Технология горячей сварки чугуна

Горячая сварка чугуна. Полугорячая сварка чугунных изделий

Горячей сваркой чугуна принято называть сварку, выполняемую с обязательным предварительным подогревом, в отличии от холодной сварки чугуна. Предварительный подогрев снижает контрастность температур между основным и наплавляемым металлами и это способствует уменьшению термических напряжений, возникающих при сварке. Кроме того, скорость остывания металла по окончании сварки замедляется и это препятствует отбеливанию чугуна и положительно влияет на качество сварки.

Отличие горячей сварки чугуна от полугорячей

Отличие горячей сварки чугуна о полугорячей заключается в том, что при горячей сварке наплавляемый металл находится в жидком состоянии по всей площади сварного шва. Естественно, такое возможно только при наплавке небольших объёмов металла. При больших габаритах свариваемых деталей невозможно весь наплавленный металл поддержать в жидком состоянии. Расплавленным остаётся лишь небольшая область завариваемого участка.

Технология и особенности свариваемости чугуна горячим способом

Перед сваркой происходит подготовка к ней сварных кромок свариваемых деталей. Выполняется разделка и тщательная их очистка. Форма разделки, в зависимости он толщины и назначения сварного соединения, может быть V-образной или U-образной. В случае, если сварку применяют с целью устранить дефекты сварного шва, то дефектный участок разделывают и формы разделки должны быть округлыми.

Для того, чтобы предотвратить вытекание расплавленного металла из разделки, вокруг неё выкладывают графитовые или угольные пластины, плотно прижимая их к деталям. При заваривании излома необходимо применять приспособления, обеспечивающие точность позиционирования свариваемых частей и их надёжную фиксацию.

Предварительный подогрев при горячей сварке чугунных изделий

Предварительный подогрев выполняют в печи, в горне или специальных ямах. В зависимости от назначения детали, их формы и размеров, марки чугуна, применяют местный или общий подогрев.

В случае горячей сварки чугуна при массовом производстве небольших изделий, применяют печи конвейерного типа. Для подогрева крупногабаритных деталей используют специальные нагревательные ямы или колодцы, выложенные огнеупорным кирпичом.

Если необходим местный подогрев (полугорячая сварка) крупных изделий, то можно использовать газовые горелки, горны индукционные нагреватели и другие средства. Подогревают детали, в зависимости от из размеров и назначения процесса сварки, до температуры 400-800°C. Крупногабаритные изделия подогревают до более высоких температур, чем мелкие детали. Подогрев выполняют медленно и равномерно, это необходимо, чтобы исключить появление внутренних напряжений в металле и возникновение трещин.

Одним из главных факторов, обеспечивающих качественную горячую сварку чугуна, является поддержание всего наплавленного металла в расплавленном состоянии на протяжении всего процесса сварки. Чтобы этого достичь, процесс сварки ведут непрерывно, до его полного завершения.

По завершении сварки, сварное изделие медленно охлаждают. Для охлаждения сварные швы покрывают слоем мелкого древесного угля и оборачивают асбестом. Такая технология препятствует отбеливанию чугуна и предотвращает возникновение внутренних напряжений и образование горячих трещин в сварном соединении. После завершения процесса охлаждения, изделие очищают и проводят контроль качества сварки.

Электроды для горячей сварки чугуна

При сварке чугуна горячим способом, в большинстве случаев, используют чугунные электроды по ГОСТ 2671. Самые распространённые марки А и Б, их химический состав, в %, приведён в таблице:

Основные технологии сварки чугуна

Во многих отраслях нашего многогранного народного хозяйства применяются различные виды чугуна — серый, высокопрочный и ковкий. Используются они в строительных конструкциях, для изготовления ответственных деталей, которые применяются в машино-, авиа-, самолетостроении, железнодорожном транспорте, при изготовлении изделий и деталей сантехники и т.д.

