Горячая сварка чугунных соединений более трудоемка и требовательна, но при ее использовании получается шов без дефектов.
Соединение чугунных слитков с помощью сварочного полуавтомата: горячий и холодный методы
Несмотря на свою относительную хрупкость, чугун остается одним из самых востребованных конструкционных металлов. Это объясняется твердостью материала, его устойчивостью к переходным и усталостным нагрузкам и высокой теплоемкостью.
Сварка чугуна затруднена из-за склонности металла к образованию дефектов и снижению эксплуатационных характеристик при воздействии высоких температур.
Для соединения чугунных заготовок и устранения дефектов в готовых изделиях (трещин, наплывов и т.д.) чаще всего используется простой и быстрый процесс полуавтоматической сварки, но он требует специального оборудования. Допустимы технологии MIG и MAG, предполагающие подачу инертного и активного газов соответственно.
Основное оборудование
При полуавтоматической сварке используется специализированное электромеханическое сварочное оборудование, которое обеспечивает непрерывную подачу расходуемого электрода в сварочную ванну, а также защищает сварной шов от вредного воздействия атмосферного воздуха с флюсом или газом. Простые "полуавтоматы" имеют однокорпусную конструкцию, в которой подключается один модуль:
- источник сварочного тока;
- двигатель, редуктор и пассивные механизмы подачи проволоки;
- система давления защитного газа;
- система управления аппаратом..
Внешние компоненты включают первичные и вторичные шланги, газовый баллон с регулятором давления и подающим шлангом, а также горелку.
Для больших объемов производства и более сложных сварочных задач модульный сварочный полуавтомат является правильным выбором. Их подающий механизм и газовая система находятся в отдельном корпусе, а источник сварочного тока и блок управления – в основном модуле. Если аппарат предназначен для интенсивного использования, горелка может быть дополнена системой принудительного жидкостного охлаждения.
Порядок сварки чугуна полуавтоматической сварочной горелкой
При выборе режима сварки чугуна важно учитывать ряд его физико-химических характеристик, которые затрудняют работу с этим материалом классическими методами. В первую очередь это
- низкая температура плавления металла;
- изменение структуры материала под воздействием высоких температур ("отбеливание") ("отбеливание");
- высокая вязкость чугуна в жидком состояниичто повышает риск пережога и деформации заготовок;
- появление пор в материале образование пор в материале под воздействием атмосферного кислорода.
Это вызвало необходимость использования мягких режимов сварки с постоянной защитой сварного шва активной или инертной газовой средой. Широко распространены методы холодной и горячей сварки для полуавтоматической сварки чугуна.
Процесс холодной сварки
Технология холодной сварки применяется в основном в бытовых условиях для создания соединений, не воспринимающих прямых механических нагрузок. Она проще и дешевле, но не обеспечивает достаточно качественного соединения полуфабрикатов. Процедура выглядит следующим образом:
- Обработка соединения.Обработка кромок, если необходимо.
- Соединение заготовок с опорной поверхностью с зазором 1,5-2 мм..
- Установка полуавтоматического СА в режим низкого постоянного тока. Смена полярности.
- Подача защитного газа в зону сварки и зажигание дуги.
- Сварка под углом к фронту (50-60° наклона достаточно для визуального контроля).
- Прерывание дуги и выключение защитного газа. (Через 15-30 секунд).
- Шлакование и обработка сварного шва.
В отличие от MIG и MAG сварки стали, работа с чугуном не требует колебательных или поперечных движений электрода.
Характеристики материала
По своему составу чугун представляет собой соединение элементов железа и незначительного количества углерода. Однако, по сравнению со сталью, углерода в нем более 2,14%.
В зависимости от своего состава чугун может быть белым или серым.
Белый чугун является по сути промежуточным продуктом и используется для производства ковких металлов. Он очень хрупкий, и из него не производят никаких изделий.
Серый тип этого металла в основном используется в промышленности и для изготовления различных вещей.
Существуют также ковкие чугуны и высокопрочные чугуны.
Каковы особенности этого материала при сварочных работах? Основной из них является сложность получения высококачественного сварного шва из-за следующих проблем.
