Как заварить чугун электросваркой

Предварительная подготовка изделий

В домашних условиях сварку чугуна начинают с правильной подготовки узлов и деталей к сварочному процессу:

  • зачистить и разделать свариваемые кромки;
  • фрезеровать или высверлить дефектные участки по краям с вырубкой до чистого металла;
  • очистить, обезжирить, высушить рабочие поверхности.

Для предотвращения перекалки материала свариваемые кромки зубилом или наждачным кругом разделывают под углом 45º. Это способствует равномерному нагреванию рабочей поверхности.

Обезжиривают бензином, ацетоном или другими органическими растворителями, а сильно загрязненные места обжигают пламенем горелки.Трещины необходимо обработать – на всю глубину трещины для достаточной проварки металла. Длина разделки должна быть на 5-6мм длиннее дефектного участка с обеих сторон. Концы трещин засверлить или их вырезать и закруглить.

Для тонкостенных деталей укладываются графитовые подкладки для предупреждения вытекания расплавленного металла. Это поддерживает нагретую зону и сохраняет форму детали.

Особенности сварки чугуна

Чугун – это железный сплав с большим содержанием углерода. Углерод придает стальным сплавам твердость, при содержании его свыше 2,14% получаемый сплав уже является чугуном. Поскольку углерод не является металлом, он не может образовать с железом кристаллических решеток и присутствует в виде вкраплений графита различных форм или входит с железом в химическую связь. Из-за графита чугун имеет пористую структуру, насыщается газами и впитывает масло.

При сварке чугуна проблемы начинаются сразу после образования шва. При остывании, особенно быстром, легко возникают трещины, вызванные закалкой и сильными напряжениями в металле. Образуется карбид железа (цементит), чугун “отбеливается”, получает высокую твердость и хрупкость. Поэтому после сварки необходимо поддерживать температуру 200-300°C, постепенно снижая ее, чтобы избежать образования цементита.

Помогает также введение никеля в материал шва. Он смешивается с железом в любых соотношениях. При этом не образуется карбидов и повышения твердости, что позволяет избежать трещин. Можно использовать для этих целей медь, но она не обеспечивает такой однородности шва, как никель.

Сравнительно невысокая температура плавления чугуна (от 1200 до 1250 градусов) приводит к его высокой текучести и ограничивает положения сварки – особенно сложно варить потолочные швы. Кроме того, повышено газообразование, которое продолжается даже при остывании шва.

Так называемый “горелый” чугун (бывший длительное время под действием высоких температур) сваривать невозможно из-за появления окислов кремния и углерода. Вообще чугунные детали предпочтительно менять и при использовании не допускать их разрушения.

Основные трудности при сварке чугуна:

  • образование трещин при остывании шва;
  • сильное повышение твердости в области шва;
  • выделение газов создает пористость шва;
  • текучесть ванны усложняет технологию.

Техника безопасности

Вот теперь вы уже знакомы с тем, как можно сварить чугун, но вам нужно знать еще кое-что. Конечно, стоит прочитать правила безопасного применения. Это особенно нужно для тех, кто занимается сваркой в гаражных условиях.

Стоит проследить, чтобы в комнате была хорошая вентиляция, или как минимум открытое окно, не нужно открывать все двери и окна-сквозняк ничего хорошего вам не даст.

Свет-он необходим на надлежащем уровне, ведь вам нужно хорошо контролировать все элементы сварки и обстановку за рабочей поверхностью

Конечно должно быть заземление если вы работаете аппаратами-это важно

На сам чугун нельзя попадать воде. И самое ценное что у вас есть-это вы, так что при себе должны быть перчатки, очки, закрытая обувь. Помните, что одетая с таким нежеланием перчатка может спасти очень желанную жизнь.

Особенности материала

Чугун

Данный материал характеризуется рядом свойств, затрудняющих процесс сваривания, а именно:

  • формирование трещин и пор;
  • образование каленых структур вследствие обработки;
  • тонкие заготовки рассыпаются от перегрева.

