Сварка чугуна: особенности, холодный и горячий способы, технология процесса

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.

Как варить чугун дома

В домашних условиях сваривать чугун можно инвертором или трансформатором, работа которого дополнена преобразователем, выдающем на держатель постоянный ток. Это содействует качественному проплавлению основного металла, и уменьшает брызги при горении дуги.

Сварочный процесс, выполняемый в гараже или во дворе, можно провести двумя способами. Если требуется заварить трещину в коллекторе или устранить раковину на изделии, то можно воспользоваться холодным методом. Это означает проведение сварочных работ без предварительного подогрева металла. Дефектное место очищается от окислов и грязи. Если трещина узкая (менее 1 мм ширины), то необходимо запилить ее тонким диском болгарки. Это позволит глубже затечь расплавленному металлу, и усилит структуру шва. Холодный метод применяется на не ответственных соединениях, которые после восстановления не будут испытывать серьезных нагрузок.

В случае ремонтных работ на чугунных шестеренках, где откололся зуб и требуется его наплавка, или при сваривании между собой двух отдельных чугунных деталей, необходим предварительный подогрев изделия до 350 градусов. Этот метод сварки чугуна называется полугорячим. Свариваемый элемент можно положить в горн с жаром от твердого топлива. Через 20 минут можно его извлечь и начинать сварочные работы.

Альтернативным способом разогрева может послужить паяльная лампа (на керосине), или горелка с пропан-кислородным пламенем. Предварительный подогрев изделия поможет сгладить перепад температур между материалом и расплавленным присадочным металлом. Это минимизирует последующее появление трещин, и предотвратит образование цементитов, затрудняющих последующую шлифовку шва. Данный метод используют в тех случаях, когда требуется качественное соединение, способное переносить нагрузки при эксплуатации.

Для получения максимального эффекта от подогрева, необходимо обеспечить и плавное остывание изделия после сварки. В домашних условиях чугунную деталь можно засыпать золой от печи или сухим песком. Пользоваться конструкцией следует только после полного остывания.

Как варить чугун инвертором

При сварке чугуна в домашних условиях придётся столкнуться с такими сложностями:

Сильная текучесть чугуна — поэтому лучше всего варить чугун в нижнем пространственном положении;
Перекалкой чугуна — здесь важно соблюдать определённую температуру, поскольку перекалка чугуна приведёт к образованию пор и чрезмерному напряжению в сварочном шве;
Появление трещин в сварочном шве — происходит из-за неравномерного охлаждения свариваемых участков металла.

Важно составляющей для получения качественного сварочного шва, является подготовка чугуна перед сваркой. Во-первых, свариваемое изделие нужно тщательным образом очистить от пыли, грязи, после чего обезжирить растворителем

Затем необходимо осуществить так называемую разделку кромок. Для этих целей используется болгарка с напильником. В процессе сварки чугуна нужно обязательно предусмотреть отведение лишнего тепла, используя для этого специальные теплоотводящие пластины.

При сварке чугуна электродом с медной обмазкой рекомендуется придерживаться следующих правил:

Непрерывный сварочный шов должен быть достаточно коротким, не более 5 см в длину. В противном случае есть риск перегреть чугун и испортить тем самым изделие из него;
Во время сварки стоит делать частые перерывы, поскольку только так можно исключить перегревание металла;
Для сварки чугуна, рекомендуется выставить на инверторе обратную полярность. Это также даст дополнительную возможность лишний раз не перегревать чугун.

Сваривать изделия из чугуна можно двумя способами: с разделкой кромок и с использованием шпилек. Первый способ включает в себя многослойную сварку чугуна, перед осуществлением которой кромки заготовок специальным образом стачиваются.

В процессе сварки осуществляется наплавка шва электродами, с обязательной проковкой мест соединения, молотком. Таким образом, выполняется несколько слоев сварки, что позволяет избежать перегрева чугуна и порчу изделия.

Что такое чугун?

Как и сталь, чугун представляет собой сплав железа с углеродом, но содержание последнего компонента в его составе превышает 2,14 % и может доходить до 6,65 %. Кроме того, отмечаются примеси в виде кремния, марганца, серы и фосфора, а также легирующие добавки (хром, никель, магний и т. п.). Металл обладает высокой прочностью, но повышенное содержание углерода приводит к низкой пластичности и отсутствию ковкости. Из-за этого чугун сложно сваривать.

