Подогрев чугуна перед сваркой

Обновлено: 25.01.2025

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, с содержанием последнего больше 2%. Из-за низкой по сравнению со сталью температуры плавления (1200 – 1250 оС) он быстро переходит из расплавленного состояния в твёрдое. При этом в шве образуются поры по причине интенсивного выделения газов из сварочной ванны, продолжающегося и на стадии кристаллизации. Чтобы правильно определить, как варить чугун, необходимо учитывать следующие особенности:

• ускоренное охлаждение ведет к образованию отбеленной прослойки (цементита) в зоне около шва и создает трудности его дальнейшей механической обработки;
• его высокая при неравномерном нагреве или охлаждении вызывает появление трещин в процессе сварочных работ;
• высокая текучесть чугуна в жидком состоянии вызывает необходимость использования подформовки;
• сильное образование газов в жидкой ванне вызывает пористость сварных швов.

Как заварить чугун

Соединение чугунных деталей выполняют газовой, термитной, литейной, электрошлаковой, дуговой сваркой, а также пайкой. Сварочные работы выполняют без подогрева (холодная сварка металла), с местным или с общим подогревом изделия.

Горячая сварка

Заформовка детали

Технология процесса включает в себя механическую обработку под сварку, формовку свариваемых деталей, предварительный подогрев, собственно сварочные работы и последующее медленное охлаждение.

Подготовка дефектного места под сварку заключается в его тщательной очистке и в разделке свариваемых кромок.

Устранение сквозных трещин или заварка дефектов на краю деталей выполнятся с применением графитовые форм, предотвращающих вытекание расплавленного металла из сварочной ванны. Формы делают из графитовых пластинок, соединяемых формовочной массой, в состав которой входит кварцевый песок, замешанный на жидком стекле.

Дуговая сварка чугунным электродом выполняется с применением литых стержней диаметром 8 — 12 мм, на которые наносятся специальные графитизирующие покрытия. В состав покрытия входит ферросилиций, термит, графит, мрамор, алюминий (порошок), жидкое стекло и титановая руда. Чугунные отливки и детали нагревают до 300 — 700 оС. Сварочные работы выполняется чугунными электродами либо порошковой проволокой с присадкой керамического стержня. Подогрев выполняется в специальных печах требуется для того, чтобы по окончании сварки охлаждение всего изделия происходило равномерно и не образовывались трещины.

Горячая сварка чугуна выполняется при большой силе сварочного тока без перерывов до конца заварки дефекта. Например, для сварки электродом диаметра 8 мм требуется ток в 600 А, при диаметре 12 мм — ток в 1000 А. Работы про­изводят при постоянном токе обратной полярности.

Дуговая сварка чугуна угольным электродом выполняется уголь­ным или графитовым стержнями. В качестве присадочного материала используются прутки чугуна, а для раскисления и защиты ванны применяют флюс, состоящий из растертой в порошок и прокаленной при 400 оС технической безводной буры. Возможно применение смеси, состоящей из 23% технической буры, 50% азотнокислого натрия и 27% соды. Сварка угольными электродами диаметром 8 — 20 мм проводится при постоянном токе прямой полярности величиной 280 — 600 А с применением преобразователей ПСМ — 1000, выпрямителей ВАМ — 1601, трансформаторов ТДФ — 1601.

В процессе сварочных работ требуется непрерывное поддерживание значительного объёма жидкого металла в сварочной ванне и его тщательное перемешивание. Чтобы заваренные детали медленно охлаждались, их следует засыпать мелким древесным углём либо сухим песком.

Холодный метод проведения сварочных работ

Этот вид сварки чугуна применяется чаще. Подготовка дефектных мест заключается в зачистке, фрезеровании, сверлении и других слесарных работах до получения чистой поверхности металла. Дефекты, расположенные друг от друга дальше 20 мм, высверливают ли вырубают порознь, при более близком расположении — вырубают дефектный участок полностью.

Постановка шпилек для упрочнения шва

На практике применяют несколько вариантов холодной сварки: медно-железными, медно-никелевыми, никелевыми, железо-никелевыми, стальными и другими электродами.