В зависимости от состава, материал разделяется на белый и серый. Первые особенно трудно поддаются свариванию из-за своей хрупкости и твердости. С серыми работать значительно легче. Они более податливы обработке.

Мастера, имеющие значительный опыт работы и знающие, как сварить чугун, способны даже по разрезу определить его свариваемость. Мелкодисперсная структура металла является более приближенной к серому. Это значит, что работать с ней легче, чем с материалом имеющим в своем разрезе крупные зерна.

Длительное нахождение материала в масляной или водной среде делает его непригодным к сварке. В связи с этим не каждую деталь можно подготовить должным образом для получения качественного соединения.

Технология сварки чугуна.

В связи с ограниченной свариваемостью подобного металла необходимо принимать во внимание следующие его основные особенности:

данный материал – жидкотекучий, в связи с чем работать с ним можно только лишь в нижнем положении;
важно строго соблюдать температурные режимы, иначе можно выпалить углерод и сформировать поры;
низкая пластичность и неправильные термические нагрузки приводят к развитию напряжений;
при расплавлении образуются окислы с температурой плавления, превышающей таковую для основного материала.

Одной из основный трудностей, с которыми часто сталкиваются сварщики – формирование трещин в области сварки во время охлаждения изделия.

Указанные особенности этого материала, а также дефекты и недостатки могут доставлять трудности только при несоблюдении технологии сварки.

Существует несколько методов, позволяющих обрабатывать данный металл. Достаточно часто используется горячая сварка чугуна, может также применяться сварка чугуна аргоном или же, например, полуавтоматом.

Не стоит забывать и про необходимость правильно выбирать электроды по чугуну. Учитывая все тонкости работы с подобным материалом возможно достичь наилучших результатов.

Технология

Рассмотрим технологические особенности сварки чугуна электродами.

Подготовка

При работе с чугуном в домашних условиях именно подготовительному этапу стоит уделить максимум внимания. От него зависит, не появятся ли дефекты в дальнейшем. Трещины внутри металла отличаются глубиной и весьма тонкой структурой. Их нужно разделывать как можно глубже. Практикуется разделка в варианте:

  • вырубки;
  • шлифовальных работ;
  • дуговой строжки;
  • кислородной подготовки;
  • термической резки.

Независимо от конкретного варианта, разделывают трещины на 5-6 мм шире их границ. Выходить на поверхность нужно плавно. Глубина разделки сквозной трещины на 1-2 мм меньше, чем толщина обрабатываемого изделия. Если работают с глухой трещиной, глубина разделки должна быть больше ее нижней точки залегания на те же 1-2 мм.

Разделанные трещины засверливают на концах. Если это почему-либо невозможно, их полностью вырезают, а концы скругляют. На кромках толстых деталей готовят скосы под углом 45 градусов, при этом следят, чтобы сами кромки не имели острых углов. Обязательна очистка поверхности перед началом работы, иначе никакой выбор режимов не поможет

Внимание: если обычные механические и термические способы очистки не помогают, придется использовать газовую горелку

Процесс

Горячая сварка чугуна практикуется главным образом в промышленных условиях. Дома почти невозможно прогреть его до 600-650 градусов Цельсия. Проблемы могут возникнуть и с обеспечением пожарной безопасности.

Сварка чугуна инвертором с плавящимся электродом обычно производится в холодном режиме. В этом случае применяют инструмент с содержанием меди либо никеля. При использовании ЦЧ-4 диаметром 3 мм нужно подавать ток на 65-80 А. Если используется электрод сечением 4 мм, силу тока увеличивают до 90-120 А. Пятимиллиметровые инструменты прогревают током от 130 до 150 А. Для ОЗЧ-2 эти показатели составляют соответственно 90-110, 120-140 и 160-190 А.

Разумеется, есть еще целый ряд технологических тонкостей и нюансов. Непрерывный шов можно делать длиной не более 3-5 см. Категорически следует избегать перерывов при работе – их делают только в самых критических случаях. Варить чугун, если не указано другое в конкретном случае, надо только на обратной полярности.

