Чугун является сплавом железа и углерода, однако его структура усложняется наличием различных легирующих примесей. От состава и количественного соотношения этих примесей зависит сорт чугуна. Традиционно принято выделять белые и серые сплавы. Название им присвоили по оттенку, который получается на изломе. В белом чугуне углерод присутствует в виде цеменита. Так как материал достаточно хрупкий, то он практически не поддается обработке. Тем не менее, белый чугун отличается прочностью.
В производстве такой сплав применять не рационально. Усугубляет ситуацию тот факт, что сварке он практически не подлежит.
Белый чугун становится сырьем для ковкого чугуна. Для этого материал отливают, а затем подвергают длительной термообработке. При этом температура среды может достигать тысячи градусов. Ковкий чугун нашел свое применение в технике и строительстве. Его используют там, где приходится противостоять высоким ударным нагрузкам. Практическое применение подобного сплава привело к необходимости разработки процесса его сварки. Повышают прочность чугуна посредством внесения в его состав легирующих добавок. Такие сплавы применяют в машиностроении.
Серый чугун имеет более выраженное зернистое строение и на изломе характерен серебристо-серым цветом. Углерод, входящий в состав серого чугуна, присутствует в нем в виде графита. Такой сплав подлежит обработке обычным режущим инструментом. Благодаря этому свойству серый чугун нашел применение во многих отраслях. Кроме того, он обладает прекрасными литейными свойствами, устойчив к вибрационным нагрузкам. К недостаткам можно отнести хрупкость и недостаточную прочность (по сравнению с белым сплавом).
Особенности
Процедура сварки вполне определена даже в домашних условиях, однако физические и химические свойства сплава становятся причиной возникновения некоторых специфических особенностей, сопровождающих процесс. Об этих особенностях должен знать каждый, кому предстоит такая работа, как сварка по чугуну.
- Низкая удельная теплоемкость сплава обуславливает высокую скорость остывания после сварки. Наблюдается такой эффект, как «отбеливание». Это появление на поверхности шва тонкого слоя белого чугуна. Он, как уже известно, тяжело обрабатывается и обладает повышенной хрупкостью.
- Необходимо с большой точностью выбирать температурный режим. В противном случае наступит перекалка сплава, что чревато образованием трещин.
- В сварочной ванне при плавлении металла образуются газы. После кристаллизации сплава в зоне формирования шва могут возникнуть множественные поры.
- Высокая текучесть – основное физическое свойство чугуна, усложняющее работу мастера и ограничивающее выбор направления ведения сварки.
- Неравномерное охлаждение сварочной ванны часто приводит к образованию трещин.
- Некоторые соединения, вступая в реакцию с кислородом, образуют на поверхности сплава оксидную пленку, в результате чего появляются непроваренные зоны.
И все же, несмотря на представленные нюансы, существует несколько распространенных способов сварки чугуна, применяемых в ремонтных работах, при изготовлении чугунных изделий или при исправлении дефектов литья. Качество выполненных работ напрямую зависит от теоретических знаний сварщика. Он должен определить, чем можно варить тот или иной сплав.
Подготовка поверхностей
Этап подготовки чугунных поверхностей и разделки кромок нельзя исключить из технологии сварки, так как от него зависит надежность и качество будущего шва. Если предстоят работы по заделыванию трещин, то необходимо помнить, что они локализованы в гораздо большей области, чем кажется при визуальном осмотре. Именно поэтому важно разделать трещину на максимальную ее глубину. Существуют два способа разделки.
- Механический способ включает в себя шлифование и вырубку.
- Под термическим способом подразумевается резка или кислородно-дуговая строжка.
Линейные размеры области разделки должны на несколько миллиметров превышать размеры трещины. Примерный отступ с обеих сторон обычно составляет 5-6 мм. Разделанная поверхность кромки плавно переходит в поверхность детали. Несквозные трещины разделываются так, чтобы глубина разделки на пару миллиметров превышала реальную глубину трещины. На плоскости по краям трещины следует произвести сверления. При отсутствии такой возможности придется вырезать отверстия любым доступным способом, а края закруглять.
Важно не только очистить поверхности кромок, но и правильно выбрать скосы. Плоскости кромок должны находиться друг к другу под углом 45° градусов. В противном случае есть риск столкнуться с неравномерным нагревом детали по толщине. После того, как выбраны кромки, края следует обточить и закруглить. Зачищать поверхность заготовки удобно наждачной бумагой, шлифовальной машиной или металлической щеткой. Допускается также применять пламя горелки для обжига загрязнений. Перед началом сварки, особенно если дело касается тонкостенных изделий, готовятся графитовые подкладки. Они выполняют теплоизоляционную функцию, а также предотвращают растекание расплавленного металла.
Способы
Если рассматривать все разработанные технологии по сварке чугуна, то их можно насчитать около десятка. Но в тривиальной классификации выделяют три принципиальных способа. Первый способ, более известный, как горячая сварка, чаще всего встречается в промышленности и на производстве. Он сопряжен с предварительным разогревом заготовки до температуры 600-650°C градусов.
Естественно, в домашних условиях таких значений получить невозможно. Лишь только с использованием специального оборудования удается нагревать чугун перед сваркой. Целью этого этапа служит исключение появления трещин при сварке. Важно равномерно разогреть детали. Если возникнет градиент температур, то это неизбежно приведет к разломам. Перед нагреванием составные части закрепляют, чтобы внутри металла не возникало механических напряжений. Температурный режим строго выдерживается. Увеличение температуры может привести к плавлению материала.
Предварительный нагрев заготовок до температуры 400°C градусов характерен для полугорячей сварки. Так как подобные условия можно создать не только на производстве, но и в быту, данная технология более распространена в мелких ремонтных мастерских или у частных мастеров.
