Сварка чугуна: способы, особенности, техника безопасности

СОДЕРЖАНИЕ

• 5 ключевых особенностей сварки чугуна
• Подготовка деталей из чугуна к сварке
• Электроды для сварки чугуна
• 3 способа ручной дуговой сварки чугуна
• Технология сварки чугуна полуавтоматом
• Тонкости сварки чугуна TIG-сваркой
• Сварка чугуна газом
• Холодная сварка деталей из чугуна
• Техника безопасности при сварке чугуна

5 ключевых особенностей сварки чугуна

Чугун представляет собой сплав железа и углерода, причем доля углерода должна быть не менее 2,14 %. Также в зависимости от марки в составе чугуна присутствуют различные легирующие добавки и примеси.

Сварка чугуна имеет специфику, связанную с физическими и химическими свойствами этого сплава, и отличается сложностью. Особенно большие проблемы доставляет сварка чугуна с другими металлами. К примеру, несмотря на сходство химического состава сплавов, сварка чугуна со сталью не такое простое дело, как может показаться. Более того, даже при сварке однородного чугуна нарушение технологического процесса приводит к негативным последствиям:

1. Скорость охлаждения влияет на структуру чугуна, и при высокой скорости происходит «отбеливание» поверхности. В этом случае во внешнем слое образуется белый чугун, отличающийся повышенной прочностью, но также хрупкостью и плохой обрабатываемостью.
2. Если температурный режим выбран неверно, то из-за этого возможна перекалка сплава в околошовной области и, как результат, нарушение целостности соединения.
3. При сварке ванным способом образование газов делает сварные швы пористыми. Также бывает затруднительно сформировать шов, поскольку расплавленный чугун обладает высокой текучестью, и он вытекает из ванны.
4. Быстрое охлаждение после сварки делает металл хрупким и приводит к появлению трещин в чугуне.
5. Наличие окислов кремния на поверхности металла затрудняет сварку. Поскольку температура плавления у них выше, чем у чугуна, то могут остаться непроваренные участки.

Читайте также: «Сварочный стол своими руками»

При этом необходимость сварки чугуна возникает часто – в процессе ремонта металлических изделий (например, блока двигателя), в ходе изготовления сварно-литых конструкций, а также для исправления бракованных чугунных деталей. Умение правильно работать с чугуном не только сделает сварочный процесс более комфортным, но и обеспечит качественное и надежное соединение.

Подготовка деталей из чугуна к сварке

Перед сваркой обрабатываемые чугунные поверхности нуждаются в подготовке:

1. Прежде всего производятся очистка поверхности от загрязнений и обезжиривание, например, с помощью ацетона или растворителя.
2. При работе с тонким чугуном необходимо использовать специальные теплоотводящие подкладки, которые устанавливаются под место сварки. Еще одной предварительной процедурой является разделка кромок, для обработки которых подойдет напильник или углошлифовальная машина с диском по металлу.
3. Если требуется заварить трещину, то нужно полностью разделать и очистить ее, а также засверлить по краям во избежание дальнейшего распространения. Для надежности можно целиком вырезать трещину.

При сварке чугуна используются разные способы: горячая, полугорячая и холодная сварка.

Электроды для сварки чугуна

В процессе сварки вместе с электродом сгорает и часть углерода, находящегося в металле, что приводит к появлению пор. Пористость сварного шва негативно влияет на прочность соединения, и потому при сварке чугуна рекомендуется использование электродов, в составе которых есть никель и медь. Присутствие этих металлов в электроде дает следующие преимущества:

• Никель смешивается с железом, но не образует карбидов и не меняет прочности металла. Шов с никелем в процессе сварки не закаляется и сохраняет свою мягкость и податливость для дальнейшей обработки.
• Медь – если сварки требует жаропрочный чугун, то применяются специальные медные электроды. Этот металл не растворяется в железе и не образует соединений с углеродом. В результате получается более твердый шов, однако он будет неоднороден, представляя собой сочетание меди с углеродистым железом.

