Чугун – сплав железа с углеродом свыше 2,14% и другими химическими элементами, придающими металлу твердость с одновременным снижением пластичности и вязкости. Материал отличается хрупкостью, поэтому область его применения ограничена. Но там, где используется чугун, нередко требуется его комплексная металлообработка и, в частности, сварка. В отличие от стальных сплавов сварка чугуна сопряжена с разными сложностями, и нужно учитывать все особенности материала, чтобы получить надежное соединение деталей, узлов, конструкций.
Характерные проблемы при сварке чугуна
Самая главная проблема при работе с чугуном – образование дефектов сварного шва вследствие закалки, чрезмерных остаточных напряжений и формирования цементита с высокой твердостью и хрупкостью (неоднородность сплава). Быстрое остывание металла приведет к появлению трещин. Для исключения дефектов требуется сначала поддерживать температуру в пределах 200-300 C с последующим медленным охлаждением.
К другим сложностям при сварочных работах со сплавом можно отнести следующее:
- Выгорание углерода при термическом воздействии во время электросварки, что приводит к образованию пор в сварном шве, существенному снижению прочности соединения.
- Невысокая температура плавления чугуна приводит к тому, что сварщику тяжело получить ровный однородный шов – материал в расплавленном состоянии приобретает высокую текучесть. Особую сложность представляют потолочные швы.
- Образование окислов кремния, углерода. Если сплав длительное время подвергается воздействию высоких температур, то образуются окислы, и сварка становится в принципе невозможной.
Подготовительные работы
Перед сваркой проводится подготовка деталей из чугуна. Подготовительные работы мало отличаются от тех, которые выполняют при сваривании стали:
- Предварительная очистка от любых загрязнений и масел с помощью растворителей или посредством отжига.
- Формирование кромок свариваемых элементов.
- Для холодной сварки – применение стальных шпилек в ранее подготовленных и зачищенных кромках.
- Для горячей сварки – медленный прогрев чугуна (скорость нагревания – не более 150 C в час) и формовка ванны.
Способы сварки чугуна
Сварка сплава возможна разными способами – выбор определяется требованиями, предъявляемыми к прочности соединения, условиям эксплуатации чугунных деталей. Основными видами сварочных работ являются:
- Горячая сварка. Способ применяется для габаритных изделий при необходимости получения особо прочного шва. Нагрев чугуна выполняют до 700 C. Объем ванны составляет до 1 куб. дм. В качестве присадки применяются чугунные электроды или специальная порошковая проволока. При горячей сварке остается высоким риск возникновения трещин шва.
- Полугорячая сварка. Фактически та же самая горячая сварка, но детали подвергаются предварительному нагреву до 300-350 C. Благодаря меньшей температуре снижается риск возникновения трещин. Сваривают чугунные изделия с электродами из стали с малым содержанием углерода или посредством автогена с чугунным прутком.
- Холодная сварка. Применяется при сваривании небольших ненагруженных деталей, не подвергающихся внешним воздействиям, ударам. Главная особенность – отсутствие предварительного подогрева. Часто для усиления соединения используются стальные шпильки. Для снижения температуры нагрева во время сварки используют тонкие электроды из стали с подключением с обратной полярностью. Для работ используют инвертор (сварка при постоянном токе).
Если чугунные детали подлежат последующей металлообработке на токарном, фрезеровочном станке, то можно использовать электроды с никелем (до 70% Ni). Только такая сварка достаточно дорогостоящая, поэтому приводит к увеличению себестоимости производства деталей и конструкций из чугуна.
Как свариваются детали из чугуна?
Есть несколько основных видов сварки чугунных изделий, использующихся на месте при соединении деталей или узлов:
- Ручная электродуговая с применением плавящихся электродов. В качестве источника тока можно использовать трансформатор, но для повышения качества, прочности шва больше подходит инвертор. Присадка – стальные, медные или никелевые электроды. Чем ниже температура нагрева при сварке, тем меньше риск различных дефектов, но и выше расход электродов. Ток при сварке обычно составляет 80-120 А.
- Газовая ацетиленом или пропан-бутаном. В качестве присадки применяется никелевая проволока, чугунный пруток. Температура в месте образования шва при газовой сварке составляет 200-350 C.
Аргоновая сварка за счет существенного удорожания процесса при отсутствии значительных улучшений качества шва для чугуна практически не применяется.
Что еще учесть при выполнении сварочных работ?
Комплексная обработка чугунных деталей после сварки представляет особую сложность. Даже при учете всех особенностей сплава при выполнении сварочных работ невозможно точно предугадать свойства образованного шва. Для нагруженных деталей важна прочность соединения и минимизация хрупкости, но получить такой «идеальный» шов, особенно если после сварки предстоит металлообработка на станках в цехах, очень сложно. По этой причине проводить сварочные работы с чугунными изделиями должен опытный сварщик. При отсутствии квалификации соединение будет ненадежным, хрупким, с трещинами. Часто для сварки обращаются к специалистам заводов металлоконструкций, где помимо качественной работы есть возможность различного типа контроля сварного шва.
