Как правильно сварить чугун электросваркой

Чугун в быту применяется повсеместно, начиная от батарей и других сантехнических элементов, заканчивая конструкциями заборов, деталями автомобилей и станочного оборудования. Трудности начинаются, когда речь заходит о сварке этого металла. Сварка чугуна электродом в домашних условиях – работа не из легких. Если с обычными сталями можно работать без особо тщательной подготовки, то просто наварить шов на чугунную деталь, без предварительной подготовки, очень сложно. Несоблюдение основных технологий может привести к перекалке металла, а значит повышению хрупкости и другим проблемам. Давайте разберем как заварить чугун дома, с помощью инвертора.

Особенности сварки чугуна, виды чугуна

Опытные сварщики могут определить свариваемость чугуна всего по раз
резу. Считается, что если структура металла мелкодисперсная и приближенная к серому цвету, то такой чугун можно сварить намного легче, чем крупнозернистый металл темных оттенков. Если мы говорим про сварку деталей, которые находились в масляной среде или были подвержены регулярному окислению в водной среде, грунте или других подобных условиях, то такой сварочный материал не подойдет.Так, как чугун – метал с ограниченно свариваемый материал, то стоит принять во внимание следующие его особенности:

• Металл – жидкотекучий, поэтому основное и единственно верное сварное положение – нижнее.
• Если не соблюдать температурные режимы и перекалывать металл, то при выгорании углерода будут образовываться поры.
• Низкая пластичность и несоблюдение температурных режимов – основные причины возникновения напряжения, в местах сварных соединений.
• Расплавленный чугун может создавать окислы, которые будут иметь более высокую температуру плавления, чем исходный металл.

Главная проблема, с которой вы можете столкнуться – образование трещин в местах сваривания при остывании детали.

Решить это можно только если полностью соблюдать технологию, в нашем случае – холодной сварки.

Методы сварки чугуна

Существует три способа сварить чугун:

1. Горячая сварка. Основной и наиболее правильный метод. Он заключается в том, что перед работой электродом, заготовку прогревают до 600 – 650 градусов. Это позволяет избежать образования соединений с повышенной температурой плавления, перекалки и напряженности метала в месте соединения. Нагрев осуществляется в печах, газовыми или другими горелками. Для домашних условий такой метод подходит с натяжкой, ведь помимо нагревающего прибора, нужно знать в какие моменты можно работать в месте сварного соединения, как остудить металл и много других нюансов.
2. Полугорячая сварка. Практически ничем не отличается от предыдущего способа, за исключением температуры нагрева. Здесь изделие прогревают до 300 – 350 градусов.
3. Холодная сварка. Способ – не предусматривает нагрев заготовки, но в его основе лежит множество других технологических моментов, несоблюдение которых приведет к невозможности выполнить качественный шов. Сварка чугуна в домашних условиях электродом осуществляется именно таким образом.

Подготовка чугуна для сварки инвертором холодным методом

Прежде, чем сваривать чугун, его нужно подготовить. Сперва нужное место зачищается болгаркой с лепестковым кругом или другой подходящей насадкой. После зачистки верхнего слоя до не окисленного металла нужно провести обязательное обезжиривание бензином или любым другим растворителем. Если вы решили заделать трещину, то металл нужно расчистить до ее окончания, и в этом месте засверлить отверстие диаметром 10 мм.

Отдельно стоит поговорить про следующие особенности подготовки:

1. Шпильки. Дуговая сварка чугуна может осуществляется как послойно без применения опорных элементов, так и с
использованием шпилек. Шпильки состоят из стали. Их размеры строго регламентируются, так например диаметр не должен превышать 40% от толщины чугуна. Выступ шпильки над металлом ограничен 4-6 мм, а расстояние между шпильками не должно быть больше, чем 6 диаметров. Количество зависит только от размеров соединения, но не больше 25% от площади излома

2. Разделка кромок.

Обратите внимание! Кромки не должны иметь острый срез в месте соединения двух частей метала, оптимальная форма – сферическая.

3. Электроды должны быть специальными. Заваривать такой металл обычными электродами по стали практически невозможно, поэтому стоит приобрести электрод с добавлением меди, хрома, никеля и других лигатур, способствующих наплавлению на прихотливый чугун.

