Как сварить чугун электросваркой в ...

Сварка чугуна

Сварщик — это специалист, который может соединять различные металлы под разные нужды: водопровод, опорные конструкции, декоративные элементы. Но рано или поздно каждый сварщик сталкивается с вопросом: как заварить чугун? И здесь все предыдущие навыки оказываются не действенными. Ведь, подобрав нужные параметры сварки, и правильно ведя шов, после окончания процесса все равно в чугуне появляются трещины и поры. Чтобы правильно варить чугун необходимо разобраться в особенностях этого металла, способах подготовки поверхности под сварку, и основных методах соединения подобных материалов. Конкретные советы о том, как сварить чугун, и несколько видео по теме, сполна ответят на эти вопросы.

Особенности сварки чугуна

В отличие от низкоуглеродистой стали, чугун и сварка не сразу достигли «взаимопонимания». Было испробовано множество методов и оборудования, прежде чем определены основные способы сварки чугуна.

Соединять этот материал между собой, а также с другими видами стали возможно, но проблематично ввиду следующих особенностей:

Перекалка. Чугун имеет низкую температуру плавления и разогреваемый сварочной дугой, испытывает перекалку в околошовной зоне. Это приводит к самопроизвольному образованию трещин в процессе остывания. Сварщик слышит характерное потрескивание металла, что говорит о появляющихся дефектах. Последующая обработка данного участка затрудняется твердыми местами, плохо поддающимися шлифовке, и общей хрупкостью соединения, которое может быстро расколоться. Заваренный металл необходимо защитить от перекалки. Для этого применяются предварительный подогрев и методы постепенного остывания.
Поры. Завариваемый чугун выделяет много углерода. В процессе горения дуги его не видно, но когда сварочная ванна начинает кристаллизоваться, то углерод, вытесняемый кислородом, начинает «пробиваться» наружу. После выполнения шва со всеми колебательными движениями и правильной технологией, в соединении остается много пор и не проваренных мест. Свариваемый участок важно защитить от воздействия окружающего воздуха, для чего используются специальные порошки-флюсы. Дополнительно, сварочный металл насыщают другими элементами, не позволяющими углероду выйти наружу. Это придает сварочной ванне большей вязкости и крепости.
Текучесть. Это проявляется при работе с тонкими пластинами данного материала. Высокая текучесть способствует прожигам и выходу металла с обратной стороны соединения. Трещину в тонких элементах можно варить только с применением специальных графитовых подкладок. Сваренный металл получает поддержку в виде такого основания и не продавливает шов с обратной стороны. Данная подформовка позволяет сохранить целостность всей конструкции, которая из-за ослабления в месте сварки может распасться.

Как правильно подготовить материал для сварки

Технология сварки чугуна включает и грамотный процесс подготовки металла, учитывающий свойства материала, и предотвращающий появление дефектов после окончания работы. В подготовку включается:

Распил трещин. Часто трещины в чугуне имеют тонкую и глубокую структуру. Если обрабатываемая деталь толще 4 мм, то наложенный сверху шов минимально заплавит верхнюю часть трещины, оставив разрозненную структуру внутри. Сопротивление на разрыв и излом будет очень слабое. Чтобы хорошо заваривать подобные места, необходимо распиливать трещины «болгаркой» с тонким диском. Чем толще металл, тем глубже можно делать запил.
Просверливание краев. Окончания трещин могут быть глубже и дальше, чем позволяет увидеть зрение. Поэтому перед тем, как сваривать трещину, важно просверлить отверстия по ее краям, отступив на 5 мм от визуально различимого конца разлома. Это позволит хорошо заполнить металлом пространство внутри и поможет предотвратить продолжение раскола.
Разделка кромок. Свариваемость чугуна отличается перекалкой в месте соединения, что ведет к хрупкости участка. Чтобы предупредить это явления важно осуществлять равномерный прогрев по всей длине шва, и достаточно разбавить место соединения присадочным металлом. В этом помогает грамотная разделка кромок. При соединении толстых пластин стоит выполнить скосы краев под 45 градусов, и оставить небольшое притупление у основания в 3-4 мм. Подобная разделка поможет хорошо заполнить место соприкосновения и создать устойчивый к трещинам участок.
Подформовка. Когда варится тонкий элемент из чугуна, то велика вероятность протечки жидкого металла. Подкладка из графита позволит поддержать прогретый участок и сохранить первоначальную форму изделия.

