Любая используемая человеком техника проходит определенные этапы эволюции. Это утверждение в полной мере касается и сварочных аппаратов. Так, современные инверторы позволяют в бытовых условиях работать с черными или цветными металлами. Однако думать, что они автоматически станут ключом ко всем секретам сварочного дела, ошибочно. Один из них – сварка чугуна.
Особенности чугуна
Чугун отличается от стали более высоким содержанием углерода (свыше 2,14 %). В целом различают четыре вида этого материала: белый, серый, ковкий и высокопрочный. Из них абсолютно не поддается сварке только белый. Остальные относятся к трудносвариваемым металлам.
Из чугуна изготавливают отличную посуду. Она фактически не имеет срока годности и может служить столетиями. При этом чем чаще ее использовать, тем лучше. Единственное правило – посуду нельзя хранить в сырости.
Помимо этого, не подходят для сварки детали, проработавшие длительное время в контакте с маслом и керосином или при повышенной температуре (свыше 300 °С). В первом случае металл успевает пропитаться маслом или керосином, которые при сгорании выделяют газы и являются причиной пористости швов. Во втором – высокие температуры способствуют окислению кремния и углерода в составе чугуна. В результате материал приобретает высокую хрупкость.
Чугун плавится при температуре 1150-1250 °С. Такой разброс объясняется различным процентным содержанием углерода. В жидком состоянии чугун характеризуется повышенной текучестью. Если расплавленный чугун найдет небольшое отверстие в сварочной ванне, он попросту весь выльется. По этой причине работать с ним удобно только в нижнем положении.
На поверхности жидкого чугуна быстро образуется слой окисла. Для него характерна более высокая температура плавления, чем для основного металла (такая же ситуация наблюдается у алюминия). Окисный слой мешает поддерживать стабильное горение дуги и усложняет процесс сварки.
Как указывалось выше, чугун отличается от стали повышенным содержанием углерода. Во время сварки он выгорает, образуя поры. В результате поверхность металла напоминает по структуре пемзу. Такая особенность кардинально влияет на прочностные характеристики сварочных швов. Это особенно заметно при перепадах температур, которые приводят к появлению трещин.
При медленном остывании расплавленного чугуна углерод переходит в графит, и в дальнейшем такой металл поддается сварке. Так происходит не всегда. Чугун хорошо отводит тепло, поэтому кристаллизация может проходить быстро. В этом случае углерод остается в связанном состоянии в виде цементита Fe3C. Такой процесс называется отбеливанием. Образовавшиеся отбеленные зоны и основной металл имеют разные коэффициенты теплового расширения. В результате в теле детали образуются трещины.
Трещина в околошовной зоне
В целом главной проблемой при проведении любых работ с чугуном является его хрупкость. Для успешного выполнения сварки особенно важно обеспечить достаточную чистоту поверхности. Это позволит получить швы хорошего качества и предупредить появление трещин.
Удивительно, но, по некоторым данным, первый чугун был получен еще в VI веке до н. э. в Китае. Название этого сплава на китайском языке состоит из двух иероглифов: первый означает «лить» (читается «чжу»), а второй – делать («гун»).
Виды сварки чугуна
Сварка может быть холодной или горячей. В первом случае деталь не нагревается перед проведением работ. Такой метод подходит для устранения небольших или средних по размерам дефектов. Горячая сварка чаще применяется для наплавки больших объемов металла.
Особенности горячей сварки
Для проведения горячей сварки чугунная деталь нагревается до 600-650 °С. После этого выполняются сварочные работы на малых токах. Затем изделие помещается под слой песка или накрывается изоляционными материалами. Это позволяет замедлить скорость охлаждения сварного шва. В результате в нем успевает произойти переход углерода в графит, что исключает появление трещин в околошовной зоне.
Полугорячая сварка является частным случаем горячей. В этом случае деталь чаще всего нагревается до температуры 250-400 °С. При этом термически обрабатываться может не все изделие, а только необходимый для работы участок. Вся остальная процедура выполняется по аналогии с горячей сваркой. В обоих случаях следует избегать резкого или неравномерного нагрева, поскольку это тоже приводит к образованию трещин.