Отдельно стоит рассказать про обработку ковкого чугуна. Его электродуговая сварка возможна различными способами, в том числе с использованием разнообразных электродов. Стальной инструмент можно применять только в том случае, когда потом будет проводиться дополнительный отжиг. Отказ от такой процедуры вызовет избыточную хрупкость шва и сильно ухудшит качество готового изделия. Гораздо практичнее поэтому использовать латунные либо медно-никелевые электроды, снимающие проблему дополнительной обработки.

Довольно широкое распространение получили сварочные инструменты с медным стержнем сечением от 3 до 6 мм. Снаружи используется оборачивание тонкой жестью и нанесение дополнительного покрытия. Периодически применяют даже медные трубки с сердечниками из железа. Если работать правильно и аккуратно, можно сформировать отличные швы такими электродами. Но надо понимать, что есть риск образования пор, особенно на границе чугуна с наплавленным металлом.

Варить чугун на полуавтоматах надо с проволокой марок:

  • Св-08ГС;
  • Св-08-Г2С;
  • Нп-30ГХСА.

Иногда применяют также и порошковую проволоку. Силу тока всегда делают меньше, чем при сварке стали. В околошовной области температура не должна подниматься выше 80 градусов Цельсия. После любого прохода, пока металл не успел остыть, делают «проковку» валика. Шпильки с резьбой можно расставить в шахматном порядке по краям свариваемых деталей.

В следующем видео представлен мастер-класс по сварке чугуна электродами.

Основные виды сварки

Специалисты используют 2 вида сварки чугуна – холодный способ и горячий. При холодной сварке необходимо применение электродов, специально предназначенных для сварки чугуна.

Можно сваривать чугунные изделия в холодном состоянии (без подогрева) с применением стальных электродов, изготовленных из низкоуглеродистой стали, но это требует больших усилий от сварщика и понимания им процессов, которые происходят в зоне сварки. Обусловлено этой свойствами чугуна. Металл после окончания сварки быстро охлаждается и это приводит к его хрупкости, что может вызвать появление трещин.

Состав низколегированных прутков
Марка С Si Ni Sn Cu
I 3.2-3.6 3.4-4.0 0.1-0.2 0,3-0,5
II 3.0-3.4 3.0-3.6 0.4-0.6 2.0-3.5
III 3.0-3.4 3.0-3.6 0.2-0.5 0,1-0,3 1.0-2.0

Кроме того, между швом и основным металлом образуется отбеленный чугун, а за ним следует закаленный, что может вызвать появление пор, которые являются недопустимыми дефектами.

При сварке холодным способом еще используют электроды, изготовленные из аустенитного чугуна и из цветных металлов.

Электроды изготовляют из прутков круглой формы, выполненных методом литья, марка применяемого чугуна при этом А или Б. Их диаметр лежит в пределах 4 ÷ 12 мм, при этом прутки Ø 4 мм имеют длину 250 мм, Ø 6 мм – 350, остальные имеют длину 450 мм. Прутки из чугуна марки А применяются при проведении газосварочных работ и являются материалом для изготовления стержней электродов, применяемых при сварке чугунных изделий горячим способом. Прутки марки Б помимо сварки чугуна в горячем состоянии, могут применяться для изготовления стержней электродов, которые используются при проведении сварки полугорячим и холодным способами.

Состав чугунных стержней для сварки чугуна
Марка С Si Мn Р S Сr Ni Назначение
А 3.0-3.5 3.0-3.4 0.5-0.8 0.2-0.4 До 0.08 До 0.05 До 0.3 Для горячей сварки
Б 3.5-4.0 0.3-0.5 Для горячей и полугоря­чей сварки

Сваривать такими электродами можно только в одном положении — нижнем. Сила тока зависит от Ø электрода и находится в пределах 270 ÷ 650 А. Из электродов, изготовленных из цветных металлов, при сварке чугуна используют медные электроды, изготовленные из монель-металла и из никелевого чугуна, имеющего аустенитную структуру.