Технология наложения шва

Чтобы сварщик хорошо понимал как варить чугун электросваркой, стоит усвоить несколько важных нюансов процесса. Одним из них является избежание перегрева поверхности. Для этого стоит выбирать меньшую силу тока, чем при обычной стали, и электроды диаметром 3 мм.

Можно ли заварить чугун качественно зависит и от равномерности наложения шва. Для этого разделывают кромки пластин и начинают сварку. Корневой шов ведется без колебаний. Но стоит выполнить его прерывистым способом. Во второй проход нужно заварить не пройденные участки. Последующие слои накладываются валиками в шахматном порядке. Сваренный участок становится прогретым равномерно и насыщенным металлом с меньшим содержанием углерода.

В особо ответственных изделиях применяют технологию шпилек. Она гораздо эффективней позволяет создать равномерный прогрев, чем все предыдущие методы, но выполняется дольше по времени. Чтобы понимать как правильно расположить шпильки на пластинах, можно посмотреть видео по сварке ответственных деталей из чугуна. Технология заключается во ввертывании шпилек по краям кромок и на некотором расстоянии от стыка. Процесс начинается с обварки ввинченных элементов с минимальной наплавкой. Сварка выполняется в разброс. После обхода шпилек начинается сцепление самих пластин. Постепенное наложение валиков и равномерный прогрев, а также наличие более податливого металла для сварки, позволяют создать надежное соединение.

Сварка серого чугуна, распространенного в промышленности, сопровождается обеспечением медленного остывания. Для этого изделие оставляют засыпанным золой или песком, пока температура материала не опустится до комнатного уровня. Это позволяет снять напряжение в металле и избежать микротрещин.

Перед сваркой необходимо посыпать линию соединения бурой или иными порошками-флюсами. Это уменьшит соприкосновение внешнего воздуха с углеродом в материале, и снизит поры. При этом, у варящих специалистов должна быть хорошая вентиляция, защищающая органы дыхания от газового облака.

Холодный метод

Сварка чугуна холодная используется на маленьких предприятиях и в домашних ремонтных работах. Может выполняться электродами или пламенем горелки с дополнительной присадкой. Суть метода в работе с металлом без предварительного подогрева. Применяется для наплавки истертых поверхностей, отломанных бортиков и расколотых изделий не ответственного назначения.

Метод отличается относительно быстрым проведением работ и дешевизной процесса. Из недостатков выделяются появляющиеся поры и микротрещины после окончания сварки. Швы требуют последующей обработки для визуально привлекательного вида.

Горячий метод

Горячая сварка чугуна используется на ответственных изделиях. Суть заключается в предварительном подогреве металла до температуры 600 градусов. Для этого применяются аппараты индукционного нагрева. Напряжение с частотой 50 Гц подключается к изделию и разогревается проведением тока. В более примитивных условиях используют кузню и горн, или паяльную лампу.

Преимуществом метода служит идеально прогретый металл, который «спокойней» реагирует на температуру сварочной дуги и не перекаливается. Последующее плавное остывание в золе, иногда длящееся несколько суток, обеспечивает прочный и целостный шов.

Недостатками горячего способа можно считать дороговизну оборудования и длительность сварочного процесса. Этот метод рационален только на особо важных конструкциях.

Аппараты и расходные материалы

Сварка чугуна в домашних условиях, а также на производстве, может осуществляться несколькими аппаратами и расходными комплектующими. Самым распространенным является электросварка. Лучше применять аппараты постоянного тока, потому что напряжение трансформатора ухудшает процесс.

Работа проводится электродами диаметром 3-4 мм, и силой тока 90-120 А соответственно. Хорошо подойдут электроды ОЗЧ-2, содержащие медный стержень и обмазку с графитом. Более дорогим вариантом будут МНЧ-2, где основа стержня включает в себя сплав меди, никеля и марганца. Это существенно разбавляет хрупкий сварочный металл, и придает ему вязкости и последующей крепости. Используются и самодельные электроды, в основе которых магазинный продукт Э-46, обмотанный оголенным медным проводом. Витки следует наматывать плотно и от самого начала электрода. Так, медь попадает в сварочную ванну и укрепляет шов. Встречаются и не плавящиеся электроды, применение которых требует дополнительной присадки.

