Способы сварки чугуна

Сварка чугуна - холодная, горячая, при помощи аргона, со сталью

Под сплавами мы привыкли понимать соединение нескольких металлов. В данном случае мы имеем дело со сплавом железа с углеродом - чугуном. Фактически, это железо, насыщенное углеродом в количестве от 2,14% до 6,67%. Присутствие углерода кардинально меняет свойства железа. Вместо привычной пластичности и вязкости появляются хрупкость и жесткость. В связи с изменением свойств меняются способы сваривания чугунных деталей.

1 / 1

Специфика чугуна

Сплав действительно очень специфичен. Не являясь благородным металлом, чугун чрезвычайно устойчив к коррозии, что, наряду с хорошими литейными характеристиками, делает его самым распространенным сплавом для изделий художественного литья, предназначенных для установки на открытом воздухе. Высокая жаропрочность позволяет применять его в печах.

Некоторые особенности свойств чугуна дают возможность получения сплавов с различными физико-химическими свойствами не только изменениями в химическом составе, но и изменением вида термической обработки. Наиболее широкое применение нашли следующие виды чугуна:

белые – очень хрупкие и твердые;
ковкие – получаются при отжиге белых;
половинчатые – средняя стадия между белыми и ковкими;
антифрикционные – хорошо работаю в узлах с интенсивным трением;
износостойкие – работают в условиях внешней среды;
жаростойкие и жаропрочные – работают в коксовых печах и газотурбинных двигателях;
коррозионностойкие – применяются в химической промышленности.

Как подготовить чугун к свариванию

Трещины на чугуне имеют склонность к развитию из-за особенной хрупкости этого сплава. Поэтому перед свариванием необходимо исключить возможность их дальнейшего развития путем засверливания их концов. Далее необходимо тщательно разделать болгаркой трещину до самого дна на ширину, достаточную для обеспечения процесса сваривания. В случае загрязнения сварочной зоны маслом, его нужно удалить с помощью соответствующих растворителей.

Технология и способы сварки чугуна

Специфические особенности сварки чугуна не способствуют широкому применению этого способа соединения деталей при сборке сложных конструкций. В основном, сваривают чугун при ремонтных работах. Применяют следующие виды сварки:

газовую;
термитную;
электродуговую;
электрошлаковую.

Для работ используют стальные, угольные, графитовые электроды. Также применяют электроды из высоколегированных сталей и цветных металлов. Характерной особенностью при сваривании чугунных деталей является частое применение предварительного нагрева деталей, как местного, так и общего. Сила тока рассчитывается из условия 60 – 90 ампер на каждый миллиметр диаметра электрода. Нетрудно подсчитать, что сваривание «тройкой» потребует от 180 до 270 ампер.

Особенности горячей сварки чугуна

Технологи разработали множество специальных режимов прогрева чугуна перед сваркой, но наибольшее распространение получил метод с нагревом до 600 – 650С⁰. Идея состоит в том, что после сварки происходит не быстрое остывание шва, а постепенное остывание всей массы изделия. Постепенное остывание способствует графитизации (не образуется белый чугун), и не образуется трещин на изделии. Применяются специальные электроды типа ОМЧ – 1, представляющие собой чугунные прутки со специальным покрытием.

Несмотря на хорошее качество шва при горячей сварке, широкого распространения она не получила. Виной тому – сложность технологического процесса, большие расходы на организацию и проведение предварительного подогрева.

Особенности холодной сварки чугуна

Холодная сварка чугуна - наиболее распространенный способ. В основном, применяется методика, описанная выше: с тщательной разделкой трещины. Иногда, в особо ответственных местах, в кромки шва вкручиваются стальные шпильки, которые сперва обваривают по кругу. А затем варят основной шов.

При повышенных требованиях к обрабатываемости шва используются электроды, содержащие никель: МНЧ-1 или МНЧ-2. Никель не вступает в реакцию с углеродом, не создает с ним соединений, характеризующихся высокой твердостью, и поэтому хорошо обрабатывается механическими способами.

В случае отсутствия специальных электродов, можно выйти из положения при помощи медной проволоки, которая наматывается на простой низкоуглеродистый электрод. Вместо проволоки можно использовать медную трубку. Такие электроды получили название биметаллических.

Сварка при помощи аргона

В большинстве случаев сваривания чугуна происходит закаливание материала шва, что затрудняет последующую механическую обработку и провоцирует образование трещин. От этого недостатка можно избавиться применением аргонодугового способа сварки. Этот метод позволяет получить характеристики шва, сравнимые с характеристиками основного металла.

Сварка ведется графитовым электродом в среде защитного газа по специально разработанным токовым режимам. Имеет массу различных особенностей. Применяется как горячая, так и холодная сварка. Наличие графита не дает образовываться белому чугуну. Защитный газ способствует малому образованию окислов. По окончанию сварки обеспечивается режим медленного остывания изделия путем накрывания его теплоизолирующими материалами. При сваривании ответственных образцов может использоваться газосварочное оборудование для поддержания тепла в остывающем изделии.

Соединение чугуна со сталью

Выбор режима сварки чугуна со сталью зависит от напряжения холостого хода. При напряжении до 54 вольт сварка производится током обратной полярности. Переменный ток используется при напряжении холостого хода более 54 вольт. Сварка ведется короткими валиками. Длина их не должна превышать 30 мм. Швы большой глубины провариваются слоями с проковкой каждого слоя. Для получения шва хорошего качества рекомендуется применять горячий способ сварки и обеспечить постепенное охлаждение сваренного изделия.

Сварка чугуна. Способы сварки чугунных деталей

Содержание страницы

Сварка чугуна стальными электродами
Сварка чугуна электродами на основе никеля
Сварка чугуна электродами на основе меди

Сварка чугунных деталей трудный процесс, обусловленный химическим составом чугуна, его структурой и особыми механическими свойствами.

По химическому составу чугун — сплав железа с углеродом, содержащий некоторое количество кремния, марганца, фосфора, серы и других примесей. Обычно в чугуне содержится от 2 до 3,6% углерода.

Механические свойства чугуна во многом зависят от того, в каком виде находится углерод. Если большая часть углерода содержится в связанном состоянии в виде цементита (Fe₃C), то такой чугун имеет более светлый цвет, очень тверд, хрупок и не поддается механической обработке. Его часто называют белым, он почти не применяется для изготовления деталей. Наиболее широкое применение получил серый чугун. В нем большая часть углерода находится в структурно-свободном состоянии, в виде пластинчатых включений графита. Серый чугун, достаточно мягок, легко поддается обработке.

При быстром охлаждении серого чугуна, расплавленного или нагретого до температуры выше 750 °C, графит легко переходит в цементит (т. е. чугун отбеливается) и, кроме того, образуется закаленная структура в виде мартенсита и троостита. Относительное удлинение чугуна на разрыв практически равно нулю, поэтому при неравномерном нагреве или остывании почти всегда возникают большие внутренние напряжения и трещины.

В расплавленном состоянии чугун жидкотекуч и мгновенно переходит из жидкого состояния в твердое, минуя пластическое. Все эти свойства чугуна в большой степени затрудняют его сварку. Хуже всего поддается сварке чугун с крупными включениями графита и лучше сваривается чугун перлитного типа с мелким пластинчатым или сфероидальным графитом.

