Сварка, наплавка и заварка чугунных изделий электродами
Чугун: Сварка электродами
Сварка, наплавка и заварка чугунных изделий – распространённый способ восстановления габаритных деталей, изношенных вследствие интенсивной эксплуатации. Проблема в том, что данный сплав сваривается плохо, поэтому при несоблюдении технологии в готовых деталях часто наблюдаются трещины.
Как заварить чугун или наплавить чугун электродом? Прежде чем приступить к работам, необходимо решить четыре ключевых вопроса:
1. Определить тип сплава.
2. Тщательно очистить отливку.
3. Установить температуру предварительного нагрева изделия.
4. Выбрать метод сварки или наплавки.
Зачем нужно знать тип чугуна
В практике используются следующие типы чугуна: Белый, серый, ковкий и высокопрочный (последний – в специальных применениях). Свариваемость каждого из этих видов различна.
Как известно, чугун является сплавом железа с углеродом, причём процентное содержание последнего не может быть менее 2…4%. Это придаёт чугуну высокую твёрдость, но и пониженную пластичность. Во время сварки перемежающиеся циклы нагрева и охлаждения вызывают расширение и сжатие металла. Однако чугуны при этом не растягиваются, и не деформируются, а трескаются. Условия такого растрескивания определяются типом чугуна.
Белый чугун. Удерживает углерод в форме карбида железа (цементита), не выделяя его в виде графита. Кристаллическая микроструктура цементита очень твердая и хрупкая, поэтому белый чугун сварке не поддаётся – растрескивание отливки неизбежно при любом нарастании/падении температуры. Единственный способ избежать трещинообразования – подвергнуть сплав длительному отжигу при 900…10500С, в результате чего он преобразуется в ковкий чугун.
Ковкий чугун. Обладает наименьшей хрупкостью, поскольку имеет сфероидальную углеродную микроструктуру.
Серый чугун. Углерод, содержащийся в сплаве, во время литья осаждается в графитовые чешуйки перлитной или ферритной кристаллической матрицы. По пластичности и свариваемости занимает промежуточное положение между ковким и белым чугуном, однако чешуйки графита в сером чугуне могут попасть в сварочную ванну и вызвать охрупчивание металла сварного шва.
Наиболее доступный способ определения типа чугуна – проверить цвет металла на изломе. Белый чугун будет более светлым, из-за повышенного содержания цементита. Впрочем, примерно так же выглядит и ковкий чугун. Поэтому лучше воспользоваться так называемым искровым тестом, который не предусматривает разрушения отливки.
Сущность испытания на искру заключается в том, что кромку изделия, подлежащего сварке или наварке, прикладывают к вращающемуся шлифовальному кругу. При контакте металла с поверхностью инструмента будут образовываться искры. Их цвет, вид и форма позволяет установить, к какому типу чугуна относится изделие. Шлифовку следует производить так, чтобы искровой поток отбрасывался горизонтально и на достаточно тёмный фон.
Для чугунов цвет искр всегда находится в диапазоне от красноватого до соломенно-жёлтого. Искры – очень тонкие и короткие, причём начинаются у шлифовального круга и не разветвляются.
Испытание на искру позволяет не только отличить чугун от, например, стали, но и установитьти п сплава. При одинаковой скорости вращения шлифовального круга и усилии прижима искровой поток от детали, изготовленной из ковкого чугуна, всегда будет длиннее, чем из серого. Причём ширина потока будет меньше, а наиболее мелкие искры окажутся вблизи периферии круга. При тех же условиях испытаний длина и объем искрового потока от белого чугуна будут меньше, чем для серого чугуна.
Простым методом проверки готовности поверхности к сварке чугуна электродами является пробное нанесение сварного шва на металл — при наличии каких-либо примесей шов будет пористым. Такую поверхностный слой необходимо удалить, повторяя процесс до тех пор, пока пористость не исчезнет.
Тепловые процессы при сварке
Сварка чугуна электродом включает три этапа:
• Предварительный нагрев;
• Собственно сварка (или заварка) при минимально необходимом количестве вводимой тепловой энергии;
• Медленное охлаждение.