Чугун вариться и аргоном с применением омедненной проволоки. Технология аналогична сварке обычным электродом. Возможна сварка и пламенем горелки от кислородно-пропановой смеси. Так реально заварить не толстые пластины до 4 мм. Присадочная проволока может быть порошковой, что сразу служит и наплавляемым материалом и защитой от внешней среды.

Не все сварщики любят работать с чугуном из-за его «капризного» поведения при нагреве. Но освоив основные правила по сварке этого металла, и подобрав нужные электроды или другие материалы, можно производить качественные соединения.

Сварка чугуна в домашних условиях с использованием электрода

Методы работы с чугуном имеют свои особенности. Они имеют ряд свойств, в отличных от стали. Сварка чугуна электродом может вызывать некоторые сложности у начинающего мастера или самоучки. Как варить чугун электросваркой – узнаете из этой статьи.

Особенности материала

Чугун является смесью железа с углеродом. Выделяют несколько видов чугуна с примесями:

Серый (1,9% — 2,5% кремния, 3,2% — 3,5 % углерода, присутствуют еще марганец, фосфор и сера) – пластичный и вязкий, обрабатывается резкой, используется в художественном литье;
белый (2,14% — 6,67% углерода) – хрупкий, но твердый, в дальнейшем переплавляется на сталь;
ковкий (2,4% -3,0% углерода) – получают из белого чугуна с помощью нагрева;
высокопрочный (3,2% — 3,8% углерода) – получают при помощи добавки магния, свойства этого материала близки к свойствам углеродистых сталей.

Сложность обработки чугуна заключается в следующем:

на поверхности образовываются микротрещины и поры, что влияет на прочность сплава;
появляются каленые образования;
инструмент для резки металла стремительно затупляется;
тонкий слой материала рассыпается под воздействием высокой температуры.

Для сварки используется серый чугун.

Подготовка к сварке

Первое действие – зачистить металл. Это делается болгаркой. Используется насадка, которая называется лепестковым кругом. Допускается использование и других насадок. Затем поверхность обезжиривается растворителем, например, ацетоном.

Если обрабатывается трещина, то она зачищается до ее окончания, делаются отверстия радиусом 5 мм.

Подготовка к работе имеет особенности:

использование шпилек (состоят из стали, диаметр составляет 40% и меньше от толщины чугуна);
разделка кромок (придается шаровидная форма);
использование особых электродов.

Кроме особенностей и нюансов, будет рассказано, как правильно варить чугун.

Технология сварки

Специалисты выделяют 3 технологии электросварки:

холодная;
полугорячая;
горячая.

При наплавке шва мастер должен учитывать следующие моменты.

Не стоит быстро охлаждать поверхность детали. При выполнении мастером стыковки совместно со сталью продлевается интервал охлаждения последней. Для этого посыпают поверхность детали углем или сухим песком. Быстрое уменьшение температуры чревато возникновением трещин.
Жидкому состоянию чугуна свойственна текучесть. Это следует учитывать во время работы.
При сварке TIG необходимо обеспечивать плотный шов. Сложным считается электросварка двух неоднородных металлов. При проведении действий стоит учитывать свойства всех задействованных материалов.

Профессиональные сварщики строго выполняют технологию сварки чугуна электродами. Они ознакомлены со всеми документами, в которых описан процесс и алгоритм работы с чугуном и другими металлами. Перед ними не стоит вопрос о том, как заварить чугун.

Для инвертора (источник тока) используются электроды. Их можно приобрести или создать самостоятельно.

