Способы сварки чугуна на производстве и в быту
Чугун представляет собой сплав железа с углеродом. В отличие от стали, чугун характеризуется большей пористостью, хрупкостью, жесткостью, а также низкой теплопроводностью и коэффициентом температурного расширения. Эти особенности определяют области его применения.
Из-за хрупкости чугуна нередки случаи откалывания выступающих элементов деталей или просто раскалывание изделий. При ремонте таких повреждений с успехом могут быть использованы сварочные работы.
Свойства чугунных сплавов
Содержание углерода в чугуне превышает 2,14%. Это как раз пограничное состояние перехода углерода в форму аустенита, то есть в состояние, когда при концентрации меньше, чем указана выше, он растворен в железе. Такое явление используется при изготовлении сталей.
В чугуне же углерод находится в виде мельчайших нерастворенных частиц, которые обуславливают его твердость и износостойкость, а также невосприимчивость к воздействию агрессивных сред.
Существует несколько разновидностей чугуна в зависимости от химического состава – белый, серый, высокопрочный и ковкий.
Белый практически не поддается обработке режущими инструментами в силу своей твердости и хрупкости. Из него отливают уже готовые чугунные детали, которые не нужно обрабатывать.
Серый чугун очень хорошо переносит статические нагрузки, износостоек, но плохо работает на растяжение и сопротивляется ударам. Такой чугун сваривается лучше всех остальных.
Высокопрочный чугун, как следует из названия, используется в нагруженных конструкциях.
Ковкий чугун допускает создание упрочненного наружного слоя на поверхности деталей, позволяющего чугуну такого типа воспринимать значительные изгибающие нагрузки.
Трудности сваривания
Особенности строения чугуна определяют ряд проблем, возникающих при сварке этого материала.
Из-за химического состава чугуна, при плавлении он становится очень текучим. Это препятствует созданию однородного шва, так как металл при длительном нагревании стремится вытечь из сварочной ванны.
Ввиду малой пластичности чугуна и низкой по сравнению со сталью температурой плавления, возможны растрескивания материала при быстром остывании после воздействия электрической дуги.
Наличие большого количества углерода, который выделяется при нагревании и взаимодействует с кислородом, содержащимся в воздухе, способствует образованию больших пор в зоне сварки, отчего шов получается неоднородным и имеет малую сопротивляемость при нагрузке на изгиб.
Зная эти особенности, можно организовать работу по сварке с таким расчетом, чтобы получить сварочный шов удовлетворительного качества. Чтобы устранить последствия текучести материала, под стык свариваемых деталей подкладывают графитовые пластины, которые препятствуют вытеканию расплавленного чугуна при случайном прожигании.
После окончания сварки стыка, материалу нельзя давать быстро остыть. Особенно актуально это требование при сварке чугуна и стали, когда, например, к чугунным радиаторам приваривают стальные патрубки. Сталь остывает быстрее и поэтому, чтобы уравнять скорость остывания двух соединяемых деталей, стальную засыпают углем или песком, чтобы она дольше сохраняла тепло.
Третья проблема может быть решена применением сварки в среде инертных газов. Можно варить чугун электросваркой с использованием, например, углекислого газа, который вытесняет воздух из сварочной ванны. Допускается использовать смесь углекислого газа с аргоном в пропорции ¼.
Три способа
Соединение деталей из чугуна может производиться, в зависимости от назначения тремя способами:
- холодным;
- полугорячим;
- горячим.
Холодный способ применяется при сварке неответственных соединений, наварки металла на изношенные или истертые поверхности чугуна. Сварка производится при температуре окружающей среды, при этом скорость сварки должна быть достаточно высокой, чтобы не допускать перегрева стыка и последствий при его быстром остывании. Такой способ доступен для использования в быту, без применения дополнительного оборудования.
Полугорячий способ применяется при сварке деталей, которые впоследствии должны испытывать механические нагрузки. Суть способа в том, что деталь предварительно подогревается до температуры 300-350 °C, а это возможно только в специализированных печах. Это позволяет чугуну легче «адаптироваться» к высокой температуре дуги. В результате снижается количество трещин в околошовной зоне.
В случае горячего способа заготовки для сварки подогревают до температуры около 600 °C. Для такого нагрева используют аппараты, создающие индукционные токи. Температура контролируется при помощи приборов.
При достижении необходимого значения температуры производится сварка деталей, после чего их оставляют для остывания, засыпав горячей золой. Процесс остывания может длиться несколько часов. Продолжительность зависит от марки и толщины свариваемого материала.
Технические приемы
В быту наиболее популярна сварка чугуна полуавтоматом, как наиболее доступный и простой вид соединения. При этом тонкие детали необходимо сваривать, обязательно подложив под них графитовые пластины.
Для сварки можно использовать практически любые полуавтоматы, позволяющие использовать сварочный ток, необходимый для плавления чугуна, но не допускающий проплавлений и вытеканий.