Горячая сварка чугуна требует применения дополнительного оборудования: горнов, термических печей или газовых горелок. По этой причине такой способ используется чаще всего в промышленных условиях. Он позволяет получить прочные и устойчивые к изгибающим нагрузкам сварные швы.
Разогретые чугунные детали
Особенности холодной сварки
При использовании холодной сварки чугуна требуется особое внимание. Чтобы исключить неравномерный нагрев участков детали, делаются короткие швы. Практическим путем выведена их оптимальная длина – не более 25 мм. После выполнения сварочных работ изделие должно остывать медленно, в противном случае в околошовной зоне появятся трещины. Иногда дополнительно применяется проковка швов.
Способы сварки чугуна
Для сварки чугуна применяются разные способы. Чаще всего используется ручная дуговая покрытыми электродами. Несколько реже – аргонодуговая.
Особенности ручной дуговой сварки чугуна
Для ручной дуговой сварки чугуна применяется четыре вида электродов: стальные, чугунные, с медной и никелевой основой. Каждый из них позволяет получить швы, отличающиеся пластичностью, твердостью и обрабатываемостью.
Стальные электроды
Стальные электроды при работе с чугуном дают самый худший результат. Наплавленный металл является высокоуглеродистой сталью с большим количеством примесей кремния и магния. При быстром охлаждении его прочность резко возрастает, пластичность ухудшается, поэтому в дальнейшем он не поддается механической обработке. Одновременно между наплавленным слоем и основным металлом формируется участок отбеленного чугуна. В итоге сварочный шов характеризуется слабым сцеплением с основным металлом. В целом стальные электроды подходят только для мелкого ремонта неответственных деталей небольшого размера, которые в дальнейшем не подвергаются механической обработке.
Чугунные электроды
Чугунные электроды дают лучший результат, чем стальные, но сварные швы отличаются неоднородностью. Их оптимально использовать для полугорячей сварки. Для этого деталь в зависимости от размера нагревается до температуры 120-425 °С. Чугунные электроды предназначены для работы на сварочном токе 200-600 А. Для получения максимального качества швов этот параметр должен быть минимально возможным, а диаметр электродов составлять 3-5 мм. В целом такой расходный материал используется для ремонта мелких дефектов чугунных деталей.
Электроды с медной основой
Электроды с медной основой дают хороший результат. При этом в состав сердечника дополнительно может входить сплав олова или алюминия. В первом случае сварочные швы отличаются высокой пластичностью, во втором – повышенной прочностью. Помимо этого, следует выделить медно-стальные электроды. Они подходят для ремонта небольших дефектов ответственных деталей. В целом любые электроды с медной основой оптимально подходят для сварки чугуна.
Электроды с никелевой основой
Различают три вида таких электродов: первые состоят из никеля на 50 %, вторые – на 85 %, а третьи содержат сплав никеля и меди. Все они дают примерно одинаковые результаты и позволяют получить прочные, поддающиеся обработки швы. При их использовании рекомендуется слабый нагрев деталей (до 40 °С). Такие электроды подходят для заварки дефектов на обрабатываемых поверхностях ответственных деталей.
Особенности сварки подобными электродами можно увидеть на видео ниже: https://youtu.be/VDjUXHAjOO8
Особенности аргонодуговой сварки чугуна
Аргонодуговой способ работы с чугуном – процесс достаточно сложный. Он используется для полугорячей сварки. Качество полученных швов во многом зависит от контроля температурного режима во время выполнения работ. Особое внимание следует уделить предварительной очистке сварочной зоны от загрязнений и медленному остыванию изделия. При этом в качестве присадочного материала используются никелевые или алюминиево-бронзовые прутки. Если деталь в дальнейшем подвергается тепловому воздействию, то алюминиево-бронзовые прутки не применяются.
Заключение
Ни один из существующих видов сварки чугуна нельзя назвать простым. Все они требуют внимания, соблюдения технологии и температурного режима. Только в этом случае можно добиться хорошего качества сварных швов.