Сварка чугуна: технологии и способы

При заварке длинных трещин важно заранее установить прихватки. Это делается с целью предотвратить деформацию изделия, которая может возникнуть при его нагреве. Места сварки следует чередовать, а также варьировать направления хода, чтобы избежать локального перегрева, что является распространенной проблемой в процессе сварки.

Как сварить чугун обычным электродом в домашних условиях

Чугун — это сплав железа и углерода, который также может содержать примеси и разнообразные легирующие добавки. Этот металл находит широкое применение в промышленности при создании несущих конструкций и элементов. В большинстве жилых строений чугун используется для изготовления канализационных стояков и радиаторов отопления.

Высокое содержание углерода усложняет процесс соединения деталей из чугуна как между собой, так и с другими металлами. Нарушение технологических требований может привести к перекалке, что, в свою очередь, увеличивает хрупкость металла. Поэтому перед тем как приступить к соединению чугунных конструкций, необходимо тщательно изучить, как правильно сварить чугун электросваркой, а также ознакомиться с необходимыми материалами и технологией проведения работы.

Виды чугуна

Чугун включает не только углерод (в количестве от 2 до 6%), но также содержит марганец (до 1%), кремний (до 3%), а также примеси, например, фосфор, серу и легирующие добавки — алюминий, ванадий, хром, магний, никель и другие компоненты. Легирующие вещества придают этому материалу твердость, прочность и пластичность, что зависит от той области применения, для которой предназначен металл.

Электросварка чугуна производится с учетом формы и содержания углерода, который может находиться в виде графита или цементита. На основании этих свойств чугун делится на несколько типов:

• Белый чугун: его поверхность излома имеет светлый цвет, так как углерод в этом металле представлен в форме цементита. Обработка такого вещества представляет собой сложную задачу из-за его высокой твердости.
• Серый чугун: углерод представлен в виде графита, а поверхность излома имеет серый оттенок. Этот тип чугуна поддается механической обработке и обладает хорошими литыми свойствами.
• Ковкий чугун: этот материал изготавливается путем термической обработки белого чугуна и широко используется в машиностроении.
• Полуторачубный чугун: это сплав с углеродом как в цементите, так и в графите, что обеспечивает ему высокую износостойкость.
• Высокопрочный чугун: благодаря наличию шаровидного графита, этот материал обладает высокой прочностью. Он используется для производства качественных труб для нефтепроводов и водопроводов.

Способы сварки чугуна

Сварка чугуна может быть произведена несколькими методами.

1. Горячая сварка чугуна: как становится очевидно из названия, этот метод подразумевает предварительный нагрев обрабатываемых деталей. Это значительно снижает вероятность появления трещин в шве. Рекомендуемая температура нагрева достигает 500–650°C. Такой подход чаще встречается в промышленных условиях, поскольку добиться этого в домашних условиях бывает затруднительно. Важно использовать прямую полярность и высокие токи.
2. Тепловая сварка: этот метод подразумевает более низкую температуру нагрева, достигающую 350°C, что вполне осуществимо в домашних условиях. Главное требование — следить за равномерным нагревом зоны шва и всей детали, а также за правильным охлаждением. Этот способ подходит для высокопрочных чугунов.
3. Холодная сварка: наиболее доступный способ для людей, работающих в домашних условиях. Нагревать металл не требуется, или же его достаточно слегка подогреть до 50–60°C. Такой минимальный нагрев будет способствовать предотвращению конденсации, если металл был ранее охлажден, а также позволит просушить поверхность, чтобы избежать насыщения водородом из воздуха. Холодная сварка осуществляется с использованием минимального тока, а горелка подключается на обратную полярность. Важно следить за тем, чтобы метал оставался в допустимых температурах, делая сварочные швы не длиннее 5 см и делая перерывы в работе для охлаждения.

Основные методы

Существует два ключевых метода сварки: укрепление зоны сплавления с помощью стальных шпилек и многослойная сварка с проковкой каждого слоя.

Использование шпилек для усиления шва

При необходимости заделать трещину на детали из чугуна часто применяют технологию с использованием шпилек. Данный метод удобно использовать для ремонта больших объектов, так как он не требует их демонтажа или переворачивания.