Отличительная особенность этого материала заключается в высоком отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение и его хорошие антифрикционные свойства. Эти качества выделили чугун при изготовлении конструкций и деталей в особую категорию. Как и любые изделия, чугунные, в процессе эксплуатации могут выйти из строя или у них может износиться поверхность. Чаще всего возникает такой дефект, как трещины. И одним из методов восстановления работоспособности изделия являются сварка чугуна и его наплавка. Также с помощью сварки устраняют дефекты при производстве отливок из чугуна.

Чугуном называют сплав, состоящий их железа, углерода и других элементов, которые имеются в его составе или специально вводятся туда для придания ему тех или иных свойств, при этом количество углерода в нем может быть от 2,14 до 6,67%. Свойства чугуна зависят от следующих факторов:

структуры металлической основы;
включений графита – его количества, величины, формы и характера распределения.

Для придания жаростойкости, износостойкости, кислотостойкости и других особых свойств, при производстве чугуна в него вводят специальные добавки – никель, хром, молибден, алюминий, медь, титан и т.д., которые при введении определенного их процента и делают свойства чугуна особыми. Такие чугуны называются легированными.

Основные трудности при сварке чугуна

К ним относятся:

высокое содержание углерода (чем выше, тем хуже сваривается);
высокая жидкотекучесть;
возможность образования в процессе сварки тугоплавких окислов (их температура плавления гораздо выше температуры плавления самого чугуна);
склонность к появлению трещин (из-за неоднородности металла), пор (из-за выгорания в процессе сварки углерода).

Все это негативно сказывается на свариваемости и чугун справедливо считают материалом, который плохо поддается сварке. Особенно когда сварку производят дома и нет возможности узнать, какой же марки чугун сваривается. Многие судят о свариваемости чугунного изделия по его излому.

Если излом черный или темно-серый, то придется поднатужиться, чтобы восстановить первоначальные его свойства или вообще не заниматься сварочными работами, не имея специальных электродов и не зная тонкостей технологии.

Основные виды сварки

Специалисты используют 2 вида сварки чугуна – холодный способ и горячий. При холодной сварке необходимо применение электродов, специально предназначенных для сварки чугуна.

Можно сваривать чугунные изделия в холодном состоянии (без подогрева) с применением стальных электродов, изготовленных из низкоуглеродистой стали, но это требует больших усилий от сварщика и понимания им процессов, которые происходят в зоне сварки. Обусловлено этой свойствами чугуна. Металл после окончания сварки быстро охлаждается и это приводит к его хрупкости, что может вызвать появление трещин.

Кроме того, между швом и основным металлом образуется отбеленный чугун, а за ним следует закаленный, что может вызвать появление пор, которые являются недопустимыми дефектами.

При сварке холодным способом еще используют электроды, изготовленные из аустенитного чугуна и из цветных металлов.

Электроды изготовляют из прутков круглой формы, выполненных методом литья, марка применяемого чугуна при этом А или Б. Их диаметр лежит в пределах 4 ÷ 12 мм, при этом прутки Ø 4 мм имеют длину 250 мм, Ø 6 мм – 350, остальные имеют длину 450 мм. Прутки из чугуна марки А применяются при проведении газосварочных работ и являются материалом для изготовления стержней электродов, применяемых при сварке чугунных изделий горячим способом. Прутки марки Б помимо сварки чугуна в горячем состоянии, могут применяться для изготовления стержней электродов, которые используются при проведении сварки полугорячим и холодным способами.

Читать еще: Проверка сварочно технологических свойств электродов

Сваривать такими электродами можно только в одном положении — нижнем. Сила тока зависит от Ø электрода и находится в пределах 270 ÷ 650 А.
Из электродов, изготовленных из цветных металлов, при сварке чугуна используют медные электроды, изготовленные из монель-металла и из никелевого чугуна, имеющего аустенитную структуру.

Медные электроды рекомендуется применять для сварки изделий, которые должны иметь плотные швы и работающих при незначительных статических нагрузках. Их изготавливают из стержней меди Ø 3 ÷ 6 мм, обернутых стальной проволокой или лентой, имеющих низкое содержание углерода. На стержень наносят специальное покрытие — меловое или состоящее из сложного состава.

