Особенности проведения сварки чугуна

Содержание:

Особенности материала
- Виды чугуна
- Свариваемость чугуна и другие свойства
Маркировка электродов
Технология
Аргонодуговая сварка
Как правильно варить
Как варить чугун
В чем специфика сварки чугуна
Особенности работы с чугуном
- Технологии соединения деталей
- Как подготовить материал
Что нужно знать о сварке полуавтоматом
В чем специфика сварки чугуна

Особенности материала

В составе чугуна содержатся железо, углерод в количестве не менее 2,14% и примеси. Материал имеет высокую твердость, но низкую ковкость и пластичность, из-за чего он является хрупким. Среди дополнительных веществ выделяют:

кремний;
марганец;
сера;
фосфор;
дополнительный присадки.

В качестве металлов для легирования используют вещества:

хром;
никель;
ванадий;
алюминий.

Металл имеет плотность при нормальных условиях 7200 кг/м3, его применяют в литейной промышленности при изготовлении станин для станков, а также крупных деталей. Плавление чугуна происходит при температуре 1200°С, при этом углерод в составе не успевает проникнуть в глубину материала, а располагается в основном на поверхности. Такой эффект делает металл хрупким.

Виды чугуна

Материал классифицируют на следующие типы:

Белый чугун. В данном виде углерод имеет состояние цементита, при этом на срезе наблюдается белый оттенок и блеск характерный для металлов. Чугунное литье такого типа является износостойким, жаростойким и защищенным от коррозии. Применяется для переплавки в сталь.
Серый чугун содержит углерод в виде пластинчатого графита. На срезе имеет серый оттенок, без явного блеска. Применяется при изготовлении деталей с нагрузками на сжатие.
Ковкий чугун представляет собой белый тип после термической обработки, в результате чего графит в составе принимает форму хлопьев. Данные условия делают материал пластичным и вязким. Применяется при изготовлении деталей сложных конфигураций.
Высокопрочный тип содержит углерод в сферической форме, при этом металлическая основа не подвергается разрыву в структуре. Применяется в машиностроении для изготовления ответственных деталей высокой прочности.

Свариваемость чугуна и другие свойства

При соединении частей чугуна при помощи сварки возникают некоторые трудности, связанные с его характеристиками. При достижении критической температуры может произойти течение металла, в результате чего он вытекает из места шва. Сгорание графита и газообразование приводит к появлению трещин в металле, а также к некачественному шву с порами. Такие явления делают чугун трудно свариваемым материалом.

Маркировка электродов

Особенности подключения автоматов и узо в щитке: схемы + правила проведения монтажа

Марки сварочных электродов говорят о трех важнейших вещах:

химический состав;
целевое применение;
серия продукта.

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

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

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

65-80 А;
90-120 А;
130-150 А.

Обычным делом для сваривания самых разных чугунных деталей можно считать МНЧ-4. Полученные с использованием такого электрода швы очень хороши

Дополнительно принимают во внимание вариант обмазки и толщину инструмента. Кроме перечисленных марок электродов, могут использоваться и другие приспособления

Горячую сварку чугуна обычно ведут при помощи ЦЧ-4.

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

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

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

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

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

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

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

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

Отдельно стоит упомянуть такие популярные иностранные модели, как:

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

Технология

Электроды для сварки чугуна

Многие люди интересуются методикой сварки чугуна в домашних условиях. Работать электродом рекомендуется по многослойной методике. Для соединения краев толстостенных деталей предварительно убирают при помощи УШМ фаски под углом 45 градусов. Заделать трещину можно использованием тонкого диска. На концах придется сверлить отверстия.

Этот вариант позволит справиться с появившимися дефектами. Потом берут специализированный электрод и наплавляют первый металлический слой площадками по 0,03-0,05 м. Сварку ведут с концов, создавая своеобразную ванночку. По возможности следует прорабатывать дефекты с оборотной стороны. Сила тока в пересчете на 1 мм толщины металла составляет 50-60 А, что позволяет достаточно точно подобрать показатели.

В некоторых случаях нужно приварить чугун к стали. Горячая и полугорячая методики подразумевают прогрев заготовок до 500 градусов и даже выше. Для домашней работы рекомендуется использовать электроды ЦЧ-4. В этом случае применяют постоянный обратный ток. Рекомендуется работать в нижнем положении.

Напряжение холостого хода не превышает 54 Вольт. Варят чугунно-стальную связку небольшими зонами. Величина валиков — не более 0,03 м (с погрешностью максимум 1 мм). Очень важную роль играет проковка шва. Зону контакта периодически остужают.