Медные электроды рекомендуется применять для сварки изделий, которые должны иметь плотные швы и работающих при незначительных статических нагрузках. Их изготавливают из стержней меди Ø 3 ÷ 6 мм, обернутых стальной проволокой или лентой, имеющих низкое содержание углерода. На стержень наносят специальное покрытие — меловое или состоящее из сложного состава.

Такого же диаметра и длины изготавливают стержни из монель-металла (медно-никелевые) и никелевого аустенитного чугуна.Сварка может выполняться как на постоянном токе, так и на переменном.

Отбеливание чугуна и появление закалочных структур можно избежать, применив более продуктивный вид сварки – горячую. В зависимости от температуры предварительного подогрева изделия перед сваркой, различают следующие виды горячей сварки:

  • теплую (не более 200 0С);
  • полугорячую (нагрев в районе 300 ÷ 400 0С);
  • горячую (500 ÷ 600 0С).

В любом случае температура предварительного подогрева не должна превышать 650 0С, чтобы избежать структурных превращений в самой структуре чугуна.


Формовка места сварки (1-деталь, 2-формовка, 3-графитовые пластины) A — несквозной раковины B — облицовка графитовыми пластинами C — недолива кромки

Этапы процесса проведения горячей сварки следующие:

  • подготовка изделия к сварке;
  • прогрев до необходимой температуры (в горне, муфельной печи, нагревательном колодце и т.д.);
  • сборку (с применением струбцин или прихваток) и установку изделия под сварку;
  • собственно сам процесс сваривания;
  • охлаждение (медленное).

Все виды горячих способов сварки требуют медленного охлаждения изделия или конструкции после проведения сварочных работ. Это позволит избежать нежелательного отбеливания чугуна, что делает его хрупким. Чаще всего изделие сразу после сварки отправляют в печь и там охлаждают, выключив печь. Иногда такое охлаждение может происходить сутками — зависит от габаритов изделия. В домашних условиях пользуются специальными средствами, которые защитят изделие от быстрого остывания (теплосберегающий материал, например, асбест, шлак, сухой кварцевый песок, древесный уголь).

Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Иногда сварку проводят переменным током, но только в том случае, если длина кабелей от сварочного трансформатора не большая, а напряжение холостого хода более 70 В.

Особенности работы с чугуном

Рабочие со стажем определят свариваемость металла всего лишь по единому разрезу. Если структура является мелкодисперсной, а оттенок близок к серому, то такой чугун сваривать намного проще, чем темные крупнозернистые породы. Если говорить о соединении деталей, находящихся длительное время в масле, или тех, что постоянно подвергались окислениям в воде, грунте либо других средах, то такие сварочные материалы не являются подходящими

Следует принимать во внимание, что чугун принадлежит к материалам с ограниченной свариваемостью, и учитывать ряд его особенностей:

  • металл относится к жидкотекучим, потому единственным допустимым рабочим положением является нижнее;
  • при несоблюдении температурных режимов и перекаливании металла углерод выгорит, образуются поры;
  • отсутствие необходимой температуры и минимальная пластичность — главные причины напряжений в местах соединения швов;
  • расплавленным чугуном могут создаваться окислы с температурой плавления выше, чем у исходного материала.

Технологии соединения деталей

Существует три широко известные методики соединения чугунных деталей. Речь идет о таких работах:

  1. Горячая сварка. Ее считают самой распространенной и правильной. Суть в том, что перед началом использования электрода заготовка должна прогреться до 600 градусов, давая возможность избегать появления соединений с завышенной температурой, перекалок и напряженностей в местах сваривания.
  2. Полухолодное сваривание. От первого способа отличается только температурой нагрева. В этом случае температура нагрева изделий не должна превышать 350 градусов.
  3. Холодная сварка. Нагрев заготовок исключается, но в пределах технологии есть многочисленные нюансы, без которых нельзя получить шов высокого качества. Сварка чугуна электродом в домашних условиях инвертором выполняется именно таким методом.