Применяя медно-никелевые и медно-стальные электроды, можно получить наплавленный металл, хорошо поддающийся обработке. Наплавку образуют однослойной или многослойной укладкой валиков.

Сварка стальными электродами выполняется следующим образом. С целью образования прочного слоя наплавленного металла в чугунное изделие вставляют шпильки, которые затем обваривают. Таким способом пользуются при ремон­те громоздких и тяжелых чугунных деталей. При таком методе металл шва содержит повышенное количество углерода, что повышает его твердость и способствует образованию холодных и кристаллизацион­ных трещин. Для снижения этой твердости применяют два способа:

1. Содер­жание углерода снижают за счет уменьшения глубины проплавления основного металла либо процесс соединения металла выполняют по слою окис­лительного флюса, с содержанием до 30% окалины, выполняющего функцию окислителя углерода.

2. Получают струк­туру металла шва и его химический состав, близкие к струк­туре серого чугуна, что достигается путем нанесения на стальной стержень толстого слоя графитизирующего покрытия, в состав которого входит 30% графита и 30% ферросилиция. Стальные электроды широко применяют при ремонте небольших неответственных чугунных изделий, не требующих после сварки никакой обработки.

Зона холодной сварки

Медно-железные электроды применяются при заварке отдельных дефектов либо небольших несплошностей, из-за которых возникают течи на отливках ответственного назначения, работающих под давлением. Наплавленный металл от этих электродов отлично обрабатывается. Сварное соединение представляет из себя механическую смесь железоуглеродистого сплава и меди, соединенных с основным металлом общими стальными кристаллами, а также путем частичного внедрения меди в микропоры чугуна.

Медно-никелевые электроды применяют в основном при заварке литейных дефектов на рабочих поверхностях, на которых недопустимо местное повышение твёрдости.

Железно-никелевые электроды используются при заварке отдельных небольших дефектов на ответственных поверхностях отливок из серого или высокопрочного чугуна.

Никелевые электроды марки применяются при исправлении небольших дефектов в ответственных изделиях.

Многослойное строение пи проведении сварочных работ

Дуговая сварка с применением электродов из аустенитного чугуна, покрытых токоподводящим слоем и предназначенных для заварки литьевых дефектов и ремонтной сварки. Сварочные работы ведут постоянным током прямой полярности. Токопроводящий слой электродов обладает хорошей электропровод­ностью, поэтому дуга горит между металличе­ским стержнем и изделием, а также между изделием и покрытием попеременно.

Газовая сварка чугуна применяется редко и ограничивается ремонтными работами (заварка литейных раковин, наплавка изношенных поверхностей, устранение внешних дефектов). Лучший результат дает сварка с использованием ацетилено-кислородной смеси, поэтому другие горючие смеси для сварки чугуна практически не применяются. Сварку выполняют с предварительным подогревом, общим и местным.

Для общего нагрева пользуются муфельными печами, индукционными нагревателям, горнами, способными выполнить нагрев небольших деталей до 300 — 400°С, и крупных до 600 — 700°С. Для местного подогрева применяют газовые горелки или паяльные ламп. Из-за большой текучести чугуна сварку выполняют исключительно для нижних положений шва. Сварочная ванна защищается флюсами, подаваемыми вручную.

Выбор оборудования для аргонно дуговой сварки зависит от того, как тип сваривания был выбран.

Качественно нарезать металл вам поможет газовая сварка. Подробнее о процессе читайте в этой статье.

Механизированные способы сварки и чем можно заварить чугун

Электросварка чугуна (электрошлаковая сварка) обеспечивает удовлетворитель­ные свойства шва сварного соединения. При этом способе в качестве электродов применяют литые чугунные пластины. При правильном подборе электродов и применении фторидных неокислительных и обессериваю­щих флюсов, а также замедленном остывании шва и околошовной зоны, характерном только для электро­шлаковой сварки, возможно получить сварные швы без трещин, отбеленных участков, пор и других дефектов, определяющих качество сварного соединения.

Можно ли заварить чугун в среде защитных газов?