Трудность работы с чугуном вызвала появление различных способов его сварки. Твердо рекомендовать какой-либо из них для сварки определенных деталей весьма затруднительно, так как чугун одной и той же марки может иметь различную структуру. Более того, даже у одной корпусной детали со стенками различной толщины может быть различная структура чугуна. Способы сварки чугунных деталей можно разделить на два вида: горячую и холодную сварку.

Горячая сварка чугуна заключается в том, что деталь предварительно подогревают, а после сварки медленно охлаждают. Температура подогрева зависит от массы и формы детали, но не должна превышать 650 °C. Более высокий нагрев вызовет рост графитовых зерен, а при нагреве свыше 750 °C происходят уже химические и структурные изменения. Скорость охлаждения от начала затвердевания наплавленного металла до 600 °C должна быть не более 4 °C в секунду. При большей скорости охлаждения ухудшается процесс графитизации и происходит отбеливание чугуна. Мелкие детали подогревают до температуры 150—200 °C. Для подогрева деталей используют горн, электрические печи или индукционные аппараты (нагрев током промышленной частоты).

Холодная сварка чугуна находит все большее применение. Она выполняется различными способами и с использованием специальных электродов.

Сварка чугуна стальными электродами

Сварка чугуна электродами для сталей — наиболее доступный способ сварки. Однако в большинстве случаев он дает очень низкое качество сварного соединения и, как правило, сиюминутную выгоду. Наплавленная сталь плохо сцепляется с чугуном из-за разной усадки. В зоне плавления она обогащается углеродом, становится хрупкой, податливой закалке и дает при остывании трещины.

При сварке стальными электродами вследствие проплавления чугуна содержание углерода в металле шва очень велико (1,1—1,8%). Металл валика, наплавленного на чугун, представляет собой закаленную высокоуглеродистую сталь со значительным содержанием кремния, марганца, а иногда фосфора, серы и других загрязнений, перешедших из чугуна. Это способствует образованию в шве трещин. Быстрое охлаждения, имеющее место при холодной сварке, приводит к значительному повышению твердости наплавленного металла и металла зоны термического влияния, где чугун приобретает структуру белого чугуна, характеризующуюся твердостью и хрупкостью. Между наплавленным валиком и основным металлом образуется полоса отбеленного чугуна шириной около 1 мм и затем более широкая полоса закаленного чугуна. Место сварки, выполненное стальными электродами, не поддается обработке режущим инструментом. В металле шва зачастую появляются поры из-за повышенного содержания газов в чугуне. Образование трещин и пор значительно снижает прочность и плотность сварного соединения. Многослойная наплавка в значительной степени устраняет эти недостатки.

Уже третий наплавленный слой становится исходным материалом электрода. Преимущества многослойной наплавки чугуна стальными электродами были использованы при разработке способа холодной сварки чугуна отжигающими валиками.

Вдоль трещины чугунной детали разделывают кромки, получая V-образный профиль трещины, и по обе стороны снимают литейную корку на расстоянии, примерно равном ширине разделки. На первый сварочный валик длиной 40—50 мм сразу же накладывают второй, отжигающий валик. При наложении второго валика первый больше прогревается и затем остывает с меньшей скоростью. Значительная часть цементита распадается, выделяется графит, а закаленная часть шва частично отпускается и нормализуется. Верхний (отжигающий) валик уже меньше подвержен закалке, в результате чего резко снижается твердость всего шва и частично снимаются остаточные напряжения, возникающие при сварке.

Для улучшения качества сварного соединения применяют электроды малого диаметра и пониженную силу тока, чтобы уменьшить тепловое воздействие дуги на чугун. Сварку ведут короткими участками, вразброс, стараясь как можно меньше проплавлять чугун. С целью усиления связи наплавленного металла с чугуном при сварке сильно нагруженных деталей (корпуса коробок передач, корпуса трансмиссий тракторов и т. п.) на разделанных кромках трещины часто ставят в шахматном порядке на резьбе упрочняющие стальные шпильки (рис. 1). Диаметр и число шпилек устанавливаются в зависимости от толщины стенок детали и длины трещины. Рекомендуется принимать диаметр шпилек d = (0,15—0,2)S, где S — толщина стенки, но не менее диаметра электрода. Расстояние между шпильками берут равным (4—6)d, глубина посадки — 2d, расстояние от кромок — не менее (1,5—2)d. Выступающую часть шпилек обваривают по периметру, а затем наплавляют весь шов.

Процесс сварки начинается с обварки шпилек кольцевыми швами. Обварка должна вестись вразброс с целью избежания сильного местного перегрева детали. После обварки всех шпилек накладывают кольцевые швы, пока вся поверхность завариваемого участка не будет покрыта слоем наплавленного металла. Крайние ряды шпилек обваривают лишь после того, как весь участок будет полностью заварен. Для обварки шпилек и нанесения облицовочного слоя следует применять электроды малого диаметра (3,0—3,5 мм), для окончательной заварки трещины можно использовать электроды диаметром от 4 до 6 мм.

Рис. 1. Сварка чугуна с применением упрочняющих шпилек: а — установка шпилек; б — обварка шпилек

В связи с тем, что прочность металла, наплавленного стальными электродами, примерно в два раза выше прочности чугуна, толщина наплавленного металла должна составлять примерно 50% от толщины стенки детали в месте сварки. Излишнее количество наплавленного металла нежелательно, так как при этом увеличиваются усадочные напряжения, и появляется опасность образования трещин.

Чрезмерный нагрев детали при сварке приводит к образованию трещин в зоне термического влияния. Поэтому при сварке не следует допускать нагрев свариваемой детали выше 40—50 °C на расстоянии 100 мм от шва.

Первые слои в разделке трещины или обварку упрочняющих шпилек выполняют электродами ЦЧ-4, а все последующие — электродами типа УОНИ-13/55 или другими электродами со стержнем из низкоуглеродистой стали. Во втористокальциевое покрытие электродов ЦЧ-4 введены элементы, активно вступающие в механическое соединение с углеродом свариваемого металла и образующие устойчивые карбиды, нерастворимые в железе. В результате этого достигается достаточно прочное соединение наплавляемого шва с чугуном.

Восстановление чугунных деталей способом отжигающих валиков в сочетании установки упрочняющих шпилек, скоб и других связей дает удовлетворительные результаты, но он трудоемок, сравнительно малопроизводителен, требует большого расхода электродного материала. Разработаны и успешно применяются для сварки чугуна железо-никелевые электроды.

Сварка чугуна электродами на основе никеля

Сварка чугуна электродами на основе никеля дает достаточно высокую прочность. При этой сварке отсутствуют трещины, а наплавленный металл хорошо поддается обработке. Это объясняется тем, что никель неограниченно растворяется в железе, а никелевый аустенит содержит много углерода без образования карбидов. Металл наплавленный электродами ОЗЖН-1 содержит до 48% никеля. Электроды предназначены для холодной сварки серого и высокопрочного чугуна. Они рекомендуются для устранения дефектов в чугунных головках блоков, в блоках двигателей и других ответственных деталях.

