Сварка чугуна

Чугун является достаточно специфических материалом в промышленности. Он представляет собой сплав из нескольких металлов. Как раз из-за комбинации веществ чугун становится капризным. Существует множество нюансов, которые стоит учитывать при сварке чугуна. В данной статье можно узнать немного больше о самом сплаве чугуна, подготовке материалов к работе, их выбор и правильную технологию исполнения.

Особенности чугуна

Чугун представляет собой сплав железа, где содержится большой процент углерода, также как и в стальных изделиях. Этот химический элемент обеспечивает металлам особую твердость. Если процент углерода более 2,14, то сплав можно назвать чугуном. 

Наличие графита в сплаве служит признаком наличия пористости. Чугун отлично впитывает масло и насыщается газами.

Виды чугуна и их возможность свариваемости:

1. белый чугун – с ним невозможно осуществлять сварку из-за его хрупкости. Такой вид чугуна почти нельзя резать газовым резаком или шлифовальной машинкой.
2. ковкий чугун – обычно обладает хорошей пластичностью, специально используется достаточно широко и часто, применяется для изготовления чугунных деталей. У чугуна отличная способность к сварке.
3. серый чугун с пластинчатым графитом – пользуется широким распространением в области промышленности. Чугунный материал достаточно плохо подвергается сварке.
4. прочное изделие чугуна с графитом в форме шара – материал изделия с высокой износостойкостью, предрасположен к литью, резке, широко используется в изготовлении машин, теплоэнергетике, обладает прекрасной свариваемостью.

Нюансы сварки

Какие-то трудности во время выполнения могут возникнуть из-за того, что углерод, находящийся в чугуне, понижает способность материала к сварке. Также марганец, фосфор и сфера ухудшают качество результата, например, шов получается не таких прочным.

Что может помешать хорошему результату:

• высокая способность изделия чугуна к окислению во время нагрева;
• особенность высокой пористости изделия сплава, которая понижает свариваемость;
• появление пустых участков в сварочной ванне, которые снижают устойчивость шва чугуна к высоким нагрузкам;
• отсутствие прочности у готовых швов металла, которые могут покрыться трещинами при быстром остывании;
• чугун обычно обладает низкой температурой плавления, из-за чего сильно течет и не может быть использован во всех положениях для сварки. Например, во время специальной варки с потолочными швами обычно возникают трудности в связи с особенностью технологии обработки металла;
• повышенная твердость в районе шва поверхности чугуна.

Как бороться с сильной пористостью?

Прежде всего стоит максимально тщательно зачистить чугунную деталь металла перед работой. Мельчайшая частичка грязи или ржавчины на изделии может привести к отсутствию хорошего результата. Можно попробовать технологию перенесения водорода в нерастворимую форму, связать в нитридах азот, уменьшить скорость охлаждения изделия.

Подготовительные процессы перед началом работы

Технология подготовки металла к работе является одним из самых важных этапов выполнения, так как это может повлиять на итоговый результат.

Что следует делать:

1. Очистите чугун от масла и загрязнений;
2. Произведите разделку кромок;
3. Для холодного вида сварки требуется установить шпильки;
4. Тщательно прогрейте детали (для горячей сварки);
5. Совершите формовку ванны для горячего типа сварки.

Масло можно удалить с помощью растворителей или воздействия горелкой.

Чугунные детали надо прогревать на больших температурах, каждый час температура должна уменьшаться на 100 градусов по Цельсию. Чугун должен постепенно и остывать, температуру нужно уменьшать ежечасно.

Техника безопасности

Сварочные работы требуют соблюдения нескольких правил, чтобы избежать несчастных случаев.

Компания обязана предоставить место, где совершается работа, должно быть изолировано от людей и других этапов работы. Обязательно нужно приборы, которые будет будут удалять пыль, появляющуюся во время сварки.

Для обеспечения безопасности рабочего аппарат должен иметь заземление.

Каждый рабочий должен иметь защитный костюм и маску.

Если сварка выполняется в помещении, то обязательно должен быть поток свежего воздуха.