Очень широко применяется метод дуговой сварки в углекислом газе, так как позволяет получить небольшой провар основного металла. Показатели сварных соединений и состав металла шва зависят от техники и режима сварки, размеров изделий, состава электродной проволоки. Пользуясь различными режимами и приемами сварки, можно получить наплавленный металл с необходимой структурой. Наилучшие результаты получаются при использовании проволоки 09Г2СА диаметром 1 мм со значением силы тока не больше 100 — 120 А, напряжения дуги 18 — 21 В, скорости сварки до 12 м/ч. Этим способом можно соединить сантехнические трубы из серого чугуна, отремонтировать автомобильные и тракторные детали, не требующие дальнейшей механической обработки, сварить высокопрочный и чугун со сталью.

Можно ли варить чугун полуавтоматом?

В авто мастерских клиенту без проблем могут заварить чугунный блок полуавтоматом. Сварка чугуна полуавтоматом в домашних условиях, выполняется с использованием порош­ковой проволоки и дает довольно хорошие результаты.

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.

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 с предварительным подогревом

Предварительный подогрев применяют для предупреждения от­беливания чугуна, вызываемого ускоренным охлаждением его в месте сварки. Подогрев способствует понижению скорости охлажде­ния детали. Температура нагрева зависит от веса детали и ее формы. Иногда достаточно подогреть деталь до 150—200°; детали более сложной формы нагревают до 500—600°. По существу процесс свар­ки чугуна с подогревом является заливкой детали жидким метал­лом, расплавленным с помощью сварочной дуги.

Перед сваркой дефектное место тщательно вырубают до непори­стого металла и зачищают. Вырубка должна иметь плавные очерта­ния без острых углов, в которых жидкий металл может не сплавлять­ся с основным металлом. Свариваемая поверхность должна распо­лагаться горизонтально. Вокруг свариваемого места выкладывают форму из графитовых или угольных пластинок, плотно прилегаю­щих к изделию, препятствующих стеканию расплавленного метал­ла и придающих шву нужные очертания. Иногда применяют фор - - му из кварцевого песка, замешанного на жидком стекле, которая должна быть просушена при температуре 30—50°.

Для подогрева деталь помещают в печь или горн. Если деталь большая, то в полу цеха делают яму и выкладывают ее огнеупор­ным кирпичом, помещают туда деталь и засыпают древесным углем. Вместо ям можно использовать железные ящики с большим коли­чеством отверстий в стенках для доступа воздуха. В ящик помещают нагреваемую деталь. Чтобы в детали не появились значительные деформации и трещины, подогрев следует вести медленно и равно­мерно. После нагревания детали до нужной температуры простран­ство, образованное формой, заполняют расплавленным металлом электрода, причем необходимо во время всего процесса сварки ван­ну поддерживать в жидком состоянии. Поэтому крупные дефекты заваривают, разбивая их на участки, которые отделяют графито­выми пластинками, плотно пригнанными к поверхности металла.

Соседние участки для обеспечения большей плотности заполня­ют песком. Чтобы не было перерывов во время смены электродов, сварку часто выполняют два сварщика.

При горячей сварке применяют покрытые чугунные электроды того же состава, что и при холодной сварке; диаметр электродов рав­няется от 6 до 20 мм. Ток подбирают из расчета 45—50 а на 1 мм диаметра электрода. Применяется как постоянный, но прямой по­лярности, так и переменный ток.

При сварке необходимо следить, чтобы температура ванны не была слишком высокой или слишком низкой. В первом случае на­плавленный металл быстро плавит основной металл («съедает» его), ■а во втором плохо сплавляется с ним. В перегретую ванну реко­мендуется подбрасывать куски электродов для охлаждения; при недостаточном нагреве увеличивать ток и усиливать предваритель­ный подогрев.

1 Во избежание отбеливания и-появления трещин после сварки де­таль подвергают медленному охлаждению. Деталь засыпают дре­весным углем, закрывают асбестом и постепенно снижают темпера­туру в печи или горне. Продолжительность остывания в зависимости от веса и формы детали длится от нескольких часов до нескольких суток.