Сначала необходимо высверлить отверстия по краям детали и вставить стальные шпильки, что значительно усилит соединение. Далее с помощью электрода вокруг каждой шпильки наваривается металл до полного закрытия шпилек под наплавами. Рекомендуется использовать электрод толщиной 3 мм и выставить ток в диапазоне 100–120 А. Более низкий ток требуется для минимизации нагрева и глубины расплавления чугуна, что снижает риск растрескивания. Заключительный шов выполняется с помощью более толстого электрода с увеличением сварочного тока до 120–140 А.

Следует отметить, что применение шпилек или ввертышей требует строгого соблюдения технологических ограничений. Например, их диаметр не должен превышать 40% толщины заготовки. Для заготовки толщиной 12 мм толщина шпильки должна быть от 3 до 4 мм. Выступать над поверхностью заготовки шпилька должна не более чем на 4–6 мм, а глубина ввертывания составляет около полутора диаметров шпильки. Количество шпилек на шов рассчитывается так, чтобы расстояние между ними не превышало шести диаметров.

Многослойная сварка

В данной технологии первостепенное значение имеет тщательная очистка металла и придание краям заготовок сферической формы. Первый шов выполняется от одного края заготовки до другого, затем в процессе его охлаждения его необходимо легко проковать молотком. Перед нанесением следующего слоя предыдущий должен полностью остыть. Если это возможно, деталь переворачивается для работы с другой стороны, после чего возвращается в исходное положение для нанесения второго слоя сверху. Таким образом, слой за слоем при помощи наплавок соединяется весь шов. Важным этапом является проковка каждого слоя, а также соблюдение пауз, чтобы предотвратить перегрев металла.

Предварительная подготовка изделий

Перед началом сварки чугуна в домашних условиях важно правильно подготовить детали и узлы к процессу сварки:

• зачистите и обработайте свариваемые кромки;
• фрезерованием или высверливанием удалите дефекты на краях до чистого металла;
• очистите, обезжирьте и высушите рабочие поверхности.

Для предотвращения перекаливания свариваемые кромки следует обработать специализированным инструментом под углом 45º. Такой подход способствует равномерному нагреванию рабочей поверхности.

Обезжиривание производится с использованием бензина, ацетона или других органических растворителей, а сильно загрязненные участки обрабатываются пламенем горелки.
Трещины потребуется обработать до всей глубины, чтобы обеспечить достаточную проварку металла. Длина разделки должна превышать дефектный участок на 5–6 мм с обеих сторон. Концы трещин необходимо засверлить или вырезать и закруглить.

Для тонкостенных деталей укладываются графитовые подкладки, которые помогут избежать вытекания расплавленного металла. Они подержат нагретую зону и помогут сохранить форму детали.

Сварочные аппараты

Назначение сварочного оборудования состоит в понижении напряжения электрического тока, что позволяет увеличить его силу до необходимого уровня для сварки. Процесс может осуществляться с помощью сварочных аппаратов, таких как трансформаторы, выпрямители или инверторы.

В зависимости от технологии сварки, аппараты подразделяются на:

• ручной дуговой MMA;
• полуавтоматический MIG-MAG;
• аргонодуговой TIG;
• точечную;
• плазменную;
• газовую.

Сварка чугуна с использованием обычного электрода наиболее эффективно осуществляется с помощью инвертора. У этого типа оборудования есть значительные преимущества перед аппаратами других классов:

• обеспечивает стабильность тока при колебаниях напряжения сети;
• позволяет плавно регулировать режим работы;
• при длительной работе на максимальном режиме происходит автоматическое отключение;
• предусмотрена защита от перегрева и изменения сетевых параметров;
• возможность микропроцессорного управления и программирования технологических процессов сварки;
• обеспечение стабильности и поддержания параметров дуги на одном уровне несмотря на внешние воздействия;
• возможность сварки покрытыми электродами любых марок как на постоянном, так и на переменном токе;
• качественное формирование сварного шва;
• возможность сварки металлов даже с ограниченной свариваемостью.

Бытовой инвертор является компактным и легким прибором, но не предназначен для длительного использования, и его производительность ограничена.