В настоящее время широкое применение получают электроды с содержанием никеля более 90%, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4. Однако такие электроды очень дороги.

Сварка чугуна электродами на основе меди

Сварка электродами на основе меди применяется во всех случаях, когда не требуется высокая прочность сварного шва. Медь, как и никель, не образует соединений с углеродом, но она практически не растворяется в железе. Поэтому наплавленный шов не однороден, в медной основе расположены включения высокоуглеродистой железной фазы повышенной твердости.

Медно-железные электроды ОЗЧ-2, ОЗЧ-6 изготавливают из медного стержня с фтористо-кальциевым покрытием, в которое добавляют 50% железного порошка. Эти электроды применяют для заварки трещин в водяных рубашках блоков двигателей, головках блока и т. п. Трещину засверливают по концам и разделывают под углом 70—90° на 2/3 толщины детали. Края трещины тщательно зачищают, так как следы ржавчины, масла и прочих загрязнений вызывают пористость шва. Сварку ведут короткой дугой на постоянном токе обратной полярности с перерывами для охлаждения детали до температуры 50—60 °C. Для получения более плотного шва участки в 40—60 мм сразу после сварки проковывают. Слой наплавленный электродами ОЗЧ, представляет собой медь, насыщенную железом с вкраплением закаленной стали большой твердости. По границе шва отдельными участками располагаются зоны отбеливания. Несмотря на достаточно высокую твердость, шов можно обрабатывать твердосплавным инструментом. Медно-никелевые электроды МНЧ-2 представляют собой стержни из монель-металла (28% меди, 2,5% железа, 1,5% марганца, остальное никель). Никель этих электродов не образует соединений с углеродом, поэтому наплавленный шов получается с малой твердостью, зона отбеленного чугуна почти отсутствует, зона закаленного чугуна имеет невысокую твердость, которая может быть легко снижена небольшим отпуском. Кроме того, в шве образуется меньше пор и трещин, его легче обрабатывать, но прочность его получается низкой. Поэтому медно-никелевые электроды часто применяют в сочетании с медно-железными электродами. Первый и последний слой наносят медно-никелевыми электродами (чтобы в первом слое обеспечить плотность, а в последнем — улучшить обработку), остальное заплавляют медно-железными электродами. Наплавку медно-никелевыми электродами ведут также, как и медно-железными электродами.

Для холодной сварки и наплавки чугуна (т. е. сварки и наплавки, выполняемых без предварительного подогрева) специальными электродами, характерно проведение процесса с минимальным тепловложением короткими валиками протяженностью 25—60 мм с охлаждением каждого наложенного валика на воздухе до температуры не более 60 °C. Иногда рекомендуется проковка каждого валика легкими ударами молотка.

Сварочные напряжения, возникающие в конструкции в результате нагрева, могут быть сняты почти полностью, если в шве и зоне термического влияния создать дополнительные пластические деформации. Этого можно достичь проковкой швов. Проковку проводят в процессе остывания металла при температурах 450 °C и выше либо от 150 °C и ниже. В интервале температур 400—200 °C в связи с пониженной пластичностью металла при его проковке возможно образование надрывов. Специальный нагрев сварного соединения для выполнения проковки, как правило, не требуется. Удары наносят вручную молотком массой 0,6—1,2 кг с закругленным бойком или пневматическим молотком с небольшим усилием доизменения рисунка шва. При многослойной сварке проковывают каждый слой, за исключением первого, в котором от удара могут возникнуть трещины и облицовочного. Этот прием весьма эффективен для снятия напряжений при заварке трещин и замыкающих швов в жестких контурах деталей и узлов из конструкционных сталей и чугуна.

Проковка сварного соединения способствует также повышению усталостной прочности конструкции.

Можно ли сваривать чугун? (Полное руководство)

Можно сваривать чугун, хотя это может быть проблематично из-за высокого содержания углерода. Это содержание углерода часто составляет около 2–4%, что примерно в десять раз больше, чем у большинства сталей. В процессе сварки этот углерод мигрирует в металл сварного шва и/или в зону термического влияния, что приводит к повышенной хрупкости/твердости. Это, в свою очередь, может привести к растрескиванию после сварки.

Чугун состоит из железа и углерода в различных соотношениях с дополнительными элементами, такими как марганец, кремний, хром, никель, медь, молибден и т. д., для улучшения определенных свойств. Кроме того, он может содержать значительно более высокие уровни серы и фосфора в качестве примесей, затрудняющих сварку без образования трещин. Различные марки чугуна включают серый чугун, белый чугун, ковкий чугун и ковкий чугун с широким диапазоном свариваемости. Все категории чугуна, кроме белого чугуна, считаются свариваемыми, хотя сварка может быть значительно сложнее по сравнению со сваркой углеродистой стали. Однако может быть трудно определить разницу между этими разными типами чугуна без подробного металлургического анализа. Несмотря на это, чугун – это прочный, износостойкий металл, который используется веками.

Содержание

Нажмите на ссылку ниже, чтобы перейти к разделу руководства:

Сложно ли сваривать?
Этапы предварительной сварки чугуна
Типы сварки
Сварочные стержни
Отделка
Советы
Заключение

Как упоминалось выше, сварка чугуна может быть затруднена из-за его специфического состава, но это возможно, если вы используете правильную технику сварки, чтобы избежать сварных трещин. Это включает в себя тщательный нагрев и охлаждение, часто включая предварительный нагрев, правильный выбор сварочных электродов и медленное охлаждение детали.

Существует ряд ключевых шагов, которые можно предпринять, чтобы обеспечить эффективную сварку чугуна. К ним относятся:

Идентификация сплава
Очистка слепка
Выбор правильной температуры предварительного нагрева
Выбор правильного метода сварки

1.

Определите сплав

Чугун имеет низкую пластичность, поэтому он может растрескиваться из-за термических напряжений при быстром нагревании или охлаждении. Склонность к растрескиванию зависит от типа/категории чугуна. Это означает, что необходимо понимать, с каким типом сплава вы работаете:

Серый чугун

Это наиболее распространенный тип чугуна. В основном это сплав железо-углерод-марганец-кремний с 2,5-4% углерода. Углерод осаждается в графитовые чешуйки во время производства в кристаллическую структуру феррита или перлита. Однако эти чешуйки графита могут растворяться во время сварки и выделяться в виде высокоуглеродистого мартенсита, охрупчивая зону термического влияния и металл сварного шва.

Белый чугун

Белый чугун не содержит графита и содержит углерод в комбинированной форме в виде карбидов металлов, что делает микроструктуру хрупкой. Белый чугун обычно считается несвариваемым.

Ковкий (с шаровидным графитом) чугун

Ковкий чугун по составу подобен серому чугуну, но содержание примесей ниже по сравнению с серым чугуном. В отличие от серого чугуна, который содержит углерод в виде чешуек графита, ковкий чугун содержит графит в виде сфероидов в своей матрице. Остальная часть матрицы состоит в основном из перлита с ферритовой областью, окружающей графитовые сфероиды.