При сварке чугуна с предварительным подогревом основной и присадочный металл можно расплавлять на постоянном токе 250— 450 а с применением угольного электрода. Вследствие большой ско - рости плавления и обусловленного этим большого объема свароч­ной ванны этим способом заваривают крупные поверхностные де­фекты чугунного литья и исправляют литейный брак. Для удале­ния окислов кремния при сварке чугуна угольной дугой в качест­ве флюса используют буру или другие флюсы, употребляемые при газовой сварке чугуна.

Правильное ведение процесса сварки обеспечивает получение в шве плотного однородного серого чугуна, хорошо поддающегося механической обработке. При неправильном проведении сварки можно получить в шве пористый или отбеленный чугун, не поддаю­щийся обработке, хрупкий и склонный к образованию трещин.

Иногда сварка выполняется с нагревом только части детали, находящейся около шва. Такой процесс называется сваркой с частичным подогревом. Заварку дефектов в этом случае можно производить одним из вышеуказанных способов.

Сотрудником Ростовского института инженеров транспорта А. И. ЗеленоЕым разработан способ наплавки чугуна чугунным электродом по слою гранулированной шихты следующего состава: 30% стружки чугунной, 28% ферросилиция 75%-ного, 30% алю - ми: я, 12% силикокальцита. Шихта замешивается ка жид­ком стекле, затем сушится, прокаливается при 300° и размалывает­ся в крошку размером 1—3 мм. Толщина слоя шихты при сварке 4—6 мм, при наплавке 8—10 мм, ширина слоя 75—80 мм. Диаметр электрода равен 7—8 мм, ток применяется постоянный или перемен­ный, лучшие результаты дает постоянный ток. Благодаря наличию в шихте графитизаторов и замедленному охлаждению наплавлен­ного слоя металл наплавки получается мягким и хорошо обраба­тывается резцом.

Дуговая сварка может применяться также при ремонте деталей из ковкого и высокопрочного чугуна. Ковкий чугун получают из белого чугуна путем длительной термообработки в печах при высо­кой температуре (томления). По механическим свойствам ковкий чу­гун близок к стали и способен выдерживать ударные нагрузки. Для сварки деталей из ковкого чугуна применяют электроды из белого чугуна или угольные, а деталь перед сваркой нагревают до 200—■ 400°. Затем сваренную деталь подвергают томлению. Если чугун сваривают после томления, то применяют электроды с обмазкой УОНИ-13/55 или из монель-металла. После сварки детали, подле­жащие механической обработке, отжигают при 650—750°.

Высокопрочный (модифицированный) чугун имеет ферритную и перлитно-ферритную основу структуры; ферритный чугун выдер­живает напряжение на разрыв 40—50 кгс/мм2 при относительном удлинении 3—10%, а перлитко-ферритный—50—60 кгс/м. м2 при от­носительном удлинении 1—3%. Дуговая сварка высокопрочного чугуна производится железо-никелевыми электродами, содержащи­ми: 0,15% углерода, 0,1—0,3% марганца, 55—60% никеля, 0,15%

кремния, не более 0,035% серы, не более 0,04% фосфора, осталь­ное — железо.

В качестве покрытия используется смесь из 35% доломита, 25% плавикового шпата, 10% графита, 30% ферросилиция. Шихта по­крытия замешивается на жидком стекле, составляющем 30—32% к весу сухой части шихты. Сварка производится с предварительным нагревом изделия до 300—350° и возвратным движением электрода для прогрева металла шва. После сварки участка длиной 25—50 мм его проковывают в горячем состоянии. Предел прочности метал­ла, наплавленного таким способом, 24—34 кгс/см2, т. е. 50—75% прочности основного металла.

Выбор того или иного способа сварки чугуна зависит от харак­тера и расположения поврежденного места, назначения детали и ус­ловий ее работы, производственных возможностей сварочного цеха, состава чугуна и пр.

Существующие способы сварки чугуна продолжают все время совершенствоваться: изыскиваются новые составы электродных стержней и покрытий для них, улучшается сама технология сварки.

