Подготовка чугуна к сварке

Обновлено: 24.01.2025

Существует две группы чугунных сплавов: белые и серые сплавы. Первые сварке не поддаются, работать со вторыми можно. Следует учитывать, что повышенное содержание углерода не всегда позволяет получить качественное соединение. Поэтому, если возможно, рекомендуется усилить стыки при помощи шпилек, болтов или хомутов.

Какие электроды выбрать

Для сварки чугуна в России выпускают специальные покрытые электроды:

Электроды, произведённые в России по лицензии:

Имеются импортные аналоги. Компания UTP также даёт подробные рекомендации по использованию своих материалов:

UTP GNX-HD – обеспечивают стабильную дугу даже при малом токе, небольшое образование брызг, плавный перенос основного металла, швы не склонны к образованию разломов и трещин, хорошо подвергаются механической обработке. Варить нужно на короткой дуге, не перегревая заготовки. При работе с чугунными сплавами, склонными к подкалке, рекомендуется вести сварку маленькими валиками с последующей проковкой. Сварку в вертикальном и потолочном положениях лучше вести на переменном токе;
UTP 85 FN – применяют для сварки и наплавки любых (кроме белых) марок чугуна, особенно с шаровыми графитовыми вкраплениями (пример: ВЧ 42-12 — ВЧ 60-2 ) и для соединения этих материалов со сталями и литыми заготовками. Имеет отличные характеристики: во время сварки поддерживается ровная и плавная дуга, высокая скорость производства работ. В результате получается красивый мелкочешуйчатый валик;
UTP 86 FN – ферро-никелевый электрод с биметаллическим сердечником для сварки чугунных сплавов без подогрева. Используют для соединения и наплавок ряда типов (марок) чугуна: пластинчатого серого GG 10 — GG 40 (СЧ 10 — СЧ 40), высокопрочного (с шаровым графитом) GGG 40 — GGG 70 (ВЧ 42-12 — ВЧ 70-2), ковкого GTS 35 — GTS 65, а также для сварки этих сплавов с иными или сталей с литыми сталями;
UTP 8 – для сварки «холодным» методом. Применяемость: серые, ковкие, сверхпрочные чугуны. Литые стальные сплавы. Соединение со сталью, медью и медными сплавами. Лучше всего применять для работы за один проход, нанесения (или наплавке) коренного шва при многослойных способах. Также можно заваривать трещины на старых промасленных чугунных деталях при восстановительных и ремонтных работах.

Ряд сварщиков предпочитает использовать для сварки (и наплавок) чугунов обычные электроды по нержавейке, например:

Но часто также используют УОНИ 13/55. Это самый бюджетный вариант. Иногда стержень предварительно обматывают медной проволокой.

Примерная стоимость электродов УОНИ 13/55 на Яндекс.маркет

В каждом конкретном случае требуется подбирать электроды в зависимости от марки чугуна. Если узнать состав сплава невозможно, то необходимо заварить образец, провести испытания с учётом условий эксплуатации.

Подготовка материалов к сварке

Электроды требуется тщательно просушить. Если в условиях производства для этого используют специальные печи, то в домашней обстановке можно оставить электроды в обычной духовке на несколько (3-4) часов, выставив максимальную температуру.

Чаще всего из чугуна делают литые детали – элементы автомобилей, станков. Лопнувшие элементы нужно предварительно обработать:

Промыть от грязи, масла.
Просушить.
Разделать кромки с помощью болгарки так, чтобы очистить поверхности от графита.
Острые кромки притупить зачистным кругом для предотвращения возникновения напряжений по время сварки.

Перед началом рекомендуется обезжирить поверхности ацетоном.

Настройки сварочного аппарата

При настройке аппарата рекомендуется учитывать информацию, указанную производителем электродов на коробках. В таблице на пачке всегда указывается род сварочного тока (переменный или постоянный), положение шва (нижнее, верхнее), величина силы тока.

Обратная полярность – минус – крепится на деталь, прямая – на электрод.

Процесс сварки

Для соединения двух чугунных деталей их нужно сложить на верстаке или сварочном столе, желательно зафиксировать при помощи струбцин, зажимов, специальных приспособлений для уменьшения вероятности появления деформаций. Если же требуется заварить трещину, крепить элементы необязательно. Существует два способа сварки чугуна при помощи покрытого электрода и инвертора.

Горячий способ с предварительным подогревом

Полностью соблюсти технологию сварки в домашних условиях сложно из-за необходимости прогрева деталей до высоких температур. Принцип метода описан в ГОСТ 30430-96:

Собирают изделие на прихватки.
Свариваемые элементы нагревают до 400-600 градусов.
Производят сварку, тщательно перемешивая расплавленный металл. Важно не прерывать процесс до того, как графит не сгорел в сварочной ванне. В конце нужно вывести электрод за пределы стыка и прервать сварку на основном металле.
После этого деталь снова нагревают и дают ей медленно остыть.

Для контроля над температурным режимом используют термокарандаши, плавящиеся при определённых температурах (ставят метки на чугуне) или переносные пирометры. Чтобы изделие медленно остыло, его помещают в песок.

При необходимости сварки чугуна в домашних условиях можно нагревать детали при помощи газового резака или горелки.

Холодный способ без подогрева

Универсальный способ подойдёт для применения в полевых условиях – в гараже или на даче. Но для осуществления сварки необходимо использовать соответствующие электроды. Суть процесса:

После подготовки детали размещают на верстаке, если нужно – закрепляют.
Нужно сделать несколько прихваток, дать материалу остыть. Проверить размеры изделия.
Варить следует небольшими участками, избегая перегрева. Шлак после остывания нужно удалять, обрабатывать корщёткой до металлического блеска.

При появлении дефектов – трещин, свищей, пор – нужно удалить их с применением зачистного круга. Произвести сварку вновь.

