Чугун — сплав железа с углеродом, отличается от сталей содержанием последнего (более 2,14%), а также особенностями кристаллической структуры.
Первоначально, являлся побочным продуктом получения стали, точнее — отходами. Его даже называли «свинским железом».
Со временем, благодаря температуре плавления на 300ºС меньшей чем железа, материал начали использовать для литья. И сегодня чугун важная составляющая современной промышленности. Его используют станкостроители, автомобильная промышленность. Применяют в строительстве, бытовых изделиях.
Содержание
Виды чугуна и особенности сварки изделий
Чтобы разобраться, как сварить чугун, решить возникающие при этом сложности, нужно знать, что он собой представляет, чем отличается от стали.
Существует два основных вида этого металла:
- белый;
- серый.
Первый отличается хрупкостью, которую придают ему включения цементита — карбида железа (Fe3C). Он же дал чугунам этого типа название, окрашивая излом металла белым или светло-серым цветом.
Используют их для переделки на сталь (передельный), получения ковкого чугуна.
Серый получил название от излома темно-серого цвета, с блесками, который придает графит. Возможность получать материал разной степени прочности и пластичности, высокие литьевые качества, сделала его основным сырьем промышленных изделий.
Одновременно, текучесть усложняет сварку чугунных деталей. Металл стремиться вылиться, не образуя шва. Помимо этого, температура дуги приводит к появлению тугоплавких окислов. Графит на стыке выгорает, образуя поры.
На этом проблемы того, как сварить чугун электросваркой не заканчиваются.
При снижении температуры от 750ºС, графит соединяется с железом, образуя цементит. При этом шов из серого становится белым и хрупким.
Методы
Несмотря на сложность процесса, сварка чугунных изделий возможна и распространена. При этом, чаще всего выполняется сварка чугуна с чугуном. К примеру, при монтаже канализационных труб.
Различают две основных технологии:
- Горячая.
Отличается предварительным нагревом деталей нагревают. Это делают индукционными и газовыми печами. Для небольших изделий используют горны, газовую горелку, паяльную лампу.
После того, как детали удалось приварить, охлаждают изделие не сразу, выдерживая материал иногда до трех – шести суток.
Сваривание предварительно раскаленного металла позволяет избежать локальных напряжений, перекаливания шва. Процесс технологически сложен, занимает много времени, требует дополнительного оборудования.
- Холодная.
Это метод дает менее прочный шов, но быстрее и проще. Используют для холодного метода как газовую, так электросварку. Разумеется, понятие «холодная» достаточно условно. Температуры создаваемые при этом методе ничуть не меньше.
Способ позволяет как варить чугун электросваркой в домашних условиях, так применять его в самых неприспособленных для этого местах: трюмах кораблей, моторных отсеках тяжелой техники и т.п.
Используют его для соединения не ответственных деталей, ремонта небольших повреждений.
Подготовка деталей
Прежде чем перейти к сварке, детали необходимом зачистить до блеска. Выполняют это ручными или механическими щетками со стальным ворсом.
Края трещины, либо соединяемых деталей разделывают, снимая фаску под углом 40-45 градусов, на глубину 0,5-0,7 от их толщины. Трещины прорезают на всю глубину, для полного провара.
Соединяемые края не должны быть острыми. Каверны и раковины рассверливают на всю глубину повреждения.
Чтобы предотвратить дальнейшее распространение трещины, ликвидировать места возникновения напряжений поступают следующим образом.
От места, где разлом заканчивается, отступают 6-7 мм, по направлению его развития и сверлят сквозное отверстие. Сверло используют диаметром порядка 4 мм.
[stextbox id=’info’]Для выявления практически невидимых трещин поможет обычный керосин. Его наносят там, где заметна или предполагается наличие трещины. Обратную сторону покрывают болтушкой из мела и воды. При этом, даже невидимые простым глазом трещины проявляются на меловом слое желтым цветом.[/stextbox]
Процесс
После того, как все для сварки чугуна готово, приступают к самой сварке. Работы как по горячей, так холодной технологии производят:
- газовой сваркой;
- плавкими электродами, стержневыми либо проволочными (инвертором либо полуавтоматом с углекислым газом);
- сваркой неплавким электродом, с присадочными стержнями, в том числе в среде инертного газа (аргон, гелий).
Зона шва, или сплавления деталей наиболее «капризная» часть соединения. Распространенный дефект при этом отслаивание наплавленного материала. Избежать его помогает методика сварки по шпилькам.
Их завинчивают в отверстия с нарезанной метрической резьбой. Количество зависит от размера деталей. Правильный диаметр принимается по специальным таблицам.
Сварка ведется инверторными аппаратами, в том числе полуавтоматическими. Последние, за счет охлаждающего эффекта углекислоты дают качественное соединение
При сварке сначала обваривается каждая шпилька, затем заполняются пространство между ними.
Подобным способом удается справиться даже со столь сложной задачей, как заварка чугунного блока двигателя электросваркой.
[stextbox id=’alert’]Ширину прорезки при разделке трещины, а значит и будущего шва выдерживают в пределах 3-5 мм. Меньшая щель даст качественный провар. С другой стороны, чем толще шов, тем выше «отбеливание» свариваемых краев, повышение их хрупкости.[/stextbox]
Газовая
Нагрев газовой горелкой выполняют медленно для того, чтобы при доведении стыка до жидкого состояния графит успел растворится в жидкой ванне. Его выгорание и выдувание приведет к отбеливанию, а значит повышения хрупкости стыка.