Сварка чугуна без предварительного подогрева

Сварка стальными электродами с применением шпилек. Сталь при наплавке на чугун плохо с ним сцепляется ввиду разной их усадки. Кроме того, наплавленная на чугун сталь обогащается уг­леродом в зоне плавления, становится хрупкой, склонной к закал­ке и дает при остывании трещины. Поэтому при сварке чугуна сталь­ными электродами для надежного сцепления наплавленного метал­ла с основным на кромках в шахматном порядке на резьбе ставят стальные шпильки, как показано на рис. 121, а. При толщине стен­ки менее 10 мм шпильки ставят только на нескошенной части кро­мок. Шпильки сначала обвариваются кругом, после чего шов за­полняется наплавленным металлом (рис. 121, 6 и в).

Диаметр шпилек зависит от толщины стенки : d= (0,15 -=-0,2)6, где d — диаметр шпильки, а 6 — толщина стенки, мм. Шпиль­ки диаметром менее 3 мм не ставят. Расстояние между шпильками составляет (4 6) d, глубина посадки 2d, расстояние от кромок не

менее (1,5 Н - 2) d.

Рис. 121. Сварка чугуна с применением стальных шпилек:

с—установка шпилек при V образной подготовке кромок, б — обварка шпилек, установленных в шахматном порядке, а — обварка шпилек по способу завода «Красное^Сормово»

Сварка чугуна без подогрева стальными электродами с дополни­тельным креплением стальными шпильками является вполне на­дежной и применяется при ремонте ответственных крупногабарит­ных деталей, испытывающих большие нагрузки. На рис. 121, в по­казана обварка шпилек и порядок наложения валиков (обозначен цифрами) по способу завода «Красное Сормово», примененному при заварке трещин нижнего чугунного кольца направляющего аппа­рата турбины Горьковской ГЭС.

Состав шихты защитного слоя

Вещества, входящие в защитный слой

Содержание компонентов, %, в составах

Полевой шпат Железная ока­

Во избежание перегрева завариваемой детали и уменьшения вы­горания кремния используют постоянный ток обратной полярнос­ти. Для уменьшения в деталях внутренних напряжений сварку ве­дут с перерывами, не давая изделию нагреться выше 100°. Для элект­родов диаметром 3 мм ток не дол­жен превышать 120 а; диаметром 4 мм — 150 а; 5 мм — 220 а. При сварке чугуна следует применять толстопокрытые электроды, так как шлак замедляет остывание шва, уменьшает выгорание кремния и препятствует отбеливанию чугуна в месте сварки. Хорошие резуль­таты дает покрытие УОНИ-13/55.

При сварке деталей с толстыми стенками для уменьшения ко­личества наплавленного металла и усиления шва рекомендуется в шов вваривать связи из круглой или полосовой стали. Для увеличения площади соприкосновения наплавленного и основного металла верхние слои наплавляют также на наружные поверх­ности детали в обе стороны от шва на ширину, равную толщине стен­ки в данном месте.

Сварка стальными электродами с применением специальных пок­рытий. В качестве электродов используется проволока Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246—60диаметром 4—5 мм. Покрытие, предложен­ное П. С. Елистратовым, состоит из 40—50% графита и 50—60% ферросилиция, замешанных на жидком стекле. При расплавлении электроды с таким покрытием дают металл, имеющий структуру се­рого чугуна и содержащий 3,5—4% углерода и 3—5% кремния. Графит и ферросилиций должны быть размолоты возможно тоньше и проходить через сито с 1600 отв/см2. Вес покрытия должен состав­лять 20—30 % от веса проволоки. Для повышения легкоплавкости покрытия на него сверху наносится защитный слой толщиной 0,5— 0,6 мм (табл. 42).

Защитный слой плавится одновременно с основным покрытием, растворяя его и способствуя переходу графита и кремния в свароч­ную ванну. Вместо ферросилиция в покрытие можно вводить
60—70% карборунда. Тогда количество графита в покрытии долж­но составлять 30—40%.

При диаметре проволоки 4 мм используется ток 200 о, при диа­метре 5 мм—250 а. Свариваемые кромки скашиваются под углом 45° с притуплением в корне шва, равным 0,5—1 мм. Во избежание возможности протекания жидкого металла зазор между кромками не оставляется.