Ковкий чугун

Ковкий чугун представляет собой термообработанный белый чугун с существенно более низким содержанием углерода по сравнению с белым чугуном. В зависимости от применяемой термической обработки он обычно имеет структуру смеси феррита или перлита с включениями графита и, следовательно, обладает большей пластичностью по сравнению со стандартным белым чугуном.

Самый простой способ определить, с каким типом железа вы работаете, — это проверить исходную спецификацию. Химический и металлографический анализ также может помочь в определении категории чугуна, с которым вы работаете. Есть и другие способы определить разницу между сплавами; серый чугун будет иметь серый цвет вдоль точки излома, в то время как белый чугун будет иметь более белый цвет вдоль излома из-за содержащегося в нем цементита. Однако, например, у ковкого чугуна также будет более белый излом, но он гораздо лучше поддается сварке.

2. Очистка отливки

Важно очистить чугун перед сваркой, удалив все поверхностные материалы, такие как краска, жир и масло, уделяя особое внимание области сварки. Отливочная корка может быть удалена шлифовкой. Очень важно, чтобы очищенная поверхность была протерта уайт-спиритом, чтобы удалить остаточный поверхностный графит перед сваркой. Медленный предварительный нагрев зоны сварки в течение короткого времени поможет удалить всю влагу, оставшуюся в зоне сварки основного материала.

3. Выбор правильной температуры предварительного нагрева

Наиболее важным фактором предотвращения растрескивания под напряжением в чугуне является контроль нагрева/охлаждения. Это должно свести к минимуму накопление остаточных напряжений в процессе нагрева и охлаждения.

Локальный нагрев, например, во время сварки, приводит к ограниченному расширению, поскольку ЗТВ удерживается окружающим более холодным металлом. Термический градиент будет определять результирующее напряжение. Пластичные металлы, такие как сталь, способны снимать напряжение за счет растяжения, но поскольку чугуны обладают плохой пластичностью, они вместо этого склонны к растрескиванию. Предварительный нагрев снижает температурный градиент между ЗТВ и окружающим телом отливки, сводя к минимуму остаточные напряжения, вызванные сваркой. Предварительный нагрев чугуна перед сваркой замедляет скорость охлаждения сварного шва и окружающей области. По возможности нагрейте всю отливку. Типичные минимальные температуры предварительного нагрева составляют от 100 до 400°C, в зависимости от типа чугуна и допустимой твердости ЗТВ. Любой предварительный нагрев следует проводить медленно и равномерно.

Теоретически можно использовать любой из распространенных процессов дуговой сварки, такой как ручная дуговая сварка металлическим электродом, дуговая сварка порошковой проволокой, сварка металлическим активным газом, дуговая сварка под флюсом, дуговая сварка вольфрамовым электродом и т. д., процесс, который способствует медленному нагреву и охлаждению обычно предпочтительнее.

1. Ручная дуговая сварка металлическим электродом (MMA)

Этот тип сварки, также известный как дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (SMAW), обычно считается лучшим процессом для сварки чугуна — при условии, что используются правильные сварочные стержни. использовал. Выбор электрода будет зависеть от области применения, требуемого сочетания цветов и объема послесварочной обработки.

Два основных типа электродов для ручной дуговой сварки металлическим электродом: на основе железа и на основе никеля. Электрод на основе железа будет производить металл сварного шва с высоким содержанием углеродистого мартенсита, поэтому обычно ограничивается мелким ремонтом отливки и когда требуется согласование цвета. Чаще всего используются электроды из никелевого сплава, которые обеспечивают более пластичный металл сварного шва. Никелевые электроды также могут помочь уменьшить предварительный нагрев и растрескивание ЗТВ, обеспечивая более низкую прочность металла шва.

Во всех случаях необходимо свести к минимуму плавление основного металла. Это сведет к минимуму разбавление.

2. Сварка MAG

Сварка MAG обычно выполняется с использованием никелевого расходного материала. Для большинства применений подойдет смесь 80% аргона и 20% углекислого газа. Хотя можно использовать проволоку для пайки, обычно это не рекомендуется, так как припой будет значительно слабее, чем отливка.

3. Сварка ВИГ

Сварка ВИГ может обеспечить чистый сварной шов на чугуне, но, как правило, не предпочтительна из-за сильно локализованных характеристик нагрева. Как и при любой сварке ВИГ, качество готового шва в значительной степени определяется навыком сварщика.

Узнайте больше о сварке TIG

4. Сварка в кислородно-ацетиленовой среде

Как и при дуговой сварке, в кислородно-ацетиленовой сварке используется электрод, но вместо дуги, генерируемой электрическим током, в этом процессе для выработки тепла используется кислородно-ацетиленовая горелка. . Низкая теплоемкость и медленный нагрев, связанные с этим процессом, приведут к большой ЗТВ, но медленный нагрев полезен для предотвращения образования высокоуглеродистого мартенсита в ЗТВ. Низкая теплоемкость процесса потребует предварительного нагрева до более высокой температуры, обычно около 600°C, чтобы сварка стала возможной. Для сварки используется нейтральное или слегка восстановительное пламя.

Узнайте больше о кислородно-ацетиленовой сварке

5. Сварка пайкой

Сварка пайкой может использоваться для сварки деталей из чугуна, так как она оказывает минимальное воздействие на сам основной металл. И снова для этого процесса используется присадочный стержень, за исключением того, что он прилипает к поверхности чугуна, а не растворяется в сварочной ванне из-за более низкой температуры плавления наполнителя.

Как и при других технологиях, при сварке пайкой важна очистка поверхности. Флюс можно использовать для предотвращения образования оксидов, улучшения смачивания, очистки поверхности и обеспечения стекания наполнителя по основному металлу.

Также возможна пайка ВИГ при более низкой силе тока для нагрева заготовки без расплавления чугуна. Аргоновый кожух горелки защищает зону пайки, а это означает, что нет необходимости использовать флюс, как при кислородном топливе.

Узнайте больше о сварке пайкой

Как упоминалось выше, выбор сварочной проволоки важен для сварки чугуна, хотя большинство экспертов рекомендует использовать никелевую проволоку.

1. Стержни из 99% никеля

Эти электроды дороже, чем другие варианты, но также обеспечивают наилучшие результаты. 9Прутки с содержанием 9 % никеля позволяют получать сварные швы, которые поддаются механической обработке и лучше всего подходят для отливок с низким или средним содержанием фосфора. Эти стержни из чистого никеля создают мягкий, ковкий наплавленный металл.

2. Прутки из 55% никеля

Менее дорогие, чем прутки из 99% никеля, они также поддаются механической обработке и часто используются для ремонта толстых профилей. Более низкий коэффициент расширения означает, что они производят меньше трещин в линии сплавления, чем 99% стержень. Эти ферроникелевые стержни идеально подходят для сварки чугуна со сталью.

Доступны менее дорогие варианты, такие как стальные стержни, хотя они не так эффективны, как никелевые:

3. Стальные стержни

Стальные стержни представляют собой самый дешевый вариант из трех и лучше всего подходят для мелкого ремонта и заполнения. Стальные электроды производят твердые сварные швы, которые требуют дополнительной шлифовки и не поддаются механической обработке. Однако, несмотря на эти недостатки, стальные стержни обеспечивают соответствие цвета и лучше переносят не совсем чистые отливки, чем никелевые стержни.