Как подготовить чугунные детали и выполнять сварку

Чтобы минимизировать риск образования пор в шве, рабочую зону детали необходимо тщательно очистить от загрязнений, повреждений и обезжирить. Выжигать масло и графит из области сварки можно с помощью дуговой строжки и специализированных электродов. Эти же электроды используются для подготовки кромок и разделки трещин под углом от 60º до 70º — предпочтительными формами являются U- и V-образные. Если специальных электродов нет, можно выполнить разделку болгаркой, а конце трещины рекомендуется засверлить для предотвращения дальнейших дефектов.

При работе с чугуном в холодном состоянии в домашних условиях следует учесть несколько ключевых правил:

• проводите сварку на постоянном токе с обратной полярностью, чтобы избежать перегрева зоны сварки;
• реализуйте сварку в нижнем положении, чтобы избежать сильного растекания сварочной ванны;
• держите электрод под углом назад примерно 90° и накладывайте валики, избегая поперечных колебаний;
• не допускайте сильного нагрева зоны сварки, так как это может изменить структуру чугуна — максимальная температура, которую можно вытерпеть при прикосновении рукой, должна являться ориентиром;
• используйте короткую дугу и выполняйте продольные швы длиной 20–30 мм;
• проковывайте шов после каждого прохода с помощью зубила или любого другого инструмента с округлым бойком, чтобы снять усадочные напряжения;
• прежде чем переходить к следующему проходу, тщательно очищайте шлак и дожидайтесь полного остывания зоны сварки, чтобы избежать ее перегрева.

Выбор тока должен соответствовать рекомендациям для используемых электродов для сварки чугуна.

При работе не забывайте соблюдать правила безопасности: обеспечьте хорошую вентиляцию, используйте маску и защитные перчатки. Сварка чугуна требует внимательности и аккуратности, процесс ведется без спешки. Швы и наплавки, как правило, многопроходные. Не забудьте охладить детали после завершения работы.

Какие электроды применяют для сварки чугуна

Выбор параметров и расходных материалов для сварки чугуна определяется его ограниченной свариваемостью. Можно использовать как электроды с основным покрытием, так и специализированные. Рекомендуются следующие типы:

Медно-никелевые электроды, которые подходят для соединительной сварки, предварительной наплавки и устранения дефектов литья серых чугунов. Это электроды подходят для технологий как холодной, так и горячей сварки, не образующие структур с высокой твердостью после нагрева и быстрого охлаждения. Таким образом, риск появления холодных трещин минимален.

Эти электроды отлично действуют при выполнении коротких соединений и в работе с тонкостенными деталями, обеспечивая небольшую глубину проплавления и требуя качественной проковки шва.

Электроды из железоникелевого сплава применяются в профессиональной ремонтной сварке, наплавке и для работы с нагруженными деталями. Наплавленный металл шва отличается высокой прочностью и стойкостью к горячим трещинам. Шлак легко удаляется, а шов поддается механической обработке.

Эти электроды подходят как для однородной, так и для разнородной сварки чугуна с низколегированными сталями. Они могут использоваться как в холодном режиме, так и с предварительным подогревом.

Электроды, специально предназначенные для профессиональной сварки серых и высокопрочных чугов, содержат значительное количество графита. Это содержание в металле шва позволяет получить соединения нужного качества.

Электроды рекомендованы для сварки с подогревом, но также могут применяться и при заваривании холодного металла. Они подходят для работы с горелыми и замасленными чугуном: обеспечивают соединения, создание промежуточных слоев, разнородные наплавки.

Железоникелевые электроды с высоким содержанием графита в покрытии также могут использоваться для соединительной сварки и ремонта как в холодном, так и с легким подогревом. Они обеспечивают стабильность наплавленного металла и стабильный переход капель, что упрощает удаление остывшего шлака.

Эти электроды подходят как для серых и ковких чугунов, так и для деталей из высокопрочных сплавов, подверженных высоким нагрузкам и толстостенным элементам.

Специальные электроды для сварки чугуна обеспечивают упрочняющую наплавку и ремонт. Они предназначены для деталей, работающих в условиях высокого абразивного износа. Наплавленный металл состоит из аустенитного металла, стойкого к коррозии и высоким температурам.