Характерные свойства реконструкции чугунных деталей электросваркой состоят из следующих моментов:

Подготовка поверхности – удаление недостатков. Это делается вручную или механически. Если повреждения находятся на расстоянии больше 20 мм друг от друга, их удаляют отдельно. При нахождении ближе их стоит удалить вместе.
Важно правильно определить состав металла, от этого зависит спектр всех работ. Опытный сварщик выявляет, насколько материал устойчив к тепловому воздействию. Серый чугун поддается к обработке лучше, дополнительные меры предпринимаются при потемнении металла. Черный хуже всех поддается электросварке. Если материал промаслен, то вопрос «как сваривать чугун» отпадает. Это становится невозможным. Ковкий чугун разогревается перед произведением действий над ним, другие варианты не приведут к желаемому результату.
Для поддержания качественной сцепки шва в некоторых случаях применяются стальные шпильки: в обрабатываемую поверхность вставляется их необходимое количество. Они помогают усилить сварной шов, снизить долю углерода в материале шва. Объем графита в электроде стоит контролировать самостоятельно.
При проведении сварочных манипуляций необходимо, чтобы немного расплавленного материала находилось в сварной ванне. При осуществлении задачи его равномерно перемешивают.
Для сварки могут пригодиться присадочные прутки из чугуна.
При завершении деталь покрывается слоем песка или измельченного угля, чтобы предотвратить быстрое остывание. Качество проверяется визуально. На шве не должно остаться непровареных мест. Если выявлены неточности, прожоги и трещины, поверхность зачищается, действия выполняются повторно. При соединении чугуна с другими металлами накладывается двойной шов.

Допускается использование детали после охлаждения.

Электроды для сварки

При совершении действий над сплавами возникают вопросы: можно ли варить их, как сочетать различные металлы. Опытные мастера знают, как варить чугун так, чтобы деталь прослужила долго.

В процессе электросварки обычным электродом сгорает углерод сплаве, поэтому часто в электрод дополнительно добавляется графит. Широкое распространение получили материалы, которые содержат никель и медь. Использование такого рода материалов оправдано их свойствами.

Никель растворяется в железе. Образовавшийся шов не закаляется, получается податливым для последующей обработки.
Медь не растворяется в железе, а образует очень прочный шов. Мастера специально выбирают этот вид, чтобы добиться высокой прочности.

Современный рынок предлагает десяток различных электродов, которые имеют уникальные свойства. Они употребляются в подходящих ситуациях.

Распространенные марки электродов:

ЦЧ-4;
ОЗЧ-2;
ОЗЖН-1;
МНЧ-2.

Последний вид помогает получить добротный шов. Он используется для холодной и горячей сварки.

Первый вариант хорошо зарекомендовал себя при использовании во время холодной сварки, а также для соединения швом чугуна и стали.

Электрод в своем составе может иметь такие вещества, как:

ферросицилий;
термит;
мрамор;
алюминий;
жидкое стекло;
титановый порошок.

Вместо электрода иногда применяется присадочная проволока. Она имеет графитовый стержень.

Методы сварки

Выделяют 3 варианта.

Горячий метод – считается основным и правильным способом. Его суть заключается в следующем: перед началом процесса электросварки заготовку нагревают до определенной температуры. Она варьируется от 600 до 650 градусов. Вне предприятий использовать метод проблематично, так как нужен специальный нагревающий прибор, знания нюансов, умение взаимодействовать с нагретым металлом.
Полугорячий метод похож на первый способ, температура вдвое меньше – 300-350 градусов.
Холодный метод не предусматривает нагрева заготовки. Он имеет особенности, которые стоит учитывать. Способ используется для сварки чугуна электродом в домашних условиях.

Для процесса электросварки используется источник тока, который называется инвертором.

Резка

Выделяют 2 вида резки чугуна – термический или механический. Рассмотрим несколько способов:

резка с помощью болгарки является простым методом;
при необходимости разрезать трубы используют труборезы;
сабельная пила;
резка при помощи электрода;
газокислородная резка; резка.

Вариантов много, в домашних условиях чаще всего используется болгарка.

Меры безопасности

Важно заботиться о сохранности своего здоровья во время взаимодействия с металлами и электрическими приборами. Перечислим важные моменты:

работа должна проводится в помещении, которое освещается и проветривается;
аппарат для электросварки должен быть заземлен;
нельзя резко охлаждать материал, поэтому нужно защищать его от попадания влаги;
используйте личные средства защиты: перчатки, очки и специальная одежда.

Для улучшенного восприятия информации стоит посмотреть видео.

