Электроды, изготовленные из железоникелевого сплава, предназначены для профессиональной сварки, наплавки и ремонта нагруженных компонентов. Наплавленный металл шва характеризуется высокой прочностью и великолепной стойкостью к образованию горячих трещин. Шлак легко удаляется, а поверхность шва без труда подвергается механической обработке.
Как заварить чугун электросваркой
Чугун — это сплав железа с углеродом, который также может включать различные примеси и легирующие добавки. Этот металл широко применяется в промышленности для создания несущих деталей и конструкций. В быту из чугуна часто изготавливаются канализационные стояки и радиаторы для отопления.
Высокое содержание углерода в чугуне затрудняет соединение его деталей как между собой, так и с другими металлами. Нарушение технологических процессов может привести к перегреву и увеличению хрупкости материала. Поэтому перед началом сварки чугунных конструкций необходимо внимательно изучить навыки проведения сварки чугуна, а также подходящие материалы и технологии выполнения этих работ.
Виды чугуна
Чугун содержит не только углерод (его содержание колеблется от 2% до 6%) и железо, но также марганец (до 1%), кремний (до 3%), а также фосфор, серу и легирующие добавки, такие как алюминий, ванадий, хром, магний и никель. Эти легирующие химические соединения играют ключевую роль в формировании твердости, прочности и пластичности материала, что зависит от его применения.
Электросварка чугуна осуществляется с учетом его состава и содержания углерода, который может находиться в форме графита или цементита. Чугун подразделяется на следующие виды:
- Белый чугун, обладающий светлой поверхностью излома, так как в нем углерод представлен в виде цементита. Обработка такого материала затруднена из-за его высокой твердости.
- Серый чугун, в котором углерод находится в виде графита. Его поверхность излома имеет серый цвет. Такой чугун хорошо поддается механической обработке и обладает лучшими литыми свойствами.
- Термическая обработка белого чугуна позволяет преобразовать его в ковкий металл, который широко используется в машиностроении.
- Полуинтеркаляционный чугун содержит углерод в форме как цементита, так и графита, что придает ему высокую устойчивость к износу.
- Графит в виде шариков делает чугун очень прочным. Высокопрочные чугуны используются для производства качественных трубопроводов.
Почему сложно сваривать чугун
Существует несколько причин, из-за которых сварка чугуна представляет собой сложную задачу, и они обусловлены как физическими свойствами этого металла, так и его химическим составом.
Получить качественный сварной шов и надежное соединение чрезвычайно сложно по ряду причин:
- У чугуна низкая пластичность. При охлаждении в зоне сварки образуются усадочные напряжения, которые не могут быть компенсированы и часто приводят к образованию трещин.
- При остывании наплавленного металла и области вокруг сварного шва происходит изменение его структуры. Это может привести к образованию участков отбеленного чугуна, которые имеют отличные от серого чугуна физические свойства, что также увеличивает риск трещинообразования.
- Чугун обладает большей текучестью, чем сталь, что представляет собой проблему в процессе сварки. Слишком течный расплавленный металл склонен к растеканию, что затрудняет формирование ровного шва.
- В чугуне присутствует значительное количество газовых включений. Во время сварки газы активно выделяются из расплавленного металла, включая в процессе охлаждения. Это может привести к образованию пор в шве, что негативно сказывается на прочности соединения и герметичности.
- В зависимости от марки чугун может содержать элементы, которые образуют тугоплавкие оксиды, например, легированный кремнием и алюминием чугун. Эти оксиды могут становиться причиной плохого провара.
Сложности также возникают при сварке чугунных изделий, которые долго эксплуатировались в условиях повышенной температуры или постоянного контакта с маслами и смазочными материалами. Такие детали либо невозможно заварить, либо в шве образуется множество пор.
Какие способы используют для работы с чугуном
Для выполнения соединительной сварки, восстановительной наплавки, а также устранения дефектов в литых частях (например, раковин) используется три метода.
Горячая сварка
Данная технология предполагает предварительный нагрев чугуна в печи до температуры около 600°C, после чего осуществляется сварка с использованием высоких токов с последующим медленным охлаждением. Это значительно снижает остаточные напряжения и риск возникновения холодных трещин. Однако достичь такого нагрева в домашних условиях зачастую невозможно. Чаще всего этот метод применяется для соединительной сварки на производстве.
