее сварка чугуна инвертором данными стержнями требует определённой осторожности, так как чрезмерный нагрев может привести к формированию трещин в области термического воздействия.
Сварка изделий из чугуна может стать проблемой для любого новичка. Тем не менее достаточно следовать нескольким несложным правилам и соблюдать технологию рабочего процесса, и тогда сваренное соединение будет обладать хорошим качеством и надежностью.
Технология сварки чугуна электродами. Описание процесса
У домашнего мастера выполнение сварочных работ со сталью не вызывает трудностей. А вот как варить чугун электросваркой знает не каждый сварщик-самоучка.
Особенности материала
Чугун — это сплав углерода с железом, где содержание углерода 2,14%. Что отрицательно сказывается на качественном соединении.
Процесс трудоемок ввиду:
- образования трещин и пор;
- при обработке появлению каленых структур и быстрому затуплению инструмента;
- тонкий материал рассыпается от перегрева.
По составу чугун подразделяется на серые и белые:
- Белые не свариваются ввиду хрупкости и твердости. Подаются шлифовке;
- Серые (высокопрочный, ковкий) легко обрабатываются и ограниченно свариваются.
Технология сварки чугуна электродами
Существует 2 способа сварки чугуна — горячая и холодная.
К горячей относится и полугорячая .
При горячем соединении деталь нагревают до температуры 600-700°С, выполняют сварку и медленно охлаждают чугунное изделие в печи. При полугорячем соединении поддерживают температуру 300-400°С.
Горячая и полугорячая сварка нуждается в дополнительном оборудовании. В бытовых условиях применяется холодное соединение.
Разделка кромок
Сварка чугуна электродом в домашних условиях нуждается в разделке фасок. Обезжиривать и зачищать детали не требуется.
Снятие фасок выполняется:
- напильником;
- наждаком;
- болгаркой.
Нюанс : острые кромки не допускаются. Остроту снимают подходящим инструментом.
Как правильно сварить чугунные детали на холодную
При соединении не перегревайте околошовную зону (не более 80°С). Делайте частые перерывы между проходами. Используйте многопроходную сварку.
- сначала выполните наплавку по краям фасок;
- затем постепенное заполнение шва;
- после каждого прохода делайте проковку валика по горячему.
Валики выполняйте длиной 40 мм, вразброс для снижения нагрева детали.
Как заварить чугун электросваркой в домашних условиях. Что понадобится:
- источник тока (инвертор);
- электроды 3 мм;
- щетка для зачистки шва;
- молоток для проковки и удаления шлака;
- шарошка или фреза для разделки фасок;
- щиток и перчатки.
- сначала разделка кромок и притупление острых углов;
- затем наплавка по краям фасок;
- далее постепенное заполнение шва.
Делайте проковку каждого валика по горячему. Не спешите, давайте время для остывания детали (нагрев около-шовной зоны не более 80°С).
После заполнения сварочного шва, переверните деталь и разделайте кромки с обратной стороны. Выполните сварку, как описано выше. Соблюдая температурный режим и делая проковку каждого валика. По окончанию процесса, по желанию отшлифуйте наплавленную поверхность.
Холодной сваркой ремонтируют батареи, тиски, блок цилиндров двигателя и другие конструкции из серого чугуна.
Марки электродов для сварки чугуна
В этой статье, вы можете познакомится с заводскими электродами и самодельными для соединения разных видов чугуна.
Таблица ниже, поможет выставить ток на аппарате для разных диаметров марок электродов:
Значение тока указаны для нижнего положения электрода. Для вертикального положения ток уменьшают на 15-20 А, кроме ЦЧ-2.
В целях экономии, домашние умельцы приноровились выполнять сварку чугуна обычным электродом с медной проволокой. Видео ниже:
Также, медная проволока поможет в сварке чугуна со сталью.