Упрочнение

Когда сварной шов остывает и сжимается, возникает остаточное напряжение, что приводит к растрескиванию. Вероятность растрескивания можно уменьшить за счет приложения сжимающего напряжения. Сжимающее напряжение создается за счет проковки (с использованием молотка с шаровидным бойком для нанесения умеренных ударов), которая деформирует сварной шов, оставаясь при этом мягким. Однако упрочнение следует использовать только для относительно пластичного металла шва, то есть для сварных швов, выполненных с использованием никелевых расходных материалов.

Послесварочный нагрев

Слишком быстрое охлаждение чугуна может привести к растрескиванию. Процесс охлаждения можно замедлить с помощью изоляционных материалов или периодического нагревания. Некоторые методы включают в себя помещение заготовки в изолирующее одеяло, помещение ее в сухой песок или даже помещение ее над дровяной печью и охлаждение металла, когда огонь угасает.

Можно сваривать чугун, но это необходимо делать с использованием правильных методов и с осторожностью, чтобы избежать растрескивания. Большинство методов сварки требуют очистки поверхности материала, а для чугуна требуется предварительный и послесварочный нагрев, а также осторожное охлаждение.

Компания TWI обладает многолетним опытом во всех аспектах сварки и соединения, включая работу со стальным литьем. Пожалуйста, свяжитесь с нами ниже, если у вас есть какие-либо вопросы и вы считаете, что мы могли бы помочь вам с вашим проектом.

[email protected]

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Сварка чугуна: основные процедуры

Чугун представляет собой сплав железа, углерода и кремния, в котором количество углерода обычно более 1,7% и менее 4,5%.

Общая свариваемость чугуна низкая и зависит от типа материала, сложности, толщины, сложности литья и потребности в обрабатываемости.

Ковкие и ковкие чугуны имеют хорошую свариваемость, в то время как серый и белый чугуны пригодны для сварки только для мелких деталей.

Наиболее широко используемый тип чугуна известен как серый чугун. Серый чугун имеет разнообразный состав, но обычно он состоит в основном из перлита с рассеянными повсюду графитовыми чешуйками.

Существуют также легированные чугуны, которые содержат небольшое количество хрома, никеля, молибдена, меди или других элементов, добавленных для придания определенных свойств.

Другой легированный чугун представляет собой аустенитный чугун, который модифицируют добавками никеля и других элементов для снижения температуры превращения, так что структура становится аустенитной при комнатной или нормальной температуре. Аустенитные чугуны обладают высокой степенью коррозионной стойкости.

В белом чугуне почти весь углерод находится в связанной форме. Это обеспечивает чугун с более высокой твердостью, которая используется для сопротивления истиранию.

Ковкий чугун получают, подвергая белый чугун специальной термообработке отжигом для изменения структуры углерода в железе. Структура изменяется на перлитную или ферритную, что повышает ее пластичность.

Чугун с шаровидным графитом и ковкий чугун изготавливают путем добавления магния или алюминия, которые либо связывают углерод в комбинированном состоянии, либо придают свободному углероду сферическую или узловатую форму, а не обычную форму чешуек в сером чугуне . Такая структура обеспечивает большую степень пластичности или ковкости отливки.

Основным фактором, усложняющим сварку чугуна, является его недостаточная пластичность. Если чугуны нагружаются сверх их предела текучести, они ломаются, а не деформируются в какой-либо значительной степени. Следовательно, присадочный металл и конфигурация детали должны быть выбраны таким образом, чтобы свести к минимуму сварочные напряжения.

ММА, дуговая сварка с флюсовой проволокой, MIG, TIG и газовая сварка обычно используются с присадочными материалами на основе никеля для получения высококачественных сварных швов, но чугунные и стальные электроды также могут обеспечивать удовлетворительные сварные швы в определенных сплавах.

Свариваемость железом типа

Применение

Эти типы металлов широко используются в:

сельскохозяйственном оборудовании
на станках в качестве оснований, кронштейнов и крышек
для фитингов
чугунная труба
Блоки двигателей автомобилей, головки, коллекторы
подготовка воды
ремонт дефектов с целью модернизации или спасения отливки перед обслуживанием

Редко используется в строительных работах, за исключением сжатых элементов. Он широко используется в строительной технике для противовесов и в других приложениях, для которых требуется вес.

Характеристики

Чугун	Прочность на растяжение (МПа)	Прочность на сжатие (МПа)	Твердость (HB)	Удлинение (%)	Прочность (Дж)
Белый	200 – 410	н/д	321 – 500	Очень низкий	Очень низкий
Ковкий	276 – 724	1350 – 3600 (перлитный и мартенситный)	110–156 (ферритная) 149–321 (перлитная и мартенситная)	1 – 10	4 – 12 Дж при 20°C
Серый	152 – 431	572 – 1293	156 – 302	<0,6	Очень низкий
Ковкий	345 – 827	359 – 920	143 – 302	2 – 20	16 – 27 при 20°C

Серый (серый) или чешуйчатый графит

Если графит существует в виде разветвленных взаимосвязанных чешуек; этот тип железа относительно дешев и имеет плохие механические свойства.

Серый чугун обычно можно сваривать с помощью GMAW (SMA), MIG (GMA) или FCAW, если используются специальные расходные материалы и процедуры.

Серый чугун имеет низкую пластичность и поэтому не расширяется и не растягивается в значительной степени до разрушения или растрескивания. Из-за этой характеристики при сварке чугуна кислородно-ацетиленовой сваркой необходим предварительный нагрев. Однако его можно сваривать дуговой сваркой без предварительного нагрева, если тщательно контролировать температуру сварки.

Этого можно добиться, сваривая только короткие участки соединения за один раз и давая этим участкам остыть. Благодаря этой процедуре тепло сварки ограничивается небольшой площадью и устраняется опасность растрескивания отливки.

Крупногабаритные отливки со сложными сечениями, такие как моторные блоки, можно сваривать без демонтажа и предварительного нагрева. Обычно желательны специальные электроды, предназначенные для этой цели. Ковкий чугун, такой как ковкий чугун, ковкий чугун и чугун с шаровидным графитом, можно успешно сваривать. Для достижения наилучших результатов эти типы чугунов следует сваривать в отожженном состоянии.

Шаровидный или шаровидный графит (ковкий чугун)

Где графит существует в виде графита в сфероидальной форме, а механические свойства приближаются к свойствам стали. Сварку чугуна с шаровидным графитом, как правило, легче, чем серого чугуна, но все же требуются специальные расходные материалы и процедуры.

Ковкий CI

Если графит существует в виде узелков или розеток, полученных путем термообработки. Ковкий чугун имеет две основные формы: ковкий чугун с черной сердцевиной, который имеет такую же свариваемость, что и чугун с шаровидным графитом, и ковкий чугун с белой сердцевиной, который легко сваривается с ферритными расходными материалами при условии соблюдения мер по ограничению проникновения.

Белый

Твердый, хрупкий железосодержащий материал без свободного графита. Белые утюги обычно считаются несвариваемыми.