Как сварить чугун электросваркой в …

Чугун по своему составу представляет собой сплав железа и углерода, который может также включать примеси и некоторые легирующие добавки. Этот металл широко применяется в промышленности для изготовления различных несущих деталей и конструкций. В бытовых сооружениях из чугуна сделано большинство канализационных стояков и радиаторов отопления.

Большое содержание углерода усложняет соединение деталей из чугуна между собой и с другими металлами. Нарушение технологических требований зачастую приводит к перекалке, а значит, к увеличению хрупкости металла. Поэтому, прежде чем приступить к соединению чугунных конструкций, необходимо досконально изучить, как варить чугун электросваркой, а также необходимые материалы и технологию выполнения такой работы.

Виды чугуна

В состав чугуна входит не только углерод (2-6 %) и железо, но и марганец (до 1 %), кремний (3 %), фосфор, сера, а также добавки для легирования – алюминий, ванадий, хром, магний, никель и некоторые другие компоненты. Именно легирующие вещества придают твердость, прочность и пластичность материалу, в зависимости от его применения.

Выполняется электросварка чугуна в зависимости от формы и количества углерода, который находится в металле в качестве графита или цементита. Именно по этим показателям и подразделяется чугун на следующие виды:

Белый чугун имеет светлый цвет поверхности излома, так как углерод в этом металле представляет форму цементита. Обработка такого материала затруднена, из-за его высокой твердости.
В сером чугуне углерод находится в виде графита. Поверхность излома металла серого оттенка. Такой чугун легко поддается металлической обработке и имеет хорошие свойства литья.
Термическая обработка белого чугуна превращает его в ковкий металл, который широко используется в машиностроении.
Чугун половинчатого вида содержит в своем составе углерод в форме цементита и графита. Такое соотношение придает металлу высокую устойчивость к износу.
Графит шаровидной формы придает чугуну высокую прочность. Высокопрочный чугун используется для изготовления качественных труб нефтепроводов и водопровода.

Особенности сварки чугуна

Прежде чем ответить на вопрос, можно ли варить чугун электросваркой, необходимо разобраться в особенностях технологического процесса соединения металла. По своей структуре, а также многим физическим свойствам чугун относится к сплавам, которые ограниченно подвержены процессу сварки.

Во время электросварки чугуна в домашних условиях, нужно обращать внимание на следующие сложности этого процесса:

Формирование качественного шва осложняет жидкотекучий характер чугунного сплава.
Несоблюдение температурного режима сварки приводит к перекаливанию чугуна. Это вызывает выгорание углерода в сварочной ванне и, следовательно, увеличивает образование пор.
Также большая температура электрической дуги способствует отбеливанию чугуна в месте сварки. Этот эффект, из-за неоднородности структуры металла, приводит к растрескиванию шва.
В процессе сварки чугун способен окисляться, при этом создается тугоплавкий окисел, температура плавления которого на много больше, чем у исходного материала.

Чтобы избежать всех этих неприятностей при сварке чугуна, необходимо ответственно отнестись к правильному выбору режима работы.

Подготовка чугуна к сварке

Перед тем как варить чугун электросваркой, необходимо произвести подготовку кромок соединяемых поверхностей. Осуществлять предварительную очистку поверхности можно как ручным способом, так и электрическим инструментом с насадкой из металлического ворса.

Далее нужно обязательно произвести разделку кромок до чистого металла, так как варить чугун электросваркой в домашних мастерских намного сложнее, чем сталь.

Дефектные места чугуна разделывают по следующим правилам:

разделка выполняется строго по трещине;
трещины не сквозного характера насверливают сверлом, а затем вырубают их до основного материала;
в зависимости от толщины металла, сквозные трещины разделывают с двух или одной стороны;
на близко расположенные трещины рекомендуется наварить заплатку, которая должна закрывать дефект на 15-20 мм со всех сторон.

После очистки поверхности и разделки кромок требуется тщательно обезжирить место соединения ацетоном или растворителем.

Основные методы сварки чугуна

Можно варить чугун как электросваркой, так и в среде инертного газа. Второй способ используется в основном для соединения неоднородных металлов. Применяется сварка газом чаще всего для проведения ремонтных работ на канализационных трубах, а также восстановления деталей автомобилей.