Виды электродов для работы

Существует несколько видео электродов, которые являются верным выбором при работе определенным способом.

На электродах, имеющих в составе медь, написана буква «М». Буква «Н» свидетельствует о наличии никеля. «Ч» — указатель, которые подсказывает, для какого металла подойдет данный электрод.

Электроды, необходимые для деятельности с коллектором из чугуна:

Лучшим выбором станет марка ЦЧ-4. Такие электроды имеют небольшую толщину – всего три-пять мм. Они подходят для работы с нижним положением деталей в пространстве. При этом мощность тока варьируется от 65 до 150 Ампер. Величина в конкретной ситуации будет зависеть от диаметра электродов.

МНЧ-2 подходит для работы с любыми деталями из чугуна. Готовый шов легко подвергается обработке.

Коллектор из чугуна имеет несколько видов: ковкий, серый, обыкновенный и другие. От типа будет зависеть выбор коллектора, металл для стержня.

Неплавящиеся электроды

Для сварочных процессов можно использовать электроды из угля, вольфрама или графита. Данные материалы имеются в составе наплавления. Чугунные прутки выполняют функцию припоя. В прутках содержатся алюминий, никель, медь. Во время сварки шов имеет защиту в виде флюса. Защитная зона чаще всего выражена аргоном.

Как изготовить электроды, необходимы для сварки чугуна, самостоятельно в домашних условиях?

Сегодня существует такая возможность, как создание электродов, как на фабриках, только в домашних условиях.

Что понадобится?

1. Проволока из меди М2 или М3. Ее диаметр должен составлять три-пять мм.
2. Покрытия стального электрода, изготовленного на фабрике.

Если сварка будет происходить при работе постоянного тока, то лучше использовать покрытие электродов ОЗС-2 или же УОНИ 13/55. Для переменного тока подойдут электроды АНО-5 или АНО-4. Покрытие с электродов требуется измельчить. Потом оно смешивается с порошком из железа в равном соотношении. Комбинацию необходимо замешать на жидком стекле. Также требуется зачистить и обезжирить медную проволоку. Обмазку из порошка железа и оболочки можно нанести с помощью погружения заготовок в заранее приготовленный раствор. Покрытие должно иметь толщину порядка полутора-двух мм. После этого электроды необходимо просушить на свежем воздухе, позже провести прокаливание в сушильном шкафу или духовке при 200-250 градусах по Цельсию.

Электроды при работе с горячей сваркой

Лучшая марка электродов для такого типа сварки – это ЦЧ-4. Это универсальный вид, поэтому можно использовать и для холодного типа сварки. Хороший выбор при нижнем расположении чугунных деталей в пространстве. Для такой работы необходимо одно важное условие – обратная полярность тока.

Во время приобретения электрода необходимо учитывать: толщину, условия использования деталей, вес.

Например, самым распространенным вариантом является ГОСТ 2671. Электроды такого типа отличаются наличием мелового покрытия.

Электроды при работе с холодной сваркой

Самые распространенные варианты- ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЧ-6, МНЧ-2.

Например, ОЗЧ-6. Данный тип электродов отличается тем, что его используют для осуществления деятельности с чугуном с тонкими стенами.

Если требуется сварить ответственные стыки, наплавить чугун без использования подогрева, то лучше приобрести МНЧ-2. Лучший вариант, который поможет исправить неточности, которые могут возникнуть в ходе литья, выполнить наплавку. В итоге получается качественным шов. Подходит для работы в потолочном, нижнем и вертикальном положениях. Важная деталь – работа с обратной полярностью.

ОЗЖН-1 – прекрасный вариант выбора электродов, если необходимо осуществить наплавление чугуна. Хороший выбор, если Вам требуется осуществить исправление масштабных дефектов.

Электроды для сварочных работ над сталью и чугуном

Лучшим выбором оборудования в данной ситуации станет ЦЧ-4. Можно быстро осуществлять процесс наплавки чугуна и стальных изделий, исправить дефекты, наложения несколько слоев. Лучше всего работать в нижнем положении пространства. Необходим обратный ток.