Полугорячая сварка
Этот метод используется для сварки чугунных деталей в условиях гаража или малых мастерских. Он подразумевает прогрев деталей до 200-300°C. Малые детали прогреваются полностью, а большие – лишь в зоне сварки. Для таких целей применяются газовые горелки. После завершения сварки шов укрывается теплоизоляционным материалом, а деталь охлаждается в песчаной ванне. Такой подход также способствует снижению усадочных напряжений.
Холодная сварка
Этот способ подходящий для применения в обычных домашних условиях. Сварка производится без предварительного нагрева, так называемым «холодным» методом. Чтобы уменьшить вероятность возникновения горячих трещин, используются присадочные материалы на основе меди и никеля, модифицирующие металл шва.
Холодная сварка подходит для неответственных чугунных деталей и конструкций, не подверженных высоким нагрузкам. К прочностным характеристикам их швов предъявляются менее жесткие требования. Если рабочая температура детали превышает 200-300°C, предварительный подогрев все же будет предпочтительным.
Основные методы
Рассмотрим два ключевых метода сварки: усиление зоны сплавления с применением стальных шпилек или многослойная сварка с последующей проковкой каждого слоя.
Использование шпилек для усиления шва
При необходимости заделать трещину в чугунной детали может быть использован метод со шпильками. Этот подход особенно удобен для ремонта крупных объектов, так как не требует их демонтажа или переворачивания.
Сначала нужно высверлить отверстия по краям детали и вставить стальные шпильки, чтобы усилить соединение. Затем электродом вокруг каждой шпильки наваривается металл, пока шпильки не окажутся полностью закрытыми под наплавленным металлом. Рекомендуется использовать электрод толщиной 3 мм и выставить сварочный ток в диапазоне 100-120 А. Пониженный ток обеспечивает минимальный нагрев и незначительную глубину расплавления чугуна, что снижает вероятность трещинообразования. После этого формируется завершающий шов с использованием более толстого электрода и повышением сварочного тока до 120-140 А.
Технология использования шпилек жестко регламентирована. Их диаметр не должен превышать 40% толщины заготовки. Например, для заготовки толщиной 12 мм подойдет шпилька диаметром 3-4 мм. Выступать над поверхностью детали шпилька должна на 4-6 мм. Глубина ввертывания должна составлять примерно полутора диаметров шпильки. Количество шпилек рассчитывается с учетом их размера, чтобы расстояние между ними не превышало шести их диаметров.
Многослойная сварка
В данном методе особое внимание следует уделить качественной подготовке металла и придаче краям заготовок сферической формы. Первый шов выполняется от одного края до другого, и пока он не остыл, его необходимо слегка проковать молотком. Перед нанесением следующего слоя предыдущий шов должен остыть полностью. Если возможно, деталь переворачивается, и выполняется шов с обратной стороны. После этого заготовка возвращается в начальное положение, и по окончании остывания выполняется второй шов сверху. Постепенно с каждым слоем закрываются все соединения. Важно проковывать каждый слой и делать паузы, чтобы избежать перегрева металла.
Технология процесса
Независимо от того, какое сварочное оборудование вы собираетесь использовать, необходима предварительная подготовка рабочей зоны. Сначала следует очистить металл от загрязнений, таких как грязь, краска, масло и другие примеси. Не стоит пренебрегать этой процедурой, так как чугун сложно сваривать изначально, а наличие загрязнений может значительно снизить прочность соединения. Края заготовки рекомендуется очищать болгаркой с лепестковым кругом или наждачной бумагой, а для обезжиривания поверхности может быть использован бензин или растворитель.
Следующий шаг — скругление краев заготовок для устранения острых углов или создание фаски со скосом. Если толщина детали более 4 мм, разделка с косым краем обязателен, иначе существует вероятность того, что присадочный материал не сможет полностью заполнять область шва, что повлияет на прочность соединения.
Подготовка
Качество подготовительных работ играет ключевую роль в том, произойдут ли дефекты при сварке. Трещины в чугуне могут иметь плоскую или глубокую структуру. Для их устранения необходимо тщательно обработать кромки до глубины. Для этого могут быть использованы механические методы как шлифование или вырубка, а также термические методы, такие как дуговая или кислородная резка.
Разделка трещин должна превышать видимую часть на 5 мм с каждой стороны. Ближе к краям канавка должна сужаться, чтобы в конечном счете быть на одном уровне с поверхностью заготовки. Глубина разделки должна быть на 1-2 мм меньше толщины стенок для сквозных дефектов, а для несквозных трещин следует наоборот увеличить на 1-2 мм.
