Чугун является превосходным материалом для решеток и предметов украшения дома, и если создавать их в домашних условиях своими руками, то потребуется [сварка чугуна] для соединения деталей.
Сварщики зачастую считают, что чугун является очень неудобным металлом для работы в домашних условиях. Это действительно так.
Чугун состоит из углерода и железа, так же, как и сталь, сваривание которой происходит значительно легче.
Только в отличие от стали, где углерод содержится в количестве максимум 2,15 %, в чугуне содержание углерода вполне может превышать 6%, что выражается в плохой ковке, существенно ухудшает сваривание и приводит к достаточной хрупкости по сварным швам.
Несмотря на это, чугун, имея невысокую стоимость производства, массово применяется в различных отраслях тяжелой промышленности – машиностроительной, сталелитейной, производстве деталей.
Технически реально обеспечить условия, при которых сварочный шов будет соответствовать поставленной задаче.
По химическому составу выделяют две марки — серый и белый. Критерием разделения является состояние углерода.
В сером чугуне присутствует графит, как структурно свободная доля углерода, в то время, как в белом чугуне весь объем углерода будет в виде цеменита — в связанном состоянии.
Определение марки чугуна крайне важно, потому что белый чугун не применяют для работы, он является полуфабрикатом для производства серого.
Разогрев, затвердевание и остывание ухудшают структуру сплава в районе сварки, в ряде случаев до такой степени, что получить качественное соединение вообще не представляется возможным.
Поэтому чугун справедливо относят к трудносвариваемым материалам. Однако, работа по ремонту чугунных изделий и заполнению трещин возможна только при помощи сварки.
Ряд рекомендаций по выбору электродов и методов поможет лучше понимать процесс сварочных работ с чугуном.
Ознакомимся со сложностями при сваривании и рассмотрим способы сварки чугуна.
Содержание:
Сложности сварки чугуна
Качественный сварочный шов определяется по двум параметрам: плотность (отсутствие трещин в соединении) и возможность обрабатывать шов в дальнейшем с помощью механических инструментов (например, выравнивать или шлифовать).
В некоторых случаях от сварочного шва может требоваться стойкость к высоким температурам или однородность цвета.
Химический состав сплава чугуна не дает возможности добиться соответствия даже двум базовым параметрам.
Основные причины, мешающие качественной сварке чугунных деталей:
Нагрев углерода приводит к высвобождению газообразного вещества, что является причиной пористой структуры шва;
Присутствие кремния и ряда других веществ формирует на свариваемой поверхности окислы, затрудняющие сварку;
Быстрое охлаждение сплава в шве приводит к тому, что на определенных участках выделяется цементит и происходит отбеливание. Отбеленные части, конечно, имеют твердый состав, но их нельзя обрабатывать с помощью инструмента.
Работа по сварке чугуна потребует более серьезной подготовки свариваемых поверхностей, чем при сварке, например, стали.
Подготовительная работа зависит от того, какую проблему в изделии требуется устранить или какие детали нужно сваривать.
В любом случае, необходимо тщательно очистить место сварки от примесей и, особенно, от масла. Механическая очистка производится наждачной бумагой или щеткой, установленной на болгарку.
Использовать максимальные обороты при этом нельзя, так как щетка будет повреждена. На минимальных оборотах можно добиться очистки поверхности для сварки.
Удаление масляных вкраплений, если таковые имеются, происходит с помощью нейтрального растворителя.
Вторым этапом подготовительных работ будет подготовка полостей в свариваемой поверхности, чтобы получить доступ электродом.
Для предотвращения истечения жидкого сплава часто требуется произвести формовку краев.
Ее выполняют проволокой или графитовыми пластинками, скрепленными смесью из кварцевой фракции и жидкого стекла. Эта технология настолько сложна в зависимости от того, какая марка чугуна будет свариваться, какое содержание в деталях углерода, что на эту тему подготовлена не одна дипломная работа.
Виды сварки чугуна
Вне зависимости от выбора сварочного оборудования, по температурному режиму способы сваривания чугуна разделены на горячие и холодные.
Процесс сварки и применяемые электроды существенно отличаются. Холодная сварка легче осуществима в домашних условиях, хотя имеет ряд недостатков.
Наиболее успешным путем избежать появления выбеленных участков, ячеек и затверделостей, является горячая сварка.
При этом деталь должна быть заранее нагрета до температуры 700С, сваривается и охлаждается с замедлением.
Технически выделяются четыре этапа:
Работа по предварительной подготовке, как рассказано выше.
Нагрев свариваемой поверхности до требуемой температуры.
Само сваривание, работа.
Замедление процесса охлаждения.
При горячем способе сваривания графитизация поверхностей достигается за счет температуры естественным образом.
Как нагревать детали и какие при этом использовать приспособления – это определяется видом и характером производства, частотой потребности в таком виде сварки.
В масштабах цеха предприятиями применяется только дуговая сварка чугуна горячим способом.
Для нагрева в литейном производстве используют конвейерную или муфельную печь, а замедление процесса остывания деталей решается путем их помещения в горновую печь.
Разовая работа по нагреву крупногабаритных деталей может быть проведена с использованием сооружений из огнестойкого кирпича.
В домашних условиях нагрев деталей может быть произведен с помощью горелок.
При холодном способе предварительный нагрев не требуется.
Как промежуточный вариант, существует полугорячий способ, при котором заготовки будут нагреты до температуры 400ºС. В этом случае потребуется добавить графизурующие вещества.