Горелку держат на большем расстоянии, чем при сварке сталей, чтобы получить равномерный прогрев по возможности большей поверхности.
Для поглощения выделяющейся окиси углерода (угарный газ) используют специальные флюсы. Самый простой — плавленая бура (гидрат тетрабората натрия).
Для присадки используют сварочные прутки из чугуна. По мере расплавления их вводят в свариваемую зону, распределяя колебательными или спиральными движениями.
При работе с легированными чугунами, в состав присадок вводят аналогичные добавки (из простых — нержавейка).
Холодная
Поскольку при холодной сварке неизбежно отбеливание металла в месте стыка, качественное соединение, аналогичное горячему способу, получить нельзя. Тем не менее, ряд методов дает прочность достаточную для большинства случаев.
Чтобы решить задачу как заварить чугун обычным электродом в домашних условиях, воспользуйтесь простым способом. Намотайте на его стержень медную проволоку, толщиной не менее миллиметра, виток к витку. После чего варите на минимально возможном токе.
Прочность подобного стыка невысока, поэтому на производстве используют специальные электроды.
Они представляют собой стержень, имеющий покрытие из двух или трех слоев. Первый состоит из легирующих добавок, графита, различных присадок. Второй и третий содержат флюсы, обеспечивающие защитное газообразование, а также шлаковое покрытие.
При соединения полуавтоматами используют проволоку, создающую шов с высоким содержанием серого чугуна. Защитная среда образуется подачей углекислоты.
Горячая и полугорячая
Способ включает в себя три стадии:
- Нагрев свариваемых деталей и заготовок до температуры 600÷650ºС.
- Сварку с использованием специальных электродов.
- Постепенное охлаждение готового изделия.
Там, где горячая сварка является частью промышленной технологии (к примеру, изготовление сварных картеров двигателей), нагрев выполняют в специальных тоннельных печах.
Чтобы заготовки не остывали, их укрывают специальными асбестовыми полотнами.
Работу ведут на большом токе, не прерываясь. При работе с крупногабаритными изделиями сварщики сменяют друг друга.
Одним из вариантов является сварка угольным электродом, в том числе автоматическая. Присадка вводится порошковой проволокой, куда включены все необходимые легирующие добавки и флюсы.
Методом горячей сварки удается получить соединения по прочности равноценные цельному металлу.
Полугорячий вид соединения считают промежуточным между горячей и холодной. Детали нагревают, но до температуры всего 300÷350ºС. При этом, уменьшаются напряжения металла,
Многослойная
Сварку чугуна можно вести электродами для обычных углеродистых сталей, укладывая металл в несколько слоев. Первый благодаря быстрому охлаждению окажется наиболее хрупким и твердым.
Во втором, количество основного металла еще более снизится. При этом закалка его будет по-прежнему давать высокий риск трещинообразования.
В третьем и последующих слоях содержание углерода будет снижаться, а пластичность возрастать.
При этом прочность шва невелика и рекомендовать подобный метод можно для соединений носящих скорее декоративных характер.
Электроды и проволока
Метало-порошковая проволока представляет собой слой флюса, «обернутого» в металл. Различные ее типы применяют как для горячего, так и для холодного процесса. Обозначается она аббревиатурой ППЧ-1 (проволока порошковая для чугуна), ППЧ-2 и т.д.
Для сваривания деталей с помощью полуавтоматов используют проволоку типа ESAB OK Nicore 55. Работать ей можно лишь в аргоновой среде. Применяется для ковких и высокопрочных чугунов, позволяя получить прочный, легкообрабатываемый шов.
Для электродной сварки используют электроды типа ЦЧ-4 со стержнем из низкоуглеродистой проволоки и покрытием из шлакообразующей смеси флюса. Кроме них существуют и другие виды, в частности ОЗЧ, ОЗЖН и т.д.
Какими электродами варить чугун решают в каждом конкретном случае, в зависимости от условий, марки металла, необходимой прочности, и т.п.
Как делать шов?
Процесс сварки чугуна, в связи с его высокой текучестью производится как правило в нижнем положении свариваемых деталей. Исключение — использование специальных электродов.
Поэтому, при необходимости выполнения с нескольких сторон изделие приходится кантовать. Чтобы при этом не происходило разрушение уже выполненного шва, детали помещают в общий каркас, не дающий им сдвигаться.
При значительной толщине изделий, выполнить их соединение либо заварить трещину с одного раза невозможно. В таких случаях первый шов кладут непосредственно по разрезу. Затем, отступив вправо и влево, с промежутком укладывают еще два шва. После чего заполняют расстояние между ними.
Если стык не заполнен операцию повторяют, накладывая еще один слой, и так далее.
Чтобы снизить перегрев деталей, шов по чугуну ведут отдельными отрезками.
Чем резать?
Кислородная газовая резка эффективная для железа, по чугуну не дает эффекта по ряду причин. В частности, из-за образования тугоплавких окисных пленок.
Проще всего использовать обычные механические приспособления, наподобие болгарки, однако производительность их оставляет желать лучшего. Применяют их как правило в бытовых условиях.
Наилучший результат дает метод воздушно-дуговой и плазменно-дуговой резки. На сегодня эти методы чаще всего используют на производстве.
Техника безопасности
Безопасность производства при сварке чугунных изделий регламентируется общими «Правилами по охране труда при выполнении газосварочных и электросварочных работ».
В частности, место проведения работ должно быть оборудовано устройством по удалению продуктов сгорания.
Кроме того, при выделении при значительного количество опасных газов работа производится с использованием шлангового противогаза.