Я. Я - Синеок вместо одного стального электрода диаметром 4—5 мм предложил применять пучок электродов из 5—10 стальных про­волок диаметром 1,7—1,8 мм. Ток берется из расчета 8—11 а на 1 мм2 общего сечения проволок в пучке. При этом достигается луч­шее взаимодействие капель расплавленного металла и покрытия, обес­печивающее более постоянный и равномерный состав наплавлен­ного металла, близкого по свойствам к серому литейному чугуну.

На Таганрогском котельном заводе применяют предложенные Б. Н. Котовым и М. И. Зуевым электроды из стальных трубок диа­метром 12, 13 и 16 мм с толщиной стенки 1,5 мм, заполненные спе­циально приготовленной гранулированной шихтой, а сверху имею­щие покрытие. Вес покрытия составляет 23%, а вес шихты — 35% к общему весу электрода. Наплавленный металл приобретает структуру модифицированного высококачественного чугуна.

Режимы сварки чугуна чугунными электродами

Сварочный ток, а

Таблица 43 Режимы сварки чугуна трубчатыми электродами

Напряже­ние дуги, в

Сварка чугунными электродами. Сварка чугуна голым чугун­ным электродом без подогрева невозможна, так как металл элект­рода начинает плавиться раньше, чем основной металл, и, стекая каплями на недостаточно нагретую деталь, застывает, не сплавля-

Шихта имеет следующий состав: 55 % чугунного порошка, 2% силикокальция, 5,8% ферросилиция, 4,8% алюминиевого по­рошка, 21% графита черного, 11,4% железной окалины, 10% жид­кого стекла к весу сухой шихты. Состав наружного покрытия: 28% мрамора, 21% плавикового шпата, 25% графита черного, 10,8% известняка, 7,2% магнезии, 8% ферромарганца, 30% жидкого стекла к весу сухой части покрытия. Толщина покрытия равняется 1—1,5 мм на сторону. При сварке чугуна трубчатыми электродами применяются режимы, приведенные в табл. 43.

ясь с основным металлом. Охлаждение расплавленного металла элек­трода замедляют применением, например, покрытия ОМЧ-1 следую­щего состава: 25% мрамора, 25% мела, 41% графита, 25% пла­викового шпата, 9% ферромарганца, 30% жидкого стекла к весу сухой смеси.

Это и подобные покрытия содержат кремний, способствующий выделению углерода в виде графита и получению в металле шва структуры серого чугуна. Дополнительно остывание можно замед­лять введением в покрытие термита[11]. Чугунные стержни имеют диаметр 6, 8 и 10 мм и следующий состав по ГОСТ 2671—44, мар­ка Б: 3—3,6% углерода, 3,6—4,8% кремния, 0,5—0,8% марганца, до 0,08 серы, 0,3—0,5% фосфора. При сварке используется постоян­ный ток при обратной полярности. Режимы сварки чугунными электродами приведены в табл. 44.

При заварке мелкие раковины глубиной до 10 мм и длиной до 50 мм полностью вырубают и зачищают. Заварку производят в один прием, начиная с середины раковины; процесс сварки ведут без пе­рерыва. Длина дуги поддерживается равной 4—5 мм, электроды применяют диаметром 6—8 мм.

При холодной сварке чугу на чугунными электродами трудно по­лучить замедленное охлаждение наплавляемого металла. Около - шовная зона часто становится более твердой и хрупкой вследствие повышенных скоростей охлаждения, что приводит к образованию трещин. Для снижения скорости охлаждения наплавленного метал­ла рекомендуется предварительный подогрев детали до 450—550°. Детали несложной формы достаточно подогревать до 150—200°.

Лучшие результаты дают электроды из легированных никеле­вых чугу нов (табл. 45).

Таблица 45 Состав электродов из легированных никелевых чугунов

Никель не растворяет углерода и не вступает с ним в химическое соединение, но легко сплавляется с железом чугуна. На эти элект­роды наносится покрытие состава:

Углекислый стронций или углекислый барий. 30

Жидкое стекло входит в количестве 21,3 cmz на 100 г сухой смеси.

Сварка электродами из монель-металла[12]. Этот способ дает хоро­шие результаты и применяется в тех случаях когда место сварки подлежит обработке резцом.