Ошибки, которые часто допускают при сварке чугуна. Советы

Разные чугуны свариваются по-разному. Некоторые сплавы соединить невозможно. Типичные ошибки:

Слишком большой ток – при сварке металл сильно кипит, после кристаллизации слышны щелчки, появляются трещины на поверхности шва.
Высокая скорость сварки – образуются горячие и холодные разломы из-за того, что металл слишком быстро остывает. Часто ошибку допускают при использовании «холодного» способа. Рекомендуется варить небольшими швами с разных сторон, переворачивая деталь.
Мало тока – шов плохо формируется, кромки недостаточно проплавляются.

Даже если видимых дефектов не замечено, это не значит, что деталь сварена надёжно. Ответственные соединения нужно проверять: на изгиб, растяжение.

Для получения качественного стыка также используют резьбовые гужоны – стальные стержни с резьбой. Их вкручивают в стыки свариваемых деталей так, чтобы они удерживали обе части. После этого торчащие головки срезают. Важно подготовить детали под сварку заранее, до установки гужонов, затем поставить прихватки и обварить изделие. Гужоны рекомендуется вкрутить таким образом, чтобы будущий сварочный шов как следует соединил их с чугуном.

При заварке трещин применяют метод рассверливания концов разлома. Это предотвращает появление его снова. Нужно отступить от краёв на 5-10 мм, сделать отверстия диаметром 5-6 мм.

Сложность сварки чугуна в домашних условиях заключается в том, что в сплаве повышенное содержание углерода (более 2,14%). После сварки шов получается более пластичным, чем околошовная зона. Из-за этого образуются трещины, разломы. Соблюдение технологии может помочь добиться надёжного соединения. Если «холодным» способом не удаётся получить приемлемый результат, рекомендуется попробовать «горячий» метод.

Сварка чугуна аргоном: подготовка чугуна, необходимое оборудование, технология сварки и особенности процесса

В промышленности и в быту применяется большое количество чугунных изделий. Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, в котором может содержаться от 2 до 6,7% углерода. Высокое содержание углерода приводит к наличию у чугуна ряда свойств, которые делают его сварку обычными способами неэффективной. Для такой сварки разработаны специальные технологии. Одной из наиболее востребованных технологий является дуговая сварка в защитной среде аргона.

выбор Подготовка чугуна к сварке

Подготовка деталей из чугуна к сварке должна быть более тщательной, чем при сварке других материалов. Это связано со склонностью этого материала к образованию трещин и разрушению.

При этом совершаются следующие операции:

Края свариваемых деталей очищают от грязи, ржавчины, шлака.
Производят распил трещин. В противном случае, глубокая трещина при сварке будет заплавлена только сверху, а в глубине изделия останется слабая структура.
Для обеспечения равномерного прогрева шва по длине осуществляют разделку кромок. Для этого делают скосы кромки на 45° и округляют острые грани.
Для предотвращения при сварке утечки жидкого металла и предотвращения деформации изделия используют графитовые подкладки.

Технология сварки аргоном

В зависимости от вида механизации аргоновая сварка бывает ручная, механизированная, автоматизированная и роботизированная.

В первом случае перемещение горелки и сварочной проволоки осуществляется сварщиком. Во втором случае горелку перемещает сварщик, а проволока подается механизировано. В третьем случае движение горелки и проволоки осуществляется механическими средствами, всем процессом управляет оператор. При роботизированной сварке процесс происходит без участия человека.

В состав оборудования, используемого для сварки чугуна в среде аргона, входят:

источник сварочного тока;
горелка или набор горелок;
устройство для возбуждения дуги или поддержания стабильного тока (осциллятор);
баллон с газом;
провода, шланги.

Источник тока может быть трансформаторным или инверторным. Инверторный аппарат обладает рядом преимуществ. Такое устройство обеспечивает высокое качество шва, имеет небольшой вес и размеры и простое управление. В инверторе обычно используются дополнительные функции – ускоренный поджиг, стабилизация дуги, модуляция тока.

Примерная стоимость инверторов для сварки на Яндекс.маркет

Важным элементом установки для сварки аргоном является горелка. Она представляет собой сложное устройство, на конце которого смонтировано сопло. Из сопла в область сварочной ванны подается аргон. Сопло изготавливается из термоустойчивого материала, так как температура сварочной ванны может достигать 2000°С. Внутри сопла расположен электрод, с помощью которого образуется электрическая дуга. В сопло с помощью шлангов подается газ из баллона, а к электроду с помощью кабелей подается напряжение от источника тока. Горелка может иметь водяное охлаждение, с помощью которого можно регулировать температуру электрода и ванны.

Схема аргонодуговой сварки

При сварке чугуна аргоном используются неплавящиеся электроды. В качестве таких электродов применяют электроды из вольфрама. Они имеют высокую температуру плавления и не принимают участие в формировании сварочного шва. В соответствии с ГОСТ используют электроды из чистого вольфрама или из вольфрама с добавлением лантана, иттрия, тория. Такие добавки улучшают качество электродов и увеличивают температуру их плавления.

Выбор присадки

При сварке чугуна рассматриваемым методом основным материалом для создания шва является присадка.

В качестве присадочного материала используются пруток или проволока. Тип присадочного материала выбирают в зависимости от требований к качеству шва.

Например, для получения более пластичного шва используют сплавы с никелем, а для шва с повышенной твердостью – медь. Для получения шва со средней твердостью применяют сплав никеля и меди (монель-металл). Толщина присадочных прутков зависит от толщины свариваемых деталей и равна приблизительно ее половине.

Примерная стоимость проволоки для сварки на Яндекс.маркет

В домашних условиях иногда используют самодельный присадочный пруток, состоящий из скрученных медной и нержавеющей проволок.

Сварочная проволока представляет собой трубку из присадочного материала, внутри которой находится флюс. В зависимости от типа сварки применяют проволоку типа ППЧ-1 (для горячей сварки), ППЧ-2 (для полугорячей) или ППЧ-3 (для холодной).

Процесс сваривания чугуна

Существует три вида сварки чугуна аргоном:

горячая. Перед сваркой детали нагреваются до температуры 600-650°С и последующим медленным охлаждением (в течение нескольких суток);
полугорячая. Нагревание до 300-350°С;
холодная. Без нагрева и с естественным охлаждением.