Кроме знания режимов надо знать и особенности сварки отдельных конструкций. При работе на чугунных блоках двигателя можно выбрать три варианта:

полный нагрев;
фрагментарный прогрев нужной зоны;
электрическую сварку по холодному слою (это наиболее простое решение для устранения трещин).

Часто практикуется сваривание в аргоновой среде. В этом случае применяют электроды, содержащие графитизатор. В промышленных условиях применяют полуавтоматическую обработку с порошковой проволокой. Тогда необходимо создавать атмосферу углекислого газа. Это экономичное решение, можно ограничиваться прогревом поверхности до 80 градусов.

Достаточно обычной задачей является и сварка выпускного коллектора. Рекомендуется применять электроды с добавкой меди. Холодный метод хуже горячего, потому что создаются относительно непрочные швы. При работе с блоком цилиндров требуется засверливать трещины, неглубокие трещинки разделывать необязательно. Отверстия не должны проходить насквозь, требуется лишь раскрывать весь объем дефекта.

Аргонодуговая сварка

Особенности и технология лазерной сварки

В принципе, что говорилось выше, полностью касается и аргонодуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа. Единственное, что добавляется в сварочную технологию, это присадка и газ. С газом все понятно, потому что он является одинаковым для всех видов сварки в независимости от типа и вида соединяемых заготовок, а точнее, их металлов.

А вот присадочный материал выбирается по свойствам основного свариваемого металла. А так как их два, то придется учитывать способности каждого из двух к свариванию. И так как чугун является, если так можно сказать, слабым, то и присадка должна выбираться по нему. Так вот в качестве присадочного материала можно использовать сварочную порошковую проволоку, от которой отбивают обмазку. Некоторые мастера используют полоски чугуна, нарезанные небольшими отрезками.

Правда, оба материала можно использовать лишь в том случае, если у сварщика достаточно опыта использования данной технологии. Все дело в том, что неправильно выставленный режим и неправильная скорость плавки присадки может привести к образованию в сварочной ванне так называемых интерметаллидных структур. Они обладают повышенной хрупкостью

Вот почему практический опыт считается важной составляющей качества конечного результата сварки стали и чугуна неплавящимся электродом из вольфрама.

Поэтому несколько чисто практических советов.

Для сварки двух металлов лучше всего использовать присадки на никелевой основе, которые специально были изобретены для сварки чугунных изделий. Но если требования к прочности и надежности стыка достаточно большие, то даже такая присадка не сможет их выполнить.
Нельзя варить чугун со сталью широкой ванной и большими тепловложениями.
Рекомендуется перед началом сварочных работ провести наплавку никелевой присадки на чугунную кромку. То есть, образовать так называемый переходный слой.
Приваривать чугун к стали можно без предварительного нагрева или с таковым. Первый вариант выбирается лишь в том случае, если в процессе эксплуатации сваренной детали она не будет подвергаться большому нагреву, не больше +300С. Если такие требований нет, то придется производить нагрев. Мелкие заготовки нагреваются полностью, большие только в зоне сваривания.
Чугун – это металл с низкой пластичность и очень низким линейным расширением в сравнении со сталью

Поэтому очень важно добиться того, чтобы в сварочном шве понизить усадочные напряжения. Чугун усаживается мало, сталь, наоборот, много.

Что можно предпринять по последней позиции. Самый большой эффект можно получить путем ударов молотка по сварному шву. Такой процесс называется проковкой. Для этого используется молоток со скругленным бойком. Бить металл надо до такой степени, чтобы извлекался звонкий звук.

Есть другой вариант повысить эффект. Для этого придется сварку проводить присадочной проволокой большого диаметра. Сам шов необходимо делать валиками длиною по 4-5 см каждый. При этом электрическая дуга должна быть направлена в сторону предыдущего валика. Варить надо ровно вдоль стыка без колебательных движений.

Как правильно варить

Начинающим сварщикам необходимо ознакомиться с алгоритмом выполнения работ на аппарате:

Вставить присадочную проволоку в приводной механизм. Предварительно проверить исправность роликов, их подбирают по диаметру расходного материала.
Разложить рукав подачи проволоки, нажав на кнопку. Дождаться выхода конца из горелки.
Подключить емкость с газом при помощи шлангов, закрепить.
Кромку металлических заготовок зачистить от грязи и ржавчины, снять фаску под углом.
Провести пробный вар на отходах металла для настройки параметров.
Приступив к работе, горелку необходимо держать под углом 80°-85° от плоскости шва.
Ведут дугу аналогично ручному методу соединения. При подаче газа прекращается окисление шва и разбрызгивание металла.
Закончив заполнять ванну расплавом, отключить питание на аппарате.
Прекратить подачу проволоки.
После кристаллизации шва перекрыть газ.