Электроды имеют диаметр 2, 3, 4, 5 и 6 мм и следующий состав: 32—35% меди, 65% никеля, 1% марганца, 2% железа, 0,75% крем­ния. Применяется покрытие состава: 66% графита, 32,5% мела, 1,5% поташа. Можно также использовать покрытия, состоящие из 40% графита и 60% мела.

Электроды из монель-металла имеют более низкую температуру плавления, чем чугун, поэтому при сварке деталь нагревается незна­чительно. Монель-металл дает большую усадку, поэтому сварку им ведут короткими валиками длиной до 50 мм с перерывами для ох­лаждения во избежание излишнего разогрева детали.

Наплавленный металл слегка проковывают в горячем состоянии, что способствует уплотнению шва. При сварке используют постоян­ный ток при обратной полярности: для электрода диаметром 3 мм ток берется от 90 до 120 а при толщине свариваемого металла от 4 до 20 мм.

При заварке трещины ее кромки оставляют шероховатыми, а кон­цы засверливают. Трещины разделывают под углом 70—90° на глу­бину до 2/3 толщины стенки. Поверхность рядом с трещиной на ши­рине 10—15 мм зачищают до металлического блеска. Наличие ржав­чины, масла и прочих загрязнений приводит к пористости наплавки.

Лучшие результаты получают при однослойной наплавке корот­кими участками с проковкой. Последующий участок должен свари­ваться после охлаждения предыдущего до 40—50°. Можно первые слои сваривать электродами из монель-металла, а последующие — стальными.

В процессе сварки электродами из монель-металла выделяются пары цветных металлов, вредные для здоровья сварщика, поэтому необходима усиленная вентиляция.

Сварка комбинированными электродами. При ремонтных рабо­тах, связанных со сваркой чугуна, применяют также комбиниро­ванные медно-железные электроды из стального стержня, вставлен­ного в медную трубку. В шве образуется расплав меди с включен­ными в него шарообразными частицами науглероженной стали. Медь обеспечивает надежное сцепление металла наплавки с основ­ным металлом, а сталь придает 1пву необходимую прочность. Наи­лучшие результаты достигаются при наличии в шве 10—15% стали, остальное — медь.

Способ изготовления комбинированных электродов, предложен­ный П. И. Шориным, следующий: на электродную проволоку Св-08 диаметром 3 мм наносят покрытие слоем 0,25 мм. После просушки на воздухе проволоку вставляют в медную трубочку диаметром 4— 6 мм и в таком виде используют при сварке. Призаваркедефектав толстостенных чугунных деталях с большим объемом наплавлен­ного металла на наружную поверхность медной трубки наносят по­крытие слоем толщиной0,5 jKj«, а стальную проволоку берут диамет­ром 3,5 мм. В качестве покрытия используют смесь из 30% графита, 40% ферросилиция и 30% мела, разведенную на жидком стекле. После просушки на воздухе в течение 5—6 час при температуре 15— 18° электроды прокаливают 30—40 мин при 100—120°. Кромки ра­ковины разделывают под углом 45° и на ее поверхность наплавляют комбинированными электродами слой металла толщиной 5 мм. Пос­ле этого раковину заваривают обычными стальными электродами с покрытием ОММ-5, ЦМ-7; УОНИ-13/45 и др. Сварка ведется на постоянном токе любой полярности. При заварке не следут перегре­вать деталь.

Применяют также комбинированные медно-железные электроды из медного стержня диаметром 3,5 мм, обернутого жестью в виде ленты толщиной 0,3 мм или покрытого слоем железа толщиной 0.6— 0,8 мм электролитическим способом. Соотношение меди и железа в этих электродах составляет: 60—62 % меди, 38—40% железа. Бе­рется покрытие УОНИ-13/55. Сварка производится постоянным током обратной полярности.

На использовании комбинированных медно-железных электро­дов основана сварка чугуна но способу А. Г. Назарова. Сварка про­изводится пучком электродов, состоящим из стального электрода с покрытием ОММ-5 или УОНИ-13/55, медного стержня и латун­ного стержня, связанных проволокой. Лучшие результаты получают­ся при использовании покрытия УОНИ-13/55. Если покрытие на­несено также и на медный пруток, то сварку можно вести на верти­кальной плоскости.