Алгоритм сваривания деталей из чугуна:

Закрепить подготовленные для сварки детали (с помощью струбцин или иных приспособлений).
Включить подачу аргона.
Зажечь дугу (на отдельной графитовой пластине).
Ввести присадочный пруток под углом 25-30°.
Выполнить сварку участками по 2,5-3 см.
Для снятия остаточных напряжений произвести молотком проковку шва.
Выполнить 2-й проход и так далее (каждый новый шов простукивается молотком).
После формирования шва дать сборке остыть при нормальных условиях.
Удалить налет (брызги).
Обработать шов наждачной бумагой, шлифмашиной, металлической щеткой.

Особенности сварки чугуна аргоном

При сварке чугуна аргоном необходимо обращать внимание на следующие моменты:

Особенности и проблемы сварки чугуна: как избежать трещин при остывании шва и добиться прочности соединения

Сварка чугунных сплавов делается несколькими методами. Каждый из них выбирается как баланс между стоимостью и сложностью работ и прочностью, которая требуется от шва. Это вызвано физическими особенностями чугунных материалов, которые резко отличаются от подавляющей части остальных сплавов и металлов.

Особенности сварки чугуна

Чугун – это железный сплав с большим содержанием углерода. Углерод придает стальным сплавам твердость, при содержании его свыше 2,14% получаемый сплав уже является чугуном. Поскольку углерод не является металлом, он не может образовать с железом кристаллических решеток и присутствует в виде вкраплений графита различных форм или входит с железом в химическую связь. Из-за графита чугун имеет пористую структуру, насыщается газами и впитывает масло.

При сварке чугуна проблемы начинаются сразу после образования шва. При остывании, особенно быстром, легко возникают трещины, вызванные закалкой и сильными напряжениями в металле. Образуется карбид железа (цементит), чугун “отбеливается”, получает высокую твердость и хрупкость. Поэтому после сварки необходимо поддерживать температуру 200-300°C, постепенно снижая ее, чтобы избежать образования цементита.

Помогает также введение никеля в материал шва. Он смешивается с железом в любых соотношениях. При этом не образуется карбидов и повышения твердости, что позволяет избежать трещин. Можно использовать для этих целей медь, но она не обеспечивает такой однородности шва, как никель.

Сравнительно невысокая температура плавления чугуна (от 1200 до 1250 градусов) приводит к его высокой текучести и ограничивает положения сварки – особенно сложно варить потолочные швы. Кроме того, повышено газообразование, которое продолжается даже при остывании шва.

Так называемый “горелый” чугун (бывший длительное время под действием высоких температур) сваривать невозможно из-за появления окислов кремния и углерода. Вообще чугунные детали предпочтительно менять и при использовании не допускать их разрушения.

Основные трудности при сварке чугуна:

образование трещин при остывании шва;
сильное повышение твердости в области шва;
выделение газов создает пористость шва;
текучесть ванны усложняет технологию.

Подготовка чугуна к сварке

Перед сваркой, особенно ответственных деталей, необходимо произвести подготовку металла. Для этого выполняется перечень работ:

очистка от грязи и масла для всех видов сварки;
разделка кромок для всех видов сварки;
установка шпилек для холодной сварки (при повышенных требованиях к прочности);
прогрев деталей для горячей сварки;
формовка ванны для горячей сварки.

Особенно тщательно следует удалять масло, применяя растворители или отжиг горелкой.

При разделке кромок необходимо выпилить все трещины. Если будут устанавливаться шпильки, то разделку кромок следует выполнить под углом. В кромках засверливают отверстия, нарезают резьбу и завинчивают стальные шпильки, по крайней мере, на два-три “калибра” (отношение длины к диаметру). Внешние концы шпилек должны допускать их проварку между собой.

Подготовительный нагрев деталей при горячей сварке производят постепенно, на 100-150 градусов в час. Так же медленно выполняют и охлаждение, подогревая детали с уменьшением температуры.

Варианты сварки чугуна и их краткие характеристики

В зависимости от требований к прочности и характера повреждений чугунных деталей применяют один из нескольких способов сварки.

Горячая сварка

Горячую сварку применяют в тех случаях, когда необходимо получить высокую обрабатываемость шва и близость его состава и структуры к остальной массе чугуна. Свариваемые части подготавливают, как описано выше, и прогревают до температуры 700°C. При необходимости перед нагревом устраивают форму из материалов, применяемых в литейном деле. Это требуется для сквозных и краевых (отколотых) повреждений. Шлифованные поверхности и резьбы следует защитить глиной.

Горячую сварку применяют для изделий большой массы в тех случаях, когда требуется повышенная прочность. Тепло для ванны получают либо от электрической дуги, либо от газовой горелки. Горячая сварка отличается от других видов самым большим объемом ванны (до 0.5-1 дм. куб.). Это требует устанавливать заготовки только в нижнее положение.

Присадочный материал для горячей сварки – чугунные электроды увеличенного диаметра (от 8 мм и более) или порошковая проволока.

Полугорячая сварка

Полугорячая сварка чугуна производится аналогично описанной выше горячей, но температура предварительного подогрева здесь ниже, около 300-350°C. Это способствует понижению скорости остывания металла после сварки.

При полугорячей сварке меньше степень “отбеливания” чугуна по сравнению с горячим способом, что способствует и меньшей опасности возникновения трещин. Кроме того, требуется меньше энергии на подогрев деталей.

Полугорячую сварку делают малоуглеродистыми стальными электродами с легирующими добавками или автогеном, добавляя для присадки чугунный пруток.

Холодная сварка

Наиболее часто для небольших повреждений применяется холодная сварка. Слово “холодная” здесь означает то, что предварительный подогрев свариваемых частей не производится. Это значительно упрощает процесс, хотя и не позволяет получить качества шва, достижимого при горячем способе. Но для мелких дефектов на ненагруженных деталях – корпусах механизмов, крышках и т. д. – данный способ вполне оправдан.

