Непростые процессы сварки чугуна

Физико-химические особенности чугуна

В строительстве, производстве используются различные материалы, сплавы и вещества. Технологическими условиями приходится соединять такие детали, которые требуют специальных условий проведения сварочных работ. К таким «проблемным» веществам относят часто чугун, который широко применяется в машиностроении, станкостроении, металлургии. Но при этом сварка чугуна используется только в трёх случаях:

  • когда необходимо устранить недостатки в отливках, из которых будут делаться новые детали;
  • при соединении деталей, которые состоят из разных марок чугуна;
  • при проведении ремонтных работ в отдельных деталях из чугуна, в судовых механизмах.

Почему же чугун сваривают редко при его широком применении? Любая сварка, происходит механическим, термическим или термомеханическим способом. Все они позволяют настолько приблизить между собой свариваемые поверхности, что вступают в действие силы межатомного или межмолекулярного взаимодействия. Физические свойства чугуна не всегда позволяют это сделать одним из видов сварки.Сварка

Чугун – сплав железа с углеродом. Углерод уменьшает пластические свойства материала, его ковкость и свариваемость. Он в веществе находится в виде цементита и образует белый чугун, а так же как небольшие включения графита и формирует серый чугун.

Цементит делает белый чугун очень хрупким и редко применяемым. А вот серый, при соблюдении особых условий, можно сваривать и получать достаточно прочное соединение.

Проблемой считается, что при температурах выше 7500С графит переходит в цементит, и изменения приводят к переходу серого чугуна в белый. Возникающее внутреннее напряжение делает возможным образование трещин.

Решение технологических проблем

Используемая технология сварки чугуна должна учитывать особенности этого материала и преодолевать такие трудности:

  • переход серого чугуна в белый при высокой скорости охлаждения детали. Белый образуется в зоне сварного шва и его свойства отличаются от свойств всего остального вещества. Эта разница в физических, химических свойствах, в коэффициентах линейного и объёмного расширения, приводит к растрескиванию;
  • трещины образуются так же из-за низкой пластичности чугуна. Он резко переходит из жидкой фазы в твёрдую, минуя пластическое состояние;
  • напряжённое состояние в месте сварки может быть вызвано увеличением объёма чугуна в результате образования графита и цементита;
  • повышение температуры способствует выгоранию углерода. Вместо углерода образуется его окисел, а он вызывает пористость сварного соединения.

Выбор технологии проведения сварочных работ зависит от химического состава, процента углерода, наличия добавок. С помощью варьирования технологических процессов решаются такие задачи:

  • не допускается нагрев выше допустимой температуры с помощью электродов небольшого диаметра. Температуру можно контролировать при невысоких значениях тока, а так же проводя сварочные работы вразброс;
  • уменьшается напряжения при проковке в ещё неостывшем материале. При уменьшении наплавленного вещества так же снижается напряжение в сварочном шве.

Технологией предусматривается два вида сварочных работ с чугунными элементами деталей:

  • горячая и полугорячая. Её особенность предварительный подоргев;
  • холодная (без подогрева).

Особенности горячего способа

Главная особенность горячей сварки чугуна – предусмотреть замедление охлаждение детали после основного процесса, когда сварочные работы уже завершились. Это позволяет не допустить, чтобы углерод перешёл в графит. Параллельно проводится, до начала сварки, прогрв конструкции, чтобы уменьшить выгорание углерода.

Горячая сварка чугуна может быть поделена на такие этапы:

  • скашивание кромки под углом от 60 до 900;
  • заформовывание изделия формовочными материалами;
  • укрепление формы специальной смесью (песок + жидкое стекло) и железным кожухом;
  • просушка формы;
  • нагрев детали в форме. В качестве нагревателя используется печь, горн или колодец в земле. Температура нагрева не более 7000С. Нагрев может быть местный с помощью индукционных токов;
  • собственно сварка дугой или газовой горелкой;
  • медленное охлаждение.

Мнение специалиста! Для различных марок свариваемого вещества применяется подогрев горячий – до 7000С, полугорячий – до 4000С, тёплый – до 2000С.

При полугорячем способе вводится вещества, которые могут графитизировать чугун. При этом способе используется особый вид электродов – из серого чугуна, из веществ, которые в своём составе имеют углерод. Электродом может так же служить пруток с покрытием, в состав которого входит графитизатор. Защитный слой или сам электрод расплавляются и создают газовую защиту и частично компенсируют угар углерода.

Простота холодного метода

Главный недостаток горячего метода – трудоёмкость процесса, особенно стадии предварительного прогрева. Этот недостаток отсутствует при холодном способе, при котором используют различные электроды для сварки чугуна:

  • стальные;
  • из цветных металлов;
  • из специальных сплавов;
  • чугунные.

Мнение специалиста! Стальные электроды не дают качественного сварного шва. Главное их достоинство – доступность. Качественный эффект получают с помощью специальных электродов, или изготовленных из цветных металлов.

Наиболее распространённые типы электродов:

  • никелевые, которые полностью растворяются в железе и не образуют карбидов. Дают самый лучший результат;
  • медные не растворяются в железе, но не соединяются с углеродом. Шов имеет неоднородную структуру;
  • медно-железные, где железо выступает в роли обмазки;
  • железно-медно-никелевые.

Мнение специалиста! Электродами из сплавов выполняются швы как нижние, так и вертикальные. Для получения качественного результата используется ток невысокого значения, швы делаются короткими, электроды применяются малого диаметра.

При необходимости устранить недостатки литься, применяют чугунные электроды. Часто применяются и неплавящиеся электроды с присадкой в виде чугунных стержней или прутков, в состав которых входит никель, медь. Зону защиты обеспечивают инертные газы или флюс из буры.

На качество сварки влияют и подготовительные работы, которые заключаются в тщательной очистке места соединения, засверливании трещин по краям, создании необходимого угла разделки.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*