Количество и диаметр медных прутков подбирают так, чтобы со­держание меди в наплавке составляло от 60 до 70%. Латунь слу­жит для введения в наплавку цинка, являющегося раскислителем. Сечение медной проволоки или полоски должно быть от 6 до 18 мм2, а латунной —от 7 до 10 мм2. Сварка ведется ка постоянном токе при обратной полярности или на переменном токе с осциллятором. При использовании электрода ОММ-5 диаметром 4 мм, медного прутка диаметром 4 мм и латунного прутка диаметром 3 мм ток равен от 150 до 175 а; при двух электродах ОММ-5 диаметром 5 мм, двух медных диаметром 5 мм и одном латунном диаметром 3 мм—240— 260 а.

При сварке медный электрод должен перемещаться впереди стального, покрывая слоем меди наплавляемую поверхность. Пучок электродов должен быть наклонен к детали под углом 35—45°. Для лучшего перемешивания и защиты металла ванны концу электрода сообщают плавные спиралеобразные движения.

При сварке этим способом серого чугуна можно получить доста­точно хорошее сплавление и формирование шва, плотную структу­ру, однако иногда происходит отбеливание переходной зоны, что затрудняет последующую обработку места сварки. Этот недостаток в большинстве случаев является общим для всех способов холодной сварки чугуна электродами со стальными стержнями.

Лучшие результаты получаются при введении железа в покрытие медного электрода. Такой способ разработан П. А. Глуховым и по­лучил распространение на железнодорожном транспорте при ремон­те с помощью сварки чугунных деталей. В этом случае берут мед­ные электроды с покрытием УОНИ-13/55, в которые вводится 40— 50% железного порошка к весу покрытия. Содержание меди в элек­троде должно составлять 80—85%. Сварка ведется участками не более 50 мм, с проковкой наплавленного металла после остывания до 60—70°.

Чугун, длительное время работавший при высоких температу­рах, сваривают с предварительным подогревом кромок до 500— 550° горелкой. Сварка производится после полного остывания кро­мок. Без предварительного подогрева такой чугун плохо сваривает­ся, в нем появляется отслаивание металла шва и пористость.

Опытно-сварочным заводом Мосгорсовнархоза выпускаются мед­но-железные электроды ОЗЧ-1 для холодной сварки чугуна. Инсти­тутом электросварки им. Е. О. Патона для холодной ремонтной свар­ки чугуна разработан электрод из аустенитной хромоникелевой стальной проволоки 0Х18Н9или IX18H9 с медной оболочкой и пок­рытием основного типа, например УОНИ-13/55. При диаметре стер­жня электрода 3,5 мм толщина покрытия равна 0,3—0,4 мм на сто­рону.

Медная оболочка на проволоку диаметром 2 мм наносится сов­местной протяжкой с медной лентой толщиной 0,8 мм, шириной 12 мм через фильер (оправку с отверстиями). Содержание меди в элек­троде равно 75—80%. Сварка производится постоянным током 100—120 а при обратной полярности. Наплавка таким электродом дает мягкий чугун с мелкораспределенными включениями железа и меди. Трещин и пор при сварке не образуется.

Технология сварки чугуна покрытым электродом с помощью инвертора в домашних условиях

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:

1. Промыть от грязи, масла.
2. Просушить.
3. Разделать кромки с помощью болгарки так, чтобы очистить поверхности от графита.
4. 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:

1. Собирают изделие на прихватки.
2. Свариваемые элементы нагревают до 400-600 градусов.
3. 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.
4. 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:

1. После подготовки детали размещают на верстаке, если нужно – закрепляют.
2. Нужно сделать несколько прихваток, дать материалу остыть. Проверить размеры изделия.
3. 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:

1. Слишком большой ток – при сварке металл сильно кипит, после кристаллизации слышны щелчки, появляются трещины на поверхности шва.
2. 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.
3. 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.

Читайте также:

  
• Резка гибка сварка нержавейки
  
• Сварочный полуавтомат темп пду 180
  
• Рд 613 аттестация технологии сварки
  
• Инверторная точечная сварка своими руками
  
• Сварочный стол из профильной трубы 40 20