Особенности основных видов электродов:

• ОЗЧ-4 – подходят для работы в нижнем и вертикальном положениях в пространстве, требуется использование тока с обратной полярностью.
• МНЧ-2 – подходят для всех видов чугуна. Используются для исправления дефектов в процессах литья. Можно работать в вертикальном, нижнем и полупотолочном состояниях.
• ОЗЖН-1 – подходят только для холодного типа сварки. Можно работать с серым и очень прочным чугуном с помощью обратной полярности тока. Работа осуществляется в вертикальном и нижнем положениях.
• ОЗЧ-2 – подходят для серого и ковкого чугуна. Можно работать в вертикальном и нижнем положениях в пространстве. Подогрев не требуется. Работа осуществляется с помощью тока с обратной полярностью.
• ОК92.18 – подходят для работы с чугуном, имеющим небольшой подогрев. Необходимо наличие переменного или постоянного напряжения.

Технологии сварки

Полугорячая сварка происходит при более низкой температуре, нужной для разогрева деталей, — порядка 350 градусов по Цельсию. После работы металл будет медленнее остывать.

Холодная сварка актуальна для повреждений небольших размеров. Ее суть заключается в том, что перед началом работы детали не требуется разогревать. Да, это занимает меньшее количество времени, но не позволяет достичь такого же качественного результата, как при прошлых двух видах сварки. Поэтому и применяется лишь для маленьких повреждений.

Для данного типа сварки используют электроды из стали, которые имеют небольшую толщину. Чтобы снизить скорость и температуру нагревания, прибегают к использованию постоянный ток и последующее подключение электрода иначе – метод обратной полярности.

Суть вышеперечисленных типов сварки:

Проволока для сварки автоматически достигает зоны электрической дуги. После попадания она начинает плавиться, что приводит к образованию сварного соединения. В область дуги поступает газ, который служит защитой для сварочной ванны от воздуха.

Горячий метод актуален, если в результате должны быть высокими показатели разрыва и излома.

Полугорячая сварка нужна деталям, которые испытывают физическое давление во время работы.

Технология охлаждения чугунных изделий обычно самая простая из вышеперечисленных способов.

Как осуществлять сварку чугуна?

Ручная сварка плавящимися электродами с использованием дуги

Такой способ сварки будет актуален в случае небольших повреждений. Это происходит с помощь. электродов и обмазки. Перед началом работы обязательно стоит очистить швы и выпилить соединение трещин специализированным оборудованием. Во время процесса сварки ток владеет небольшим значением – 80-120 Ампер.

В случае, когда качество шва при работе с дугой необходимо улучшить, лучше отказаться от трансформатора и использовать инвертор, который создаст условие в виде постоянного тока. Трансформатор сильно ограничивает мастера, так как невозможно прогревание электродов некоторыми способами. Также стоит упомянуть, что дуговая стабильность также уменьшается.

Для повышения качества шва необходимо использовать электроды, в состав которых входят никель, медь или их сплав. Часто проволоку из стали обматывают другой проволокой из меди, после этого

эту комбинацию помещают в раствор жидкого стекла. После того, как обмазка высыхает, можно приступать к самому процессу сварки.

Сварка газом

Газ представляет собой тип нагрева. При работе с этим веществом стоит применять ацетилен или же пропан-бутановую смесь. Только их стоит сочетать с кислородом. В ходе работы используется присадочная проволока, изготовленная из никеля, но неплохим вариантом является пруток из чугуна. Для того, чтобы избежать окислительные процессы, рекомендуется использование обмазки присадочного материала флюсами. В большинстве случаев можно просто прогреть металл восстановительной частью горелки.

В ходе данного типа сварки требуется совершать постепенное прогревание область сварки горелкой. Нужно дождаться определенной температуры, которая составляет 200-350 градусов по Цельсию. Только после этого можно приступать к самому этапу сварки. Поле этого металл должен постепенно остывать. Это следует делать, если медленно отдалять горелку от металла. 

В итоге затрагивается достаточное количество газа из-за длительного нагревания и остывания, но торопиться не стоит, так как это может привести к возникновению трещин.