Некоторые умельцы спрашивают, как варить чугун полуавтоматом? На форумах по металлообработке опытные сварщики советуют применять проволоку ПАНЧ 11. Соединение выполняется стежками по 2-5 см с проковкой, без газовой защиты на прямой полярности. Ток 90-110 Ампер в зависимости от толщины металла.
Чем резать чугун
Виды резки делятся на термические и механические. Перечень инструментов и способов:
- Болгарка — простой и доступный способ. Минус: рез происходит по прямой.
- Труборезы хорошо себя зарекомендовали при работе с трубами.
- Сабельная пила.
- Электродом.
- Газокислородная резка — неплохой вариант. Кислородно флюсовая улучшит качество резки чугуна.
- Мобильные установки Терморезак 2М (вес до 5 кг).
- Кислородно-копьевая резка и плазменная.
Особенности сварки чугуна
В быту, строительстве, при производстве иногда крайне необходима сварка чугуна. Многих начинающих сварщиков волнуют вопросы — можно ли сварить чугун? Если да, то какие особенности сварки чугунных деталей существуют? Как правильно сварить детали? Возможна ли сварка чугуна в домашних условиях? Как заварить чугунную батарею, трубу или плиту? Ответим сразу: сваривать чугун можно, однако сварка чугунных деталей потребует определенных навыков. Чтобы получить прочное соединение, которое прослужит не один десяток лет, ознакомьтесь с теоретической частью.
Специфика сплава
Чугун представляет собой сплав из железа и углерода, где количество последнего — от 2 до 6 %. Чтобы повысить жаропрочность сплава, его устойчивость к коррозии и воздействию внешней среды, к чугуну добавляют легирующие элементы, такие как хром, титан, никель и т.д. Если примешать кремний, то значительно уменьшится температура плавления, сера поспособствует снижению текучести, марганец придаст дополнительную прочность, а фосфор позволит получить деталь, имеющую сложную конфигурацию.
В чугуне углерод может находиться в виде цементита или графита. Карбид железа (цементит) в сплаве находится в связанном состоянии, и такой чугун называется белым. А вот самородный минерал (графит), наоборот, присутствует в свободном состоянии, причем в каждой из разновидностей чугуна имеет различную форму. Например, пластинчатый графит входит в состав серого чугуна, хлопьевидный – ковкого, шаровидный – высокопрочного. Зная особенности сварки чугуна, можно без проблем выбрать подходящую его разновидность для предстоящих работ.
В отличие от кованого железа и стали, чугун:
- Содержит гораздо больше углерода (почти в 10 раз).
- Имеет лучшие литейные качества.
- Менее пластичен, с трудом поддается ковке.
- Обладает меньшей рыночной стоимостью.
Поскольку атомы углерода и железа связаны между собой не очень тесно, то сплав является хрупким и не может быть использован для изготовления элементов, подлежащих интенсивным нагрузкам. Тем не менее он устойчив к вибрациям и износу. Если длительное воздействие воды приведет к возникновению ржавчины, то в кислотно-щелочной среде этот сплав не потеряет своих качеств. После нагревания чугун способен сохранять высокую температуру длительное время.
Где применяется
Ранее этот сплав широко применялся для производства канализационных и водопроводных труб, арочных конструкций (в том числе несущих), декоративных элементов и т.д. Несмотря на то, что сейчас предпочтение отдается современным строительным материалам, чугун по-прежнему незаменим в сферах строительства и промышленности. Из него изготавливают плиты для фундамента, колонны, канализационные трубы большого диаметра, люки, ограждения, тормозные колодки, детали для машин. Некоторые предметы быта (сковороды, горшки и т.д.) также производятся из железно-углеродного сплава. Часто отливаются чугунные скульптуры и памятники.
Как подготовить материал к свариванию
Сварка чугуна в домашних условиях, равно как и в условиях производства, должна начаться с предварительной подготовки свариваемых поверхностей. Прежде чем заварить чугунную деталь, стоит удостовериться, что она не имеет повреждений и загрязнений. Материал довольно хрупкий и пористый, поэтому малейшая деформация с течением времени будет увеличиваться, а очистка потребует больших усилий.