Такого же диаметра и длины изготавливают стержни из монель-металла (медно-никелевые) и никелевого аустенитного чугуна.Сварка может выполняться как на постоянном токе, так и на переменном.

Отбеливание чугуна и появление закалочных структур можно избежать, применив более продуктивный вид сварки – горячую. В зависимости от температуры предварительного подогрева изделия перед сваркой, различают следующие виды горячей сварки:

теплую (не более 200 0С);
полугорячую (нагрев в районе 300 ÷ 400 0С);
горячую (500 ÷ 600 0С).

В любом случае температура предварительного подогрева не должна превышать 650 0С, чтобы избежать структурных превращений в самой структуре чугуна.

Формовка места сварки (1-деталь, 2-формовка, 3-графитовые пластины)
A — несквозной раковины
B — облицовка графитовыми пластинами
C — недолива кромки

Этапы процесса проведения горячей сварки следующие:

подготовка изделия к сварке;
прогрев до необходимой температуры (в горне, муфельной печи, нагревательном колодце и т.д.);
сборку (с применением струбцин или прихваток) и установку изделия под сварку;
собственно сам процесс сваривания;
охлаждение (медленное).

Все виды горячих способов сварки требуют медленного охлаждения изделия или конструкции после проведения сварочных работ. Это позволит избежать нежелательного отбеливания чугуна, что делает его хрупким. Чаще всего изделие сразу после сварки отправляют в печь и там охлаждают, выключив печь. Иногда такое охлаждение может происходить сутками — зависит от габаритов изделия. В домашних условиях пользуются специальными средствами, которые защитят изделие от быстрого остывания (теплосберегающий материал, например, асбест, шлак, сухой кварцевый песок, древесный уголь).

Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Иногда сварку проводят переменным током, но только в том случае, если длина кабелей от сварочного трансформатора не большая, а напряжение холостого хода более 70 В.

Подготовка к сварке

Место, где будет производиться сварка, должно быть тщательно очищено от загрязнений, масел и других включений. Достигается это с помощью щетки, напильника, наждачной бумаги или болгарки. Масло удаляют с помощью растворителей (бензин, керосин и т.д.) или выжиганием пламенем газовой горелки. В зависимости от толщины свариваемых деталей делают одностороннюю, двухстороннюю, V- и Х-образную разделку кромок (под 90 0).

Разделку обязательно делают при толщине чугунного изделия свыше 20 мм, но иногда разделку кромок выполняют у деталей, толщина которых 4 мм им выше. Концы трещин, при их наличии, обязательно засверливают. Чтобы выявить концы трещин применяют травление слабыми растворами соляной или азотной кислоты (2 ÷ 6%).

В более сложных случаях, когда варят ответственные изделия, тяжелые и громоздкие, к которым предъявляются требования по прочности, используют болты или шпильки, которые ввертывают в подготовленные кромки обязательно в шахматном порядке. При этом диаметр шпилек (болта) не должен превышать 0,4 толщины детали, подвергающейся сварке. Шпильки (болты) должны обязательно вкручиваться так, чтобы выступать над поверхностью детали (не более 1,2 Ø шпильки или болта.) Изделия вкручиваются не только в местах разделки кромок, но и с каждой стороны детали (в один ряд). Между шпильками (болтами) расстояние тоже оговаривается и оно не должно превышать не 6 Ø шпилек.

Сварка чугуна с применением стальных шпилек
A — установка шпилек при V-образной подготовке кромок
B — обварка шпилек

Сварка далее проводится следующим образом. Каждая шпилька обваривается стальным электродом Ø 3 мм кольцевыми швами. Сварка ведется на малых токах и вразброс, во избежание перегрева. Затем вся поверхность все теми же кольцевыми швами покрывается слоем наплавленного металла толщиной, которая не должна превышать толщину чугуна.

Так как чугун обладает высокой жидкотекучестью, то для придания металлу нужной формы производят в некоторых случаях, формовку места сварки. Для этого пользуются графитовыми пластинками, скрепленными специальной формовочной массой, состоящей из кварцевого песка с жидким стеклом. Могут использоваться огнеупоры или другие аналогичные материалы. На производстве это определяется в нормативной документации. Для формовки могут применяться формовочные материалы, которые используются в литейном производстве.