Как подготовить материал

Чугуну требуется предварительная подготовка перед началом сваривания. Сначала нужные места защищают, используя болгарку с кругом в виде лепестка либо другие подходящие насадки. Верхний слой защищают до уровня не окисленного металла, обезжиривая бензином или растворителем. Если нужно избавиться от трещин, металл чистят, пока не покажутся их окончания, строго в тех точках насверливают отверстия с диаметром 10 мм.

Говоря о том, как сварить чугунные детали, стоит выделить и некоторые особенности подготовительного этапа:

  1. Шпильки. Работы могут выполняться как послойно (опорные элементы не задействуются), так и со шпильками. Они полностью стальные. Размеры подпадают под строгий регламент, к примеру, их диаметр не должен занимать более 40% объема чугуна при максимальном расстоянии 6 диаметров и выступлении над основанием в 4−6 мм. На используемое количество влияют только величины соединений, но не более четверти от площади изломов.
  2. Проведение разделки кромок. Нельзя допускать острых краев в местах сопряжений металла, их следует сделать сферическими.
  3. Нужно пользоваться специальными электродами. Давая ответ на вопрос относительно того, как заварить чугун обычным электродом, нужно отметить, что это практически нереально. Специалисты советуют приобретать присадки, среди компонентов которых хром, медь, никель и другие лигатуры, упрощающие наплавление на чугун аргоном.

Методы сварки чугуна с инструкцией

Выбор технологии зависит от толщины деталей и условий эксплуатации будущей металлоконструкции.

Сварка по шпилькам

Зернистая структура сплава не всегда позволяет заварить детали многослойным способом. В сложных случаях устанавливают шпильки с резьбой. Их монтируют в шахматном порядке по кромкам соединяемых заготовок.

При выборе размера шпилек учитывают следующие рекомендации:

  1. Диаметр крепежного элемента должен составлять 30-40% толщины соединяемых заготовок. Максимальное значение – 1,2 см.
  2. Шпилька вкручивается на 1,5 диаметра. Однако длина ввинчиваемого отрезка не должна превышать половины толщины свариваемых деталей;
  3. Размер выступающей части должен составлять 0,7-1,2 сечения шпильки.

После размещения шпилек по их периметру наваривают несколько слоев.

Холодный способ

Метод применяют для устранения незначительных повреждений чугунных конструкций. При холодной сварке не выполняют предварительной подготовки. Качество соединения ниже, чем при использовании горячих способов, поэтому технологию не используют при ремонте двигателей и других важных конструкций. При соединении деталей, испытывающих повышенные нагрузки, применяют усиливающие стальные шпильки. Их заваривают с наружной стороны, покрывают верхним швом.

При холодной сварке соблюдают следующие условия:

  1. Минимизируют нагрев детали, применяя тонкие стальные электроды. Медленному повышению температуры материала способствует применение постоянного тока.
  2. Электрод подсоединяют к плюсу агрегата. Такой вариант подключения называется обратной полярностью.
  3. Решая, какие электроды выбрать для сварки серого чугуна холодным методом, предпочтение отдают тем, что содержат минимальное количество углерода.

Желательно использование стержней, содержащих никель или медный сплав. Эти материалы считаются дорогими, поэтому их редко применяют в бытовых условиях.

В газовой среде

Газ используется для защиты и нагрева обрабатываемого участка. При сварке чугуна часто используют пропан-бутановую смесь или ацетилен. Электрод заменяют присадочной проволокой из того же металла или никеля. Для снижения вероятности окисления пруток обрабатывают флюсом. Иногда проволоку прогревают восстановительной часть горелки.

Для получения сварного соединения газовым методом выполняют следующие действия:

  1. Постепенно нагревают место сварки. Подходящую температуру выбирают опытным путем.
  2. После достижения нужного нагрева формируют соединение. Постепенно отводят горелку, добиваясь медленного охлаждения.
  3. Очищают сварное соединение от шлака, при необходимости шлифуют.