Подготовка чугуна к сварке включает в себя:
- Ликвидацию или уменьшение трещин,
- Очистку.
вырезанная трещина
Перед тем как сварить чугун, все трещины, даже самые мелкие, лучше засверлить по краям и пройтись сверлом по всей глубине. Кроме сверла, можно воспользоваться зубилом, шабером и вырезать трещину, округлив при этом ее края. Сквозные трещины стоит обработать с двух сторон, а место с множественными трещинами лучше вырезать полностью и поставить заплатку.
Чугунные детали сваривают, очистив их от ржавчины, окалины, горючих веществ, грязи и т.д. Очистку можно проводить при помощи растворителей, газовой горелки, наждачной бумаги, металлических щеток и болгарки – в зависимости от степени загрязнения и типа поверхности. В особо сложных случаях можно использовать пескоструйную очистку. В конечном результате заготовка должна иметь гладкую, блестящую поверхность.
Способы соединения
Существуют следующие способы сварки чугуна:
- Газовая сварка чугуна. Необходима там, где нужно ликвидировать дефекты литья. Особенности сварки чугуна таким образом заключаются в том, что используются пропан-бутан либо ацетилен, а для работы можно применять несколько горелок. Для газовой сварки чугуна присадочной проволокой стоит использовать материал, который содержит большое количество кремния.
- Ручная сварка при помощи дуги. Перед началом дуговой сварки детали придают температуру 600-650 градусов по Цельсию. Это обеспечивает равномерные нагрев и охлаждение. Наиболее популярна сварка чугуна аргоном.
- Механизированная сварка при помощи дуги. Деталь также предварительно нагревается до высоких температур. Чтобы из сварной ванны не вытекал жидкий металл, подлежащий сварке участок детали можно формовать пластинами из графита.
- Электрошлаковая сварка. Технология сварки чугуна включает в себя использование пластинчатых электродов и фторидных флюсов. Для предварительного прогрева детали применяют пламя газовой горелки либо неплавящийся электрод .
- Термитная сварка. Особенности сварки чугуна таким образом состоят в использовании для нагрева очень горячего металла, полученного при горении термитов. Варится чугун при условии, что термитная смесь нагрета до температуры выше 1300 градусов по Цельсию.
электроды МНЧ-2 для сварки чугуна
Какой полярностью варить чугун? Прежде чем ответить на этот вопрос, подчеркнем, что выбор полярности зависит от вида электродов, а не от пространственного положения или других критериев. Например, электроды МНЧ-2 требуют применения прямой полярности. В остальных случаях выставляется полярность обратная.
Особенности горячей сварки чугуна
Можно ли варить чугун, избежав отбеливания шва и зоны около него? Чтобы получить качественное соединение, часто прибегают к горячему соединению поверхностей. Перед сваркой их тщательно очищают от загрязнений, затем формуют в специальных ящиках – опоках. Горячая сварка чугуна подразумевает двухступенчатое повышение температуры – сначала просушка до 120 градусов по Цельсию, затем подогрев до 600-700 градусов по Цельсию. И только затем можно сварить чугунные детали.
Поскольку для качественного результата площадь одной сварочной ванны не должна быть больше 50-60 см2, то сварка производится небольшими участками. Работа над следующим начинается только после того, как предыдущий затвердел. Приварить детали таким методом можно с помощью электродов ОМЧ-1 или ПЧЗ.
Особенности холодной сварки чугуна
Сварные работы по чугуну могут проводиться и без предварительного нагрева поверхностей – например, если нужно заварить чугун в домашних условиях или же деталь имеет слишком большие габариты. Сварить чугун в таких условиях можно при помощи электродов из аустенитного чугуна, стали или цветных металлов. Сварочные швы нужно стараться делать как можно короче — не длиннее 25 мм. Обеспечьте условия для постепенного остывания швов.