Этапы работы этим типом сварки:

1. Подготовительные работы;
2. Постепенный равномерный прогрев детали;
3. Процесс сварки;
4. Охлаждение.

Недостатки данного типа сварки:

• сложно прогревать детали;
• большие финансовые затраты;
• длительный процесс работы;
• трудоемкий процесс сварки.

Свойства флюса:

1. Защищает сварочную ванну от окислительных процессов;
2. Улучшает процесс сплавки;
3. Улучшает текучесть металла и шлаков;
4. Переводит в легкоплавкие шлаки тугоплавкие окислы.

Аргонодуговая

Это хороший вариант сварки, но крайне затратный. Он ничем не хуже всех остальных. Чугун- это не самый привередливый металл, поэтому можно использовать достаточное количество способов сварки. Только требуется учитывать некоторые нюансы.

Правила работы с данным типом сварки:

1. не перегревайте металл;
2. шов требуется прогревать постепенно;
3. после работы металл нужно медленно остужать.

В итоге, после работы, следует делать вывод, что в течении всего процесс расходуется много аргона. Поэтому лучше найти альтернативу для этапа подогрева. Чугун можно варить аргоном с помощью сварочного полуавтомата или неплавящимися электродами. При выборе полуавтомата необходимо заправить его необходимым количеством проволоки.

Требования к работе:

1. Перед сваркой прогрейте детали, чтобы избежать возникновения трещин;
2. Переменный ток должен иметь небольшие значения;
3. температуру можно контролировать, если производить сварку короткими промежутками;
4. Все швы сразу после создания надо подвергать ударам молотка, чтобы снять образовавшееся напряжение;
5. Процесс остывания должен быть медленным.

Лазерная сварка

Это один из самых безопасных методов сварки, который способен помочь Вам в достижении хорошего результата.

Такой тип сварки с присадкой полезен не только в случае простого соединения деталей из чугуна между собой, но и для комбинаций из разных видов стали и чугуна. Хороший тип сварки для применения в автомобильной промышленности.

Сварка с использованием индукционного нагрева предполагает этот нагрев перед основным этапом работ. Благодаря предварительной температурной подготовке можно лучшим образом контролировать ход сварки. Это заключается в снятии образовавшегося напряжения, снижении вероятности образования трещин.

Электрошлаковая сварка

Такой тип сварки помогает получить хорошие швы при работе с серым чугуном без присутствия белого чугуна, образования пор, трещин. Можно исправить неточности в отливках из чугуна крупных размеров. В работе используются пластины из чугуна. Они выполняют функцию электродов. В качестве флюсов выступают фторидные неокислительные флюсы.

Плазменная пайко-сварка

Пескоструйная обработка требуется для того, чтобы устранить из сплава чугуна графит, из-за которого сложно смачивать рабочую поверхность припоем, который был расплавлен. В качестве материала для обработки перед сваркой выступает флюс при высокой температуре – 600-700 градусов по Цельсию. После этого происходит удаления жира с поверхности детали с помощью ацетона или раствора щелочи. Пайка осуществляется газовой горелкой или паяльником.

Сварка с контактом

Этот способ используется, когда необходима сварка с чугунными трубами. Концы деталей необходимо нагреть и оплавить. Это поможет избежать появления закалочных структур. в итоге швы получаются достаточно плотными.

Где применяют сварку чугуна?

1. Возможность исправить дефекты, связанные с литьем.
2. ошибки, которые можно обнаружить при механической обработке деталей. Например, появление трещин, пустых участков. Для того, чтобы исправить ошибки, необходимо использовать дополнительные материалы, специальное образование.
3. ошибки, связанные с литьем деталей. Например, пористая структура, трещины, недоливы. Для исправления нужно воспользоваться специальным оборудованием.
4. Исправление ошибок, полученных в ходе эксплуатации деталей.
5. большое количество деталей одного типа. Можно использовать один и тот же план работы, так как все недочет одинаковы.
6. возможность восстановить большие по габаритам детали, которые имеют дефекты из-за долгого срока службы. В таком случае необходимо иметь специфические знания и индивидуальный подход к каждой ситуации.
7. Возможность изготовить детали с помощью сварки из несколько чугунным отливов благодаря технике промежуточного литья.