Особенности сварки чугуна

В зависимости от того, в каком виде присутствует углерод, чугун подразделяется на несколько видов:

Белый чугун. В нем углерод содержится в виде цементита. Он отличается высокой твердостью, не поддается обработке режущими инструментами. Его крайне трудно варить.
Серый чугун. Он содержит углерод в форме графита. Сплав достаточно легко поддается обработке. При сварке чугуна электродом в домашних условиях с инвертором обеспечивается надежное соединение.
Ковкий тип. Он получается путем специальной обработки белого чугуна с преобразованием углерода в форму хлопьевидного графита. Этот сплав активно используется в машиностроении. Сварить его можно специальными электродами.
Половинчатый чугун. Содержит углерод в обеих формах — цементит и графит. Применяется для изготовления изделий повышенной износоустойчивостью.
Высокопрочный чугун. В нем углерод имеет шаровидную форму, приобретаемую в процессе кристаллизации. Применяется металл для особо ответственной продукции, в т. ч. труб.

Последние 2 типа сплава поддаются сварке электродом, но требуют особый подход. Сварочная технология разных типов чугуна существенно различается, что необходимо учитывать при работе.

Сварка чугуна связана со следующими сложностями:

Некоторые составляющие сплава легко окисляются при расплавлении с образованием тугоплавких оксидов. Они приводят к неоднородности сварного шва и появлению непроваренных участков.
При быстром охлаждении околошовной зоны формируется цементит, который в последующем не поддается механической обработке.
Чугунный расплав обладает повышенной текучестью, что затрудняет формирование шва и удержание в сварочной ванне.
Любой неравномерный прогрев и охлаждение сварочной зоны ведет к растрескиванию металла.
При расплавлении чугуна выделяются газы, способные вызвать появление пор в сварном шве.

Важно! Особая структура и свойства чугуна приводит к плохой его свариваемости в домашних условиях. Однако при соблюдении режимов, правильном выборе метода и расходных материалов качественно заварить можно большинство чугунных изделий, используемых дома.

Технология сварки чугуна со сталью плавящимся электродом

Существует несколько способов сварки чугуна, они применяются для соединения чугунных сплавов с другими металлами:

Горячий – перед соединением детали предварительно нагревают печи до 600°С полностью. Допускается разогрев паяльной лампой только в рабочей зоне (чугунина становится малинового оттенка). Применяется для надежных соединений.
Полугорячий, хорош для легированных сплавов. Соединяемые части частично или полностью нагревают до 200–300°С.
Холодный – детали соединяют без подогрева, применяется для наплавов – швов, работающих на сжатие.

Соединение металлов ручной электросваркой подразумевает предварительную подготовку поверхностей. Чугунный сплав – пористый, хорошо впитывает масло. Пятно недостаточно обезжирить, его нужно зачищать до чистого слоя, иначе шов получится рыхлым.

Как приваривают сталь к чугуну:

Сначала нужно выбрать параметры тока. Если сварочный аппарат, работает только на постоянном, переключают Полярность на обратную. Необходимо учитывать показатель холостого хода (напряжением между полюсами без дуги), допустимое значение – до 54 В. Работать на переменном токе разрешается только при холостом ходе от 54 В.
Сварка производится небольшими участками, валики делаются длиной не более 3 см. Сначала наплавляется чугун, затем к буферному слою приваривается стальная деталь.
Толстостенные швы проваривают многослойно, каждый проковывают перед нанесением следующего

Его делают перпендикулярно первому – так достигается прочность соединения.
После соединения чугунного сплава со сталью горячим и полугорячим способами важно соблюдать режим охлаждения зоны наплавки. Шов периодически подогревают, чтобы он остывал постепенно

При резком охлаждении чугунный сплав трещит из-за возникающих внутренних напряжений.

Выбор электродов

Используют специальные, обладающие:

легким розжигом при запуске;
низкой проплавляющей способностью;
высокой скоростью наплавки;
твердостью получаемого валика.

Марки российского производства:

ЦЧ-4 – многофункциональные с целлюлозным покрытием отличаются стабильным горением, хорошей наплавкой;
ОЗЧ- 2, ОЗЧ- 25 – применяют для сварки тонкостенных элементов, они не прожигают металлы на большую глубину;
МНЧ-2, ОЗЖН-2 используют только при горячем способе соединения чугунных деталей с металлами.

Импортные, используемые при ответственных швах:

Zeller 866, Zeller 855 – универсальные, ими варят чугун с железом без предварительного разогрева;
Ficast NiFe – создают соединения, стабильно работающие на изгиб, кручение.