Цели и технологические особенности сварки и наплавки чугуна влияют на то, какие электроды наиболее целесообразны в конкретном случае: сейчас на рынке представлен большой ассортимент подобной продукции. Наиболее распространенные электроды:

1. Электроды, предназначенные именно для чугуна, имеют в своем наименовании букву Ч, и чаще всего используется марка МНЧ-4. Это универсальные медно-никелевые электроды, пригодные для всех видов чугуна. Сварка чугуна такими электродами при соблюдении технологии позволяет получить прочный и стойкий к коррозии шов.
2. Электроды ЦЧ-4 – применяются и при горячей, и при холодной сварке. Главным образом они предназначены для исправления дефекта поверхности путем наплавки или заварки. Также ими можно соединять два металлических сплава – сделать сварку чугуна с нержавейкой, для чего нужна подача постоянного тока малой полярности.
3. Несколько видов электродов ОЗЧ используются для сварки чугуна, например ОЗЧ-2 с основой из медной проволоки. Данные электроды пригодны для работы с ковким и серым чугуном, и их сфера использования – холодная сварка.
4. Сварочные электроды ОЗЖН-1, в состав которых входит железо, никель и другие металлы, применяются исключительно для холодной сварки. Ими можно заваривать крупные дефекты изделий из чугуна, но электроду требуется предварительная прокалка.

3 способа ручной дуговой сварки чугуна

В настоящее время сварка чугуна производится по-разному, при ручной дуговой сварке используется аппарат с плавящимися или неплавящимися электродами. В зависимости от вида сварки (горячая, полугорячая, холодная) нужны определенные виды электродов.

При горячем методе ручная дуговая сварка чугуна требует выполнения следующих операций:

1. подготовить изделие к обработке,
2. предварительно нагреть деталь,
3. приварить,
4. постепенно охладить.

Читайте также: «Сварка арматуры»

Горячая сварка обеспечивает нагревание металла до 500-600 ?С. Чаще всего при этом используются плавящиеся электроды – чугунные стержни, а также электроды с медной и никелевой основой. Еще сварка чугуна может производиться с помощью угольных, графитовых и вольфрамовых неплавящихся электродов. Рекомендуемые марки для различных видов чугуна:

• Ковкий чугун – ОЗЧ-2, ОЗЧ-6, МНЧ-2, ЦЧ-4.
• Серый чугун – ОЗЖН-1, ОЗЖН-2, МНЧ-2, ОЗЧ-2, ОЗЧ-4 и ОЗЧ-6.
• Высокопрочный чугун – ОЗЖН, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, МНЧ-2.

В процессе сварки чугуна на электроды подается постоянный ток прямой полярности.

Недостатки технологии горячей сварки:

• высокая трудоемкость процесса,
• необходимость обеспечивать равномерный нагрев детали,
• предварительный нагрев и медленное охлаждение требуют значительного времени на выполнение работ,
• высокая стоимость оборудования, необходимого для горячей сварки.

Читайте также: «Оборудование для сварочных работ»

Хотя горячая сварка обеспечивает наилучший результат, она требует и самых высоких затрат. Если к качеству сварки не предъявляются высокие требования и она производится, к примеру, в бытовых условиях, то используются менее трудоемкие и менее сложные способы – полугорячая и холодная ручная дуговая сварка. Выбор электродов здесь широкий – они могут быть чугунными, с медной и никелевой основой, а для заварки декоративного характера допускаются и стальные стержни.

Кроме того, холодная и полугорячая сварка производятся и неплавящимися электродами.

Технология сварки чугуна полуавтоматом

Полуавтоматическая сварка может выполняться по технологии MIG или MAG. Различие между ними состоит в том, какой газ используется – инертный в первом случае и активный во втором.

В остальном процесс сварки чугуна полуавтоматом проходит одинаково: в зону дуги подается проволока (ПП-АНЧ-1, ПП-АНЧ-2, ПП-АНЧ-3 и др.), которая плавится и создает сварное соединение. При этом сварка чугуна полуавтоматом проходит в среде газа, например углекислого, который относится к активным. Газ является изолирующей средой, не допуская попадания атмосферного воздуха в сварочную ванну.

• Наилучшее качество сварки здесь также дает использование горячего метода, когда изделию обеспечивается предварительный нагрев и постепенное охлаждение. Полученный таким способом сварной шов обладает прочностью и сопротивляемостью на разрыв и излом.
• Полугорячий метод допустим, если изделие в процессе эксплуатации будет испытывать незначительные нагрузки.
• Холодный способ следует признать самым простым, но его можно использовать только в том случае, если нет требований по противодействию сварного шва нагрузкам.

Читайте также: «Стыковое сварное соединение»

Полуавтоматическая сварка позволяет обеспечить большую производительность работ, чем при ручном методе, и их результат в большинстве случаев будет вполне удовлетворительным.

Тонкости сварки чугуна TIG-сваркой

Сварка чугуна аргоном – самый дорогой и сложный в плане технологии вариант сварки. Здесь защитным барьером от воздействия окружающего воздуха служит аргон. При сварке чугуна аргоном роль присадки выполняют чугунные, никелевые или алюминиево-бронзовые стержни, хотя последний тип рекомендуется лишь в том случае, если изделие не будет подвергаться воздействию высоких температур. При аргонодуговой сварке чугуна применяются вольфрамовые электроды.

Особенности процесса аргонной сварки чугуна:

• требуется предварительный нагрев изделия во избежание появления трещин,
• использование небольших величин переменного тока,
• соединение осуществляется короткими участками, чтобы контролировать температуру,
• каждый шов необходимо простучать молотком для снятия напряжений,
• остывание должно быть постепенным и медленным.

Сварка чугуна газом

Газовая сварка, например, кислородно-ацетиленовой горелкой, дает возможность равномерно прогреть изделие перед свариванием. Скос кромок делают V-образной формы с углом раскрытия 90 градусов, но скашивание рекомендуется только для изделий с толщиной стенок 4 мм и более.

Присадочными прутками являются чугунные стержни, диаметр которых высчитывается по формуле: толщина изделия (в мм) разделить на 2 или толщина изделия (в мм) разделить на 2 + 1 мм. Кроме того, газовая сварка чугуна требует использования флюса (ФСЧ-1, ФСЧ-2, БМ-1 и пр.). Флюсом покрываются присадочные прутки, и его подсыпают в ванну сварки. Флюс выполняет ряд полезных функций:

1. защищает ванну сварки от окисления,
2. переводит тугоплавкие окислы в легкоплавкие шлаки,
3. улучшает сплавляемость,
4. повышает жидкотекучесть металла и шлаков.

Читайте также: «Сварка нержавейки аргоном»

Пламя горелки ставится в нормальный или науглероживающий режим. При сварке чугуна, особенно крупных деталей, желательно задействовать две горелки, одна из которых используется для прогрева, а вторая собственно для сваривания.

Замедление процесса остывания обеспечивается покрытием изделия слоем асбеста.

Холодная сварка деталей из чугуна

Холодная сварка чугуна электродом может производиться даже в домашних условиях с помощью инвертора. Это наиболее простой способ, не требующий дополнительного оборудования. Основные виды электродов, используемые в холодной сварке чугуна:

• Медно-железные.
• Медно-никелевые.
• Железно-никелевые.
• Стальные.
• Чугунные.

Наплавка производится путем укладки одного или нескольких валиков сварного шва. Если применяются стальные электроды, то для большей прочности соединения требуется установить шпильки. Ремонт небольших дефектов в основном выполняется электродами с железом и никелем в их составе.

Если площадь обрабатываемой поверхности значительная, то подойдут чугунные электроды с покрытием из графита.

Читайте также: «Сварка нержавейки электродом»

Обратите внимание: при сварке чугуна холодным способом невозможно добиться качественного шва – подобная «обычная» сварка не выдержит серьезных нагрузок. К примеру, холодная сварка для чугуна не дает 100-процентной уверенности, что шов окажется водостойким. Поэтому данный метод применим лишь в отношении деталей с небольшими дефектами и конструкций, которые не являются несущими.

Техника безопасности при сварке чугуна

Проведение сварочных работ требует обязательного соблюдения правил безопасности:

1. Электросварка чугуна проводится в помещении только при наличии хорошего освещения и проветривания.
2. У аппарата должно быть заземление.
3. После завершения сваривания нужно защитить горячую поверхность от попадания влаги.
4. Необходимы индивидуальные средства защиты:

• перчатки,
• очки,
• спецодежда.

В целом, если у вас возникла необходимость провести сварочные работы, например выполнить сварку выпускного коллектора из чугуна, то нужно обращаться только к специалистам. Профессиональные сварщики знают особенности работы с чугуном и обеспечат надлежащее качество сварки.