Качество будущего готового изделия можно определить следующими аспектами:

1. Химический состав отдельных деталей, структура основного металла и дополнительного.
2. Одна и та же прочность металла шва, главного металла, зоны, подвергаемой термическому воздействию.
3. Способность к обработке шва, полученного сваркой, простым инструментом для резки.
4. Одинаковая прочность сварного металла и основного.

Ручная сварка чугуна – плюс или минус?

Преимущества такого типа работы:

1. экономность;
2. мобильность;
3. осуществление процесса сварки без использование защитного газа;
4. простая технология работы;
5. работа в труднодоступных зонах.

Недостатки ручной сварки:

1. В области шва появляются шлаки;
2. Итог зависит от способностей специалиста, его знание каждого процесса и всех нюансов техники;
3. Невыгодная работа для большого объема деталей;
4. Нет автоматизации для определенных процессов.

Сварка чугуна в домашних условиях

Подготовительный этап:

Этот шаг важен, так как в случае пренебрежения им результаты будет не таким, как Вам хочется.

Поверхность сплава подвергается очистке при помощи щетки для работы по металлу или наждачной бумаги. Это поможет устранить ржавчину и загрязнения. Также неплохим вариантом, который поможет зачистить поверхность, станет болгарка с металлическим ворсом на насадке.

Машинное масло устраняется с помощью растворителя. Поверхности справа требуется сделать максимально гладкими и ровными. Края деталей, которые будут использоваться свариваться, надо сделать фаску, при этом удалив кромки.

Не забывайте о том, что чугун достаточно хрупкий. Скруглять края необходимо постепенно, чтобы не испортить деталь. Также во время работы с хрупким материалом необходимо использовать графитовые формы. Они функционируют в качестве подкладки под деталь. Таким образом сохранится изначальная форма металла.

Как подготовить трещины? Трещины в чугуне имеют достаточную глубины и тонкость. Что исправить дефект, требуется провести их разделать по всей глубине. Это процесс можно провести следующим образом: например, резкой, шлифованием или вырубкой, кислородной и дуговой строжкой.

Глубина разделки должна быть больше, чем продолжительность трещины, на пять-шесть мм. После того, как была проведена разделка трещины, требуется засверлить ее концы. В случае, что это не удается сделать, можно закруглить концы.

Как проводить разделку кромок? Для этого у деталей с толстыми стенками следует сделать скосы под углом в 45 градусов.

Сварка без использования подогрева:

Такой способ именуется холодной сваркой. Какие электроды использовать? Лучше всего найти виды, в составе которых присутствуют никель или же медь. Если работать с никелем, то не образуется белый чугун в районе шва. Это связано с тем, что этот метал не вступает в химическую реакцию с углеродом. Для такого шва характерна достаточная прочность, хорошая способность к всевозможным видам зачистки и обработке. Медь также помогает в приобретении чугуном вышеупомянутых качеств.

Чаще всего используют электроды с содержанием меди, никели и железа или только железа и никеля.

Сварка с использованием подогрева:

Такой вариант сварки чаще использует на промышленных предприятиях. Дома достаточно проблематично совершить прогрев детали до 500-600 градусов по Цельсию без наличия определенного оборудования и большого количества времени.

Все детали из чугуна нужно прогревать равномерно. Если температура шва и основной детали будут отличаться, то в дальнейшем на готовом изделии появятся разломы. Перед тем, как приступать к нагреванию деталей, нужно их закрепить, чтобы избежать напряжения, способного привести к образованию трещин. Также не стоит нагревать чугун до 750 градусов по Цельсию, так как он просто расплавится.

Самая основная трудность такой сварки заключается в правильном температурном режиме.

Как сваривать чугун с подогревом?