Для деталей, несущих нагрузку, можно применить усиление шпильками из стали, которые завариваются с внешней стороны и затем закрываются верхним швом. При холодной сварке стремятся как можно меньше нагревать металл и применяют стальные электроды небольшой толщины (3-5 мм). Для снижения нагрева применяют постоянный ток, а электрод подключают к плюсу аппарата (обратная полярность). Материал электродов должен содержать как можно меньше углерода. Но и без этого в шве образуется тонкий слой белого чугуна. Избавиться от него не помогает даже продолжительный отжиг.

Хорошие результаты дает применение никеля или монель-металла (никель 70%, медь 20%) в сварочных электродах, но этот способ дорог. Его следует применять в тех случаях, когда требуется последующее точение, шлифование или фрезерование детали. Но необходимо учесть, что механическая прочность “никелированного” чугуна снижается.

Основные способы сварки чугуна

Серый чугун можно варить несколькими способами. Чаще всего это дуговая сварка стальными или специальными электродами. Эти способы относятся к холодному методу сварки.

Ручная дуговая сварка плавящимися электродами

Самые мелкие повреждения чугунных деталей можно заварить обычными стальными электродами 3 мм с тонкой обмазкой. Перед сваркой очищают швы и выпиливают или вырубают трещины. Сварка ведется небольшим током 80-120 ампер.

Повреждения	Электроды	Дополнительно
Мелкие	Стальные	Поковка шва молотком
Средние	Медные
Крупные	Медные и никелевые	Усиление шпильками

Если требуется повысить качество шва при дуговом способе, то вместо трансформатора берется инвертор, так как он позволяет работать на постоянном токе. Это дает кое-какие дополнительные возможности, указанные в таблице ниже.

Полярность	Деталь	Электрод	Особенности
Прямая	Плюс	Минус	Увеличение нагрева детали. Небольшой расход электродов
Обратная	Минус	Плюс	Умеренный нагрев детали. Большой расход электродов

Причина такой разницы в физике процесса: положительный электрод сильно бомбардируется тяжелыми отрицательными ионами, что дает дополнительную энергию в общем балансе выделения тепла. Разница в температуре может достигать 700°C. В общем, за возможность избегать перегрева чугуна при электродуговой сварке приходится платить некоторую цену: тратить лишние электроды.

Применение трансформатора лишает сварщика возможности прогревать электроды разными способами, так как при переменном токе этой разницы нет – тепла выделяется поровну на каждом конце дуги. Кроме того, снижается стабильность дуги – на переменном токе она горит не все время.

Для уменьшения перегрева шва применяют движение электрода зигзагом или по кругу, как удобнее сварщику. Тепло при этом распределяется равномернее. Также полезно делить большие швы на меньшие участки, а в промежутках между выполнением участков давать остыть металлу до 80-50°C.

Чтобы повысить качество шва на чугуне, применяют электроды с добавлением меди, никеля или монель-металла (сплав меди с никелем). Наиболее простой и дешевый вариант: стальную проволоку Св-08 (Св-08А) обматывают медной проволокой и окунают в раствор силиката натрия (жидкое стекло). После высыхания обмазки можно варить.

Газовая сварка

Газ или электричество для сварки – это лишь способ нагрева, подвода энергии к сварочной ванне. Но из-за разницы в физике и химии этих процессов могут появиться технологические отличия. При сварке чугуна газом можно использовать ацетилен или пропан-бутановую смесь, но оба варианта с кислородом. Вместо электрода используется присадочная проволока из никеля или чугунный пруток. Чтобы избежать окисления, можно использовать обмазку присадочного материала флюсами (на основе буры), но часто бывает достаточно использовать прогрев металла восстановительной частью факела горелки.

Горелкой следует постепенно прогревать место вокруг сварки. Определить подходящую температуру в области шва (200-350°C) поможет только опыт сварщика. Добившись ее, производят сварку участка. Затем постепенно отводят горелку, избегая резкого остывания. Разумеется, газа тут расходуется заметно больше, чем при сварке стали, но это при газосварке чугуна неизбежно, иначе пойдут трещины.

Аргонодуговая

Аргонодуговая сварка чугуна возможна, но это слишком дорогой вариант, не дающий никаких особенных преимуществ перед другими видами сварки. Чугун не нуждается в такой тщательной защите от окисления, как, например, алюминий. Если все же приходится варить чугун аргоном, то здесь следует соблюдать те же правила:

избегать перегрева металла;
постепенно прогревать место шва;
постепенно охлаждать после сварки.

Все это приводит к большому расходу аргона. Поэтому для подогрева лучше использовать другие методы. Обычно это та же ацетиленовая горелка, что лишает смысла вообще варить аргоном. При сварке аргоном обычно используют неплавящиеся электроды или полуавтомат. В последнем случае его потребуется зарядить нужным типом проволоки, например, никелевой.

Иные варианты

Из прочих вариантов можно дополнить раздел о горячей сварке. Этот способ требует самого большого расхода энергии и подготовки форм для сварочной ванны большого объема. После очистки места для шва вокруг этого места (и при необходимости) снизу делают перегородки из огнеупорной глины. Для форм также используют графитовые пластины. Снаружи форма защищается коробкой из листового железа: это гарантирует, что ванна не разольется. Для предварительного нагрева и медленного охлаждения деталей используют печи (в старые времена для больших деталей использовали костер).

При холодной сварке больших деталей металл разделывается под углом 90 градусов, а в разделочные фаски вворачивают шпильки небольшой длины из малоуглеродистой стали. Верхние концы шпилек обеих половин шва обваривают между собой также сталью с малым содержанием углерода. Они придают шву значительную прочность. Сверху шов заваривают медным или медно-никелевым сплавом.

Сварка чугуна со сталью

Сварка чугуна со сталью – операция, которая сегодня пользуется высокой популярностью. Данная технология применяется во многих отраслях промышленности, включая машиностроение, производство станков, металлургию и т. д. Железоуглеродистые сплавы (чугун) широко используются для производства различных изделий и конструкций. Продукция из этого материала отличается доступной ценой и рядом положительных характеристик.