Аустенитный

Где графит может существовать либо в чешуйчатой, либо в узловатой форме, что приводит к хорошей коррозионной и термостойкости. Многие марки аустенитного чугуна можно сваривать с использованием специальных расходных материалов и процедур.

CI с высоким содержанием кремния и алюминия

Где графит существует в основном в виде чешуек, а материал обладает хорошей коррозионной стойкостью. Этот сплав можно сваривать с использованием специальных расходных материалов и процедур.

Чугунные сварочные наконечники

Большинство проблем связано с высоким содержанием углерода. Это приводит к проблемам с растрескиванием и проблемам термоконтроля. Чугуны содержат примерно от 2 до 4% углерода.

Сварка электродами может использоваться для ремонта отливок с несколькими типами сварных швов, пригодных для машин:

никель 55 мягкая сварка
никель 99 мягкая сварка
Припой HTS-528 (самый прочный припой для сварки чугуна с удобным встроенным флюсом)

Никель — это сплав цветных металлов, который не поглощает углерод, что делает его хорошим выбором для ремонта.

Предварительно нагрейте любую отливку во избежание растрескивания. Контролируйте предварительный нагрев с помощью височной палочки. Когда он плавится, это означает, что вы можете приваривать его к отливке. Предварительный нагрев отливки перед ремонтом сваркой может быть очень полезен для контроля скорости охлаждения после сварки. Это особенно важно при ремонте сложных форм, поскольку материалы различной толщины по-разному реагируют на тепло от сварочной ванны, что может привести к разрушительным термическим напряжениям и деформации.
Очистите все соединения, подлежащие ремонту или сварке, включая жир и грязь. Используйте шлифовальные или очищающие растворители.
Если после ремонта возникла проблема с пористостью, отшлифуйте участок до чистого металла
При ремонте с дефектами литья, такими как газовые пробоины или трещины, все дефектные участки должны быть удалены методом холодного долбления, выдалбливания или шлифования. При строжке покрытым электродом или воздушно-угольной дугой вокруг места строжки образуется зона термического влияния. Отливку следует предварительно нагреть до 300°C перед строжкой, чтобы снизить риск растрескивания в этой области. Канавка также должна быть слегка отшлифована для удаления затвердевшего материала перед нанесением ремонта, так как графит в этой области может раствориться во время выдалбливания, увеличивая его чувствительность к растрескиванию при последующей сварке. При удалении трещин или линейных дефектов концы трещины перед выдалбливанием следует затупить сверлением, чтобы предотвратить дальнейшее распространение при подготовке к ремонту. Истинные концы трещины, которые могут быть очень тонкими, должны быть обнаружены методом проникающих красок или магнитопорошковым методом перед бурением.

Связанные : Что вызывает трещины в сварных швах?

В видео используется положительный постоянный ток. Используйте соответствующее защитное снаряжение и избегайте воздействия дыма.

Сварочный ремонт чугуна Рекомендуется предварительный подогрев

Преимущества чугуна

Преимущества чугуна в качестве сварочного металла:

Более текучий, чем сталь (лучшая литейная способность)
Более низкая температура плавления, чем у стали
Недорогой материал
Можно формовать литьем в песчаные формы
Желательные свойства, такие как:
– Демпфирующая способность
– Теплопроводность
– Пластичность
– Твердость
– Прочность

Плохая и улучшенная конструкция сварного шва чугуна

Плохая конструкция	Улучшенный дизайн
Сварные швы с частичным проплавлением	Сварные швы с полным проплавлением

Неравномерная толщина	Постоянная толщина

Без подкладочного углового шва	С подкладным угловым швом

Модификации конструкции соединения, снижающие риск растрескивания при сварке чугуна.

Процессы сварки чугуна

Сварка используется для спасения новых чугунных отливок, ремонта отливок, вышедших из строя в процессе эксплуатации, и соединения отливок друг с другом или со стальными деталями в производственных операциях.

В таблице ниже показаны сварочные процессы, которые можно использовать для сварки литых, ковких и шаровидных чугунов.

Выбор процесса сварки и сварочных присадочных металлов зависит от желаемых свойств сварного шва и ожидаемого срока службы. Например, при использовании процесса дуговой сварки в защитном металле могут использоваться различные типы присадочного металла. Присадочный металл влияет на цветовое соответствие сварного шва по сравнению с основным материалом.

Соответствие цвета может быть определяющим фактором, особенно при утилизации или ремонте отливок, где различие в цвете неприемлемо.

Независимо от того, какой из сварочных процессов выбран, необходимо выполнить определенные подготовительные действия.

Важно точно определить тип свариваемого чугуна, будь то серый чугун, ковкий или ковкий чугун.

Если точная информация неизвестна, лучше предположить, что это серый чугун с низкой пластичностью или без нее.

Как правило, не рекомендуется выполнять сварку и ремонт отливок из серого чугуна, которые подвергаются нагреву и охлаждению в нормальных условиях эксплуатации, особенно когда температура нагрева и охлаждения изменяется в диапазоне температур, превышающем 400°F (204°C).

Если в качестве присадочного материала не используется чугун, металл сварного шва и основной металл могут иметь разные коэффициенты расширения и сжатия. Это будет способствовать возникновению внутренних напряжений, которые не может выдержать серый чугун.

Ремонт этих типов отливок можно произвести, но надежность и срок службы при таком ремонте нельзя с точностью предсказать.

Подготовка чугуна к сварке

При подготовке отливки к сварке необходимо удалить все поверхностные материалы, чтобы полностью очистить отливку в зоне сварного шва. Это означает удаление краски, жира, масла и других посторонних материалов из зоны сварки.

Область сварки желательно кратковременно нагревать для удаления захваченных газов из зоны сварки основного металла. Кожу или поверхность с высоким содержанием кремния также следует удалить рядом с областью сварки как с лицевой, так и с корневой стороны. Края соединения должны быть зачищены или отшлифованы, чтобы образовался угол или скос 60°.

При наличии канавок следует использовать V-образную канавку с прилежащим углом 60-90°. V должен выступать примерно на 1/8 дюйма (3,2 мм) от дна трещины. На каждом конце трещины необходимо просверлить небольшое отверстие, чтобы предотвратить ее распространение.

Всегда следует использовать сварные швы с полным проплавлением, поскольку трещина или дефект, не удаленные полностью, могут быстро появиться снова в условиях эксплуатации.

Предварительный подогрев желателен для сварки чугуна любым из сварочных процессов. Его можно уменьшить при использовании чрезвычайно пластичного присадочного металла. Предварительный нагрев уменьшит температурный градиент между сварным швом и остальной частью чугуна.

Температуры предварительного нагрева должны быть связаны с процессом сварки, типом присадочного металла, массой и сложностью отливки. Предварительный нагрев можно осуществить любым из обычных способов.

Факельный нагрев обычно используется для относительно небольших отливок весом 30,0 фунтов (13,6 кг) или меньше. Более крупные детали могут быть предварительно нагреты в печи, а в некоторых случаях вокруг детали строят временные печи, а не помещают деталь в печь.