Для работы с такими электроды требуется предварительный подогрев и межпроходной подогрев. Наплавленный слой характеризуется высокой твердостью, стойкостью к абразивным воздействиям и агрессивным веществам.

Наши консультанты в интернет-магазине помогут вам выбрать электроды для сварки чугуна в зависимости от ваших потребностей, а также объяснят нюансы процесса сварки.

Похожие статьи

Сварка нержавейки электродом

Материалы из нержавеющей стали пользуются популярностью благодаря своим свойствам, таким как коррозионная стойкость и долговечность. Поэтому часто возникает необходимость в их сваривании. Однако, при работе с нержавейкой существуют определенные тонкости, которые мы и рассмотрим в данной статье.

Маркировка электродов для сварки

Стержневые электроды применяются в процессе ММА и TIG сварки. В методе ММА защиту от атмосферы обеспечивает сам электрод, который фактически служит не только сварочной присадкой. В его покрытии содержится шлак или защитный газ, который предотвращает попадание кислорода, водорода и азота в сварочную ванну. В процессе TIG используется присадочная проволока и инертный газ, чаще всего аргон, который изолирует ванну от атмосферы.

Как правильно вести электрод во время сварки

Рассмотрим подробно, как правильно вести электрод при сварке с использованием инвертора, а также на что влияют угол наклона, длина дуги, скорость и направление сварки.

Маркировка электродов

Маркировка сварочных электродов предоставляет информацию о трех основных аспектах:

• химический состав;
• первичное предназначение;
• серийный номер изделия.

Когда вы видите обозначение, такое как МНЧ-2, можно с уверенностью сказать, что это медно-никелевый (МН) электрод второй марки. Данная серия может содержать и другие аналогичные изделия, но их состав может значительно различаться. Однако маркировка может быть достаточно сложной и детализированной.

Рассмотрим пример модель Э46-ЛЭЗС-УД-Е431 (3) РЦ13. Первые символы Э46 показывают, что сопротивление разрыву составляет 46 кгс на 1 мм². Вторая часть маркировки указывает на производителя. Последние цифры обозначают диаметр инструмента. Сокращение УД говорит о возможности использования электродов для углеродных и слаболегированных сталей. Буквы РЦ показывают, что присутствует толстое рутилово-целлюлозное покрытие.

Специалисты указывают, что для сварки чугунных коллекторов целесообразно использовать маркировку ЦЧ-4. При этом толщина коллекторов колеблется от 3 до 5 мм. Процесс сварки возможен при выполнении работ в нижнем положении. В зависимости от толщины электрода будет использоваться соответствующая сила тока:

Для большинства операций по сварке различных чугунных деталей, маркировка МНЧ-4 является обычной практикой. Сварные швы, полученные с использованием данного электрода, отличаются хорошими характеристиками. Следует учитывать вид обмазки и толщину используемого электрода. Кроме вышеупомянутых марок, могут быть использованы и другие типы электродов. Горячую сварку чугуна, как правило, ведут с помощью марки ЦЧ-4.

Если же металл подвергается слабому нагреву, рекомендуется использовать ОК 92.18. Эти электроды подходят как для переменного, так и для постоянного тока. В то же время, использование ЦЧ-4 для холодной сварки чугуна (это тоже возможно) предполагает использование обратной полярности. Важно, чтобы детали находились в нижнем положении. Большинство сварщиков предпочитает электродные марки, соответствующие ГОСТ 2671.

Большинство таких изделий имеют меловое покрытие, однако у марок ОМЧ-1 и некоторых других используются специальное покрытие. Также могут применяться:

• электроды на угольной основе;
• УОНИ и АНО (изготавливаемые из стали);
• электроды с чугунным стержнем.

Варить тонкий чугун в холодном состоянии рекомендуется с использованием ОЗЧ-6. Данный инструмент показывает отличные результаты, когда детали расположены вертикально или находятся в нижнем положении. Для ответственных деталей предпочтительнее использовать маркировку МНЧ-2. Эта марка электродов помогает устранить дефекты, возникающие в процессе отливки металла, а также используется в наплавочных работах.