1. Сначала обязательна зачистка деталей.
2. Потом требуется разобраться с трещинами, которые необходимо заварить до начала сварки.
3. Для прогрева деталей в домашних условиях прекрасным выходом из ситуации станет обыкновенная печь. 
4. При помощи электродов нужно выставить необходимую силу тока.
5. Требуется настройка аппарата на постоянный ток с прямой полярностью. В таком случае надо установить кабель на минус, а саму массу – на знак «плюс».
6. После сварки требуется постепенное остывание деталей. Для этого можно использовать теплоизолирующий материал, который надо высыпать на детали.

Остывание деталей длится достаточно долго. Это зависит от размера работы. Большие элементы могут остывать до пяти суток.

Наплавление чугуна

Самыми распространенными марками электродов являются ОЗЧ-2, МНЧ-2, ОЗЖН-1.

Работа наплавления газом основывается на тепловой энергии, выделяющейся из-за того, что горел ацетилен.

Как сделать шов при сварке?

Для того, чтобы уменьшить вероятность негативных последствий из-за неправильного прогревания деталей, неверного температурного режима и многого другого, длинные швы делают не за один подход, а в несколько этапов.

Сварка начинается из центра стыка. Сначала требуется сделать один короткий шов. После, отступив от него немного, сделать еще несколько с каждой стороны от него. Потом надо проварить небольшие участки между швами.

Если детали имеют большие размеры, то первый шов следует сделать в центре стыка. С каждой стороны от первого надо сделать еще по одному.

В случае, когда деталь достаточной толщины, обычно можно сделать еще и четвертый шов. Его наложить поверх двух предыдущих на металле.

Многослойная сварка

Такая технология сварки металла может происходить по принципу отжигающих валиков. Он используется для того, чтобы устранить трещины в элементах, которые имеют очень тонкие стенки – не более восьми мм. Для многослойной сварки нужно сформировать валики. Каждый новый должен действовать термически на прошлый слой.  Благодаря этой технологии можно уменьшить наплавление чугуна.

Сначала трещину надо разделать, раскрыв на 45 градусов. Каждую кромку надо обеспечить валиком. Эти валики являются подготовительными, а потом появляются отжигающие.

Валики требуется медленно накладывать друг на друга. Также, необходимый этап — охлаждение чугунного материала. Каждый слой должен остыть до 55 градусов по Цельсию. После остывания валики требуется проковать и сбить окалину. Первые валики находятся ближе всего к металлу, поэтому остывают крайне медленно. После того, как валики были сформированы, можно накладывать сверху сварной шов. Его необходимо формировать маленькими отрезками.

Сварка с использованием шпилек из стали

Зона плавления является крайне уязвимым местом из-за склонности металла к отслоению. Стальные шпильки нужны для того, чтобы в момент остывания металла равномерно распределять нагрузку. Угол в 45 градусов необходимо срезать, если стенки толще, чем шесть мм.

Потом необходимо насверливать отверстия, чередуя их при этом. Эти отверстия нужны для дальнейшей установки шпилек. Шпильки необходимо обварить по кругу. Далее образовывается слой наплавления с использованием отжигающих валиков, которые накладываются друг на друга.

Шпильки снижают воздействие на шов, так как вся нагрузка переходит на них.

Сварка с помощью инвертором в импульсном режиме

Идея такой методики состоит в том, что сварочный ток усиливается с помощью импульсов большей силы, которые наложены поверх него.

Чему способствует такой способ:

• улучшение качества итогового результата;
• понижение возможности прожига детали;
• улучшение качества шва;
• стабилизация уровня контроля дуги и управление процессом;
• повышение пользы от сварочного процесса.
• Импульсы и паузы чередуются между собой и служат заменой более сложных действий, выполняемых с помощью конца стержня.

Таким образом, можно сделать вывод, что чугун обычно обладает особенностями, связанными со способами процессов сварки металла. Есть множество способов, с помощью которых можно это осуществить. Сварка возможна сегодня и в домашних условиях. Технология не такая сложная, но требует дополнительной подготовки. Лучше всего обратиться к профессионалу, который разбирается в каждом шаге и понимает, что делает. Хотя информация о сварке чугуна будет для Вас полезной!