Таким образом, детали могут поддерживаться при высокой межпроходной температуре во временной печи во время сварки. Предварительный нагрев должен быть общим, так как он помогает улучшить пластичность материала и распределяет усадочные напряжения по большой площади, чтобы избежать критических напряжений в любой точке.

Предварительный нагрев помогает размягчить область, прилегающую к сварному шву; способствует дегазации отливки, что, в свою очередь, снижает вероятность пористости наплавленного металла шва; и увеличивает скорость сварки.

Медленное охлаждение или последующий нагрев улучшают обрабатываемость зоны термического влияния в чугуне, прилегающей к сварному шву. Последующее охлаждение должно быть как можно более медленным. Это можно сделать, покрыв отливку изоляционными материалами, чтобы не допустить проникновения воздуха или ветра.

Электроды

Чугун можно сваривать стальным электродом с покрытием, но этот метод следует использовать только в экстренных случаях.

При использовании стального электрода необходимо учитывать усадку стального металла шва, углерод, поглощаемый металлом шва из чугуна, и твердость металла шва, вызванную быстрым охлаждением. Сталь дает усадку больше, чем чугун, при переходе из расплавленного состояния в твердое.

При использовании стального электрода эта неравномерная усадка вызовет напряжения в стыке после сварки. Когда на соединение наносится большое количество присадочного металла, чугун может треснуть сразу за линией сплавления, если не будут приняты превентивные меры.

Чтобы преодолеть эти трудности, подготовленный шов следует сваривать, наплавляя металл шва в виде коротких нитевидных валиков длиной от 0,75 до 1,0 дюйма (от 19,0 до 25,4 мм). Они производятся с перерывами и, в некоторых случаях, с помощью процедуры возврата и пропуска.

Во избежание затвердевания дуга должна зажигаться в V, а не на поверхности основного металла. Каждый короткий отрезок наплавленного металла, нанесенный на соединение, должен быть слегка отшлифован в горячем состоянии с помощью небольшого молотка со сферической головкой и остыть перед нанесением дополнительного наплавленного металла. Упрочняющее действие выковывает металл и снимает напряжения при охлаждении.

Используемые электроды должны иметь диаметр 1/8 дюйма (3,2 мм) для предотвращения перегрева при сварке. Сварку следует производить с обратной полярностью. Переплетение электрода должно быть сведено к минимуму. Каждое наплавленное металлическое наплавление должно быть тщательно очищено перед добавлением дополнительного металла.

Чугунные электроды должны применяться там, где требуется последующая обработка сварного соединения.

Электроды из нержавеющей стали используются, когда не требуется обработка сварного шва.

Процедура выполнения сварных швов этими электродами такая же, как описана для сварки электродами из мягкой стали. Электроды из нержавеющей стали обеспечивают превосходный сплав между присадочным и основным металлами.

Необходимо проявлять особую осторожность, чтобы избежать растрескивания сварного шва, усадки примерно на 50 процентов больше, чем из-за того, что нержавеющая сталь расширяется, а мягкая сталь расширяется при одинаковых изменениях температуры.

Дуговая сварка чугуна

Процесс дуговой сварки защищенным металлом может использоваться для сварки чугуна.

Можно использовать четыре типа присадочных материалов:

Электроды с чугунным покрытием
Покрытые электроды из сплава на основе меди
Покрытые электроды из сплава на основе никеля
Электроды с покрытием из мягкой стали

Существуют причины для использования каждого из различных конкретных типов электродов, которые включают обрабатываемость наплавки, соответствие цвета наплавки, прочность наплавки и пластичность конечного шва.

При дуговой сварке чугунными электродами (ECI) необходимо выполнить предварительный нагрев до температуры от 250 до 800°F (от 121 до 425°C) в зависимости от размера и сложности отливки и необходимости механической обработки наплавки и прилегающих участков.

Чем выше степень нагрева, тем легче будет обрабатывать наплавленный металл.

Как правило, лучше всего использовать электроды небольшого размера и относительно низкую настройку тока. Должна использоваться средняя длина дуги и, по возможности, сварка должна выполняться в горизонтальном положении.

Должна использоваться сварка внахлестку или в скипе, а наклеп поможет снизить напряжения и сведет к минимуму деформацию.

Рекомендуется медленное охлаждение после сварки.

Эти электроды обеспечивают превосходное соответствие цвета серого чугуна см. Прочность сварного шва будет равна прочности основного металла.

Существует два типа электродов на основе меди:

Медно-оловянный сплав
Медь алюминиевая

Сплавы меди с цинком нельзя использовать для электродов для дуговой сварки из-за низкой температуры кипения цинка. Цинк улетучивается в дуге и вызывает пористость металла сварного шва.

При использовании электродов с медной основой рекомендуется предварительный нагрев от 250 до 400°F (от 121 до 204°C). Следует использовать маленькие электроды и слабый ток. Дуга должна быть направлена на наплавленный металл или ванну, чтобы избежать провара и смешения основного металла с металлом сварного шва. После сварки рекомендуется медленное охлаждение. Электроды с медной основой не обеспечивают хорошего цветового соответствия.

Существует три типа никелевых электродов, используемых для сварки чугуна. Эти электроды можно использовать без предварительного нагрева; однако рекомендуется нагрев до 100°F (38°C).

Эти электроды можно использовать во всех положениях; однако рекомендуется горизонтальное положение. Между проходами следует удалять сварочный шлак.

Никелевые и железоникелевые покрытия чрезвычайно пластичны и не становятся хрупкими при поглощении углерода. Твердость зоны термического влияния может быть сведена к минимуму за счет уменьшения проникновения в основной металл чугуна.

Вышеупомянутый метод воспроизведения дуги на ванне, а не на основном металле, поможет свести к минимуму растворение. Медленное охлаждение и, при необходимости, последующий нагрев улучшат обрабатываемость околошовной зоны. Электроды на основе никеля не обеспечивают близкого цветового соответствия.

Медно-никелевые электроды бывают двух марок. Любой из этих электродов можно использовать таким же образом, как никелевый или железоникелевый электрод, с примерно тем же методом и результатами. Отложения этих электродов не обеспечивают цветового соответствия.

Электроды из мягкой стали не рекомендуются для сварки чугуна, если наплавка должна подвергаться механической обработке. Осадок из мягкой стали наберет достаточно углерода, чтобы образовался высокоуглеродистый осадок, который невозможно подвергнуть механической обработке. Кроме того, отложения из мягкой стали будут иметь пониженный уровень пластичности в результате повышенного содержания углерода.

Этот тип электрода следует использовать только для мелкого ремонта и не следует использовать, когда требуется механическая обработка. Для небольших ремонтных работ возможен минимальный предварительный подогрев.

Маленькие электроды при низком токе рекомендуются, чтобы свести к минимуму растворение и избежать концентрации усадочных напряжений.

Должны использоваться короткие сварные швы с использованием блуждающей последовательности, а сварной шов должен быть обработан как можно быстрее после сварки. Наплавленный электрод из мягкой стали обеспечивает точное соответствие цвета.