Способ сварки без предварительного нагрева называется холодным. К холодной сварке прибегают при ведении мелких бытовых работ. Специального оборудования для этого не требуется, а характер ремонта обычно временный. Причиной тому является невысокое качество соединения.
Ручная дуговая сварка
Сварка чугуна в режиме MMA может проходить с предварительным нагревом, частичным нагревом или без него. Простыми словами, доступна горячая, полугорячая и холодная сварка. Для каждого способа определены свои специальные электроды. При ведении сварки горячим способом следует придерживаться такого алгоритма:
- подготовка поверхности и разделка кромки;
- нагрев детали;
- непосредственный процесс сварки;
- охлаждение детали.
Ручная дуговая сварка чугуна осуществляется угольными или плавящимися электродами. К плавящимся расходникам можно отнести электроды на медной или никелевой основе, а также чугунные стержни. Для ковкого чугуна подойдут электроды марки ОЗЧ-2 или ОЗЧ-6. Сюда также можно отнести распространенные марки МНЧ-2 и ЦЧ-4. Серый чугун будет вариться электродами ОЗЖН-1, ОЗЖН-2, а также упомянутыми выше ОЗЧ-1, ОЗЧ-6, ОЗЧ-4 и МНЧ-2. Для сплавов высокой прочности подойдут те же марки и еще электроды ОЗЧ-3.
Процесс сварки в режиме ММА характерен тем, что шов накладывается непрерывно. Еще необходимо отметить высокое значение силы тока. Информация о том, какой тип тока применим к каждой марке электродов, содержится в их описании. Угольные электроды предполагают только сварку постоянным током.
Ручная дуговая сварка чугуна, несмотря на свою кажущуюся относительную простоту исполнения, обладает рядом недостатков. Простота заключается только в описании, на самом же деле этот процесс очень трудоемкий. Необходимо обладать большим опытом, чтобы обеспечить непрерывное формирование шва. При этом всегда следует помнить о том, что неравномерное нагревание может повредить заготовку. При расчете затрат времени оказывается, что ММА сварка чугуна проходит медленнее, чем ее другие виды, да и себестоимость такого процесса немалая. Но если к качеству и прочности шва не предъявляется особых требований, то самым оптимальным видом работ будет холодная или полугорячая сварка чугунными или стальными электродами.
Полуавтоматическая
Под полуавтоматической сваркой будем понимать сварку чугуна в среде инертного (MIG) или активного (MAG) газа. Принцип такой сварки схож с принципом ручной дуговой сварки. Здесь в зону формирования шва подается проволока. Она играет роль присадки, плавится и образует соединение кромок. Но без газа расплавленный металл будет вступать в реакцию с атмосферным воздухом. Инертный химически не активный и, с другой стороны, вытесняет кислород, образуя защитную зону.
Горячая сварка MIG/AG ведется в том случае, когда к параметрам шва предъявляются высокие требования. Эти требования связаны с прочностью и устойчивостью к механическим воздействиям. Для большего эффекта мастер должен обеспечить постепенное охлаждение чугуна. Чем меньше температура предварительного нагрева, тем меньшей прочности получается шов. В соответствии с этой закономерностью определяют область применения полугорячего метода и холодной сварки. Для режимов полуавтоматической сварки они вполне определены, но применяются только тогда, когда свариваемые детали не будут испытывать серьезных нагрузок при эксплуатации. К достоинству сварки MIG можно отнести более высокую производительность, особенно если подача проволоки происходит в автоматическом режиме.
Аргонодуговая
Даже если не брать во внимание сложности, связанные со сваркой чугуна, работа в режиме TIG (аргонодуговая сварка) отличаются сложностью и затратностью. Аргон выступает в роли защитного газа, препятствующего попаданию атмосферного воздуха в зону сварки. Но в отличие от полуавтоматического режима, режим TIG подразумевает использование неплавящихся вольфрамовых электродов. Аргонодуговая сварка возможна при выполнении ряда требований.
- Сварка ТИГ также требует предварительного нагревания изделий.
- Процесс ведется при небольших значениях переменного тока.
- Шов накладывается небольшими участками, что позволяет контролировать равномерное распределение температуры.
- Швы необходимо проковывать, чтобы снять излишнее внутреннее напряжение.
Газовая
Перед ведением газовой сварки чугунные изделия подлежат более длительному нагреванию. Необходимость данного этапа все та же, но параметры температуры несколько иные. Кромки разделываются так, чтобы угол между ними составлял 90° градусов. Но такая подготовка необходима только при толщине листов, превышающих 4 мм.
В обязательном порядке должен присутствовать присадочный материал. Он выполнен в виде чугунных прутков, диаметр которых рассчитывается для каждого случая в отдельности. Обычно пользуются такой формулой: толщина изделия, деленная на 2. Флюс насыпают в сварочную ванну, но им могут быть покрыты прутки. Флюс защищает расплавленный металл от окисления, повышает сплавляемость, повышает текучесть.
Естественно, для газовой сварки чугуна доступно лишь нижнее положение выполнения работ. После сварки деталь покрывается слоем асбеста, препятствующего выходу тепла, так обеспечивается медленное остывание чугуна.
Электрошлаковая
Электрошлаковая сварка уместна при соединении чугунных изделий большой толщины. При этом получается качественный шов без «отбеливания». Данная технология практически единственно возможная при необходимости наплавления большой массы чугуна. Примером может служить исправление дефектов в массивных изделиях.
В качестве расходного материла выступают электроды, выполненные в виде чугунных пластин, и специальный флюс. К сожалению, ЭШС возможна только на производственных предприятиях. Что же касается сварки в домашних условиях, то наиболее оптимальным вариантом остается сварка MMA, MIG и MAG.