Особенности сварки стальными электродами

Стальные низкоуглеродистые электроды применяются для сварки чугуна в виду их дешевизны и доступности. Ими допускается сваривать изделия неответственных деталей и при небольших дефектах. Но чтобы ими качественно варить, необходимо первый плакирующий слой в разделке выполнять электродами марки ЦЧ-4.

Применяя обычные электроды марки АНО-4, УОНИИ 13/45 и др. марок наиболее часто используемых при сварке электродов, используют еще и медную проволоку. Она наматывается прямо на электрод, при этом ее масса должна превосходить саму массу электрода в 4 ÷ 5 раз или она используется в качестве присадочного прутка.

Технология сварки чугунными электродами

Сейчас свободно можно приобрести специальные электроды по чугуну, выпускаемые различными производителями. В основном они изготовлены на основе железа, никеля, меди и представляют собой стержни из металла, покрытые тонким слоем обмазки. Выпускаются, как правило, по техническим условиям предприятия-изготовителя.

В состав обмазки входит железный порошок. К ним относятся электроды по чугуну марки ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, ОЗЧ-6, ОЗЖН-1, ОЗЖН-2, МНЧ-2. Диаметр выпускаемых электродов лежит в пределах 2 ÷ 20 мм, а длина их – 300, 350 и 450 мм. Все они имеют отличительную характеристику – с их помощью хорошо формируется сварочный шов. Многие из этих марок допускают соединение деталей внахлестку, встык, а также выполнять угловые соединения.

Читать еще: Сварка аргоном труб из нержавейки технология видео

Величина сварочного тока находится в прямой зависимости от Ø электрода и лежит в пределах 50 ÷ 600 А. Обычно сварочный ток выбирают в районе 50 ÷ 90 А на 1 мм Ø электрода. Сварку ведут небольшими валиками (не более 50 мм) с их последующим охлаждением до температуры 50 0С. В процессе сварки швы в обязательном порядке проковываются молотком, вес которого не должен превышать 1,2 кг. У молотка должен быть боек закругленого типа. И надо помнить следующее, что первый и последний слой в многослойной сварке не подлежат проковке, т.к. это может привести к появлению трещин.

Иногда сварку производят с помощью заплат. Для этого применяют вставки, изготовленные их чугуна или стали. Таким способом обычно заделывают пробоины в чугунной конструкции. Электроды при этом должны быть марки ОЗЧ-6.

Сварка чугуна неплавящимися электродами

Изделия из чугуна можно сваривать неплавящимися электродами (угольным, графитовым, вольфрамовым), но обязательно используя присадочный пруток — стержни или прутки из чугуна, содержащие такие металлы как никель, медь, алюминий и другие.

Зону шва в процессе сварки от вредного воздействия воздуха защищают с помощью флюса (буры) или инертного газа (аргона). Чаще всего используется такой вид сварки как сварка переменным током в среде аргона вольфрамовым электродом с применением никелевых прутков.

Особенности сварки чугуна аргоном

Сварка чугуна полуавтоматами с защитой газами (аргоном) позволяет получить швы высокого качества, особенно когда сварку производят инвертором. Обязательно проводится местный прогрев изделия до температуры не менее 300 0С. В качестве присадочного материала используются прутки, изготовленные из никеля. Иногда пользуются алюминиевобронзовыми прутками, но не для изделий, которые будут впоследствии подвергаться нагреву.

Более производительный вид сварки чугуна с помощью автоматов выполняется с применением порошковых проволок, специально разработанными специалистами для такой сварки. В них содержится полный комплекс специальных модифицирующих элементов. Они вводятся в виде лигатуры, основой которой является кремний. Каждая марка используется для проведения следующих работ:

ПП-АНЧ-1 — заваривания без предварительного подогрева небольших дефектов, при этом в дальнейшем поверхности не подвергаются механической обработке;
ПП-АНЧ-2 — заварки дефектов на изделиях большой толщины с предварительным подогревом и без него;
ПП-АНЧ-3 — заварки дефектов самых различных размеров с предварительным подогревом до высокой температуры (горячая сварка);
ПП-АНЧ-5 – ремонтной сварки изделий из высокопрочного чугуна с предварительным подогревом;
ППСВ-7 – заварки дефектов на отливках.