Основные сложности при сваривании чугуна

Чугун обладает гораздо большей текучестью, чем у стали, поэтому варить различные изделия из чугуна в домашних условиях, рекомендуется только в нижнем положении. Если сильно перегреть чугун во время сварки, то это приведёт к образованию больших пор и напряжения в сварочном шве. Поэтому не рекомендуется сильно перегревать чугун и подвергать его быстрому остыванию.

Основные дефекты при сварке чугуна связаны именно с неравномерным нагреванием и охлаждением свариваемых изделий. Появление трещин при этом, самый сложный дефект, от которого очень трудно избавиться в дальнейшем

Кроме того, при сварке чугуна очень важно осуществлять правильную подготовку материалов

Подготовка чугуна к сварке

Чтобы получить качественное сварное соединение, поверхность чугуна перед сваркой должным образом подготавливается. Во-первых, её нужно очистить от любых загрязнений, после чего обезжирить, например, ацетоном или растворителем.

Если необходимо варить тонкий чугун, то обязательно следует предусмотреть специальные теплоотводящие подкладки под места сварки. Обязательным условием при сварке чугуна, является и разделка кромок изделий. Для этих целей ещё перед свариванием, их кромки обрабатываются напильником или УШМ с диском по металлу.

В том случае, когда нужно заварить трещину в чугуне, то она обязательно засверливается по краям, после чего, как и с кромками, разделывается по всей своей длине. Некоторые сварщики сначала вырезают трещины, после чего засверливают края, чтобы не допустить их дальнейшего распространения.

В зависимости от выбранного способа сварки чугуна, а их бывает всего лишь три (горячий, полугорячий и холодный метод), требуется нагрев изделия. Рассмотрим более подробно технологический процесс сваривания чугунных изделий в домашних условиях.

Способы сварки чугуна

Существует три способа сварки чугуна:

Горячий способ — требует нагревания чугунных изделий перед соединением до температуры не менее 600°С.

Полугорячий способ — мало чем отличается от горячего способа сварки чугуна, за исключением температуры, которая почти что вполовину ниже (300-350°С).

Холодный способ — осуществляется штучным электродом без предварительного прогрева чугунных заготовок. Сварка чугуна в домашних условиях осуществляется как раз данным методом соединения.

Виды сварки чугуна

Существует два вида сварки чугуна – холодная и горячая.

Горячая сварка чугуна

Суть её состоит в подготовке детали, нагрева её до температуры 600-800°C и медленном остывании.

Подготовка изделия из чугуна к горячей сварке

Зная особенности данного металла, перед выполнением сварочных работ, необходимо произвести подготовку чугуна к сварке.Для этого необходимо:

— Очистить поверхность изделия от загрязнения (масла, ржавчины, окалины и др. загрязнений).

— Выполнить разделку дефектного участка. При заварке трещины, необходимо «выбрать» трещину на всю её глубину. Если нет возможности добраться до корня трещины, тогда следует выполнить засверловку по краям трещины. Это поможет предотвратить её распространение при сварке.

При соединении двух деталей, необходимо выполнить разделку с учётом толщины металла и формой предполагаемого шва.

— Выполнить подогрев чугуна. Подогрев свариваемой детали следует выполнять постепенно, так чтобы изделие прогревалось равномерно. Для этих целей применяются специальные нагревательные печи. При отсутствии таковых, нагрев производится газовой горелкой.

Холодная сварка чугуна

Технология холодной сварки чугуна заключается в выполнении сварочных работ без предварительного и сопутствующего подогрева изделия. В основном такой способ сварки выполняется покрытыми электродами, предназначенными для чугуна или обычными электродами

Применяется для устранения небольших дефектных участков на неответственных изделиях.

Подготовка изделия к сварке точно такая, как при горячем способе.

Дуговая сварка чугуна

К такому способу относится сварка покрытыми электродами. Причём возможно применять обычные электроды марки УОНИ-13/55. В качестве источника питания сварочной дуги применяются сварочные трансформаторы или инверторные аппараты. Это даёт возможность использования обратной полярности.

При отсутствии источников постоянного тока, можно использовать сварочный трансформатор. Дуга при переменном токе может обрываться и гореть не стабильно. По этой причине приходится завышать режимы сварки.