Величина сварочного тока колеблется в пределах 90-110 Ампер. Скорость, с которой подается сварочная проволока, настраивается экспериментально. Как правило, она сходна со скоростью подачи при сварке сталей.
Подготовка деталей
Перед началом работ обязательно нужно подготовить поверхности соединяемых кромок. Для этого их очищают от грязи и пыли, обезжиривают. Для обеспечения большей глубины проваривания, с кромок снимается фаска. Края фаски необходимо закруглить.
Если возникла необходимость заварить трещину, ее нужно «разделать» по всей длине, чтобы увеличить площадь соприкосновения детали со сварочным материалом. Это можно сделать шлифмашиной с отрезным абразивным кругом для работ по металлу. Перед сваркой концы трещины необходимо засверлить, чтобы при нагреве она не разошлась еще на большую длину.
Как делать шов
Чтобы минимизировать вредные последствия, которые можно нанести высокотемпературной дугой чугунным деталям, сварку длинных швов недопустимо производить за один проход. Время сварки на отдельном коротком участке стыка не должно быть продолжительным.
Начинать сварку надо с середины стыка и произвести короткий шов, за тем отступив на некоторое расстояние от него, сделать еще два шва с обеих сторон первого. Если стык достаточной длины, необходимо таким же образом сделать еще несколько коротких швов. Затем провариваются участки между наложенными швами.
Первый шов при сварке деталей большой толщины накладывается посередине стыка, практически без осуществления поперечных движений электродом. Далее, по краям первого шва накладываются второй и третий.
Если толщина детали еще позволяет наложение швов, накладывается четвертый шов посередине, сверху второго и третьего, а позже, после остывания, накладываются пятый и шестой швы справа и слева от четвертого. Указанная последовательность швов применяется и далее, если необходимо произвести еще швы при достаточно большой толщине соединяемых заготовок.
Применяемые материалы
Когда необходимо соединить заготовки способом электросварки, применяются специальные электроды для сварки чугуна, в обмазке которых должен обязательно присутствовать ферросилиций.
Этот материал позволяет добиться однородности шва при сварке серого чугуна. При достаточной квалификации сварщика удается получить шов, который можно будет механически обработать, придавая ему более привлекательный вид.
Наиболее распространены следующие марки электродов:
- ЦЧ-4 – используются чаще других. Благодаря особым компонентам, способным вступать в реакцию с углеродом, при которой возникают карбиды, не растворяемые в железе, покрытие этих электродов позволяет получить качественный шов;
- ЦЧ-3А – электроды из стальной проволоки с нанесенным на нее фтористокальциевым покрытием. Благодаря этому покрытию получается прочный сварочный шов без трещин;
- ЭМЧС – электроды, производимые из стальной низкоуглеродистой проволоки с трехслойным покрытием из легирующего, газозащитного и шлакоформирующего слоя. Такие электроды применяют для сваривания чугунных деталей небольшой толщины (до 10 миллиметров).
При сваривании чугуна в среде инертных газов или неплавящимися электродами допускается применение проволоки для сварки чугуна, марки которой обозначаются ПП АНЧ-1, ПП АНЧ-2, ПП АНЧ-3.
Каждый вид проволоки предназначен для одного из способов сварки – холодного, полугорячего или горячего. Проволока выполнена в виде полой металлической трубки, внутри которой находится флюс. Такая проволока позволяет производить полноценные швы, не уступающие по прочности чугуну, из которого состоят соединяемые детали.
При правильно выбранном способе сварки и достаточной квалификации сварщика, поврежденные чугунные изделия можно восстановить, практически без ущерба их прежнему состоянию, и эксплуатация их возможна в течение длительного времени.
Как правильно варить чугун?
Варка чугуна — это сложный процесс, который требует специальных знаний и навыков. В целом, варка чугуна заключается в плавлении металла в печи и последующей его заливке в форму для получения нужной заготовки.
Ниже приведены основные шаги, которые следует выполнить при варке чугуна:
-
Подготовка формы и расплава. Форма должна быть чистой и сухой, а расплав должен содержать необходимое количество металла и сплавляющих добавок.
-
Раскачивание плавки. После заливки расплава в форму, ее необходимо раскачивать, чтобы убрать воздушные пузыри и обеспечить равномерное заполнение формы металлом.
-
Охлаждение и извлечение заготовки. После застывания металла в форме, ее нужно охладить и извлечь заготовку. Затем заготовку нужно обработать: удалить заусенцы, шероховатости, шлаки и пр.
При варке чугуна необходимо соблюдать меры предосторожности, так как металл имеет высокую температуру плавления и может вызвать ожоги. Также необходимо правильно выбирать электроды и сплавляющие добавки в зависимости от конкретного типа чугуна, который вы собираетесь варить.
В целом, для получения качественного чугунного изделия рекомендуется обратиться к специалистам, которые обладают необходимыми знаниями и опытом в области варки чугуна.
