Сварка чугуна: основные аспекты и выбор методов для варки
Чугун, вопреки распространению стали и более современных материалов, сохраняет свою актуальность. Поэтому ценно овладеть всеми аспектами сварки чугуна в разнообразных сценариях.
Особенности и трудности
Сразу стоит сказать, что сварочные работы с любыми вариантами чугуна и изделиями из него весьма трудны. Основным препятствием для нормальной сварки является заметная концентрация углерода. И чем больше его количество, тем сложнее работать сварщику. Кроме того, расплавленный чугун слишком активно движется. Приходится принимать специальные меры, чтобы он надежно удерживался в отведенном объеме и не попадал за его пределы.
Не менее плохо то, что чугун варится с образованием тугоплавких соединений с кислородом. Они остаются твердыми даже после полного расплавления основной массы металла. Свойственная для любых деталей и конструкций из чугуна неоднородность тоже должна учитываться сварщиками.
А когда при сварке выгорает углерод, после него остаются плохо устраняемые поры. Недаром даже самая «сложная» сталь больше «любима» сварщиками, чем чугун.
И все же его приходится варить. Особенные трудности возникают при работе в домашних условиях. На производстве обычно используют материал контролируемого состава, да и лаборатории помогают. Оценить свариваемость металла в первом приближении помогает его излом. Если он окрашен в черный или темно-серый тон, правильно выполнить работу получится только опытным профессионалам и строго на промышленных установках.
Типы сварки
Ручная при помощи дуги
Для обработки чугунных изделий довольно часто применяют дуговой способ. Важно: это всегда горячая процедура, то есть свариваемые участки предварительно разогревают до 600 – 655 градусов. Такой прием позволяет равномерно обрабатывать материал и хотя бы частично компенсировать его недостатки. Для самой работы используют электроды из чугуна плавкого типа. В некоторых случаях также применяют угольные электроды.
Необходимо не просто обеспечить подачу большого тока, но и работать непрерывно. Потому чугун всегда следует варить двум сварщикам попеременно. И все равно, несмотря на отработанную процедуру, дуговая сварка чугунных конструкций остается весьма сложным делом, требующим высокой квалификации.
Себестоимость таких работ тоже велика. Потому везде, где требования к качеству швов менее высоки, стараются использовать иные методы.
Газовая
По простоте и удобству этот способ стоило поставить бы на первое место. Он делится на два основных направления — высокотемпературную и холодную (выполняемую без подогрева) сварку. Важно: когда речь идет о подогреве, то подразумевается предварительное общее повышение температуры всей целевой поверхности, а не одной свариваемой области. Целесообразно брать сразу 2 газовые горелки. Одна поможет нагреть сварочные кромки, а вторая расплавит присадочный пруток и обеспечит выполнение самой задачи.
Специалисты советуют применять «нормальное» сварочное пламя. Пропорция кислорода к ацетилену в большинстве случаев 1 к 1. Однако опытные сварщики могут немного сдвинуть баланс в пользу ацетилена. Удельный расход газа составляет от 100 до 120 л за час. Охлаждать изделие после окончания работы надо очень аккуратно и равномерно.
Существует и низкотемпературная методика газовой сварки чугуна. Разработавшие ее представители ВНИИавтогенмаш указывают, что кромки расплавлять не надо. Их прогревают только до 800-850 градусов. Потом в разделанные части добавляют флюс и в таком формате уже проводят саму сварку. Производится общий или локальный подогрев восстановительным пламенем до температуры 300-400 градусов.
При этом свариваемые кромки требуется покрывать пастообразным флюсом полностью. В этих местах нагрев производится до 750-790 градусов. Сварку ведут справа налево.
Как и в предыдущих случаях, остужать сварные швы нужно максимально медленно. Это позволит придать им необходимую плотность и надежность.
Механизированная
Чаще всего в таком варианте используют плавящиеся электроды. В сварочный объем вводятся химически стабильные газы. Наиболее распространен среди них углекислый газ, который ценят за дешевизну. К сведению: в ряде случаев может применяться самозащитная проволока. Независимо от применения ее или электродов нужно подавать постоянный ток с перевернутой полярностью.
Электрошлаковая
Такой метод тоже применяется довольно широко. Он подходит для белого и серого чугуна, отличающихся особо плохой свариваемостью в обычном режиме. Электрошлаковым способом можно будет также сварить чугунное изделие с утолщенными стенками. Подходит эта методика и для устранения дефектов в крупных металлических конструкциях. Обычно стараются брать для работы пластинчатые электроды, но могут применяться также и стержни любой геометрии.
Отличие от работы со сталью выражается, прежде всего, в увеличенном зазоре между кромками. Напряжение тока тоже повышают, а вот его силу уменьшают. Подобный режим позволит усилить разогрев металла, одновременно сократив интенсивность его охлаждения.
Важно: использование силикомарганцевых флюсов не допускается. Предпочтительны флюсы на основе фторидов.
Термитная
Этот вариант часто применяется в отношении деталей из серого чугуна. Именно таким образом, например, приваривают лопасти на судовые винты. Крупногабаритные детали необходимо предварительно анализировать с помощью профессиональной лаборатории. Это позволит подобрать оптимальный метод легирования термитной стали. Отдельно производится расчет объема термитной шихты.