Дуговая сварка электродами

Такой способ разрешен к применению, однако он характеризуется высокой стоимостью, отсутствием преимуществ перед остальными методами. Чугун не требует тщательной защиты от окисления.

При дуговой сварке с аргоном соблюдают следующие правила:

  • исключают перегрев обрабатываемых областей;
  • постепенно повышают температуру сварочной ванны;
  • медленно охлаждают готовую конструкцию.

Процесс сварки включает следующие этапы:

  • фиксацию деталей в правильном положении с использованием тисков или струбцины;
  • формирование защитного газового облака (подачу аргона начинают за 15 секунд до возбуждения дуги, прекращают через 7 секунд после завершения работы);
  • настройку аппарата (силу тока и скорость подачи расходного материала выбирают с учетом толщины свариваемых заготовок);
  • наложение шва (электрод ведут по направлению соединения);
  • завершение сварки путем постепенного снижения мощности дуги реостатом.

При аргонодуговой технологии применяют полуавтоматический аппарат с никелевой проволокой или неплавящиеся электроды.

Рекомендуем ознакомиться
Сварка чугуна аргоном

Методика наплавки

В таким случае используют специальные электроды следующих типов:

  1. МНЧ-2. Используется при формировании сложных металлоконструкций. Наплавку осуществляют без подогрева.
  2. ОЗЖН-1. Стержни применяют при устранении крупных дефектов.
  3. ОЗЧ-2. Электроды этой марки помогают осуществлять наплавку серого или ковкого чугуна.

Газовая наплавка выполняется за счет тепловой энергии, выделяющейся при сгорании ацетиленовой смеси. В качестве присадочного материала применяют литые прутки и флюсы.

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.

Процесс

После того, как все для сварки чугуна готово, приступают к самой сварке. Работы как по горячей, так холодной технологии производят:

  • газовой сваркой;
  • плавкими электродами, стержневыми либо проволочными (инвертором либо полуавтоматом с углекислым газом);
  • сваркой неплавким электродом, с присадочными стержнями, в том числе в среде инертного газа (аргон, гелий).

Зона шва, или сплавления деталей наиболее «капризная» часть соединения. Распространенный дефект при этом отслаивание наплавленного материала. Избежать его помогает методика сварки по шпилькам.

Их завинчивают в отверстия с нарезанной метрической резьбой. Количество зависит от размера деталей. Правильный диаметр принимается по специальным таблицам.

Сварка ведется инверторными аппаратами, в том числе полуавтоматическими. Последние, за счет охлаждающего эффекта углекислоты дают качественное соединение

При сварке сначала обваривается каждая шпилька, затем заполняются пространство между ними.

Подобным способом удается справиться даже со столь сложной задачей, как заварка чугунного блока двигателя электросваркой.

Ширину прорезки при разделке трещины, а значит и будущего шва выдерживают в пределах 3-5 мм. Меньшая щель даст качественный провар. С другой стороны, чем толще шов, тем выше «отбеливание» свариваемых краев, повышение их хрупкости.

Как делать шов?

Процесс сварки чугуна, в связи с его высокой текучестью производится как правило в нижнем положении свариваемых деталей. Исключение — использование специальных электродов.

Поэтому, при необходимости выполнения с нескольких сторон изделие приходится кантовать. Чтобы при этом не происходило разрушение уже выполненного шва, детали помещают в общий каркас, не дающий им сдвигаться.

При значительной толщине изделий, выполнить их соединение либо заварить трещину с одного раза невозможно. В таких случаях первый шов кладут непосредственно по разрезу. Затем, отступив вправо и влево, с промежутком укладывают еще два шва. После чего заполняют расстояние между ними.

Если стык не заполнен операцию повторяют, накладывая еще один слой, и так далее.

Чтобы снизить перегрев деталей, шов по чугуну ведут отдельными отрезками.