Чтобы сварить чугун и избежать при этом отслойки металла сварного шва, нужно воспользоваться стальными шпильками с диаметром не более 16 мм. Если края деталей не толще 10 мм, диаметр шпильки должен составлять 6 мм, если в пределах 10-20 мм, то небходимы шпильки с диаметром 10 мм.
Сварка при помощи аргона
Сварка чугуна аргоном (TIG) возможна тремя способами – с помощью холодной сварки, горячей (до 600 градусов по Цельсию) или полугорячей (до 400 градусов по Цельсию). Первый из них уместен тогда, когда нужен шов, не состоящий из чугуна.
Как варить чугун аргоном? Для этого выставляют значение сварочного тока в 40-80 А в зависимости от толщины деталей. Если этот показатель вы выбрали правильно, металл во время процесса трещать не будет. Качество шва не зависит от направления сварки, поэтому горелку можно располагать как за присадочным прутком, так и перед ним. Сварочный присадочный стержень предварительно нагревают, затем помещают в сварную ванну и формируют шов. Чтобы он получился качественным, без пор, присадочный пруток лучше не выносить из зоны сварки, а помешивать им расплавленный металл, равномерно распределяя его и удаляя пузырьки газов. После сваривания деталь должна остыть естественным путем.
Сварка чугунных радиаторов
Можно ли заварить чугунную батарею самостоятельно, не вызывая специалиста? Заварить трещину в радиаторе можно, если у вас есть стаж проведения подобных работ, так как не каждый шов сможет выдержать давление до 10 атмосфер и температуру до 100 градусов по Цельсию. Наиболее распространена сварка чугуна инвертором: этот прибор легкий и компактный, к тому же простой в управлении.
В большинстве случаев поверхности, подлежащие сварке, нельзя вращать, поэтому соединение варят с отрывом. Чтобы шов получился прочным, производят два прохода. После каждого из них нужно очистить место сварки, удалить наплыв и окалину. В качественно выполненном шве все края заполнены, подрезов нет.
Соединение чугуна со сталью
Сварка чугуна со сталью осложнена тем, что эти металлы имеют разное процентное содержание углерода. Кроме того, если гранулы углерода крупные, то речь не может идти о надежном шовном соединении.
Стали с чугуном могут быть соединены при помощи как холодной, так и полугорячей, и горячей технологии. Для соединения железно-углеродного сплава с обычной сталью или с нержавейкой нужно использовать постоянный ток (полярность – обратная). Переменным током следует воспользоваться только при напряжении холостого хода, превышающем 54 вольта. Сначала нужно обрабатывать изделие из чугуна, затем – из стали. Если соединение чугуна и стали должно иметь толстый шов, то он варится слоями. Каждый из них необходимо уплотнить, используя молоток.
В случае, когда нержавейка присоединяется при помощи горячего или полугорячего способа, зону наплавки стоит охлаждать. Обратите внимание: при резком снижении температуры материал будет деформирован или начнет разрушаться. Поэтому температуру в зоне наплавки снижают медленно, а шов время от времени нагревают.
Полезные советы
- Правильно варить чугун нужно в нижнем положении.
- Перед тем как заварить чугун низкоуглеродистыми электродами, обратите внимание, что толщина наплавленного металла должна составлять около 50 процентов от толщины самой детали.
- Сварка чугуна полуавтоматом должна проводиться без колебательных движений при ведении первого шва. Затем можно приступать к поперечным движениям.
- Чугун и сталь можно сваривать и при помощи аргонодуговой технологии. В таком случае используйте для присадки флюсовую проволоку на никелевой основе, сняв с нее обмазку. Электроды должны быть изготовлены из вольфрама.
- Нержавейка к чугуну может быть надежно приварена в том случае, если сварку проводить в несколько проходов короткими швами, давая металлу остыть.
- Чтобы чугун после сварки остывал постепенно, его или накрывают, или засыпают негорючими материалами (асбест, песок, зола).
- В толстых деталях перед свариванием разделываются кромки. Угол фаски должен
источник статьи — pcity.su
 |