Для наилучшего качества следует применять электроды для холодной и горячей сварки чугуна марки ЦЧ-4, МНЧ-2 или ОЗЧ-6. Более подробно о применении электродов марки ЦЧ-4, МНЧ-2 и ОЗЧ-6 читайте в этой статье.

При отсутствии таких электродов, можно применить УОНИ-13/55 с намотанной медной проволокой. Такой «дедовский» метод применяется до сих пор, так как медь делает шов более пластичным. Но такой способ не даёт полной гарантии, что шов не треснет после остывания.

Перед ручной дуговой сваркой необходимо выполнить разделку, вырубив дефектный участок «под корень».

Для снижения перегрева зоны шва, сварку следует выполнять небольшими участками, давая возможность постепенно остывать шву. Движение электрода должно быть плавным, для избегания растекания металла.

Газовая сварка чугуна

Для расплавления чугуна применяется газовое пламя. В качестве газа применяется ацетилен. Он на много чище по составу, чем пропан и имеет более высокую температуру горения.

В качестве присадочного материала применяются чугунные прутки или прутки из никеля. Для раскисления зоны сварки применяются флюсы. Самым распространённым из них является бура.

Газовая сварка чугуна способна обеспечить стабильное прогревание зоны сварки, что положительно скажется на остывании сварного шва. Единственный недостаток такого способа – это большой расход ацетилена и кислорода.

Сварка чугуна аргоном

Такой тип сварки схож с газовой сваркой. Расплавление присадочного материала происходит за счёт горения дуги. В качестве присадочного материала применяются чугунные прутки.

Аргонодуговым способом очень редко выполняют заварку дефектов в изделии. Это связано с неэффективным использованием газа аргон. Для прогрева изделия приходится тратить большое количество аргона.

Возможные варианты устранения дефектов

Для заварки дефектный участков больших размеров можно применять следующий способ:

В изделии делают разделку под углом 90 градусов. В полученных сварках делаются отверстия, для вкручивания стальных шпилек. После вкручивания шпилек производится заварка разделки чугунным присадочным прутком или специальными электродами. После этого свариваются между собой стальные шпильки. Такое соединение напоминает соединение скобками, которые придают дополнительную жесткость шву.

Сварка инвертором

Многие неопытные сварщики часто задаются вопросом можно ли сварить чугун и сталь инверторным сварочным аппаратом? Конечно можно, но предварительно следует провести подготовку. Процесс подготовки чугуна должен проводиться с учетом следующих рекомендаций:

в первую очередь необходимая область зачищается болгаркой. Для зачистки рекомендуется применять лепестковый круг или другую наиболее подходящую насадку;
после того как будет проведена зачистка верхнего слоя до не окисленного металла требуется выполнить обезжиривание. Данный процесс может выполняться при помощи бензина или любого другого растворителя;
если требуется заделать трещину, то ее нужно расчистить до полного окончания. После этого в этом месте необходимо просверлить отверстие с размером диаметра 10 мм.

Сварка чугуна инвертором может осуществляться послойно и с использованием опорных элементов — шпилек. Они полностью состоят из стали. Применение данных опорных элементов должно сопровождаться с учетом важных требований:

размеры данных элементов должны быть точными, их размер диаметра не должен быть больше 40 % от толщины чугуна;
показатель выступа шпильки над металлом составляет не более 4-6 мм;
расстояние между ними не должно превышать 6 мм;
количество используемых шпилек должно зависеть от параметров соединения, но их не должно быть больше 25 % от площади излома.

Также могут применяться электроды, но они должны быть специальными. Проводить заваривание чугуна обычными электродами не рекомендуется. Для сплава этого вида подойдут электроды с добавлением никеля, меди, хрома и других лигатур, которые способствуют прочному наплавлению чугуна.

Как проводится

Как сваривать чугун при помощи инвертора, чтобы получить хороший и качественный сварной шов? Для этого потребуется изучить важные рекомендации:

полярность подключения должна быть обратная;
работа сварочного аппарата должна осуществляться на минимальной мощности, она должна соответствовать толщине чугунного элемента;
размер длины одного непрерывного сварочного шва не должна быть больше 3-5 сантиметров;
не должно быть перегревания металла, которое может возникнуть в результате частых перерывов;
первый и последний слой при многослойном сваривании должен проковываться молотком с небольшим усилием.

Сам процесс сварки может быть многослойным или с использованием шпилек. После правильной установки шпилек проводится наваривание каждого слоя. Металл должен накладываться вокруг каждой шпильки, что в итоге получилась заплатка. В конце делается сварной шов, который соединяет наваренный металл между шпильками.