Можно варить чугун электросваркой как горячим способом, с предварительным подогревом заготовок, так и холодным методом, без подогрева места соединения. Сварка с подогревом технологически осуществляется более сложным способом, чем холодное соединение, поэтому ее применение в бытовых условиях является нецелесообразным.

Газовая сварка

Сварка чугуна в облаке защитного газа применяется для создания шва высокой прочности, что достигается при условии небольшого провара металла. На конечный результат работы особое значение оказывает практический опыт сварщика, а также выбор правильного режима создания сварочного шва.

Процесс газовой сварки рекомендуется производить двумя горелками. При этом одной горелкой обеспечивается предварительный нагрев места соединения, а второй расплавляется проволока и осуществляется непосредственно сварка чугунных деталей. Охлаждение сваренных деталей должно происходить медленно, поэтому часто применяется укрытие изделий слоем песка или асбестом.

Горячая сварка чугуна

Сварка чугунных изделий с предварительным подогревом кромок соединяемой поверхности осуществляется чаще всего на промышленных предприятиях. Нагрев заготовок может производиться в инертных печах, а также различными специальными горелками.

Прогрев места сварки до 600–650 ℃ устраняет возможность напряженности и перекалки металла в месте стыковки.

Технология выполнения сварки следующая:

Производится предварительная подготовка места соединения.
Изделие располагается таким образом, чтобы была возможность вести сварку с нижним положением шва.
Сварочный аппарат настраивается на работу с прямой полярностью. Сила тока при сварке чугуна выставляется гораздо выше, чем варка стали.
Нагревается деталь до температуры 300–600 градусов.
Сварочная ванна в процессе создания шва должна быть заполнена расплавленным металлом. Рекомендуется жидкий расплав помешивать кончиком электрода.
После окончания сварки изделие лучше оставить в остывающей печи, или засыпать теплоизолирующим материалом. Медленное остывание чугуна является залогом качественного соединения.

Конечно, сварка чугуна горячим методом считается трудоемкой работой, но именно такие условия позволяют получить шов без дефектов и с высоким качеством.

Холодный способ сварки

В случаях, когда к сварному шву не предъявляются высокие требования, можно варить чугун электросваркой в домашних условиях, как холодным способом, так и с незначительным подогревом.

Технологические особенности холодной сварки следующие:

На сварочном аппарате выставляется минимальная мощность, которая допустима для определенной толщины электрода, чтобы исключить перегрев металла.
Сварка осуществляется на токе обратной полярности.
Сварочный шов нужно выполнять отрезками 30-50 мм.
Перегрев места соединения исключается с помощью перерывов или ведения шва в шахматном порядке.
При многослойной сварке каждый шов необходимо проковывать молотком.

Качество соединения чугуна полностью зависит от правильного выбора электродов.

Электроды для сварки чугуна

Можно варить чугун электросваркой как электродом по чугуну, так и изделиями, содержащими в своем составе никель или медь. С этими цветными металлами углерод не соединяется, поэтому в сварном шве не образуется белый чугун. Чаще всего сварка такими электродами выполняется в несколько этапов, с перерывом на остывание.

Для электросварки чугунных изделий применяются следующие электроды по чугуну:

ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6 – электроды на основе меди и железа, которые используются для сварки серого или ковкого чугуна;
ОЗЖН-1 – в состав этой марки входят железо и никель, очень эффективны для высокопрочного чугуна;
МНЧ-2 – эти изделия содержат медь, никель и железо, подходят для сварки всех видов чугуна.

Основы техники безопасности при сварке

Выполнение сварочных работ относится к категории повышенной опасности для здоровья сварщика. Поэтому, соблюдение техники безопасности при сварке чугуна является обязательным условием проведения работ.

К основным положениям техники безопасности относятся:

все работы должны выполняться с использованием индивидуальных средств защиты (маска, перчатки, специальный костюм и обувь);
проведение сварочных работ необходимо осуществлять в хорошо проветриваемом помещении;
оборудование для сварки необходимо содержать в исправном состоянии;
электрическое оборудование должно быть надежно заземлено.

Чугун относится к металлам, которые трудно поддаются технологии сварки. Поэтому, прежде чем приступить к процессу соединения чугунных изделий, необходимо внимательно изучить основные нюансы качественного выполнения таких работ.