- Чугун, в силу своей неоднородной структуры, склонен к образованию трещин в месте сварки. Это происходит из-за высокой температуры дуги, которая приводит к обесцвечиванию и изменению состава сварного шва (высокая температура плюс быстрое охлаждение).
- Под действием высокой температуры дуги часть углерода в металле сгорает, что приводит к образованию пор в сварном шве. Это не увеличивает прочность такого соединения, а качество сварного шва значительно ухудшается.
- Чугун очень пластичен в расплавленном состоянии и не образует правильного сварного шва. Чем выше процентное содержание углерода, тем выше текучесть.
- Во время сварки в составе шва могут образовываться оксиды, которые также не укрепляют соединение. Кроме того, оксиды являются более тугоплавкими.
Такие характеристики значительно усложняют сварку чугуна. Основная сложность заключается в непредсказуемости результатов сварки. Чаще всего трещины образуются на поверхности уже во время охлаждения металла.
Наихудшим чугуном для сварки является темно-серый или черный чугун (с высоким содержанием графита). Лучше не сваривать такой чугун в домашних условиях, так как в большинстве случаев это приводит к растрескиванию сварного шва и самой детали.
Методы сварки
Метод сварки такого металла, как чугун, зависит от его подготовки к процессу. В зависимости от этого различают "холодный" процесс (без предварительного нагрева поверхности) и "горячий" (с предварительным нагревом детали).
Холодный процесс
Сварка чугунных деталей холодным способом проще, но при этом необходимо использовать электроды, предназначенные для этого способа сварки.
При использовании обычных (стальных) электродов без предварительного подогрева в шве образуется металл в виде высокоуглеродистой стали с элементами, входящими в состав чугуна (сера, фосфор, марганец и другие).
Кроме того, такой шов не поддается зачистке из-за высокой способности к растрескиванию. При слишком быстром охлаждении в области рядом со швом образуется белый чугун. Металл станет твердым и очень хрупким.
Холодная сварка выполняется электродами малого диаметра и при низком токе.
Этот метод часто подходит для небольших объемов работ и в тех случаях, когда нет возможности нагреть деталь.
Холодная сварка чугунных деталей может выполняться стальными электродами только в том случае, если сварные швы не будут подвергаться растягивающим нагрузкам. Чаще всего используются медно-никелевые электроды или электроды, содержащие медь и железо.
Горячий метод
Этот метод больше подходит для сварки чугуна в домашних условиях. При нагреве сварные швы получаются более качественными, так как не происходит отбеливания или закалки металла.
Горячий метод может быть местным или общим (частичный нагрев или полный нагрев всей детали).
Для нагрева желательно использовать печь, в которой деталь будет нагреваться равномерно со всех сторон.
Методы сварки чугуна
Небольшое замечание: если вы должны сварить чугун – не экспериментируйте! Не сваривайте такой металл стальными электродами – шов разойдется в 100% случаев. То же самое относится и к полуавтоматам, использующим стальную сварочную проволоку!
Как правило, для сварки чугунных деталей используются два основных метода: горячий и холодный. Также может использоваться полугорячий метод сварки такого металла.
Метод холодной сварки
Этот метод позволяет сваривать чугун без предварительного нагрева деталей. Этот метод особенно подходит, когда чугунные конструкции довольно большие.
Предпосылкой для этого метода является использование специальных электродов.
Обычно выбираются сварочные материалы, содержащие железо, медь и никель. Эти элементы не приводят к сплавлению с углеродом, поэтому сварной шов не получается слишком хрупким.
Горячие и нагретые процессы
Это более надежные методы сварки чугуна. Детали предварительно нагревают в печах или с помощью специальных индукционных нагревателей (в промышленных масштабах).
Самое главное – соблюдать температурный режим. Чугун не следует нагревать выше 600 градусов Цельсия. В противном случае начинается процесс, которого избегают при сварке – изменение структуры и отбеливание (придание чугуну белого цвета).
Этот процесс может быть нескольких видов, в зависимости от количества приложенного тепла. Например, при полугорячем методе детали нагреваются до температуры от 350 до 400 градусов, а при тепловом методе – до 250 градусов.
