Основные способы сваривания чугуна

Чугун – сплав на основе железа, в состав которого входит от двух до шести процентов углерода. Подобные составляющие влияют на свойства металла, делают его достаточно хрупким и трудно поддающимся сварке. Однако в случае восстановления или ремонта изделий из чугуна, без применения сварочных работ обойтись невозможно.

Классификация видов

Несмотря на то, что чугун представляет собой сплав из большого количества составляющих, в котором присутствуют различные химические элементы, определяющим компонентом выступает углерод (более точно выражаясь - его состояние), формирующий ключевые свойства и характеристики металла.

В производстве выделяют различные марки, имеющие определенную структуру, содержание, а также химические, физические и механические свойства. Исходя из заданных характеристик, чугун делится на следующие виды:

1. Белый. Имеет сероватую структуру в месте излома, благодаря входящему в состав цементиту. Сфера применения специфическая из-за некоторых ограничений по механической обработке, малой способности к свариванию, а также высокой хрупкости.
2. Серый. В сравнении с предыдущей разновидностью имеет хорошую пластичность и склонность к литью. В точке излома отливает серебром. Нормально сваривается, однако в области шва и окружающей зоне имеет склонность к хрупкости.
3. Ковкий. Его производство осуществляется из белых марок при помощи термической спецобработки, в ходе которой металл приобретает отличную пластичность, мягкость и вязкость.
4. Высокой прочности. В состав входит графит в форме шара, а также магний. Можно отметить высокие прочностные свойства и цельную основу металла.

Температура плавления чугуна зависит от доли углерода в составе сплава, обычно она варьируется в диапазоне от 1200 до 1250 градусов.

Наиболее востребованными марками являются низколегированные литейные, высокой прочности, легированные различными химическими элементами (хром, никель, магний и прочие).

Структура основы

При воздействии высокого температурного режима, с расплавленным чугуном происходит кристаллизация, с дальнейшим образованием эвтектики (карбидной, графитной). Структурное состояние основы может быть перлитной группы, ферритной или ферритно-перлитной. Все зависит от метода термической обработки, по которой также ориентируются при подборе подходящего способа и режима сварочных работ.

Способность к свариванию

Несмотря на то, что чугун достаточно плохо поддается сварке, часто эта процедура просто необходима. Главные трудности, возникающие при этом процессе:

• плохая пластичность материала. Благодаря этому могут появляться микротрещины в сварочном шве, а также в окружающей его области, при имеющемся напряжении различного характера;
• быстрое остывание чугуна. Из-за высокоскоростного охлаждения закаливание проходит с получением различных несовершенных структур, в дальнейшем это прогнозируемо приведет к дополнительному образованию трещин и прочих дефектов;
• сравнительно малая температура плавления, которая влияет и на скоростное остывание, что мешает газообразной субстанции выделиться полностью из металла, что влечет за собой появление пористости;
• отсутствие промежуточного состояния между жидкой и твердой формой. Это значительно усложняют сварку вертикальных швов или под наклоном, но не препятствует работе в нижнем положении.

Благодаря своим характеристикам, мелкозернистый, ковкий, а также с высокой прочностью чугун гораздо лучше сваривается, чем серый и крупнозернистый. Способы сварочных работ различные, но самым эффективным считается послойный шов. При выполнении определенной последовательности действий, не забывая об особенностях чугуна, можно ремонтировать и реставрировать чугунные изделия и металлопрокат, осуществлять сварочные работы с различными по роду металлами и их сплавами.

Существует несколько видов сварки, отличающихся между собой. Рассмотрим наиболее востребованные из них.

Электродуговая сварка

Еще пару десятилетий назад самой востребованной была газовая сварка. Однако сейчас этот процесс шагнул далеко вперед. Благодаря появившемуся оборудованию, позволяющему осуществлять стабильную работу с расширенным спектром параметров, стало возможным применять электросварку. Использования электродуги подразумевает скоростной, однако, ограниченный малым объемом, процесс. В области термовлияния существует некая неоднородность свойств металла. Поэтому для образования определенных свойств наплавленного чугуна, нужно выбрать подходящий электрод и технологию. Настройка параметров сварного оборудования проходит с учетом следующих характеристик:

• структура металла;
• вид присадочного сырья (стоит обратить внимание на рекомендации производителей);
• направление и положение шва (по вертикали, с наклоном и прочее).

Наиболее востребованным методом можно назвать отжигающие валики. Основной принцип заключается в следующем: не позволяя остыть предыдущему слою, снимая напряжение, добавить следующий, который отжигает нижний.

