Сварка чугуна

Чугун – сплав железа с углеродом (и другими элементами), в котором содержание углерода не менее 2,14 %. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, при этом снижая вязкость и пластичность. Углерод может содержаться в чугуне в виде цементита и графита. Выделяется белый, серый, ковкий и высокопрочный чугуны в зависимости от формы графита и количества цементита. Чугуны имеет в своем составе постоянные примеси (кремний, марганец, сера, фосфор), а в некоторых случаях – легирующие элементы (хром, никель, ванадий, алюминий и другие). Чугун, как правило, отличается хрупкостью. Температура плавления – от 1150 до 1200 °C.

Белый чугун почти не поддается обработке режущими инструментами из-за своей твердости и хрупкости. Из него отливают уже готовые детали, которые не нуждаются в обработке.

Серый чугун является износоустойчивым и очень хорошо переносит статические нагрузки, но имеет плохую сопротивляемость ударам и не работает на растяжение. Данный вид чугуна имеет лучшую свариваемость среди остальных.

Высокопрочный чугун используют в различных нагруженных конструкциях.

Ковкий чугун позволяет создавать укрепленный наружный слой на поверхности свариваемых деталей, что позволяет воспринимать значительные нагрузки в виде изгибов.

Трудности и особенности процесса сварки чугуна

Трудность сварки чугуна обусловливаются химической структурой и свойствами данного материала. Чугун, являясь сплавом, содержит железо и углерод, в составе которого дополнительно присутствуют как примеси серы, фосфора, марганеца, и кремния, так и легирующие добавки хрома, алюминия, магния и никеля. Марки, не содержащие легирующих примесей и не подвергающиеся термической обработке, отличаются малой прочностью и хрупкостью.

Плохая свариваемость чугуна объяснима рядом других дополнительных факторов:

  • В сварочной ванне протекает окисление кремния и других различных элементов. В результате этого образуются тугоплавкие оксиды на ее поверхности. Подобные оксиды из-за своей тугоплавкости ведут к образованию непроваренных участков в зоне сварного шва.
  • Место соединения моментально охлаждается, что приводит к образованию цементита в структуре металла. Новообразование имеет своей отличительной чертой повышенную твердость. Участки металла с цементитной структурой (отбеленные участки) с большими трудностями поддаются последующей механической обработке.
  • Чугун является жидкотекучим материалом, поэтому в расплавленном состоянии будет очень сложно создать соединение и удержать металл в его зоне. При сварке чугун будет в прямом смысле слова вытекать расплавленными потоками из-под электрода.
  • Необходимо всегда обеспечивать равномерный нагрев и охлаждение деталей при проведении сварочных работ. Если пренебречь этими требованием, могут возникнуть трещины в месте соединения.
  • Чугун в расплавленном состоянии активно выделяет газы, что может приводить к пористости сварного шва.

Знание всех этих особенности позволяет организовать сварочные работы так, чтобы на выходе получить сварочный шов удовлетворительного качества. Например, для устранения последствий высокой текучести чугуна под стык свариваемых деталей подкладывают графитовые пластины, препятствующие вытеканию расплавленного металла при ненамеренном прожигании.

Ни в коем случае нельзя дать материалу быстро остыть после окончания сварки стыка. Особенно это необходимо учитывать при сварке чугуна со сталью: сталь остывает быстрее и для того, чтобы сравнять скорость остывания соединяемых элементов, стальную деталь конструкции засыпают углем или песком для длительного сохранения тепла.

Проблема выделения углерода решается применением сварки в среде инертных газов. Например, можно варить чугун электросваркой, используя в качестве среды углекислый газ, вытесняющий воздух из сварочной ванны. Допустимо также использование смеси углекислого газа с аргоном в пропорции 1 к 4.

Прежде чем перейти к сварке, детали из чугуна необходимо зачистить. Это выполняется ручными или механическими щетками со стальным ворсом.