Газовая сварка чугуна

Применяется только для осуществления ремонтных работ. В качестве присадочного металла используют прутки, изготовленные из латуни. Это позволяет получить сварной шов необходимой плотности. Кроме того, такой шов хорошо поддается механической обработке.

Присадочным металлом служит сварочная проволока марки Св-08 и Св-08А, стержни из чугуна марки А. Непосредственно перед сваркой разделанные кромки детали прогревают, а затем засыпают из флюсом. Выбор наконечника горелки зависит от толщины свариваемых деталей. При толщине до 5 мм необходимо использовать наконечник № 3 или 4, от 5 до 10 мм — № 4 или 5, от 10 до 15 мм – № 5 или 6, а металл толщиной свыше 15 мм сваривают с помощью наконечника № 6 или 7. Расход ацетилена может колебаться от 50 до 75 л/ч на 1 мм толщины детали.

В процессе сварки сварочную ванну постоянно помешивают концом прутка и туда же периодически подсыпают флюс. Флюс может состоять на 100% из буры или быть многокомпонентным (сода, поташ, бура, поваренная соль и борная кислота в различных количествах). Эти же флюсы применяются и при пайке чугуна.

Горячая сварка чугуна. Полугорячая сварка чугунных изделий

Отличие горячей сварки чугуна от полугорячей

Технология и особенности свариваемости чугуна горячим способом

Предварительный подогрев при горячей сварке чугунных изделий

Читать еще: Технология сварки чугуна электродами

Электроды для горячей сварки чугуна

Как заварить чугун электродом в домашних условиях

Срок службы чугуна вдвое больше чем у стали, однако из-за высокого содержания углерода ремонт обычной электросваркой деталей из этого материала неэффективен. В месте соединения образуются микротрещины, а на шве — поры. В промышленности эта проблема решается специальной подготовкой, которая неприменима для сварки чугуна в домашних условиях. Однако создание прочных соединений возможно и при самостоятельном ремонте с использованием электродов для сварки чугуна.

Особенности сварки чугуна

Установлено что сварку серого чугуна с мелкодисперсной структурой производить проще, чем крупнозернистого металла тёмного оттенка. Детали длительное время контактировавшие с маслом или подвергавшиеся окислению сварке не поддаются. Чугун относится к материалам с ограниченным свариванием, поэтому при работе учитываются его особенности:

из-за высокой текучести в жидком состоянии сварка осуществляется преимущественно в нижнем положении;
образование пор в местах выгорания углерода;
из-за низкой пластичности при нарушении температурного режима возникают внутренние напряжения, создающие трещину на шве;
при расплавлении в чугуне образуются окислы с температурой плавления выше, чем у него.

Методы сварки

Для создания прочных швов разработаны три способа:

Технология горячей сварки сложна, но практически исключает образование трещин. Выполняется с предварительным подогревом до температуры 600 — 650⁰C при последующем медленном охлаждении. На производстве эта процедура выполняется на индукционных установках. Некоторые новички сомневаются можно ли варить чугун этим способом самостоятельно. Это реально, если для нагрева воспользоваться горном, газовой горелкой, паяльной лампой, а для медленного охлаждения горячим песком.
Полугорячая сварка аналогична предыдущему способу, но температура нагрева 300 — 350⁰C.
Холодную сварку осуществляют специальными электродами без предварительного подогрева деталей. Однако чтобы заварить чугун этим способом необходимо учитывать технологические особенности материала.

Выбор электродов для сварки чугуна

При холодной сварке чаще всего пользуются недорогими электродами ОЧЗ с индексом от 2 до 6. Основой являются медные стержни со специальной обмазкой. Марка МНЧ-2 применяется для наплавки металла, для изготовления стержней применяется сплав, в который добавляется никель, марганец, железо, медь. Эти электроды дефицитны и стоят дорого. К более дешёвым относятся ЦЧ-4 и ОЗЖН-1.