Виды электросварки

• холодный. Процесс проходит с использованием стальных, комбинированного типа электродов, а также со стержнем из чугунной основы, и без предшествующего подогревания. Применим для сварки и наплавки, можно работать со шпильками;
• горячий. Подразумевает нагревание (600С-700С) отливок, либо металлодеталей с охлаждением, под тщательным контролем. Придает отличные свойства соединению, препятствует образованию микротрещин и хрупкостности;
• полугорячий. Лучше всего подойдет для высоколегированных сплавов. Материал нагревается до температур 350-400С, а затем его медленно остужают.

Когда чугун сваривают

В ряде случаев возникают ситуации, когда без сварочных работ не обойтись. Обязательно применяется на чугунных изделиях, находящихся в двух состояниях, горячем или холодном, при следующих ситуациях:

• ликвидация заводских дефектов на отливках, либо заготовках;
• соединение участков металлоконструкции;
• монтаж частей из чугуна различных марок или с металлопрокатом из стали;
• ремонт металлоизделий, которые находятся в процессе эксплуатации, с целью избавления от трещин и прочих изъянов;
• реставрация различных поверхностей.

Подготовительный этап

Для того чтобы не допустить появление трещин и обеспечить оптимальное состояние сварных швов, необходимо качественно и тщательно провести подготовку поверхности, не стоит забывать и о ее обязательном обезжиривании. Этот процесс включает в себя ряд действий:

• зачистка верхнего слоя и кромок (зубилом, наждачным кругом);
• фрезеровка, сверление дефектных участков с краю, при необходимости вырубка до чистого основания;
• обжигание «паяльником»;
• процесс обезжиривания (спецрастворителями, бензином, кислотным раствором и прочим);
• во избежание утечки расплавленного материала, а также для формирования правильного шва, укладывание подкладок из графита.

Технология проведения сварочных работ

В связи с высоким уровнем хрупкости чугунных металлоизделий, процесс протекает достаточно сложно. Для облегчения задачи и получения качественного шва, необходимо придерживаться следующих требований:

• избегать перегрева и термонапряжений;
• выполнение процесса осуществлять с менее интенсивной токовой нагрузкой;
• не допускать нарушения температурного уровня и сильного газообразования в жидкой ванне, чтобы не получить пористость швов;
• не торопиться при охлаждении, во избежание возникновения цементита в области шва, который впоследствии будет препятствовать мехобработке;
• высокая текучесть расплавленного сырья требует подформовки металла.

Технологический процесс сварки чугуна и стальной продукции немного похож, однако в силу особенностей первого, имеются некоторые нюансы. Для получения стабильного функционала электродуги, нужно тщательно изолировать металл свариваемой ванны, с целью исключения контактирования с воздухом извне, а также контролировать проведение работ на постоянном токе, имеющем обратную полярность.

Перед проведением любого рода сварочных работ нужно уточнить совместимость материалов, во избежание ситуаций, когда между двумя металлами невозможно взаимодействие в расплавленном состоянии. Такое несоответствие может возникнуть при попытке сварить сплавы с разной теплопроводностью, температурным режимом, обладающие различающимися кристаллическими решетками и прочим. Отличным дополнением при соединении чугуна с иными сплавами могут служить присадки, прутки из никеля, сварная лента.

Ручная электродуговая

Метод чаще применим для небольшого производства некрупными партиями и при ремонте. Процесс проходит на металлоизделиях, имеющих тонкие стенки, с помощью коротких валиков, с использованием небольшого по силе тока обратной полярности, а также электродами со стержнями из чугунного сплава, обладающими минимальным сечением. При работе образуется шлак на поверхности сварной ванны, который нужно время от времени удалять.

В случае корректировки малых дефектов на отливках и больших элементах, лучше применять электроды из стали с низким содержанием углерода, имеющие основной тип оболочки, в других ситуациях более востребовано присадочное сырье со спецпокрытием. Для наибольшей эффективности ручная электродуговая сварка проходит чаще всего в нижнем положении.

Полуавтоматическая сварка

Такая сварка часто используется в случае заваривания бракованных участков на литых заготовках, при реставрировании чугунных элементов с тонкими стенками и для ликвидации малых дефектов, возникших при мехобработке. Метод дает возможность осуществлять высокопроизводительные работы, хорошо убирать трещинки и царапины, зазубрины, полученные после литья, а также сваривать чугунину с применением порошковой проволоки, имеющей оболочку из стали, либо иного материала.

Для того чтобы получить проплавления необходимого размера, должны быть соблюдены значения заданной силы тока и соответствующего напряжения. Главным остается также процесс подачи проволоки, он должен быть плавным и стабильным. Обязательным является угол раздела краев (от сорока пяти до шестидесяти градусов), формирование шва идет в несколько заходов, работы проходят в аргоновой среде с диоксидом углерода. Тонкостенные металлоизделия свариваются с использованием пластин из графита для концентрации расплавленного металла.