Осуществление грамотной разделки кромок исключает риск перекаливания чугуна. Если все сделано корректно, прогрев металла происходит равномерно по всему участку. Для этого следует соблюдать угол наклона кромок, который должен составлять ровно 45 градусов. Важно, чтобы кромки были свободны от острых углов. Для очистки поверхности лучше использовать наждачную бумагу, пескоструйный аппарат, болгарку или обычную щетку по металлу. Если некоторые загрязнения невозможно удалить механически, можно прибегнуть к термической обработке.
Для повышения качества и ускорения работы, вы всегда можете воспользоваться нашими верстаками собственного производства от компании VTM.
Чугунные детали с тонкими стенками рекомендуется сваривать с использованием графитовых форм, которые служат подкладкой. Такой подход обеспечивает равномерное распределение температуры по всему объему и позволяет сохранить первоначальную форму заготовки.
Технология сварки по чугуну
Существует две жизнеспособные технологии сварки чугунных деталей. Они подразделяются на основании температурного режима процесса, а также наличия или отсутствия предварительного прогрева заготовок.
Горячая
Этот метод предназначен для промышленного производства и малопригоден для домашней мастерской, так как нагреть заготовки до 600-650 градусов Цельсия в гараже без специализированного оборудования нереально. Технология предварительного прогрева позволяет избежать образования трещин в наплавленном материале.
Необходимо обеспечить равномерный прогрев заготовок. Избежать значительной разницы температур между основной деталью и сварочным швом очень важно. В противном случае возникает высокая вероятность трещиноватости. Перед нагреванием детали должны быть зафиксированы в нужном положении, чтобы избежать внутренних напряжений, способных привести к трещинам.
Нельзя перегревать заготовки. Если температура нагрева превысит 750 градусов Цельсия, то чугун может начать плавиться.
Полугорячая
Процесс прогрева подобен горячей сварке. Однако заготовки нагреваются до температуры 400-450 градусов. Этот метод может использоваться как на производстве, так и в небольших мастерских.
Холодная
Предварительный прогрев заготовок при этой технологии не требуется. Это метод применяется широко и в быту. Он оправдан в тех случаях, когда отсутствует специальное оборудование для предварительного прогрева, и соединения чугуна делаются только временно. Обычно качество сварного шва в этом случае невысокое, но улучшить прочность соединения можно за счет применения специализированных электродов.
Электроды для сварки чугуна
Для выполнения сварки чугуна с использованием электросварки необходимы следующие типы электродов:
- Для соединения ковкого чугуна — электроды ЦЧ-4, ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6 или электрод МНЧ-2;
- Для сварки серого чугуна рекомендуется использовать электроды ОЗЧ-2, ОЗЧ-4 и ОЗЧ-6, ОЗЖН-1 и ОЗЖН-2, а также электрод МНЧ-2;
- При работе с высокопрочным чугуном, подходящими будут электроды МНЧ-2, ОЗЧ-3 или электроды ОЗЖН.
Процесс сварки чугуна рекомендуется проводить на низких токах, с постоянным режимом. Использование угольных электродов при сварке чугуна осуществляется только на постоянных токах с прямой полярностью.
Как варить чугун электросваркой
Процесс сварки чугуна с использованием электродов проходит в несколько этапов, включая этап подготовки свариваемых изделий.
Для выполнения сварки чугуна в домашних условиях необходимы следующие инструменты для сварки:
- Сварочный инвертор;
- Электроды, предпочтительно диаметром не более 3 мм;
- Болгарка или металлическая щетка;
- Маска сварщика;
- Молоток для удаления шлака и проковки сварного шва.
Сначала необходимо подготовить изделие. На этом этапе чугунные детали очищаются, удаляются трещины и другие дефекты путем резки.
Затем следует нагревание чугунной детали, после чего осуществляется сварка. На этом этапе очень важно избегать как перегрева поверхности, так и резкого остывания. Поэтому необходимо выбирать силу тока для сварки чугуна на несколько меньших значений по сравнению с сваркой стали.
При заваривании трещин следует внимательно вести корневой шов непрерывно, избегая колебаний. Даже небольшое перегревание околошовной зоны, температура выше 80°С, уже считается критической и может привести к трещинообразованию. Поэтому для эффективной сварки чугуна целесообразно применять многопроходную версию, когда шов наплавляется за несколько проходов.
Для выполнения сварки сначала нужно провести наплавку металла с краев фаски, заполняя сварочный шов по мере плавления материала. После каждого прохода важно помнить о горячей проковке валика, чтобы обеспечить лучший прочность шва.