Проблемы и особенности сварки чугуна со сталью

Чугун представляет собой углеродистый сплав железа, в котором углерода содержится более 2,11–2,14 %. Этот материал может включать различные примеси: кремний (до 3 %), марганец (менее 1 %), серу, фосфор и легирующие добавки (хром, никель, ванадий, алюминий, магний и т. д.). Содержание специальных добавок и термическая обработка позволяют увеличить прочность и пластичность чугуна.

Железоуглеродистые сплавы могут эффективно сглаживать вибрации. Этот материал отличается устойчивостью к износу и обладает отличными литейными характеристиками. Широкое применение чугуна для производства разных деталей приводит к тому, что такие сплавы часто приходится сваривать с различными металлами.

Технология такого сваривания особенно широко используется на чугунно-литейных предприятиях. Кроме того, чугунные изделия получили применение на заводах, которые ориентированы на ремонт различных видов оборудования. Кроме того, такие операции позволяют устранить разные дефекты железоуглеродистых отливок.

Особенность чугуна заключается в том, что он по своему составу напоминает сталь, но его строение затрудняет процесс сваривания. Это обусловлено повышенным содержанием углерода, который может находится в сплаве в форме зерен разного размера.

При сваривании изделий из чугуна, в структуре которого содержаться крупные зерна углерода, очень трудно добиться надежного соединения. Большие сложности возникают и при сваривании железоуглеродистых сплавов со сталью, что обусловлено разнородностью этих материалов.

Проблематичность этого процесса обусловлена особенностями структуры чугуна. Его химический состав способствует текучести при достижении температур плавления. Из-за этого невозможно при сваривании создать однородный прочный шов. После продолжительного нагревания чугун может вытекать из сварочной ванны. Чугунные сплавы в сравнении со сталью имеют более низкую температуру плавления и меньшую пластичность. Такие особенности могут стать причиной растрескивания сплава в ходе остывания после сваривания.

Углерод, содержащийся в чугуне, в процессе нагревания при его сваривании со сталью вступает во взаимодействие с кислородом из окружающего воздуха. В результате формируется неоднородный сварной шов с многочисленными порами. Такое соединение отличается низкой устойчивостью к нагрузкам на изгиб.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Сварка чугуна со сталью, технология которой учитывает описанные выше особенности, обеспечивает формирование сварного шва нормального качества. Для устранения текучести чугуна в местах соединения металлов нужно подложить платину из графита. Это позволит предотвратить вытекание расплавленного металла в случае его прожигания.

Третью проблему сваривания деталей из стали и чугуна можно решить за счет выполнения такой операции в среде, содержащей инертные газы. К примеру, можно использовать CO₂. Этот газ будет вытеснять воздух из зоны сварки. При сварке чугуна со сталью аргоном может применяться смесь Ar (аргон) и CO₂ в соотношении 1:4.

В зависимости от температуры разогрева соединяемых деталей различают три способа сварки стали и чугуна:

Горячая сварка – основной метод, который считается самым «правильным». Перед началом сваривания детали нужно нагреть до температур от +600 °С до +650°C.
При полугорячем сваривании детали из чугуна разогревают до +300…+350 °C.
Технология холодной сварки не предполагает нагревания соединяемых изделий.

Нужно отметить, что при разных методах сваривания деталей из стали и чугуна используются различные электроды. Важно строго соблюдать технологические нормы и требования для каждого способа.

Технология сварки чугуна со сталью

Необходимо следить, чтобы в процессе сваривания различных металлов в наплавляемом материале не формировались интерметаллидные структуры, которые отличаются хрупкостью. Это очень важное условие для получения надежного соединения деталей из стали и чугуна. Для сварки таких материалов используется технология с применением буферного слоя.

При этом не нужно стремиться к использованию металлов, которые по прочности и устойчивости к коррозии в большей степени надежны, чем более «слабый» материал соединяемой пары (в нашем случае это чугун). В связи с этим, чтобы правильно выполнить сварку стали и чугуна, нужно изучить следующие рекомендации по прочностным характеристикам и устойчивости к коррозии:

Чтобы предотвратить водородное растрескивание соединяемого элемента со стальной кромкой, используются электроды с фтористо-кальциевым покрытием.
Для сварки деталей из разнородных металлов их кромки следует предварительно разогреть.

В процессе сварки чугуна со сталью полуавтоматом вольфрамовым электродом с неплавящимся проводником в инертной газовой среде присадочным материалом могут выступать очищенные и выпрямленные стержни из порошковой проволоки с подходящим химическим составом либо стальные полосы. При этом следует учитывать, что такое решение может привести к формированию интерметаллических соединений, отличающихся хрупкостью.

Сварка стальных и чугунных деталей производится путем установки сварочного тока обратной полярности. Это условие применимо к сварочным аппаратам, у которых напряжение обычного тока холостого хода составляет около 54 Вольт. Если используется оборудование для сварки с более высоким значением напряжения холостого тока, то сваривание этих металлов может выполняться в режиме переменного тока.

Рекомендуем статьи по металлообработке

В любом случае сварка чугуна со сталью полуавтоматом предполагает предварительный нагрев деталей до +600 °C. Это необходимо для предотвращения чрезмерного расширения материала в зоне сварки. Если сваривать разнородные металлы без такого нагрева, то в ходе сваривания и последующего остывания деталей могут произойти необратимые деформации. При соблюдении такого условия всего за один проход получается полностью герметичный шов между сталью и чугуном.

Если детали имеют большие габариты либо они включают легкоплавкие элементы, а также в других случаях, которые приводят к невозможности предварительного нагрева до требуемой температуры, то сварка должна производиться по другой методике. При этом сваривание выполняется валиками длиной до 0,25 см. Перед тем как нанести очередной валик, необходимо обеспечить остывание предыдущего.

