Чугун — это сплав железа с углеродом. Именно от количества углерода в его составе зависит, какими будут его свойства. Чем выше процент углерода, тем хуже ковкость металла, ниже его пластичность и тем труднее сварить его. На изломе он может быть белого или серого цвета. Если в нем углерод находится в основном в виде включений графита, его называют серым. Серый металл намного лучше обрабатывается, часто применяется в литейном производстве и сравнительно недорогой. И если соблюдать определенные условия, можно получить прочное сварное соединение.
Типы сварки чугуна.
Очень интересно и важно, что если металл сначала нагреть до температуры 750 градусов по Цельсию, а потом быстро охладить, серый цвет после сварки становится белым, в котором образуется закаленная структура с определенным напряжением внутри, которое часто приводит к многочисленным трещинам. В состав чугуна входит еще кремний, фосфор, а также марганец и сера, которые тоже влияют на свариваемость металла.
Причины плохой свариваемости и подготовка к работе
Чугунные детали иногда могут свариваться очень плохо, и на то есть множество причин, к основным из которых принято относить такие:
Сварка чугунных деталей.
- большая вероятность образования трещин из-за неоднородности состава и при охлаждении раскаленного металла;
- часть углерода выгорает и на сварочных швах образуются поры;
- при сварке получаются окислы, у которых температура плавления несколько выше;
- чугунные сплавы являются жидкотекучими, что усложняет образование шва;
Все это делает непредсказуемым поведение этого металла при сваривании. Чем крупнее включения графита, тем темнее цвет металла на изломе и тем больше вероятность появления трещин на сварочном шве детали, независимо от ее размера.
Как же подготовить металл к свариванию? Место под сварку надо очень хорошо очистить от посторонних включений с помощью щетки по металлу или наждачной бумаги. Края трещины надо обязательно скруглить. Если на металле имеется масло, его обязательно удаляют специальными растворителями. При большом загрязнении деталь можно обработать пламенем горелки. Поверхность должна быть гладкой и сухой, все неровности удаляют. Такая подготовка поможет максимально исключить трещины и получить хороший качественный шов. Несмотря на определенные трудности, чугунные детали все-таки можно сваривать при помощи электродов из угля или металла и разными способами: горячей, полугорячей или холодной сваркой.
Горячий метод сварки чугуна
Методы сварки чугуна.
Перед началом сварки деталь подвергают специальной механической обработке, при которой вырубают дефекты, создавая зазор для доступа электрода и тщательно очищают участок от грязи, масла и шлака. А вот чтобы расплавленный металл не вытекал, под свариваемые детали подкладывают графитовые пластины, которые укрепляют специальной смесью из песка и жидкого стекла. Сверху закрепляют кожух, состоящий из тонкого железа. В особых нагревательных печах все детали совместно с кожухом перед сваркой нагревают.
Мелкие детали греют приблизительно до 600 градусов по Цельсию, а крупные толстостенные детали — до 750 градусов. При горячем методе сварки чугуна используют чугунные электроды, толщина которых от 8 до 16 мм. Самые распространенные покрытия электродов при этом — ОМЧ-1 или УЗТМ-74. Перерывов до окончания процесса не делают, чтобы металл был постоянно в расплавленном состоянии.
Горячая сварка чугуна.
После сваривания детали совместно с печью медленно охлаждают, чтобы не произошло их отбеливание. Можно деталь закрыть асбестом, посыпать сухим песком — это тоже даст возможность остывать более медленно. В зависимости от размеров деталей, охлаждение может длиться несколько дней. Таким способом получаем шов, который мало отличается по составу от основного материала. Но из-за длительности и высокой стоимости этот способ сварки чугуна применяется не очень часто.
Полугорячий способ сварки чугуна
При полугорячем способе сваривания нагревают не всю деталь, а только участок, на котором будет происходить сваривание, приблизительно до 350 градусов. Такой подогрев позволяет производить более медленное остывание шва и поверхности вокруг него после сваривания. Это уменьшает возможность появления отбеленных зон и упрощает механическую обработку сваренных частей.
При таком методе можно смело использовать электроды из стали с низким содержанием углерода и с защитным покрытием или же чугунные. Если нужно сварить сквозную трещину или же край детали, желательно применить формы из графита, чтобы не допустить вытекание жидкого металла. Для более медленного остывания части после сваривания можно засыпать сухим песком. Такой способ сварки чугуна довольно часто применяется, но нужно не допускать резкого или неравномерного подогрева, чтобы не появились трещины.