После сварки детали необходимо медленно охлаждать (иногда до 5 дней!), чтобы сварной шов не разрушился из-за слишком быстрого снижения температуры.
Горячие методы сварки более трудоемки. Однако при этом можно получить сварные швы хорошего качества.
Как сваривать чугун с помощью полуавтомата?
В большинстве случаев использование сварочных полуавтоматов позволяет получить сварные швы очень высокого качества. Все зависит от аппарата. Сварные швы прокладываются точечно, и каждая отдельная точка как бы вбивается в поверхность металла. В то же время полуавтомат не нагревает очень большие участки. Итак, как сваривать чугун полуавтоматом?
Подготовительные работы
Независимо от используемого оборудования, будь то ручной инвертор или полуавтомат, чугун необходимо подготовить к сварке.
Металл тщательно очищается от загрязнений; если есть следы масла – его удаляют растворителями.
Сами кромки должны быть шероховатыми по всей длине (для этого можно использовать шлифовальную машинку или зубило). Однако зачистку нужно делать очень аккуратно, снимая металл в несколько заходов послойно!
При заварке трещин необходимо высверлить точки по краям, иначе трещины могут продолжаться во время сварки.
Кроме того, если толщина детали превышает 5 миллиметров, по краям необходимо сделать скос 45-60 градусов. Тонкие детали сваривают с графитовыми шайбами, чтобы избежать оплавления и прожога.
Выбор проволоки
Как уже упоминалось выше, не стоит пытаться сварить чугун с помощью стальных типов сварочных проволок для полуавтоматической сварки. При их использовании процесс становится нереальным без повреждений.
В настоящее время существуют специальные виды сварочных проволок для сварки чугуна.
Они подбираются в зависимости от выбранного метода сварки.
Инструкция по сварке чугуна со сталью
Каждый метод имеет свои особенности. Строгое соблюдение технологического процесса обеспечит высокое качество соединения.
Метод холодной сварки
Из-за своей низкой надежности этот процесс предъявляет высокие требования к подготовке соединяемых деталей. Детали необходимо тщательно очистить, уделяя особое внимание ржавчине, окалине и масляным пятнам.
Поверхностный слой чугуна пористый. Он хорошо впитывает масло и грязь, поэтому простого обезжиривателя будет недостаточно. Материал удаляется абразивным инструментом до получения сплошного металла.
Из-за значительной разницы температур между холодным компонентом и горячим швом в горячем шве возникает высокое напряжение усадки. Их удаляют с помощью молотка: свежую поверхность уплотняют, ударяя по ней округлым наконечником. Операция завершена, когда постукивание сменяется резким звуком.
Сварка с использованием расходуемых электродов
Перед началом работы необходимо настроить сварочный аппарат. Параметры зависят от его мощности, характеризуемой напряжением холостого хода:
- Ниже 55 В. Инвертор переводится в режим постоянного тока, а электрододержатель подключается к "плюсу" (обратная полярность). Это связано с тем, что основные расходные материалы характеризуются низкой стабильностью дуги. Фтор, содержащийся в наплавке, является деионизирующим агентом.
- Выше 55 В. Сварные швы можно сваривать переменным током.
Дополнительная информация Как сварить чугунные тиски своими руками.
Установите минимальный ток из диапазона, допустимого для материала шва данного диаметра. Для предотвращения вытекания чугуна из расплавленного металла в случае проплавления сварочной ванны шов помещают под графитовую пластину.
Сварка толстостенных деталей с легированными вставками
Соединение таких деталей осуществляется в соответствии со следующими правилами:
- Используется холодная сварка.
- Шов сваривается с коротким прихватом 2,5 мм.
- Каждый сварной шов выполняется после остывания предыдущего.
Хотя прихваточные швы следуют друг за другом, эта техника не обеспечивает плотного соединения. Это происходит потому, что новый шов ложится поверх уже затвердевшего шва, поэтому они не сплавляются вместе.
Кроме того, соединение получается хрупким. По этой причине данный метод не подходит, если впоследствии предполагается механическая обработка сварного шва.