Углеродная дуговая сварка чугуна

Чугунные отливки можно сваривать угольной дугой, чугунным стержнем и чугунным сварочным флюсом. Соединение следует предварительно нагреть, перемещая угольные электроды по поверхности. Это предотвращает слишком быстрое охлаждение после сварки.

Лужа расплавленного металла может быть обработана угольным электродом для перемещения образовавшегося шлака или оксидов на поверхность. Сварные швы, выполненные угольной дугой, остывают медленнее и не такие твердые, как сварка металлической дугой и чугунным электродом. Сварные швы поддаются механической обработке.

Газокислородная сварка чугуна

Газокислородная сварка часто используется для сварки чугуна. Можно использовать большинство топливных газов. Пламя должно быть от нейтрального до слегка уменьшающегося. Следует использовать флюс.

Доступны два типа присадочного металла:

чугунные стержни
медно-цинковые стержни

Сварные швы, выполненные с использованием подходящего чугунного электрода, будут такими же прочными, как и основной металл. Все эти красные сварочные оттенки обеспечивают хорошее цветовое соответствие. Следует использовать оптимальную процедуру сварки в отношении подготовки шва, предварительного нагрева и последующего нагрева.

Медно-цинковые стержни производят сварные швы. Существует две классификации:

марганцевая бронза
малодымящая бронза

Наплавленная бронза обладает относительно высокой пластичностью, но не обеспечивает совпадения цветов.

Пайка и сварка пайкой Чугун

Пайка используется для соединения чугуна с чугуном и сталью.

В этих случаях конструкция соединения должна быть выбрана для пайки таким образом, чтобы капиллярное притяжение вызывало протекание присадочного металла между близко прилегающими деталями. Обычно используется факельный метод. Кроме того, в качестве источников тепла можно использовать угольную дугу, двойную углеродную дугу, газовую вольфрамовую дугу и плазменную дугу.

Обычно используются два припоя; оба являются медно-цинковыми сплавами.

Пайка также может использоваться для соединения чугуна. При сварке пайкой присадочный металл не втягивается в соединение за счет капиллярного притяжения. Это иногда называют бронзовой сваркой. Следует использовать материал наполнителя с температурой жидкости выше 850°F (454°C). Сварка пайкой не обеспечит совпадения цветов.

Сварка твердым припоем также может выполняться дуговой сваркой в среде защитного газа и дуговой сваркой в среде защитного газа.

Предварительный нагрев до высокой температуры обычно не требуется для сварки пайкой, если только деталь не является чрезвычайно тяжелой или сложной по геометрии. Бронзовый наплавленный металл обладает чрезвычайно высокой пластичностью, что компенсирует недостаточную пластичность чугуна. Тепла дуги достаточно, чтобы довести поверхность чугуна до температуры, при которой сплав присадочного металла на основе меди образует связь с чугуном.

Поскольку перемешивание материалов незначительно или отсутствует, зона, прилегающая к сварному шву в основном металле, заметно не упрочняется. Сварной шов и прилегающие к нему участки можно обрабатывать после завершения сварки.

Обычно для большинства применений достаточно предварительного нагрева до 200°F (93°C). Скорость охлаждения не является чрезвычайно важной, и термообработка для снятия напряжения обычно не требуется.

Этот тип сварки обычно используется для ремонтной сварки деталей автомобилей, деталей сельскохозяйственных орудий и даже блоков и головок автомобильных двигателей. Его можно использовать только в том случае, если отсутствие совпадения цветов не вызывает возражений.

Дуговая сварка чугуна в среде защитного газа

Процесс дуговой сварки в среде защитного газа может использоваться для сварки ковкого железа и углеродистой стали. Можно использовать несколько типов электродной проволоки, в том числе:

Мягкая сталь с использованием 75 % аргона + 25 % CO2 для защиты.
Никель-медь с использованием 100% аргона для экранирования.
Кремниевая бронза с использованием 50% аргона + 50% гелия для защиты.

Во всех случаях при низком токе следует использовать электродную проволоку малого диаметра. С электродной проволокой из мягкой стали подается защитная газовая смесь аргон-CO2 для минимизации проникновения.

В случае присадочного металла на основе никеля и припоя на основе меди наплавленный присадочный металл чрезвычайно пластичен. Мягкая сталь обеспечивает точное соответствие цвета. Обычно требуется более высокий предварительный нагрев для снижения остаточных напряжений и склонности к растрескиванию.

Дуговая сварка чугуна флюсовой проволокой

Этот процесс в последнее время используется для сварки чугуна. Более успешным применением было использование порошковой проволоки на основе никеля.

Эта электродная проволока обычно работает с защитным газом CO2, но когда более низкие механические свойства не вызывают возражений, ее можно использовать без внешнего защитного газа. Можно использовать минимальные температуры предварительного нагрева.

Методика должна минимизировать проникновение в основной металл чугуна. Последующий нагрев обычно не требуется. Цветовое соответствие не получено.

Другие процессы

Другие процессы сварки могут использоваться для чугуна.

Термитная сварка – используется для ремонта некоторых типов деталей станков из чугуна.
Припой – может использоваться для соединения чугуна, а иногда и для ремонта небольших дефектов в небольших отливках.
Сварка оплавлением – также может использоваться для сварки чугуна.

Техника сварки

Шпилька

Метод шипования для ремонта чугуна

Трещины в крупных отливках иногда ремонтируют шипованием.

В этом процессе трещина удаляется путем шлифовки V-образной канавки.

С каждой стороны паза просверливаются отверстия и нарезаются резьбы под углом, и в эти отверстия ввинчиваются шпильки на расстояние, равное диаметру шпилек, при этом верхние концы выступают примерно на 1/4 дюйма (6,4 мм) над поверхностью чугуна.

Шпильки должны быть приварены по месту одним или двумя валиками вокруг каждой шпильки, а затем соединены друг с другом металлическими валиками.

Сварные швы должны выполняться на коротких участках, и каждый участок должен подвергаться наклепу в горячем состоянии, чтобы предотвратить высокие напряжения или растрескивание при охлаждении. Каждому валику необходимо дать остыть и тщательно очистить его перед нанесением дополнительного металла.

Если метод шиповки не может быть применен, края соединения должны быть выколоты или обработаны с помощью инструмента с круглым концом, чтобы сформировать U-образную канавку, в которую должен быть наплавлен металл сварного шва.

Изменение конструкции соединения

Предпочтительнее использовать сварной шов с полным проплавлением, а не с частичным проплавлением. Сварные швы разной толщины могут привести к неравномерному усадочному напряжению и неравномерному расширению во время цикла сварки.

Изменение схемы сварки для размещения сварных швов в области постоянной толщины может быть полезным. Другой совет — использовать угловой сварной шов для поддержки напряженных зон.

Нарезка торцевых канавок

Нарезка торцевых канавок из чугуна

Выдалбливание или шлифовка канавок на поверхности подготовленной канавки под сварку с последующим использованием наплавленного валика для заполнения канавок перед заполнением всего соединения иногда является предпочтительным методом (см. ниже).

Этот подход снижает риск растрескивания за счет отклонения траектории трещины. В первую очередь наплавляются валики, находящиеся в контакте с отливкой, когда зона термического влияния напряжений и линия сплавления находятся на низком уровне.