С помощью указанных выше электродов вполне реально создать прочный и надежный шов. Работа может выполняться как в нижнем, так и в вертикальном положении. Некоторые опытные сварщики решаются на сварку в потолочном положении. Рекомендуется использовать токи с обратной полярностью. В некоторых случаях наплавка чугуна без предварительного нагрева может быть выполнена с использованием ОЗЖН-1.

Этот вид электродов подходит даже для серьезных работ, когда имеются крупные дефекты. С их помощью можно наплавить значительный объем металла. Оптимальными являются вертикальное и нижнее расположение деталей. Специалисты подчеркивают необходимость использования постоянного тока с обратной полярностью.

В заключение стоит отметить инструмент ОЗЧ-2, который также иногда используется в процессе холодной сварки чугуна.

Технология

Рассмотрим технологические особенности сварки чугуна с использованием электродов.

Подготовка

При работе с чугуном в домашних условиях подавляющее внимание необходимо уделить предварительному этапу подготовки. Это крайне важно, поскольку именно на этом этапе зависит возможность возникновения дефектов в будущем. Трещины в металле могут быть глубоки с тонкой структурой, поэтому их следует обрабатывать максимально глубоко. Применяются следующие варианты разделки:

• вырубка;
• шлифовальные работы;
• дуговая строжка;
• кислородная подготовка;
• термическая резка.

Вне зависимости от выбранного метода, трещины необходимо разделывать на 5–6 мм шире их границ. Выводить на поверхность следует плавно. Глубина разделки для сквозной трещины должна быть на 1–2 мм меньше, чем толщина обрабатываемого изделия. Для работы с глухими трещинами глубина разделки должна превышать нижнюю точку залегания на 1-2 мм.

Рекомендуем: заранее подготовить надежные тиски будет полезно в большинстве случаев.

Задача разделанных трещин — их засверливание на концах. Если это по каким-либо причинам невозможно, трещины следует полностью вырезать с закруглением концов. На кромках толстых деталей требуется подготовка скосов под углом 45 градусов, следя за тем, чтобы края кромок были без острых углов. Обязательной является очистка поверхности перед началом сварочных работ, иначе никакие выбраны режимы не помогут. При отсутствии эффекта от механической и термической очистки следует использовать газовую горелку.

Процесс

Метод горячей сварки чугуна чаще всего применяется в промышленных условиях. Дома почти невозможно добиться прогрева материала до 600–650 градусов Цельсия. Могут возникнуть также проблемы с обеспечением пожарной безопасности.

Важно: нагрев должен происходить равномерно. Если основная часть изделия и шов нагреваются резко неоднородно, вероятность появления трещин весьма высока.

Сварка чугуна инвертором с использованием плавящегося электрода в основном производится в холодном режиме. При этом следует применять конструированную для этого электрооборудования, содержащую медь или никель. При использовании электрода ЦЧ-4 толщиной 3 мм необходимо подавать ток от 65 до 80 А. Для электродов толщиной 4 мм сила тока возрастает до 90–120 А. Для 5 мм электрода требуется ток в диапазоне 130–150 А. Показатели для ОЗЧ-2 будут составлять 90–110, 120–140 и 160–190 А соответственно.

Отметим, существует целый ряд технологических наработок и нюансов сварки. Длину непрерывного шва ограничьте 3-5 см, избегайте перерывов при работе, если это не критично. Сварку чугуна следует проводить только на обратной полярности, до выполнения каких-либо других указаний.

Отдельно стоит упомянуть обработку ковкого чугуна. Его электродуговая сварка доступна различными способами, в том числе с применением различных электродов. Стальной инструмент можно использовать только при условии, если он подлежит дополнительному отжигу. Отказ от такой процедуры приведет к избыточной хрупкости шва и ухудшению качества готового изделия. Гораздо более разумно будет использовать латунные или медно-никелевые электроды, которые снимают проблему необходимости дополнительной обработки.

Широкое распространение получили сварочные инструменты с медным стержнем сечения от 3 до 6 мм. Снаружи такие электроды оборачиваются тонкой жестью, на которую наносят дополнительное покрытие. Иногда применяют медные трубки, наполненные железом. При правильной и аккуратной работе возможно создание качественных швов такими электродами. Однако стоит учитывать, что есть риск образования пор, особенно в области соединения чугуна и наплавленного металла.