Обязательность теплового контроля заключается в ограничении теплового расширения. Соответствующее напряжение не возникнет, когда весь объект нагревается и расширяется с одинаковой скоростью, однако оно будет накапливаться при локализации тепла в относительно небольшой зоне термического влияния.
Предварительный подогрев уменьшает температурный градиент между основным телом отливки и её поверхностью, сводя к минимуму растягивающие напряжения, вызванные сваркой. Для сварки чугуна наилучшей стратегией является минимизация подвода тепла — выбор низкотемпературного процесса сварки и сварочных электродов, имеющих низкую температуру плавления.
Важно управлять также и скоростью охлаждения, которая оказывает непосредственное влияние на напряжения, возникающие в сварном шве. Быстрое охлаждение вызывает усадку, в результате чего сварные швы становятся хрупкими и легко растрескиваются. Этого можно избежать, если перед сваркой применить предварительный нагрев металла.
Способы сварки чугуна электродами
Чаще используют дуговую и кислородно-ацетиленовую сварку, а также пайку.
При сварке чугуна электродом используется расходный материал, покрытый флюсом. Выбор электрода определяется областью применения и объёмом последующей механической обработки.
Для сварки чугуна применяют следующие типы электродов:
• Чугунные/стальные, покрытые флюсом;
• Из медных сплавов;
• Из никелевых и железно-никелевых сплавов.
Наилучшее качество сварного шва обеспечивают электроды из сплавов железа с никелем: Шов обладает высокой прочностью и имеет низкий коэффициент теплового расширения. Это снижает сварочные напряжения и повышает устойчивость чугуна от растрескивания. Рекомендуется использовать минимальные значения силы тока.
Наличие этапа предварительного нагрева зависит от материала электрода. Перед сваркой чугунными или медными электродами свариваемые/завариваемые изделия нагревают до температуры не менее 130…150 °С, в то время, как никелевые электроды можно использовать без предварительного нагрева заготовок.
Для кислородно-ацетиленовой сварки чугуна подходят только чугунные и медно-цинковые электроды. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не окислить чугун во время сварки ацетиленом, так как это вызывает потерю кремния и образование в сварном шве белого чугуна. Электрод следует погружать непосредственно в ванну с расплавом, а не расплавлять в пламени – это сводит к минимуму возникающие температурные градиенты.
Сварка пайкой является распространённым методом соединения чугунных деталей из-за минимального теплового воздействия на основной металл. Флюс, имеющийся на электроде, из-за более низкой температуры плавления (в сравнении с чугуном) не вступает в термохимические реакции с чугуном, а просто откладывается на поверхности, предотвращая оксидообразование.
Чистота поверхности такого соединения зависит от качества флюса, смачивающего поверхность основного металла. Это позволяет наполнителю течь по соединяемым деталям, очищая их от оксидов, что способствует более плотному сцеплению.
Номенклатура и марки сварочных электродов отечественного производства, предназначенных для работ с чугунными изделиями, регламентируется техническими требованиями ГОСТ 30430-96. Выбор электродов для сварки чугуна можно производить по данным следующей таблицы:
| Вид чугуна | Марка электрода | Сила тока, А | Диаметр электрода мм |
| Серый чугун | Чугунный ЭЧ-1;2 | 1100...1400 | 12-16 |
| Серый чугун | Стальной ЦЧ-5 | 110...240 | 3...6 |
| Ковкий чугун | Чугунный ЭВЧ-1 | 400...1300 | 8...14 |
| Любой | Медно-никелевый МНЧ-2 | 100...130 | 3...4 |
| Для заварки и наплавки | Железно-никелевый ОЗЖН-1 | 60...90 | 3...5 |
| Для заварки и наплавки деталей , работающих при ударной нагрузке | Никелевый ОЗЧ-4 | 70...190 | 3..5 |
Все электроды рассчитаны на работу с постоянным током обратной полярности. Их ограничениями считаются:
• Необходимость в строгом соблюдении тепловых режимов сварки;
• Повышенные требования к качеству очистки поверхности;
• Чувствительность к направлению формирования сварного шва;
• Необходимость в медленном охлаждении готовой детали или соединения.
В последнем случае приходится использовать специальные теплоизолирующие материалы, замедляющие охлаждение, или применять периодическое прогревание сварного шва. Это увеличивает трудоёмкость работ.
 |
 |
 |
 |