Способы сварки чугуна

Сварка из чугуна может производиться тремя основными способами в зависимости от назначения конечного продукта:

  • холодным
  • полугорячим
  • горячим

Холодный способ обычно используется при сварке небольших соединений и наварки металла на изношенные поверхности чугуна. Сварка проводится при температуре окружающей среды. Скорость процесса сварки должна быть достаточно высокой, чтобы не допустить перегрева стыка и последствий при быстром остывании. Подобный способ сварки может использоваться в быту без дополнительного специального оборудования.

Полугорячий способ применяется при сварке деталей, которые в дальнейшем будут подвержены сильным механическим нагрузкам. Особенность данного способа состоит в том, что деталь предварительно нагревается до температуры 300-350 °C. Подобное прогревание возможно только в специализированных печах. Этот дополнительный процесс обработки позволяет чугуну легче адаптироваться к высокой температуре дуги. Как результат, после таких манипуляций снижается количество трещин в околошовной зоне.

Для горячего способа сварки заготовки для свариваемой конструкции подогревают до температуры около 600 °C. Для подобного нагрева используются специальные аппараты, которые формируют индукционные токи. Температура контролируется при помощи приборов. Сварка деталей производится при достижении необходимого значения температуры. Дальше их оставляют остывать, предварительно засыпая горячей золой. Процесс остывания может длиться несколько часов, и его продолжительность полностью зависит от марки и толщины свариваемого материала.

Необходимые материалы для сварки чугуна

Для сварки заготовок из чугуна применяют специальные электроды, в обмазке которых должен обязательно присутствовать ферросилиций.

Присутствие этого материала в обмазке необходимо для того, чтобы добиться однородности шва при сварке серого чугуна. При высокой квалификации сварщика удается получить сварной шов, который в последующем можно будет механически обработать и придать ему более привлекательный вид.

Наиболее распространение марки электродов:

  • ЦЧ-4 – используются чаще остальных. Благодаря его особым компонентам, которые способны вступать в реакцию с углеродом с дальнейшим возникновением карбидов, не растворяются в железе. Покрытие этих электродов позволяет получить качественный шов.
  • ЦЧ-3А – электроды из стальной проволоки с нанесенным на нее фтористокальциевым покрытием, благодаря которому получается прочный сварочный шов без характерных чугуну трещин.
  • ЭМЧС – электроды из стальной низкоуглеродистой проволоки с тремя слоями покрытия (легирующий, газозащитный, шлакоформирующий). Подобная разновидность электродов применяется для сварки чугунных деталей небольшой толщины (до 10 миллиметров).
  • При сваривании чугуна в среде инертных газов или неплавящимися электродами допускают применение проволоки с обозначениями ПП АНЧ-1, ПП АНЧ-2, ПП АНЧ-3.

Каждый вид проволоки предназначен для одного из способов сварки – холодного, полугорячего или горячего. Проволока представляет собой полую металлическую трубку, внутри которой находится флюс. Такая конструкция позволяет производить полноценные швы, которые не уступают по прочности чугуну соединяемых деталей.

Поврежденные чугунные изделия всегда можно восстановить почти без ущерба их прежнему состоянию и эксплуатировать их в течение длительного времени. Такое возможно только при правильно выбранном способе сварки и достаточной квалификации сварщика.

Меры безопасности

При работе со сварочным оборудованием необходимо соблюдать определенные правила безопасности:

  1. Не работать с неисправным аппаратом.
  2. Стоять на резиновом коврике при работе сварочным оборудованием.
  3. Не закреплять заготовку над собой при наличии в ней трещин и пор.
  4. Сварщику необходимо использовать специальную маску, перчатки и спецодежду, так как сварочный процесс является вредным и даже опасным для здоровья.

Нельзя прикасаться к только что сделанному сварочному шву. Соединять детали из чугуна с помощью сварочного оборудования гораздо сложнее чем из других материалов. Поэтому следует хорошо знать технологию создания швов и использовать подходящее оборудование и расходники.

Производственная компания МетКБ осуществляет сварку чугуна в СПб любой сложности на современном оборудовании. Наша компания успешно работает в области сварки различных чугунных изделий всевозможных марок и размеров. Мы гарантируем качество своей работы.

Заказать услугу