Холодный метод сварки чугуна
Состав чугунных стержней для сварки.
При таком методе свариваемые детали совсем не нагревают, что гораздо упрощает сварку, но требуется использовать специальные электроды. Основными добавками для таких типов электродов являются никель и медь. Что касается никеля, то он полностью растворяется в железе, не соединяясь с углеродом, а в зоне сваривания не образуется белый чугун, поэтому в дальнейшем деталь будет легко обрабатываться. Медь не растворяется в железе, а это приведет к неоднородному шву и повышенной твердости детали.
Есть еще множество разных электродов для сварки чугуна: железно-медные, никелевые, железно-никелевые, железно-медно-никелевые. Их применяют для работы с постоянным небольшим током. Они должны быть маленького диаметра. Швы при сваривании деталей должны быть достаточно короткими, а после каждого шва делают перерывы для остывания деталей. А вот чтобы деталь при сваривании не нагревалась, для первого слоя берут электроды из стали с малым содержанием углерода и диаметром в 3 мм с покрытием из мела. А вот сила тока при таком методе сварки чугуна должна быть не больше 90 ампер.
Применение стальных электродов
Сварка чугуна с постановкой стальных шпилек.
Электроды на основе стали дешевые, но не дают качественного шва, поэтому их применяют при небольших дефектах и если деталь неответственная. Чтобы улучшить качество, на обычный стальной электрод необходимо намотать медную проволоку диаметром приблизительно до 2 мм.
Чтобы увеличить прочность при сваривании стальными электродами, нужно использовать шпильки из стали с малым содержанием углерода. Кромки лучше скашивать под углом примерно в 45 градусов, если толщина основной детали больше 5 мм. На этих кромках сверлят дырочки и делают резьбу для ввертывания шпилек. Затем выступающие части шпилек понемногу обваривают, пока не заполнится весь шов. Затем кольцевыми швами покрывают всю поверхность свариваемого участка.
Надо следить, чтобы наплавленный слой был не больше толщины основного металла, иначе могут появиться трещины. С помощью шпилек сваривают очень ответственные детали, которые работают при больших нагрузках. Чем толще деталь, тем толще берут электрод для работы.
Применение чугунных, неплавящихся и медных электродов
Виды углеродистой сварки.
Покрытие чугунных электродов в большей степени состоит из графита, мела, полевого шпата и ферромарганца. Компоненты для такого покрытия лучше замешивать на жидком стекле. На поверхности электрода нельзя допускать никаких дефектов. При работе используют в основном постоянный ток, приблизительно 60 ампер на каждый миллиметр диаметра электрода. Часто чугунные электроды не применяют, т.к. шов при холодном сваривании при их помощи получается неоднородным. Лучше чугунными электродами пользоваться при полугорячей сварке частей. Ими можно сваривать исключительно в нижнем положении и большей частью мельчайшие раковинки, сколы и трещины.
Детали из чугуна можно сваривать разными неплавящимися электродами, из вольфрама, графита или угля. Для присадочного материала можно использовать специальные литые стержни из чугуна или присадочные прутки, которые содержат никель, алюминий или медь. Чтобы защитить поверхность сварки, применяют флюс, состоящий большей частью из буры или аргона.
Для сварки деталей, работающих при небольших нагрузках или требующих плотного шва, используют медные электроды. Ими нужно сваривать небольшие детали и мелкие трещины. Электрод из меди — это специальный стержень диаметром до 6 мм, который обертывают специальной лентой или проволочкой из низкоуглеродистого типа стали. На подготовленный таким образом стержень надо нанести меловое покрытие.
Электродами из меди нужно сваривать на постоянном или переменном токе. Можно использовать комбинированные электроды, на основе стали и меди. Они дорогие, но при их использовании получается качественный шов, потому что температура электрода равна температуре плавления самого чугуна. Но дальнейшую обработку детали будет очень тяжело выполнить.
Итак, основные способы сварки чугуна электродами рассмотрены.
В итоге несложно понять, что сваривать чугун электродами возможно, хотя это и сложный процесс. При этом технология сварки чугуна может быть достаточно разнообразной. Даже небольшие отклонения от технологии могут испортить шов сварки, соответственно, и саму деталь. Поэтому перед свариванием нужно обязательно все хорошо взвесить.