Аргонодуговая сварка

Такая разновидность характерна применением неплавящегося электрода и аргона, которые способствуют минимальному образованию шлака и дефектов на околошовном участке. Сварочный ток подается исходя из параметров толщины детали, обычно варьируется в диапазоне от сорока до восьмидесяти ампер. Диаметр присадки в два раза меньше, чем толщина обрабатываемых металлозаготовок. Сварка аргоном и электродом из вольфрама проходит непрерывно в нижнем положении с дальнейшим процессом остывания, который идет естественным образом. Также процедура достаточно востребована для холодного метода.

Применение инвертора

Довольно инновационный и эффективный метод для образования прочного шва, высокого качества. Сварочные аппараты подобного вида обладают широким спектром функциональных параметров, имеют плавную регулировку подачи тока и систему, обеспечивающую стабильную производительность дуги и простой розжиг. Благодаря подобному оборудованию есть возможность для:

• подбора наиболее подходящего режима работы на разных видах тока;
• применения холодной и горячей сварки в различных положениях;
• сваривания чугунной продукции со стальной, а также с цветными видами металлов и сплавами их них.

Разновидности электродов

Помимо недешевой проволоки, изготовленной из цветных металлов (никелевая, алюминиевая, медная и прочие), прекрасной альтернативой являются электроды из угля, графита и вольфрама, имеющие более демократичную стоимость. Эти материалы довольно востребованы при проведении реставрационных работ на поверхности отливок, а также при ликвидации различных дефектов на них.

Выбор необходимого присадочного материала, а также способы работ полностью зависят от марки чугуна, параметров металлоизделия, условий и среды для последующего применения и прочего. Не стоит игнорировать требования, предъявляемые к сварному соединению, ведь качественные характеристики зависят от примененного электрода. Рассмотрим самые востребованные присадки:

• чугунные. Подходят для литого сырья, для работы с инверторным оборудованием. Применимы для холодного и горячего метода, для ликвидации дефектов;
• из стали, имеющей покрытие из графита. Не очень востребованный способ, ввиду не самого качественного шва (неоднородной структуры, с получением цементита). Применим в тех ситуациях, когда не нужна мехобработка в последствии и нет точных параметров по прочности;
• неплавящиеся. Используют при ручной сварке и полуавтоматом в среде защитных газов и с флюсами.

Горячий способ

Метод представляет собой скоростное охлаждение сваренных участков, характерен достаточно высоким уровнем прочности металла в области термовлияния, имеется склонность к охрупчиванию. Предварительное нагревание дает возможность уменьшить скорость остывания, что помогает приобрести нужную пластичность и предотвратить появление микротрещин.

Выделяют два способа:

1. Полугорячий (температура варьируется в диапазоне 300-400С). На малых площадях весь объем находится в расплавленном виде, при больших – только некоторая область наплавленного металла.
2. Горячий способ (нагревание достигает семисот градусов по Цельсию). Нагрев проходит в спецпечах, с помощью горелки, паяльной лампы и прочего, равномерно поднимая температуру для прогревания всех слоев, расплавляя металл и образовывая прочное однородное соединение, с высокой стойкостью к трещинам.

Холодный способ

Метод подразумевает сварочные работы без использования предварительного нагревания, с применением шпилек, либо без последних. Можно сваривать даже детали, у которых достаточно толстые стенки. Процесс подготовки включает: выполнение фаски по кромке, очищение и обработку поверхности для обезжиривания. Чугун с тонкими стенками можно соединять без применения шпилек в случае, если в дальнейшем детали не нуждаются в мехобработке и не будут использоваться при ударных нагрузках. Холодный способ чаще всего востребован в огнеопасной среде, при имеющихся угрозах пожара, для пайки чугунных деталей, ремонта и устранения дефектных участков. Процесс включает в себя применение электродов из различных материалов, в том числе специальных, со строгим контролем температуры поверхности.

Советы по сварке чугуна

Для того чтобы грамотно и оптимально провести сварочные работы нужно придерживаться следующих правил:

• учитывать химсостав сплавов, их совместимость;
• регулировать температурные показатели по карте техпроцесса и не превышать необходимую силу тока;
• нельзя перегревать околошовную зону;
• грамотно подбирать присадочный материал;
• выбирать оптимальный тип электрода или прутка;
• применять интервалы для формирования разностороннего шва;
• использовать качественный материал и в положенном количестве.

Возможные проблемы, возникающие при выполнении сварочных работ с чугуном, вполне решаемы, при правильном подборе метода сварки, материалов и соблюдения технологии.

Компания «Сталлеон» предлагает не только качественный металлопрокат по низким ценам с доставкой по Санкт-Петербургу и Ленинградской области, но и целый ряд дополнительных услуг по металлообработке: плазменная резка, рубка листового металла и другие.