Методика сварки валиками применяется в ситуациях, когда отсутствуют строгие требования по герметичности шва. Дело в том, что плотному свариванию валиков будет мешать сам процесс охлаждения. Кроме того, готовый шов получается очень хрупким, поэтому такую технологию нельзя применять, если существуют требования по дальнейшей обработке места сварки.

Долговечность швов, наложенных на чугунные детали, зависит от правильно подобранного типа электродов. Нужно учитывать, что из-за хрупкости чугуна конструкции из этого материала могут иметь много разных дефектов.

После завершения сварки соединение не должно быстро остывать. Особое внимание этому условию следует уделять при приваривании патрубков из стали к батареям из чугуна. Скорость остывания стальных сплавов гораздо выше, поэтому нужно уровнять время остывания свариваемых элементов. Для этого детали из стали засыпают материалом, который дольше сохраняет тепло (уголь, песок и т. д.).

Если метод сваривания чугуна со сталью выбран правильно, а сварщик имеет соответствующую квалификацию, то поврежденные чугунные детали несложно восстановить. Им можно вернуть необходимое состояние без ущерба для долговечности изделий.

Специалисты по сварке могут применять и другие технологии для работы с рассматриваемыми материалами. В этой статье мы приводим только проверенные методики. С их помощью выполнять сварку чугуна со сталью можно и в домашних условиях.

До того, как начать сваривать чугун со сталью инвертором, необходимо провести подготовительные мероприятия. Вначале место соединения чугунной детали следует зачистить болгаркой с лепестковым кругом или другой насадкой, которая может применяться для таких работ. Зачистка верхнего пласта производится до слоя металла, который еще не окислен.

Зачищенное место нужно обязательно обезжирить бензином или другим растворителем. Сварка чугуна со сталью инвертором для заделки трещин предполагает зачистку металла на всю глубину дефекта. Затем в этом месте следует засверлить отверстие диаметром 10 мм.

Дуговая сварка чугунных и стальных изделий может выполняться с помощью шпилек из стали или послойно без применения опорных элементов. Размеры шпилек строго регламентированы. К примеру, их диаметр должен быть менее 40 % от толщины чугуна. При этом выступ шпильки над свариваемым изделием допускается до 4–6 мм. Рекомендованный промежуток между шпильками должен составлять более 6 диаметров. Число шпилек определяется размерами соединения, но не должно превышать 1/4 площади излома.

Сварка чугуна со сталью в домашних условиях требует соблюдения некоторых требований. Кромки деталей не должны иметь острых срезов в месте соединения (оптимальная форма кромок – сферическая). Для такой сварки используются специальные электроды. Нужно применять марки электродов с медью, хромом, никелем и других лигатур (соединений), которые обеспечивают возможность наплавления стали на чугун.

Что нужно учесть перед началом работ по сварке чугуна и стали:

полярность подключения должна быть обратной;
выбирайте минимально допустимую мощность сварочного аппарата для определенной толщины электрода;
непрерывный сварной шов не должен быть длиннее 3–5 см;
для предотвращения перегрева чугуна используют частые перерывы;
первый и последний слои в многослойных швах нужно проковать молотком (при минимальном усилии).

Необходимые материалы для сварки чугуна со сталью

Как было отмечено ранее, для сваривания чугунных и стальных изделий необходимо использовать особые марки электродов. Их покрытие должно содержать ферросилиций, который обеспечивает формирование однородного шва. Сварка чугуна со сталью электродом такой марки позволяет получать швы, поддающиеся механической обработке.

Производители выпускают в широком ассортименте электроды для сварки чугуна со сталью. Важно сделать правильный выбор, так как от этого зависит долговечность сварного соединения. Существует определенный перечень марок, которые используются на промышленных предприятиях. Чаще всего на производстве сварка чугуна со сталью выполняется электродами ОЗЧ-2, ЦЧ-4, МНЧ-2, ОЗЧ-4 и т. д. Если рассматривать продукцию российских компаний, то это могут быть изделия марки ЦЧ-4.

Основное назначение электродов ЦЧ-4 – сварка чугуна по холодной и горячей технологии. Кроме того, их используют для ремонтных наплавок, напаек и заваривания дефектов, полученных в результате литья. Электродами данной марки можно варить ковкий чугун высокой прочности, а также чугунные и стальные детали. Технология сварки ими предполагает нижнее положение сварного шва, который формируется токами обратной полярности. Электроды данной марки обеспечивают высококачественное сваривание стальных и чугунных изделий.

Марка электродов ОЗЧ-2 может применяться для решения тех же задач, что и изделия ЦЧ-4. Сварка ими выполняется при нижнем или вертикальном формировании шва. Для этого также используется постоянный ток обратной полярности. Электроды данной марки больше подходят для сваривания тонкостенных изделий.

Чтобы получить шов высокого качества, следует обязательно зачистить кромки деталей. На них не должно быть посторонних веществ, включая масляных пятен. Поскольку структура чугуна способствует впитыванию масел и различных технических жидкостей, то участок сваривания следует обработать до совершенно чистой поверхности.

Сварка чугуна со сталью аргоном или в среде других инертных газов, так же как сваривание неплавящимися электродами, может выполняться с помощью специальной проволоки, которая маркируется как ПП АНЧ-1, ПП АНЧ-2 и ПП АНЧ-3.

Каждая отдельная марка проволоки предназначается для определенной технологии сваривания (горячей, полугорячей или холодной сварки). Конструкционно проволока изготавливается в форме металлической трубки, в которой находится флюс. С ее помощью можно выполнять полноценные швы, прочность которых будет такой же, как и у свариваемых чугунных изделий.

Почему следует обращаться к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Технология сварки чугуна

В составе чугуна присутствуют всего два элемента – железо и углерод, поэтому его считают простым сплавом. Высокая прочность материала обеспечила его востребованность. Он находит применение практически во всех жизненных сферах – из него изготавливают радиаторы отопления, сантехнику, посуду, различные конструкции и детали. В статье поговорим о том, что представляет собой технология сварки чугуна, а также расскажем об особенностях данного вида сварочных работ.