Многослойная сварка выполняется с использованием электродов. После наплавления первого слоя проводится ковка молотком, она должна делаться на горячую. Если есть доступ к обратной стороне изделия, то также накладывается слой на ней, а затем он проковывается. В конце накладывают следующие слои металла.

Прежде чем ответить на вопрос варится ли сваркой чугун, стоит рассмотреть главные особенности данного сплава. Именно от его вида и структуры зависит выбор определенного вида сварки. Для него могут применяться разные виды сварок — электросварка, полуавтоматом, газовая, аргоном, инвертором. Но чтобы процесс был успешным, требуется провести предварительную подготовку чугуна и стали.

Разновидности чугуна

Чугун является сплавом железа и углерода. В зависимости от соотношения этих главных компонентов различают следующие виды металла:

белый;
серый;
ковкий;
высокопрочный;
половинчатый и т.д.

Сплав часто включает ряд примесей, придающих ему специфические физические и химические свойства. В материале нередко содержатся примеси фосфора, марганца, меди, хрома, никеля и серы. В небольших количествах в составе сплава присутствуют водород, кислород и азот.

Примеси влияют на качество шва, сформированного способом холодной сварки. Чем больше примесей, тем выше вероятность, что в области шва будут присутствовать трещины и очаги пористости. Чтобы качественно спаять детали из этого металла, нередко требуется использовать флюс.

Для создания однородной структуры и улучшения технических характеристик готового шва желательно применять специальные присадки.

Твердый белый

В твердом белом чугуне углерод является связанным. Это вещество представлено цементитом Fe3C. Такой химический состав обусловливает высокую износостойкость и прочность сплава. В то же время белый чугун плохо режется. При таком воздействии он становится хрупким, поэтому возможно откалывание крупных фрагментов. Выделяют 3 подвида белого чугуна, в т.ч.:

доэвтектический;
эвтектический;
заэвтектический.

Белый чугун в своём составе содержит углеродные соединения.

Они различаются содержанием связанного углерода. В доэвтектическом подвиде находится от 2,4% до 4,3% цементита. В эвтектическом белом чугуне содержится 4,3% углерода.

Серый с примесью графита

Серый чугун содержит углерод в форме пластинчатого графита. Сплав имеет многокомпонентный состав. Он включает:

углерод – 3,2-3,5%;
марганец – 0,1-0,3%;
кремний – 0,5-0,8%;
серу и фосфор – по 0,12%.

Серый чугун с примесью графита имеет многокомпонентный состав.

Для отливки изделий из серого чугуна используют металлические или земляные формы. Этот сплав отличается низкой устойчивостью к механическому воздействию, поэтому из него изготавливают детали наименее ответственного назначения, которые не будут подвергаться ударным нагрузкам. Часто из серого чугуна выполняют станины прессов и станков, крышки и т.д.

Ковкий сплав

В ковком чугуне присутствует 2,4-3,5% углерода в форме графитовых хлопьев. Кроме того, в сплаве содержатся:

марганец – 0,3-01%;
фосфор – 0,2%;
кремний – 0,8-1,4%;
сера – 0,1%.

В ковком чугуне присутствует углерод, марганец и фосфор.

Ковкий вид получают при прогреве и длительной выдержке белого чугуна. Эта процедура получила название графитизирующего отжига.

Половинчатый чугун

Половинчатый вид получают при сплаве белого и серого чугуна. В его структуре присутствуют карбиды. В половинчатом чугуне содержится как цементит, так и несвязанный углерод. Сплав имеет высокий уровень устойчивости к механическому износу, высоким температурам и фрикционному воздействию.

Половинчатый чугун получают при сплаве белого и серого чугуна.

Высокопрочный с шаровидным графитом

Высокопрочный чугун включает 2,4-3,0% углерода в форме хлопьевидного графита. Дополнительно в нем содержатся следующие примеси:

магний -0,6-0,8%;
кремний – 1,9-2,6%;
сера – 0,3%;
фосфор – 0,12%.

Высокопрочный чугун содержит магний, кремний и серу.

Этот вид чугуна получают путем введения в жидкий расплав добавки-модификатора, содержащей магний. Механические свойства этого сплава сходны с углеродистой сталью, но литейные – выше.

Особенности и проблемы сварки чугуна: как избежать трещин при остывании шва и добиться прочности соединения