Видео:
Холодная сварка применяется, когда сложно или нецелесообразно нагревать детали.
Чисто чугунные электроды не применяются, потому что температура их плавления значительно ниже, чем у основного металла.
Однако, есть технология применения чугунных электродов с меловым покрытием с использованием шихты для графитизации.
В этом случае с целью предотвращения отбеливания возбуждать и обрывать дугу следует, не выводя электрод из шихты.
Холодным методом можно осуществлять работу стальными электродами. Однако полученные швы не должны нести нагрузку на растяжение.
Сварка должна выполняться на малых токах и с помощью электродов малого диаметра.
Холодная сварка значительно удобнее, когда производится работа в небольших объемах и нет специального оборудования для разогрева и последующего остужения деталей.
Однако, как мы показали, холодная сварка требует внимательного анализа, при каких поверхностях и какими электродами пользоваться.
При сваривании толстых поверхностей хрупкость зоны вокруг шва увеличивается и простой формовки оказывается недостаточно, поэтому в список подготовительных работ необходимо включить заглубление под углом в края поверхности и фиксацию стальных цилиндров.
Они будут удерживать на себе сварной шов, снижая риски трещин.
Применяемые электроды и методы
Сваривание чугуна производится разными видами электродов. Электроды из стали обеспечивают прочный шов, со структурой, близкой к химическому состоянию серого чугуна.
Чаще всего они применяются для сварки громоздких деталей, где не требуется последующая обработка швов с помощью инструментов.
Применяя медные с добавлением никеля или стали электроды, можно получить шов с наплавлением, который легко обрабатывать.
Медно-никелевые электроды применяются там, где нельзя повышать твердость в отдельной части детали. Сами наплавы образуются за счет многослойной укладки валиков.
Электроды из меди и железа лучше применять, если стоит задача устранения небольших отдельных эффектов.
Видео:
Наплавка при сварке этим электродом также хорошо поддается обработке. Сам шов будет представлять из себя медно-железный сплав, обогащенный углеродом.
Соединение с поверхностью металла обеспечено за счет стальных кристаллов и частичного проникновения меди в поры.
Железно-никелевые и чисто никелевые электроды могут быть использованы только для коррекции небольших изъянов на основных рабочих поверхностях деталей.
Технология сварки чугуна реализуется одним из следующих способов:
- газовая сварка чугуна;
- дуговая;
- термитная;
- путем заливки жидкого раствора.
Рассмотрим наиболее часто используемые – газовую и дуговую.
Сварка газом
Газовая сварка чугуна используется как самый надежный метод, когда наплавленный металл имеет структуру, близкую к самим деталям.
При газовом методе нагрев и охлаждение происходят равномернее и медленнее, чем при дуговой, поэтому риск получить отбеленную зону по шву гораздо меньше, а графитизация происходит при более благоприятных условиях.
Это минимизирует внутреннее напряжение шва и предотвращает появление трещин.
Как присадка используются прутки марки А и Б для сваривания толсто- и тонкостенных отливок при низкой температуре и для износостойких наплавок.
Видео:
В прутах марки Б содержится больше кремния, что позволяет улучшить графитизацию.
Газовая сварка чугуна обязательно происходит с флюсом, который переводит тугоплавкие окислы в легкоплавкие шлаки и предотвращает появление окисления в сварочной ванне.
Детали сложной формы или с разным сечением необходимо предварительно нагреть.
Дуговая сварка
Дуговая сварка фактически является плавлением, при котором повышение температуры краев происходит за счет теплоты электрической дуги.
Дуговая сварка существенно позволяет снизить риск появления закаленных участков сварного шва. Предварительная работа по зачистке и формовке производится в обязательном порядке.
Следует участь, что дуговая сварка должна соответствовать двум основным требованиям – сваривание должно идти на больших токах и процесс должен быть непрерывным.
Классификация происходит по следующим критериям:
- вид электрода – плавящийся или неплавящийся;
- вид дуги (свободная или сжатая);
- тип взаимодействия дуги и чугуна (трехфазная дуга, дуга прямого или косвенного воздействия).
Дуговая сварка может быть автоматической под флюсом, ручной или с применением защитного газа — сварка чугуна аргоном.
При ручном методе края детали совмещают и между плавящимся или неплавящимся электродом и деталью возбуждают электрическую дугу.
Видео:
Кромки и электрод при нагреве плавятся и образуют сварную ванну, которая после остывания станет сварным швом.
Из всех методов с использованием защитного газа, наиболее надежным считается сварка чугуна аргоном. В ее процессе сварной шов защищается инертным газом.
Сварка чугуна полуавтоматом требует весьма аккуратно осуществлять подбор величины тока и скорости подачи проволоки.
Мнения сварщиков относительно возможности и качества такого процесса неоднозначны. Существует заблуждение, что это вообще невозможно.
Для работы полуавтоматом требуется использование порошковой проволоки, без нее качество сварного шва будет неудовлетворительным.
Типы используемой проволоки ПП АПЧ 1, 2 или 3, соответственно, для холодной, полугорячей и горячей сварки.
Работы в условиях дома или гаража могут быть произведены сварным инвертором, который можно приобрести по разумной цене в специализированных отделах или магазинах.
Видео:
Работа по свариванию чугуна инвертором представлена на видео, внимательно ознакомьтесь с ним, ведь многие процессы проще усвоить после просмотра.
В статье мы рассмотрели варианты, как может быть осуществлено сваривание чугуна различными методами.