В зависимости от марки электродов и диаметра выбирается сила тока:

При отсутствии заводских делают самодельные электроды, используя медные стержни нужного диаметра. Для покрытия берётся обмазка, сколотая со стальных электродов. Её размельчают, добавляют такой же объём железных опилок и смешивают с жидким стеклом до густоты сметаны.

Стержни зачищаются, обезжириваются и вертикально опускаются в смесь. После неспешного извлечения, чтобы успело стечь лишнее, должен образоваться слой толщиной 1,5 — 2 мм. Установленные вертикально электроды сушат сначала без нагрева, а затем в духовке при 250⁰C.

Чугун можно заваривать обычным электродом после навивки на него медной проволоки диаметром от 0,5 до 2,0 мм. Наматывать начинают с рабочего конца, плотно укладывая витки на обмазку без зазоров между ними. Вес проволоки должен быть в 4 — 5 раз больше массы стального сердечника.

Независимо от того какими электродами варится чугун нужно соблюдать следующие условия:

сварка ведётся швами длиной 3 — 5 см с перерывами;
прерывистый режим позволяет избежать недопустимого нагрева участков выше 80⁰C;
подключение полярности обратное.

Технология сварки чугуна электродом

В зависимости от вида дефектов и возможностей применяются несколько вариантов. Сварку чугуна электродом в домашних условиях осуществляют многослойным способом. С краёв соединяемых толстостенных деталей болгаркой снимаются фаски под углом 45⁰. При заделке трещины её углубляют тонким диском, а на концах просверливают отверстия. Такая подготовка обеспечит лучшее заполнение дефекта расплавленным металлом.

Затем, используя специальный электрод, наплавляется первый слой участками по 3 — 5 см. Сваривать начинают с концов соединения, чтобы получилась ванночка. Если есть возможность, аналогично обрабатывают дефект с обратной стороны детали. Следующие слои, ещё горячие, проковываются молотком с закруглённым бойком.

Поскольку специальные электроды стоят дорого их иногда заменяют обычными. Однако их использование возможно только для наплавления последующих после первого слоёв. Сварка чугуна электродами по стали обходится дешевле, но надёжность такого соединения невысокая. Поэтому не рекомендуется применение в ответственных случаях.

Электродами, сделанными из чугуна, пользуются для устранения изъянов на изделиях после отливки. Для повышения качества применяется полугорячий метод. Для работы возможно использование аппаратов переменного и постоянного тока. Его величина рассчитывается исходя из величины диаметра электрода. На каждый миллиметр добавляется 50 — 60 А.

Чтобы сварить чугун в среде инертного газа неплавящимся электродом необходимы большие денежные и временные затраты, а качество улучшается незначительно. Поэтому такая технология домашними мастерами применяется редко.

Сварка чугуна по шпилькам

Так как заварить чугун с крупнозернистой структурой многослойным способом не всегда удаётся, соединение осуществляется с помощью установки шпилек с резьбой. Их размещают в шахматном порядке по краям соединяемых частей. Размер шпилек выбирается, руководствуясь рекомендациями:

по диаметру не более 0,3 — 0,4 толщины детали, максимальный — 12 мм;
вкручиваются на глубину 1,5 своего диаметра, но не больше 0,5 толщины материала;
длина выступающей над поверхностью части — 0,75 — 1,2 диаметра шпильки.

После установки по периметру шпилек наваривается несколько слоёв металла. Чтобы избежать перегрева наплавку производят попеременно на разных концах. В завершение металл вокруг шпилек соединяется одним или несколькими швами.

Заключение

Имея инвертор и зная, как правильно варится чугун электросваркой, можно оперативно делать ремонт самостоятельно. Для этого необязательно покупать специальные электроды, их успешно заменят самодельные. При отсутствии опыта желательно сначала потренироваться на ненужных чугунных изделиях. При сварке следует помнить о недопустимости перегрева участков свыше 80⁰C, поэтому спешить не надо.

0 0 голоса

Рейтинг статьи