Сложности сварки чугуна

Чугун представляет собой расплавленное железо, при остывании которого добавляется большое количество углерода. Поскольку его концентрация значительно превышает предельную растворимость, для вновь образовавшегося сплава характерна высокая твердость, но малая однородность. Материал имеет пористую структуру, крупные вкрапления углерода нарушают его кристаллическую решетку, в связи с чем отличительной чертой его межатомных связей является малый предел упругой деформации.

Крупные вкрапления графита затрудняют процесс сваривания чугуна – для зон нарушения кристаллической решетки характерно местное напряжение, приводящее к хрупкости детали. Особенности технологии сварки чугуна требуют тщательного выбора набора присадок, благодаря которым будет обеспечиваться:

хорошая смешиваемость шва с остальной толщей металла;
наименьшая разница в температурной усадке;
минимально возможная толщина шва;
повышенный показатель равнопрочности.

Сварка чугуна затрудняется еще и большим количеством его разновидностей. А отсутствие конструкторской документации на изделия не позволяет достоверно и точно определить состав сплава. Поэтому в основном для определения сорта чугуна изучают его цвет на изломе, после чего приступают к выбору наиболее подходящих электродов и режимов сварки.

Сварку чугуна в домашних условиях можно назвать лотереей, дающей массу возможностей экспериментировать, чтобы получить наилучший результат.

Работать с серым чугуном, имеющим мелкодисперсную структуру легче, чем с крупнозернистым темным металлом. Если чугунная деталь в течение длительного времени контактировала с маслом или подвергалась окислению, сварить ее не удастся.

Чугун считают материалом, возможности сваривания которого ограничены. Работа с ним требует учета следующих особенностей:

работы выполняются в основном в нижнем положении, поскольку в жидком состоянии металл обладает высокой текучестью;
в местах выгорания углерода образуются поры;
низкая пластичность и нарушение температурного режима приводят к возникновению внутреннего напряжения и растрескиванию швов;
в процессе плавления чугуна образуются окислы, температура плавления которых превышает температуру плавления самого металла.

Подготовка чугунных изделий к сварке

Технология сварки чугуна предполагает грамотный подход к подготовке материала, при котором будут учтены все свойства металла и сведена к минимуму вероятность дефектов по окончанию сварных работ. Процесс подготовки включает в себя:

Распил трещин. В чугуне они отличаются тонкой и глубокой структурой. При толщине обрабатываемого изделия более 4 мм шов, который накладывается сверху, минимально закроет верхнюю часть трещины, при этом внутри останется разрозненная структура. В таком случае у готового изделия будет низкое сопротивление на разрыв и излом. Работа с такими дефектами включает в себя распил трещины «болгаркой» с тонким диском. Чем толще обрабатываемая деталь, тем более глубоким должен быть запил.
Просверливание краев. Трещины могут заканчиваться дальше и глубже, чем это можно увидеть невооруженным глазом. В связи с этим прежде чем приступить к сварным работам, необходимо высверлить отверстия, отступив на 5 мм от видимых краев трещины. В таком случае внутреннее пространство будет лучше заполнено металлом, соответственно снизится вероятность дальнейшего раскола.
Разделка кромок. Сварочные работы с чугуном осложняются тем, что в месте соединения металл перекаливается, становясь хрупким. Для предотвращения подобного эффекта необходимо равномерно прогревать шов по всей длине, а в место соединения добавлять достаточное количество присадочного материала. Помочь может правильная работа с кромками. Соединение толстых пластин требует скосов краев под углом 45°, а также незначительного (3-4 мм) притупления у основания. Такая разделка позволяет лучше заполнить место соединения, создавая участок, устойчивый к появлению трещин.
Подформовка. При работе с тонкими чугунными элементами повышается риск протечки жидкого металла. Графитовая подкладка поможет поддерживать прогретый участок, обеспечивая сохранность первоначальной формы изделия.

Сварка чугуна электродом: технология, нюансы

Технология сварки чугуна позволяет пользоваться стальными низкоуглеродистыми электродами, среди преимуществ которых можно отметить их дешевизну и доступность. Их можно использовать для работы с элементами неответственных деталей и с изделиями, имеющими незначительные дефекты. Однако качественная сварка требует выполнения первого плакирующего слоя в разделке с помощью электродов марки ЦЧ-4.

Чаще всего используются обычные электроды марок АНО-4, УОНИИ 13/45 и др., но в этом случае не обойтись также без медной проволоки. Ее наматывают непосредственно на электрод (ее масса должна быть в 4-5 раз больше массы электрода) либо используют как присадочный пруток.

Сегодня многие производители выпускают специальные электроды, предназначенные для работы с чугуном. Они представляют собой железные, никелевые или медные стержни, поверх которых нанесен тонкий слой обмазки. Изготавливаются, в основном, в соответствии с техническими условиями предприятий-производителей.

Состав обмазки включает железный порошок. Эта группа представлена электродами по чугуну марок ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, ОЗЧ-6, ОЗЖН-1, ОЗЖН-2, МНЧ-2. Выпускаемые электроды имеют диаметр от 2 до 20 мм, и длину – 300, 350 и 450 мм. Они формируют отличный сварочный шов. Использование большинства перечисленных марок позволяет сваривать детали внахлест, встык, соединять их под углом.

На величину сварочного тока (от 50 до 600 А) влияет диаметр электрода. Чаще всего выбирают ток в пределах 50–90 А на 1 мм диаметра электрода. Для сварки используют валики (до 50 мм), которые впоследствии охлаждаются до +50 °С. Технология сварки чугуна требует проковки швов молотком, весящим не более 1,2 кг и имеющим закругленный боек. Учтите, что первый и последний слои при многослойной сварке не проковываются, чтобы не вызвать появление трещин.

Качество сварки чугуна зависит в том числе и от равномерности наложения шва. Перед началом работ кромки пластин необходимо разделать. Корневой шов выполняют прерывистым способом, но без колебаний. При повторном проходе завариваются непройденные участки. Последующие слои накладывают в шахматном порядке, используя для этого валики. Обработанный участок равномерно прогревается и насыщается металлом с меньшим содержанием углерода.