Сварка больших деталей термитным способом экономически выгодна. Ее используют для:
- ковшей;
- поддонов;
- станин;
- реверсивных шестерен;
- изложниц;
- гребных валов;
- поршневых штоков.
Отдельная тема — водостойкая сварка чугуна. Ее ведут на основе эпоксидных клеящих смесей. Подобное решение очень хорошо подходит для работы с автомобильными компонентами, подвергающимися значительному нагреву. Особой подготовки для использования водостойкой «холодной сварки» не потребуется. Современные модификации таких препаратов совершенно безопасны для человека и окружающей среды.
Но при этом надо помнить, что даже лучшие клеи такого рода хорошо работают лишь при комнатной температуре. Промышленное использование подобной технологии невозможно. Даже при всех издержках и слабостях той же дуговой сварки она в целом оказывается лучше.
В отдельных случаях пользуются инверторной технологией. Весь процесс обязательно ведут на обратном токе, тщательно подбирая вид электродов для конкретной ситуации.
Инструменты и материалы
Часто возникает вопрос — можно ли пользоваться для сваривания чугуна электродом по нержавейке. Такой метод не годится, придется использовать специализированные электроды. Хорошим вариантом выступает модель ОЗЧ-2. Ее делают со стержнем, образованным медью. Компромиссом является применение нержавеющего электрода с поверхностной намоткой медной проволоки.
Альтернатива — использование МНЧ-2. В состав этих электродов входят:
- железо;
- никель;
- медь;
- марганец.
Подобное решение позволяет добиться очень хорошего результата. Однако стоимость таких компонентов весьма велика. В некоторых случаях применяют сварку чугуна латунью холодным способом. Официальное название метода — холодная газовая сварка латунными припоями. Это помогает исключить перемену металла на химическом уровне («отбел», как говорят профессионалы).
Внимание: указанная выше возможность применять обычные электроды с медной обмоткой не годится для ответственных или сильно нагружаемых соединений. Работать с неплавящимися стержнями можно:
- в атмосфере изолирующего газа;
- при использовании флюсов;
- с применением присадок различного рода.
Кроме перечисленных моментов, важно обеспечить:
- инверторный сварочный аппарат;
- щетку с металлическими волокнами;
- газовую горелку (поможет разогреть рабочие поверхности);
- тиски, чтобы зафиксировать заготовки.
Подготовка
Независимо от метода сварки, чугун требуется основательно подготавливать к работе. В любом случае убирают с поверхности всю грязь и даже смазочные масла любого рода. Обязательным требованием будет и тщательная разделка кромок. Если планируется добиться повышенной прочности, надо ставить шпильки при холодной сварке. В горячем режиме практикуется предварительный нагрев, формирование специально продуманной «ванны».
С кромок непременно убирают даже небольшие трещины. Перед установкой шпилек разделку выполняют под углом. В других случаях это не обязательно. Стальные шпильки должны быть на 2-3 «калибра» (так называют соотношение длины и сечения). Внешние наконечники шпилек должны ставиться так, чтобы их можно было приварить друг к другу.
Технология
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.
Рекомендации
Чтобы сократить опасность появления новых трещин при сварке, требуется:
- удалять фосфор и серу;
- добиваться более мелкой зернистости структур;
- варить металл с короткими швами на слабом токе;
- переходить от однопроходной к многопроходной сварке.
Бороться с появлением пор помогают:
- скрупулезное удаление ржавчины и прочих загрязнений;
- перевод водорода в нерастворимую форму;
- связывание азота в нитридах;
- уменьшение темпов охлаждения.
Среди различных видов газовой сварки оптимальным решением оказывается комбинация ацетилена и кислорода. В таком варианте нужно применять чугунные присадочные прутки, соответствующие ГОСТу 2671-80. Повысить смачиваемость кромок расплавом помогают флюсы. Если планируется выполнять механизированную сварку, для нее желательно использовать проволоку с повышенной концентрацией графитизаторов. Когда дефекты сварочного процесса обнаруживаются на финальной стадии, придется устранять их дополнительно — путем специальной пайки с флюсами на базе буры и борной кислоты.
Сварка чугуна представлена в видео ниже.
Какой присадкой варить чугун?
Для варки чугуна используется специальный состав, который называется чугунный пруток или ферросплав. Это сплав металлов, который добавляется в жидкий металл для улучшения его свойств и качеств.
Чтобы приготовить чугунный пруток, нужно смешать несколько видов металлов в нужных пропорциях и расплавить их в специальной печи при высокой температуре. Полученный сплав заливают в формы, где охлаждается и превращается в прутки.
Для варки чугуна прутки добавляются в расплавленный металл. При этом необходимо соблюдать правильные пропорции и технологию варки, чтобы получить качественный чугун.
В производственных условиях, где выполняется варка чугуна, применяются специальные процессы и оборудование, чтобы обеспечить правильную температуру и перемешивание металла с примесями. Поэтому варка чугуна является сложным технологическим процессом, который требует специальных знаний и навыков. Если вам требуется варить чугун в домашних условиях, рекомендуется обратиться за консультацией к профессиональному металлургу.