Данный метод считается одним из эффективных. Технология зависит от режима и параметров. В результате получают качественно проваренный шов без дефектов, защищенном от ржавчины и коррозии.

Как варить чугун

Чтобы сделать качественный шов, требуется знать, как варить чугун электросваркой в домашних условиях. Технологический процесс можно разделить на два этапа — подготовительный и рабочий.

Подготовительные работы

Перед тем как запускать сварочный аппарат, требуется провести подготовку поверхности. Этапы подготовки:

Грязь и ржавчину очистить с помощью металлической щётки или наждачной бумаги. Если загрязнения серьёзные или на поверхности чугуна присутствуют окалины, можно использовать болгарку с шлифовальным диском.
Дополнительно поверхность обезжиривается с помощью растворителя.
На краях, которые будут свариваться, требуется сделать фаску.

Последним этапом подготовки является зачистка поверхности деталей до металлического блеска. Сделать это нужно вокруг тех мест, которые будут свариваться.

Подготовка поверхности

Сваривание без подогрева

В первую очередь, необходимо купить расходные материалы. Оптимальным вариантом будут электроды, в состав которых входит медь или никель. Готовый шов будет легко обрабатываться. Режим использования сварочного оборудования указывается на упаковке с расходным материалом. Сваривать чугун без изначального подогрева заготовки требуется поэтапно. Сначала наносится начальный шов, которому дают остынуть. Сверху наносят второй

Важно не перегревать материал

Сварка с нагревом

Основная проблема растрескивания чугуна в том, что материал без предварительного нагрева резко разогревается и остывает. Из-за этого образуются трещины. Зная, как заваривать чугун горячим методом, можно добиться надёжного соединения деталей.

Этапы проведения сварочных работ:

Рабочая поверхность зачищается от ржавчины, грязи, краски.
Сквозные дыры завариваются с помощью специальных форм.
Детали предварительно разогреваются в индукционных печах до 600 градусов.
Включается сварочный аппарат. Сварщик должен его настроить на работу при постоянном токе и прямой полярности.

Когда шок готов, заготовку требуется поместить в разогретую печь и выключить её. Они должны остыть вместе.

В чем специфика сварки чугуна

Чугун чаще всего используют в изделиях, производимых путем литья. Но такой металл довольно хрупок и наиболее распространенные поломки это трещины. Их, как правило, заваривают, используя электросварку. В чем трудность проведения такого вида работы?

Расплавленный чугун очень текучий, что создает трудности при заваривании сквозных трещин и пробоин. Это же свойство часто приводит к сквозному прожиганию металла.
Чугун имеет относительно невысокую температуру плавления. Воздействие высокотемпературной электрической дуги приводит к его отбеливанию (изменение структуры), вследствие чего материал в месте сварки становиться более хрупким и трескается уже при остывании.
Кислород, который находиться в атмосфере вступает в контакт с углеродом, это провоцирует образование множества пор в теле сварного шва. Соединение от этого имеет намного меньший запас прочности.

Это — основные проблемы сварки чугунных деталей. Для их решения применяют несколько технологий, которые позволяют избежать быстрого разрушения соединения.

Особенности работы с чугуном

Рабочие со стажем определят свариваемость металла всего лишь по единому разрезу. Если структура является мелкодисперсной, а оттенок близок к серому, то такой чугун сваривать намного проще, чем темные крупнозернистые породы. Если говорить о соединении деталей, находящихся длительное время в масле, или тех, что постоянно подвергались окислениям в воде, грунте либо других средах, то такие сварочные материалы не являются подходящими

Следует принимать во внимание, что чугун принадлежит к материалам с ограниченной свариваемостью, и учитывать ряд его особенностей:

металл относится к жидкотекучим, потому единственным допустимым рабочим положением является нижнее;
при несоблюдении температурных режимов и перекаливании металла углерод выгорит, образуются поры;
отсутствие необходимой температуры и минимальная пластичность — главные причины напряжений в местах соединения швов;
расплавленным чугуном могут создаваться окислы с температурой плавления выше, чем у исходного материала.

Технологии соединения деталей

Существует три широко известные методики соединения чугунных деталей. Речь идет о таких работах:

Горячая сварка. Ее считают самой распространенной и правильной. Суть в том, что перед началом использования электрода заготовка должна прогреться до 600 градусов, давая возможность избегать появления соединений с завышенной температурой, перекалок и напряженностей в местах сваривания.
Полухолодное сваривание. От первого способа отличается только температурой нагрева. В этом случае температура нагрева изделий не должна превышать 350 градусов.
Холодная сварка. Нагрев заготовок исключается, но в пределах технологии есть многочисленные нюансы, без которых нельзя получить шов высокого качества. Сварка чугуна электродом в домашних условиях инвертором выполняется именно таким методом.

Как подготовить материал

Чугуну требуется предварительная подготовка перед началом сваривания. Сначала нужные места защищают, используя болгарку с кругом в виде лепестка либо другие подходящие насадки. Верхний слой защищают до уровня не окисленного металла, обезжиривая бензином или растворителем. Если нужно избавиться от трещин, металл чистят, пока не покажутся их окончания, строго в тех точках насверливают отверстия с диаметром 10 мм.

Говоря о том, как сварить чугунные детали, стоит выделить и некоторые особенности подготовительного этапа:

Шпильки. Работы могут выполняться как послойно (опорные элементы не задействуются), так и со шпильками. Они полностью стальные. Размеры подпадают под строгий регламент, к примеру, их диаметр не должен занимать более 40% объема чугуна при максимальном расстоянии 6 диаметров и выступлении над основанием в 4−6 мм. На используемое количество влияют только величины соединений, но не более четверти от площади изломов.
Проведение разделки кромок. Нельзя допускать острых краев в местах сопряжений металла, их следует сделать сферическими.
Нужно пользоваться специальными электродами. Давая ответ на вопрос относительно того, как заварить чугун обычным электродом, нужно отметить, что это практически нереально. Специалисты советуют приобретать присадки, среди компонентов которых хром, медь, никель и другие лигатуры, упрощающие наплавление на чугун аргоном.

Что нужно знать о сварке полуавтоматом

Прежде чем варить, нужно учесть тонкости работы сварочного аппарата.

Как правильно варить полуавтоматом:

плюсовая клемма подключается к горелке, минусовая к заготовке;
для каждого вида металла применяется специальная проволока. Например, для алюминия – алюминиевая, для нержавейки – нержавеющая и т.д.;
сила тока и скорость подачи проволоки это взаимно связанные настройки. Чем больше ток – тем больше скорость и наоборот;
используемый на горелке токосъемный наконечник, должен соответствовать диаметру проволоки. Эта деталь относится к расходным материалам, поэтому требует периодической замены;
от настройки механизма подающего проволоку, зависит качество шва;
шланг, подающий проволоку, должен быть жестким – иначе он может перегнуться и подача проволоки застопорится;
металл тоньше 1 мм лучше сваривать точками, если не нужно получить герметичный шов. Так заготовка не перегреется и не прогорит;
если напряжение сети, ниже номинального, например 190, а не 220 вольт – лучше применять проволоку меньшего диаметра. Например, вместо 0,8 взять 0,6 – аппарату справится с ней гораздо легче, и шов получится качественным.
для сварки полуавтоматом без газа применяется специальная проволока, при этом плюсовая клемма подключается к заготовке.

При сварке в нижнем положении, горелка держится под углом примерно 60 градусов по отношению к заготовке. Расстояние до заготовки 5-15 мм. Горелка ведется от себя – «углом вперед».

Перед началом работы нужно откусить кончик проволоки, торчащий из горелки. На нем образуется шарик, который плохо проводит электричество – горелку будет тяжелее разжечь.

Нужно периодически чистить наконечник и сопло горелки от брызг. Если этого не делать подача проволоки станет прерывистой. Поэтому применяются специальные силиконовые аэрозоли, которые защищают поверхности от налипания – нужно брызнуть им внутрь горелки.

В чем специфика сварки чугуна

Расплавленный чугун очень текучий, что создает трудности при заваривании сквозных трещин и пробоин. Это же свойство часто приводит к сквозному прожиганию металла.
Чугун имеет относительно невысокую температуру плавления. Воздействие высокотемпературной электрической дуги приводит к его отбеливанию (изменение структуры), вследствие чего материал в месте сварки становиться более хрупким и трескается уже при остывании.
Кислород, который находиться в атмосфере вступает в контакт с углеродом, это провоцирует образование множества пор в теле сварного шва. Соединение от этого имеет намного меньший запас прочности.