При производстве особо ответственных изделий используют технологию шпилек. Она более эффективно обеспечивает равномерный прогрев по сравнению с перечисленными способами, однако требует большего количества времени для выполнения.

Для правильного размещения шпилек на пластинах можно посмотреть соответствующее видео. Технология сварки чугуна предполагает их вкручивание по краям кромок и на некотором отдалении от стыка.

В первую очередь обваривают ввинченные элементы, следя за тем, чтобы наплавка была минимальной. Работы выполняются в разброс. После обработки шпилек начинают сцеплять сами пластины. Эта технология сварки чугуна позволяет создать надежное соединение, для чего требуется постепенно накладывать валики, равномерно прогревать материал, а также использовать более податливый металл для сварных работ.

Технология сварки распространенного в промышленности серого чугуна требует обеспечения его медленного остывания. Для этого обработанное изделие засыпают золой или песком и оставляют до тех пор, пока его температура не сравняется с комнатной. Таким образом снимается напряжение в металле, предотвращается появление микротрещин.

Прежде чем приступить к варочным работам, линия соединения посыпается бурой или другими порошками-флюсами. Таким образом снижается соприкосновение воздуха с присутствующим в чугуне углеродом, уменьшаются поры. Помещение, в котором проводятся работы, должно быть оборудовано хорошей системой вентиляции, защищающей сварщиков от газового облака.

Технология сварки чугуна аргоном

Полуавтоматическая технология сварки чугуна аргоном, особенно с использованием инвертора, позволяет получать высококачественные швы.

Изделие необходимо в обязательном порядке прогревать не менее чем до +300 °С. Присадочным материалом в основном выступают никелевые прутки, реже используют присадочную проволоку из сплава алюминия и бронзы, но только в том случае, если готовое изделие не предполагается нагревать при эксплуатации.

Автоматическая технология сварки чугуна с использованием специальных порошковых проволок является более производительной. Такие присадки содержат комплекс специальных модифицирующих элементов, вводимых в виде содержащей кремний лигатуры.

Различные виды работ предполагают использование определенных марок:

ПП-АНЧ-1 – предназначена для заваривания незначительных дефектов, не требует предварительного подогрева, впоследствии поверхности не требуют механической обработки;
ПП-АНЧ-2 – с ее помощью устраняют дефекты на изделиях большой толщины, предварительный прогрев не является обязательным;
ПП-АНЧ-3 – предназначена для заварки дефектов независимо от их размеров, требуется предварительный прогрев до высокой температуры (горячая сварка);
ПП-АНЧ-5 – с ее помощью выполняют ремонтную сварку изделий, изготовленных из высокопрочного чугуна, технология требует предварительного подогрева;
ППСВ-7 – помогает исправлять дефекты на отливках.

Технология газовой сварки чугуна

Технологию газовой сварки чугуна применяют при необходимости получения прочного сварного шва. В этом случае требуется небольшой провар поверхности основного металла. Такие сварочные работы предполагают использование нескольких режимов наложения шва, влияющих на итоговое качество соединения.

Качество сварного соединения зависит от ряда составляющих:

видов режимов подаваемого напряжения;
видов техники накладываемого сварного соединения;
показателя силы тока;
скорости прохождения.

Технология дуговой сварки чугуна, в результате которой получается прочное соединение без трещин, пор и других дефектов, требует соблюдения ряда условий во время выполнения работ:

напряжение дуги должно составлять 18–21 В;
сила тока должна быть в пределах 100–120 А;
скорость прохождения – не превышать 12 м/ч;
использования специальных сварных проволок 09Г2СА или ПАНЧ 11, диаметр которых составляет 1 мм.

Лазерная сварка чугуна и чугунных изделий

Технология лазерной сварки чугуна является современным способом соединения материалов, при котором используется направленный пучок лазерных лучей. Эта технология стала применяться в промышленности 20–25 лет назад, но ее перспективы не вызывают никаких сомнений.

Концентрация тепла на конце лазерного пучка позволяет выполнять узкие, глубокие сварные швы, при этом скорость процесса весьма высока. Исключительные свойства лазерной технологии сварки чугуна привели к ее быстрому распространению в промышленности.

Преимуществами данной технологии являются ее безопасность и высокое качество. Чтобы полученные швы не имели трещин, работы проводятся одним из двух способов:

Лазерной сваркой с индукционным нагревом, осуществляемым либо предварительно, либо непосредственно при работе. Благодаря нагреву повышается контроль над рабочим процессом, в том числе снижаются переходные напряжения; уменьшается возникновение трещин; снижается излишняя твердость наплавленного металла; повышается скорость сваривания.
Лазерной сваркой с присадкой. Таким способом можно эффективно соединять друг с другом не только чугунные изделия, но и чугун с различными типами сталей (конструкционными, цементованными, закаленными). При помощи этой технологии можно сваривать корпусы, элементы шестерен, оси и другие детали в автомобиле- и машиностроении.

Такая технология сварки чугуна обладает следующим преимуществами, выгодно отличающими ее от традиционных способов:

минимальным тепловым влиянием, небольшой ЗТВ и, следовательно, минимальным короблением;
высоким качеством, прочностью, равномерностью и повторяемостью сварных швов;
гибкостью в управлении лазерным пучком, осуществляемом при помощи волоконной оптики, вплоть до его доставки в сварочную зону;
возможностью сварки труднодоступных областей, до которых не добраться другими способами;
высокой скоростью наплавки и производительностью процесса;
простотой контроля и автоматизации процесса;
универсальностью – с помощью одного и того же лазерного инструмента можно выполнять резку, сверление и ряд других работ.

Эта технология сварки чугуна востребована в автомобиле- и машиностроении, она используется для соединения корпусов, элементов шестерен, осей и пр. С ее помощью развиваются новые дизайнерские направления, кроме того, она отличается эффективной стоимостью.

Читайте также: