Что такое холодная сварка чугуна

Что такое холодная сварка чугуна

§ 83. Холодная сварка чугуна

Применяя электроды из различных сплавов с покрытиями разного состава, можно получить металл шва с нужной прочностью и вязкостью, но избежать закалки в зоне плавления при сварке без подогрева изделия не удается. Можно лишь несколько уменьшить толщину закаленной прослойки, применяя многопроходную сварку на малых силах тока.

Холодная сварка чугуна производится стальными электродами, комбинированными электродами и электродами с чугунными стержнями.

43. Примерное размещение шпилек при сварке чугуна

Сварка стальными электродами с применением шпилек. Этот способ сварки широко применяется при ремонте крупногабаритных чугунных изделий. Здесь сварка комбинируется с механическим усилением зоны плавления ввертыванием в теле изделия стальных шпилек, которые связывают металл шва и основной металл, разгружая хрупкую закаленную прослойку.

Рис. 105. Подготовка чугунного изделия к холодной сварке со стальными шпильками: 1 – стальные шпильки, 2 – стальная связь, 3 – наплавка медно-никелевым электродом

При изломе изделия с толщиной стенки до 12 мм шпильки Могут ввертываться без разделки кромок. При толщинах более 12 мм место излома подготавливается с У-образной или X-образной разделкой. Если на поверхности изделия не допускается выступ наплавленного металла, то разделку производят так, как показано на рис. 105. Канавку вырубают на глубину 6 – 20 мм в зависимости от толщины изделия; затем ввертывают шпильки. Диаметр шпилек зависит от толщины завариваемого изделия: при толщине до 12 мм диаметр шпильки должен быть не более 6 мм; диаметр шпилек более 16 мм и менее 3 мм не рекомендуется. Диаметр шпилек d=(0,15-0,2)-5, где S – толщина детали, мм.

Количество шпилек, которые нужно поставить на одну сторону трещины, зависит от качества чугуна, нагрузки, которую несет деталь, длины трещины и др. Максимальное количество шпилек по их площади не должно превышать 0,25 площади излома детали. Примерное размещение шпилек представлено в табл. 43.

Высота шпилек над поверхностью равна 0,5 – 1 диаметра шпильки, но не более 5 – 6 мм; глубина ввертывания – 1,5 диаметра шпильки.

При сверлении отверстий и нарезании резьбы нельзя применять масло. Шпильки должны быть ввернуты до упора.

Лучшие результаты дают электроды марки УОНИИ-13/55. Электроды любой марки берутся диаметром не более 3 – 4 мм, сила тока для электродов диаметром 3 мм – 90÷100 А. Уменьшенная сила тока обеспечивает малую глубину расплавления чугуна и минимальный нагрев изделия, что уменьшает отбеливание и предотвращает появление трещин.

Процесс сварки. Сначала кольцевыми швами обвариваются ввернутые шпильки. Обварку нужно производить вразброс для равномерного нагревания детали. Потом заплавляют участки между обваренными шпильками, причем заварка также ведется отдельными участками. Длина каждого валика не Должна превышать 100 мм. Второй слой валиков наносится перпендикулярно направлению валиков первого слоя. После нанесения наплавки на каждую сторону поверхностей кромок переходят к заварке разделки и трещины. Диаметр электродов можно принять 4 мм и сварочный ток 120 – 140 А.

Для ускорения заварки трещины в изделии толщиной более 10 мм вводят (рис. 106) дополнительные стальные связи. Связи и промежутки между ними провариваются неполностью. Сверху вся поверхность сварного соединения покрывается стальным наплавленным металлом.

Рис. 106. Схема расположения стальных связей в металле шва при холодной сварке чугуна: 1 – шпильки, 2 – стальные связи

Сварка стальными электродами с применением шпилек может выполняться в любом пространственном положении без демонтажа всего чугунного изделия.

Сварка специальными покрытыми электродами. Институт электросварки им. Е. О. Патона АН УССР для заварки дефектов чугунного литья в холодном состоянии предложил порошковую проволоку марки ППЧ-1. При диаметре проволоки 3 мм сварочный ток устанавливают 250 – 280 А, напряжение дуги – 28 – 32 В, скорость подачи проволоки 180 м/ч. Применяется также самозащитная проволока ПАНЧ-11.

Медно-железные электроды ОЗЧ-1 состоят из медного стержня и покрытия: 50% железного порошка, 27% мрамора, 7,5% плавикового шпата, 4,5% кварца, 2,5% ферромарганца, 2,5% ферросилиция, 6,0% ферротитана, 0,5% соды. Сварка производится с большой осторожностью, чтобы не допустить появления хрупкой закаленной прослойки и трещин. Сварное соединение возможно обрабатывать твердосплавным инструментом.

Медно-никелевые электроды МНЧ-1 состоят из проволоки монель-металла (28% меди, 2,5% железа, 1,5% марганца, остальное – никель) или из константановой проволоки (40% никеля, 1,5% марганла, остальное – медь).

Электроды ЦЧ-3А имеют железоникелевую основу (проволока Св-08Н50). Эти электроды обеспечивают высокую прочность и обрабатываемость сварного соединения и отсутствие трещин.

Что такое холодная сварка чугуна

В производственных условиях не всегда можно применить подогрев свариваемых деталей по целому ряду причин (большой габарит, возможность коробления изделия и т. д.). В таких случаях используют холодный способ сварки, при котором не исключается возможность появления трещин в результате неравномерного нагрева, наличия участков твердого отбеленного чугуна в шве и околошовной зоне, разной структуры металла шва и основного. Для уменьшения действия отрицательных факторов при холодной сварке чугуна применяют ряд специальных мер, способствующих получению сварного соединения хорошего качества. Для предотвращения образования трещин в металле шва, околошовной зоне и основном металле используют электроды, снижающие отбел металла, а также осуществляют ряд технологических мер, способствующих улучшению свойств металла околошовной зоны.

К технологическим мерам относится уменьшение напряжений, возникающих в результате усадки металла шва, и предупреждение чрезмерного перегрева металла при сварке. Снижение напряжений достигается уменьшением объема металла, наплавляемого за один прием, и проковки металла в горячем состоянии непосредственно после сварки. Чрезмерного перегрева металла можно избежать, применив электроды небольшого диаметра, выполняя сварку на небольших токах и вразброс.

Холодная сварка чугуна может выполняться несколькими методами.

Сварка с применением шпилек. Для восстановления ответственных изделий различных габаритов, работающих при значительных нагрузках и не требующих обработки после сварки в месте сварки, в изделие ввертывают шпильки из малоуглеродистой стали, а сварку производят электродами типа Э42, Э42А, Э.50, Э50А на постоянном или переменном токе. Чугун и сталь имеют разную усадку, что приводит к плохому их соединению. Кроме того, наплавленная на чугун сталь обогащается углеродом, становится хрупкой и при остывании в ней образуются трещины. Для устранения этих недостатков и применяют шпильки.

При толщине изделий свыше 6 мм свариваемые кромки разделывают под углом 45°. На подготовленных кромках в шахматном порядке просверливают отверстия, в них нарезают резьбу и ввертывают шпильки (рис. 68). Диаметр шпильки равен 0,2 толщины свариваемой кромки (шпильки диаметром менее 3 мм не ставят), расстояние между шпильками равняется 4—6 иХ диаметра, расстояние от кромки до шпильки—1,5— 2 диаметра шпильки, глубина ввертывания шпильки равна двум диаметрам шпильки, высота шпильки над поверхностью изделия составляет 0,5—1 диаметра шпильки. При толщине свариваемого металла выше Ю мм рекомендуется между шпильками устанавливать анкеры толщиной 6—12 мм из низкоуглеродистой стали (рис. 69). Их .располагают под углом 45° и 90° к сварному шву после заварки участков между шпильками. Приваривать анкеры можно не на всю толщину.

Рис. 68. Подготовка чугунных деталей под сварку со шпильками

Сварка соединений со шпильками начинается с обварки шпилек кольцевыми швами, последующего заполнения участков между обваренными шпильками и только после этого приступают к .заплавке всей разделки. Сварку рекомендуется выполнять участками длиной не более 100—150 мм, стремясь к минимальному количеству наплавленного металла. Для сварки изделий толщиной до 5 мм применяют электроды диаметром 3—4 мм, толщиной 5—10, диаметром 4—5 мм. Сварочный ток для электродов диаметром 3 мм рекомендуется 90—100 А, диаметром 4 и 5 мм — соответственно 130—160 и 180—200 А.

Сварка специальными стальными электродами. Применяют электроды из проволоки Св-08 или Св-08А со специальными покрытиями. Важную роль в покрытии играет ферросилиций, который помогает получить серый чугун. Этот способ используется для изделий несложной формы, работающих при незначительных нагрузках.

Рис. 69. Сварка чугунных деталей с помощью шпилек и анкеров

Сварка чугунными электродами. При холодной сварке применяют чугунные электроды с покрытием, в которое входят графитизирующие элементы, и электроды из аустенитного никелевого чугуна с покрытием из 55% карборунда, 23,7% углекислого бария и 21,3% жидкого стекла. Чугунные электроды изготавливают из круглых литых прутков.

На поверхности прутков не должно быть пор, раковин и других дефектов. Чугунными электродами выполняют сварку только в нижнем положении на постоянном и переменном токе. Для снижения .скорости охлаждения металла и его твердости сварку электродами с графитизирующим покрытием рекомендуется выполнять с возвратно-поступательным движением электрода. Однако полная графитизация металла в этом слу-чае не достигается. Сварка электродами из никелевых чугунов применяется, если требуется последующая механическая обработка. Сварка выполняется в несколько слоев с возвратно-поступательным движением электрода. Каждый слой подвергается легкой проковке. Металл сварного шва, наплавленный электродами из никелевого чугуна, имеет низкую стойкость против обра-зования трещин.

Сварка электродами из цветных металлов и сплавов.

Пля сварки чугуна нашли большое распространение электроды из меди и ее сплавов. Медь позволяет уменьшить общую твердость металла шва и отбел прибегающей зоны. Медные электроды применяют для сварки малогабаритных изделий, работающих при незначительных статических нагрузках. Сварку производят на постоянном токе обратной полярности и переменном токе. Предпочтение следует отдавать постоянному току. Медный электрод изготавливают из медного стержня диаметром 3—6 мм, на который наворачивается лента или проволока из низкоуглеродистой стали. После этого на стержень наносится меловое покрытие. Вместо ленты или проволоки используют специальное покрытие.

При сварке электродами из монель-металла (25— 30% меди и 60—70% никеля) обеспечивается сравнительно хорошая обрабатываемость наплавленного металла и пониженная стойкость против образования трещин. Электроды состоят из медно-никелевых стержней диаметром 3—6 мм и специального покрытия. Сварка производится на постоянном токе обратной полярности участками длиной 60—70 мм. Толщина отдельного валика должна быть не менее 3 мм, что исключает вырывание отдельных участков наплавки в процессе механической обработки. В ходе сварки наплавляемые валики подвергают легкой проковке. Сварку электродами из монель-металла применяют и в комбинации с другими электродами, что позволяет получить сварные соединения, удовлетворительные по механической прочности и обрабатываемости.

Сварка комбинированными электродами. В качестве комбинированных применяются железомедные и аусте-нигно-медные электроды. Большое распространение получили железомедные электроды марки ОЗЧ-1, стержень которых выполнен из меди М2 или МЗ, а. в покрытие типа УОНИ-13 вводится до 50% железного порошка. Сварка производится на постоянном токе обратной полярности в нижнем, вертикальном и ьолупо-юлочном положениях предельно короткой дугой участками длиной 30—60 мм. Каждый участок проковывался сразу же после обрыва дуги, а сварка возобнов-б0яое-я пОсле остывания наплавленного участка до 50— Рекомендуется применять следующий сварочный ток: для электродов диаметром 3, 4 и 5 мм — соответственно 90—110, 120—140 и 160—190 А.

В качестве железомедных электродов используют стержни из низкоуглеродистой стали, на которые электролитическим омеднением наносится слой меди толщиной 0,7—0,9 мм; пучок из низкоуглеродистого электродного стержня с любым покрытием и одного или двух медных стержней, связанный в четырех-пяти местах медной или стальной проволокой; стержень из низкоуглеродистой стали, плотно вставленный в медную трубку, на которую наносится покрытие типа УОНИ-13 с 50% железного порошка.

Образование трещин при сварке железомедными электродами всех видов снижается проковкой наплавленного металла в горячем состоянии, а чрезмерный местный перегрев детали уменьшается сваркой короткими участками вразброс. Железомедные электроды при соблюдении необходимых технологических приемов позволяют получить удовлетворительные результаты даже при сварке изделий сложной конфигурации. Общим их недостатком является неоднородная структура и высокая твердость наплавленного металла.

Аустенитно-медные электроды (АНЧ-1) состоят из стального стержня марки Св-04Х18Н9, медной оболочки и покрытия фтористо-кальциевого типа. По сравнению с железомедными электродами они обеспечивают лучшие обрабатываемость мест сварки, стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин и пор.

Существует значительное число способов холодной сварки чугуна. Ручная сварка электродами из цветных металлов на медной основе получила широкое распространение для заварки трещин с обеспечением хороших прочностных показателей свариваемых деталей. Сварку ведут электродами ОЗЧ-2 и СТЧ-3 на постоянном токе прямой полярности в нижнем или наклонном положениях небольшими участками длиной 30—80 мм с очисткой и проковкой каждого валика. Зазоры между кромками при заварке трещин рекомендуется заплав-лять стальными электродами. Возобновляют сварку после охлаждения места сварки до 50—70 °С. Длина дуги у электродов ОЗЧ-2 должна быть предельно короткой. Применяют электроды диаметром 4—7 мм, силу тока соответственно 140—300 А. Сварку электродами со стержнем из сплава на основе никеля используют для устранения мелких дефектов и прежде всего, когда требуется обеспечить обрабатываемость сварного соединения, а также его цвет, аналогичный цвету основного металла. Для сварки используют электроды:

ОЗЧ-З, ОЗЧ-4, ОЗЖН-1, МНЧ-2 и СТЧ-2. Сварку электродами ОЗЧ-З и МНЧ-2 на постоянном токе обратной полярности производят короткими швами длиной 30—50 мм с проковкой каждого шва и перерывами для охлаждения. При сварке электродами ОЗЧ-З диаметром 2,5—5 мм сварочный ток 60—150 А, а электродами МНЧ-2 диаметром 3—5 мм 90—190 А. При заварке крупных дефектов или наплавке больших объемов металла используют также электроды ОЗЖН-1. Электродами ОЗЧ-З наплавляют первый и последний слой, а промежуточные слои наплавляют поочередно электродами ОЗЖН-1 и ОЗЧ-З. Техника и режимы сварки электродами ОЗЧ-1 и ОЗЖН-1 и электродами ОЗЧ-З аналогична. Эти электроды рекомендуются для наплавки последнего слоя при заполнении разделки электродами ОЗЧ-З. Назначение электродов СТЧ-2 и МНЧ-2 и техника сварки ими аналогичны. Сварку ведут электродами диаметром 3—6 мм, сварочный ток соответственно 85—240 А. Некоторые дефекты, расположенные по краям, а также «бобышки» и платики можно наплавлять полужидкой ванной с принудительным формированием. Используют силу тока в 1,5 раза больше по сравнению с током при послойной сварке. Мелкие дефекты на обрабатываемых поверхностях заваривают электродами с карбидообразующими элементами в покрытии. Наибольшее распространение получили электроды ЦЧ-4. Сварку ведут на минимальном токе электродами диаметром более 4 мм из расчета 23 А на 1 мм диаметра электрода. Ток постоянный, полярность обратная. Кромки рекомендуется облицовывать не более чем в 2 слоя с последующим заполнением объема стальными электродами типа Э42 и Э42А.

Когда не требуется механическая обработка сварных соединений и не оговаривается их прочность, рекомендуется сварка стальными электродами, применяемыми для сварки низкоуглеродистых сталей. Сварку производят отдельными участками на минимальном режиме с перерывами для охлаждения основного металла. Для получения равнопрочного с основным металлом соединения непосредственно по месту работы детали без ее демонтажа в завариваемое место устанавливают стальные шпильки в шахматном порядке. При толщине детали до 20 мм разделка кромок необязательна. При большей толшине угол разделки 90—120°.

Сварку можно производить также электродами ЦЧ-4 или электродами со стержнем на основе никеля. Сварку выполняют участками 40—50 мм с перерывами для охлаждения и минимальной глубиной проплавления.

Сварка без предварительного нагрева изделий из высокопрочного и ковкого чугуна имеет свои особенности — высокопрочный чугун обладает повышенной склонностью к отбеливанию и большой прокаливаемо-стью, а ковкий чугун имеет повышенную графитиза-цию, что затрудняет смачиваемость поверхности при сварке. Сварку можно выполнять до и после термической обработки. До термической обработки изделия сваривают электродами УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55, а после термической обработки — электродами со стержнем на основе никеля.

Газовую холодную сварку применяют, когда при нагревании и охлаждении детали могут свободно расширяться и сжиматься, не вызывая значительных остаточных напряжений. Технология холодной и горячей сварки в основном одинакова. Мощность пламени должна быть максимально возможной. Прилегающие к сварному шву участки необходимо прогреть до начала сварки. После окончания сварки горелку медленно отводят в течение 2—3 мин, направляя пламя на участки, прилегающие к сварному шву. Для обеспечения медленного охлаждения заваренный участок или всю деталь засыпают песком или закрывают асбестом.

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

Сварка чугунных сплавов делается несколькими методами. Каждый из них выбирается как баланс между стоимостью и сложностью работ и прочностью, которая требуется от шва. Это вызвано физическими особенностями чугунных материалов, которые резко отличаются от подавляющей части остальных сплавов и металлов.

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.

Подготовка чугуна к сварке

Перед сваркой, особенно ответственных деталей, необходимо произвести подготовку металла. Для этого выполняется перечень работ:

• очистка от грязи и масла для всех видов сварки;
• разделка кромок для всех видов сварки;
• установка шпилек для холодной сварки (при повышенных требованиях к прочности);
• прогрев деталей для горячей сварки;
• формовка ванны для горячей сварки.

Особенно тщательно следует удалять масло, применяя растворители или отжиг горелкой.

При разделке кромок необходимо выпилить все трещины. Если будут устанавливаться шпильки, то разделку кромок следует выполнить под углом. В кромках засверливают отверстия, нарезают резьбу и завинчивают стальные шпильки, по крайней мере, на два-три “калибра” (отношение длины к диаметру). Внешние концы шпилек должны допускать их проварку между собой.

Подготовительный нагрев деталей при горячей сварке производят постепенно, на 100-150 градусов в час. Так же медленно выполняют и охлаждение, подогревая детали с уменьшением температуры.

Варианты сварки чугуна и их краткие характеристики

В зависимости от требований к прочности и характера повреждений чугунных деталей применяют один из нескольких способов сварки.

Горячая сварка

Горячую сварку применяют в тех случаях, когда необходимо получить высокую обрабатываемость шва и близость его состава и структуры к остальной массе чугуна. Свариваемые части подготавливают, как описано выше, и прогревают до температуры 700°C. При необходимости перед нагревом устраивают форму из материалов, применяемых в литейном деле. Это требуется для сквозных и краевых (отколотых) повреждений. Шлифованные поверхности и резьбы следует защитить глиной.

Горячую сварку применяют для изделий большой массы в тех случаях, когда требуется повышенная прочность. Тепло для ванны получают либо от электрической дуги, либо от газовой горелки. Горячая сварка отличается от других видов самым большим объемом ванны (до 0.5-1 дм. куб.). Это требует устанавливать заготовки только в нижнее положение.

Присадочный материал для горячей сварки – чугунные электроды увеличенного диаметра (от 8 мм и более) или порошковая проволока.

Полугорячая сварка

Полугорячая сварка чугуна производится аналогично описанной выше горячей, но температура предварительного подогрева здесь ниже, около 300-350°C. Это способствует понижению скорости остывания металла после сварки.

При полугорячей сварке меньше степень “отбеливания” чугуна по сравнению с горячим способом, что способствует и меньшей опасности возникновения трещин. Кроме того, требуется меньше энергии на подогрев деталей.

Полугорячую сварку делают малоуглеродистыми стальными электродами с легирующими добавками или автогеном, добавляя для присадки чугунный пруток.

Холодная сварка

Наиболее часто для небольших повреждений применяется холодная сварка. Слово “холодная” здесь означает то, что предварительный подогрев свариваемых частей не производится. Это значительно упрощает процесс, хотя и не позволяет получить качества шва, достижимого при горячем способе. Но для мелких дефектов на ненагруженных деталях – корпусах механизмов, крышках и т. д. – данный способ вполне оправдан.

Для деталей, несущих нагрузку, можно применить усиление шпильками из стали, которые завариваются с внешней стороны и затем закрываются верхним швом. При холодной сварке стремятся как можно меньше нагревать металл и применяют стальные электроды небольшой толщины (3-5 мм). Для снижения нагрева применяют постоянный ток, а электрод подключают к плюсу аппарата (обратная полярность). Материал электродов должен содержать как можно меньше углерода. Но и без этого в шве образуется тонкий слой белого чугуна. Избавиться от него не помогает даже продолжительный отжиг.

Хорошие результаты дает применение никеля или монель-металла (никель 70%, медь 20%) в сварочных электродах, но этот способ дорог. Его следует применять в тех случаях, когда требуется последующее точение, шлифование или фрезерование детали. Но необходимо учесть, что механическая прочность “никелированного” чугуна снижается.

Основные способы сварки чугуна

Серый чугун можно варить несколькими способами. Чаще всего это дуговая сварка стальными или специальными электродами. Эти способы относятся к холодному методу сварки.

Ручная дуговая сварка плавящимися электродами

Самые мелкие повреждения чугунных деталей можно заварить обычными стальными электродами 3 мм с тонкой обмазкой. Перед сваркой очищают швы и выпиливают или вырубают трещины. Сварка ведется небольшим током 80-120 ампер.

Повреждения	Электроды	Дополнительно
Мелкие	Стальные	Поковка шва молотком
Средние	Медные
Крупные	Медные и никелевые	Усиление шпильками

Если требуется повысить качество шва при дуговом способе, то вместо трансформатора берется инвертор, так как он позволяет работать на постоянном токе. Это дает кое-какие дополнительные возможности, указанные в таблице ниже.

Полярность	Деталь	Электрод	Особенности
Прямая	Плюс	Минус	Увеличение нагрева детали. Небольшой расход электродов
Обратная	Минус	Плюс	Умеренный нагрев детали. Большой расход электродов

Причина такой разницы в физике процесса: положительный электрод сильно бомбардируется тяжелыми отрицательными ионами, что дает дополнительную энергию в общем балансе выделения тепла. Разница в температуре может достигать 700°C. В общем, за возможность избегать перегрева чугуна при электродуговой сварке приходится платить некоторую цену: тратить лишние электроды.

Применение трансформатора лишает сварщика возможности прогревать электроды разными способами, так как при переменном токе этой разницы нет – тепла выделяется поровну на каждом конце дуги. Кроме того, снижается стабильность дуги – на переменном токе она горит не все время.

Для уменьшения перегрева шва применяют движение электрода зигзагом или по кругу, как удобнее сварщику. Тепло при этом распределяется равномернее. Также полезно делить большие швы на меньшие участки, а в промежутках между выполнением участков давать остыть металлу до 80-50°C.

Чтобы повысить качество шва на чугуне, применяют электроды с добавлением меди, никеля или монель-металла (сплав меди с никелем). Наиболее простой и дешевый вариант: стальную проволоку Св-08 (Св-08А) обматывают медной проволокой и окунают в раствор силиката натрия (жидкое стекло). После высыхания обмазки можно варить.

Газовая сварка

Газ или электричество для сварки – это лишь способ нагрева, подвода энергии к сварочной ванне. Но из-за разницы в физике и химии этих процессов могут появиться технологические отличия. При сварке чугуна газом можно использовать ацетилен или пропан-бутановую смесь, но оба варианта с кислородом. Вместо электрода используется присадочная проволока из никеля или чугунный пруток. Чтобы избежать окисления, можно использовать обмазку присадочного материала флюсами (на основе буры), но часто бывает достаточно использовать прогрев металла восстановительной частью факела горелки.

Горелкой следует постепенно прогревать место вокруг сварки. Определить подходящую температуру в области шва (200-350°C) поможет только опыт сварщика. Добившись ее, производят сварку участка. Затем постепенно отводят горелку, избегая резкого остывания. Разумеется, газа тут расходуется заметно больше, чем при сварке стали, но это при газосварке чугуна неизбежно, иначе пойдут трещины.

Аргонодуговая

Аргонодуговая сварка чугуна возможна, но это слишком дорогой вариант, не дающий никаких особенных преимуществ перед другими видами сварки. Чугун не нуждается в такой тщательной защите от окисления, как, например, алюминий. Если все же приходится варить чугун аргоном, то здесь следует соблюдать те же правила:

• избегать перегрева металла;
• постепенно прогревать место шва;
• постепенно охлаждать после сварки.

Все это приводит к большому расходу аргона. Поэтому для подогрева лучше использовать другие методы. Обычно это та же ацетиленовая горелка, что лишает смысла вообще варить аргоном. При сварке аргоном обычно используют неплавящиеся электроды или полуавтомат. В последнем случае его потребуется зарядить нужным типом проволоки, например, никелевой.

Иные варианты

Из прочих вариантов можно дополнить раздел о горячей сварке. Этот способ требует самого большого расхода энергии и подготовки форм для сварочной ванны большого объема. После очистки места для шва вокруг этого места (и при необходимости) снизу делают перегородки из огнеупорной глины. Для форм также используют графитовые пластины. Снаружи форма защищается коробкой из листового железа: это гарантирует, что ванна не разольется. Для предварительного нагрева и медленного охлаждения деталей используют печи (в старые времена для больших деталей использовали костер).

При холодной сварке больших деталей металл разделывается под углом 90 градусов, а в разделочные фаски вворачивают шпильки небольшой длины из малоуглеродистой стали. Верхние концы шпилек обеих половин шва обваривают между собой также сталью с малым содержанием углерода. Они придают шву значительную прочность. Сверху шов заваривают медным или медно-никелевым сплавом.

Холодная сварка чугуна, её особенности

Холодная сварка чугуна – это один из основных способов сварки чугунных изделий, наряду с полугорячей и горячей сваркой чугуна. Данный вид сварки получил название “холодной” из-за, того, что перед сваркой не выполняется предварительный подогрев свариваемых деталей, в отличии от горячей и полугорячей сварки.

Холодную сварку чугуна применяют в тех случаях, когда нет возможности выполнить предварительный подогрев по каким-либо причинам, например, из-за слишком больших габаритов свариваемых изделий, или из-за особенностей их конструкции.

Существуют разновидности сварки с завёртышами и без завёртышей. Можно выполнять сварку чугуна электродами из низкоуглеродистой стали с защитными покрытиями и без них. Применяются, также другие электроды (чугунные, никелево-медные и др.).

Холодная сварка чугуна низкоуглеродистыми электродами

При сваривании чугунных деталей низкоуглеродистыми электродами без защитного покрытия, качество сварки получается невысоким. Химический состав наплавленного металла получается неоднородный. Верхние слои по составу сходны с углеродистой сталью, а нижние, обогатившись углеродом, сходны с чугуном. При холодной сварке происходит быстрый отвод тепла от горячего наплавленного металла к холодным свариваемым деталям. Это становится причиной отбеливания наплавленного металла и закалку чугуна в зоне термического влияния. В результате этого твёрдость в этих зонах сильно увеличивается.

При холодной сварке чугуна низкоуглеродистыми электродами без защитного покрытия, прочность наплавленного металла в два раза превышает прочность самого чугуна. Поэтому, при сварке чугуна такими электродами, толщина наплавленного металла должна быть не менее, 50% от толщины свариваемой чугунной детали. Это необходимо для обеспечения прочности сварного соединения.

Учитывая большую разность, в усадке чугуна и стали, при использовании низкоуглеродистых электродов не следует допускать больших объёмов наплавленного металла.

Применение специальных шпилек при холодной сварке чугуна

При холодной сварке чугуна часто происходит отслаивание металла сварного шва от основного металла. Таким образом, зона сплавления является самым слабым местом сварного соединения. И для того, чтобы разгрузить её от нагрузок, которые появляются при охлаждении и усадке сварного шва, используют специальные шпильки (завёртыши), изготовленные из стали.

Выступающая часть завёртышей заваривается со всех сторон, по контуру и затем полностью сваривается со всей массой наплавленного металла. При воздействии нагрузки на сварное соединение, большая её часть будет передаваться на основной металл через завёртыши, а не через сварной шов. Таким образом, сварной шов становится защищённым от воздействия чрезмерных нагрузок и более долговечным.

Если холодная сварка чугуна производится с завёртышами, то необходима тщательная очистка сварных кромок от загрязнения и масляных плёнок. При наличии литейных корок, их необходимо удалить вручную, или с помощью механической обработки.

Если толщина свариваемых деталей не превышает 12мм, подготовка фасок под сварку не обязательна. В случае большей толщины стенки, выполняют разделку сварных кромок под углом 80-90°. В зависимости от условий сварки, форму разделки выполняют V-образную, или X-образную.

В случае, когда наплавленный металл не должен выступать за пределы детали, применяют специальную форму разделки, см. чертёж:

Если применяется V-образная форма разделки, то глубина фаски принимается из расчёта 0,5-0,7 толщины свариваемых деталей. При X-образной разделке, сварка получается наиболее экономичной, а при отсутствии разделки – наименее экономичной.

Выбор количества шпилек и их диаметра при холодной сварке

Диаметр шпилек для холодной сварки зависит от толщины свариваемых деталей. При этом, их диаметр не должен быть более 16мм. При толщине свариваемых кромок до 10мм, рекомендуются завёртыши диаметром 6мм. Если толщина деталей находится в пределах от 10 до 20мм, применяют завёртыши диаметром 10мм. При большей свариваемой толщине, диаметр рекомендуется выбирать по таблице, представленной ниже.

При холодной сварке чугуна с ввёртышами, они должны возвышаться над свариваемыми поверхностями на расстояние 0,5-1,0 от их диаметра, но, не более, чем на 12мм. Если они размещаются внутри фасок, то высота возвышения не должна превышать 6-8мм. Завёртыши необходимо плотно закручивать в приготовленные резьбовые отверстия свариваемых деталей.

Количество шпилек и их диаметры можно подобрать по следующим таблицам:

Холодная газовая сварка чугуна

Холодная газовая сварка чугуна используется если при нагревании и охлаждении детали свободно сжимаются и расширяются, не вызывая больших остаточных напряжений, в этом случае мощность пламени горелки должна быть максимально возможной. Технологический процесс газовой сварки без предварительного нагрева почти аналогичен процессу горячей газовой сварки, однако имеет и свои особенности. Перед заваркой дефекта необходимо подогревать пламенем горелки участки, прилегающие к дефекту. После окончания заполнения дефекта горелку в течение 2-3 мин медленно отводят, направляя пламя на участки, прилегающие к дефекту. Деталь или часть детали, на которой находится заваренный участок, для медленного охлаждения засыпают песком или покрывают асбестом.

Способ холодной газовой сварки чугуна отличается от обычных способов тем, что основной металл не доводится до температуры плавления, а нагревается только до температуры 820-860°С, т. е. до температуры “смачиваемости”. Этот способ основан на применении специальных чугунных прутков и флюсов. Капли расплавленного присадочного металла под действием сварочного пламени легко растекаются по поверхности свариваемого металла, обеспечивая плотное соединение свариваемых деталей. Низкотемпературную газовую сварку чугуна используют при заварке литейных дефектов деталей из серого чугуна, а также при заварке чугунных деталей в готовых изделиях в случаях их поломки, появления трещин и других дефектов. В качестве присадки для заварки тонкостенных отливок применяются чугунные прутки НЧ-2, а для толстостенных – чугунные прутки УНЧ-2. Для низкотемпературной пайки-сварки чугуна применяют специальные флюсы ФСЧ-2 и МАФ-1. Применяемые флюсы химически очищают нагретую свариваемую поверхность от оксидов, жиров и других загрязнений, увеличивают прочность сцепления наплавленного металла с основным, увеличивают жидкотекучесть расплавленного металла и защищают нагретую поверхность и расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Состав флюсов для низкотемпературной пайки-сварки чугуна приведен в таблице.

Состав	Марка флюса
	ФСЧ-2	МАФ-1
Бура плавленая	23	33
Сода кальцинированная	–	12
Азотно-кислый натрий	50	–
Селитра натриевая	–	27
Углекислый литий	0,5	–
Углекислый натрий	26,5	–
Фтористый натрий	–	12,5
Фторцирконий калия	–	8,5
Оксид кобальта	–	7

Разделку дефектного участка под холодную газовую сварку чугуна выполняют фрезерованием, сверлением или строганием. Место сварки предварительно зачищают до металлического блеска. Профиль разделки кромок сквозных и несквозных дефектов представлен на рисунке 1. Угол разделки составляет 70-90°. Неглубокие поры и шлаковые включения вырубают зубилом или удаляют шлифовальным кругом. Перед сваркой изделие подогревают горелкой до температуры 300-400°С. Изделия сложной формы нагревают в печи.

а – разделка несквозного дефекта, б – сквозного дефекта с применением подкладки из огнеупорного материала

Рисунок 1 – Профиль разделки дефекта под холодную газовую сварку чугуна

Схема устранения сквозных дефектов (трещин) показана на рисунке 2. При устранении засверленных дефектов (пористость, раковины) присадочный металл наносят по винтовой восходящей линии. На нагретую наплавляемую поверхность равномерно наносят слой флюса. Место сварки нагревают горелкой до температуры 820-860°С, пламя должно быть строго нормальным. При этой температуре паста-флюс плавится, покрывая тонкой пленкой место сварки. Присадочный пруток также покрывают флюсом. Расплавляясь, присадочный металл стекает на завариваемую поверхность и растекается по ней. Сварку ведут левым способом. Расстояние между ядром пламени и концом прутка должно составлять 2-3 мм, угол между осью горелки и плоскостью детали – 20-30°.

Рисунок 2 – Схема устранения сквозных трещин (а) и засверленных дефектов (б)

После газовой сварки изделие медленно охлаждают под слоем асбеста или в песке. Так как при данном способе основной металл не доводят до расплавления, то отсутствуют участки отбеленного чугуна и металл шва получается плотным, мягким и хорошо обрабатывается механическими способами.

При холодной газовой сварке чугуна вместо ацетилена можно применять газы-заменители. При применении в качестве горючего газа пропан-бутана мощность сварочного пламени выбирают из расчета пропан-бутана 60-70 дм 3 /ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Пламя берется нормальное. При толщине металла до 6 мм сварку выполняют за один проход, при толщине 9-12 мм – в два прохода. При использовании в качестве флюса ФСЧ-2 рабочая температура составляет 900-950°С. При такой температуре не исключено появление структур закалки в зоне термического влияния, поэтому указанный флюс имеет ограниченное применение. Его используют в тех случаях, когда допускается повышенная твердость наплавленного металла. Флюс МАФ-1 позволяет вести процесс холодной газовой сварки чугуна при рабочей температуре 750-800°С.

В некоторых случаях целесообразно применять холодную газовую сварку чугуна чугуна латунными припоями. Этот метод используют при ремонтной сварке. Преимущество холодной сварки чугуна латунью по сравнению со сваркой плавлением заключается в том, что нагрев чугуна до температуры плавления латуни (850-900°С) существенно не изменяет структуры металла, что исключает опасность отбела чугуна и не вызывает значительных термических напряжений. Кромки детали толщиной до 25 мм скашивают под углом 45°, а при большей толщине рекомендуется ступенчатая разделка; при холодной газовой сварке чугуна латунью лучше, когда поверхности соединяемых кромок шероховаты.

Углерод с поверхности соединяемых кромок выжигают на глубину 0,12-0,15 мм двумя способами:

• соединяемые кромки детали покрывают пастой из железных опилок и борной кислоты и нагревают пламенем горелки до 750-900°С;
• кромки детали нагревают пламенем горелки, отрегулированным с избытком кислорода до той же температуры.

Наибольшее применение нашел второй способ. Техника холодной газовой сварки чугуна состоит в следующем. Кромки нагревают до красного цвета, посыпают флюсом и облуживают участками. Сварочное пламя должно быть нормальным или с небольшим избытком кислорода. Деталь должна находиться в наклонном положении, пайку-сварку выполняют снизу вверх. Положение горелки и присадочного металла такое же, как при правом способе. Мощность сварочного пламени выбирается из расчета 60-75 дм 3 /ч ацетилена на 1 мм толщины.

Для холодной газовой сварки чугуна разработаны специальные флюсы ФПСН-1 и ФПСН-2, которые нейтрализуют действие свободного графита, частицы которого выступают на свариваемой поверхности и мешают ее смачиванию. В качестве припоя используется кремнистая проволока ЛОК 59-1-03, содержал в среднем до 0,3% Si. Для пайки-сварки изделий, к механическим свойствам которых предъявляются повышенные требования, применяют припой ЛОМНА 49-25-10-4-0,4, содержащий меди (Сu), олова (Sn), марганца (Mn), никеля (Ni) и до 0,6% алюминия (Аl). При холодной газовой сварке этим припоем металл паяльно-сварного шва имеет цвет чугуна, твердость НВ 180-200 и временное сопротивление разрыву 280-340 МН/м 2 .

Для холодной газовой сварки чугуна используют поверхностно-активный флюс марки ФПСН-2. Он содержит 45% борной кислоты, 22,5% углекислого лития, 22,5% соды кальцинированной и 10% солевой лигатуры. Его применяют в виде порошка или пасты. Флюс плавится при температуре 600-650°С. Холодную газовую сварку чугуна выполняют обычной сварочной горелкой, работающей на ацетилене или газах-заменителях. Вначале слегка окисленным пламенем нагревают место наплавки до 450-500°С, а затем в разделку вводят флюс. Пайку-сварку начинают в момент плавления флюса, направляя пламя на прилегающие к разделке участки. Расплавленный флюс прутком припоя равномерно распределяют по всей поверхности завариваемого места, затем пламя направляют на конец прутка, расплавляют его и заполняют разделку металлом припоя. Наплавленный металл сразу же после сварки проковывают ручным медным молотком.