Процесс сварки

В предыдущем пункте мы разобрали предварительную подготовку, а перед началом сваривания нужно рассмотреть основные технологичные моменты:

• Полярность подключения – обратная;
• Мощность сварочного аппарата – минимальная, для данной толщины электрода;
• Длина одного непрерывного сварочного шва не должна превышать 30 – 50 мм;
• Нужно исключить перегрев металла, за счет частых перерывов;
• Первый и последний слой многослойных проковываются молотком с минимальным усилием.

Определиться с режимом сварки поможет приведенная ниже таблица:

Основные предварительные моменты мы рассмотрели, остался основной вопрос: «Как варить чугун электросваркой?». Здесь есть два способа: по шпилькам или послойно. Давайте разберем отдельно каждый из вариантов.

Сварка чугуна инвертором по шпилькам

После установки шпилек можно начинать наваривать шов. Вокруг каждой шпильки слой за слоем кладется металл, который и формирует заплатку. Не допустить нагрева свыше 80 градусов можно если выполнять работу в шахматном порядке или поочередно в противоположных концах. Завершающим моментом при таким виде сварки является соединительный шов, который соединяет наваренный металл между шпильками.

Многослойная сварка

Для начала нужно убедиться в правильности создания фасок. Затем специальным электродом, с соблюдением температурного режима начинаем наплавлять первый слой. Он является основным и задаст успех дальнейшей работы. Каждый слой, еще на горячую, нужно проковывать молотком. Если есть доступ к обратной стороне детали, то после первого слоя с одной стороны следует перевернуть изделие и наплавить аналогичный шов на его обратной стороне и уже потом приступать к завершению многослойной сварки верхней, а затем нижней части.

Наплавку нужно обязательно выполнять с краев, и создавать постепенно множество слоев. Главное, не забывать проковывать каждый слой. Если не знаете как проверить температуру детали, то примените технику вразброс. Она заключается в формировании шва поочередно в разных местах соединения. Когда сварной шов будет полностью готов, поверхность наплавленная на чугун, необходимо отшлифовать.

Если вы столкнулись с необходимостью сварить чугун и у вас есть только инвертор, то в домашних условиях можно заделать трещины или наложить заплатки на ненесущие элементы конструкции. Практически все необходимое у вас уже будет, это маска, защитные рукавицы и одежда. Придется докупить только специальные чугунные электроды, или сделать их самостоятельно. В этой статье описано два способа, как сварить чугун дома. Какой из них вам больше подходит – решайте сами. Но запомните – когда возникает потребность восстановить изделие предполагающее сильные нагрузки, то лучше обратиться к профессионалам.

Сварить чугун сложно, но возможно. Сварка чугуна электродом в домашних условиях чем-то похожа на подбрасывание монеты. Одна попытка может дать отличный результат и усыпить бдительность, другая — закончиться из рук вон плохо. Почему так происходит? Всё дело в том, что не только различные виды чугуна свариваются по-разному, но даже детали из одинакового материала могут быть непредсказуемы. История эксплуатации отливки, среда, в которой она пребывала — всё имеет значение.

Любительское исполнение работы может сэкономить время и деньги, но если речь идёт о критически важных вещах, то мудрым решением будет поручить дело специалистам с профессиональными сварочной установкой.

Для работ с чугуном важно знать правильный алгоритм, необходимый для получения качественного результата. До начала самих работ нужно:

• определить сплав;
• очистить деталь;
• обеспечить необходимый предварительный нагрев.

Определение сплава

Чугун — это сплав железа с углеродом, высокое содержание последнего (обычно 2—4%) придаёт материалу характерную твёрдость. Однако твёрдость эта достигается за счёт пластичности. Она значительно ниже, чем у сталей или кованого железа. Циклы нагрева и охлаждения во время сварки вызывают расширения и сжатия отливки, создавая напряжения в металле. Чугуны не растягиваются и не деформируются под нагрузкой, а трескаются, что делает их чрезвычайно трудносвариваемыми материалами. Эта их свойство может быть купировано путём добавление в сплав различных примесей.

Чугуны разнятся по свариваемости.

1. Серый. Наиболее распространён в промышленности. По структуре похож на железную губку, поры которой заполнены графитом. Он сравнительно пластичен и лучше сваривается. Тем не менее он представляет собой проблему даже у опытных сварщиков: графитовые хлопья в составе серого чугуна могут попасть в сварочную ванну и сделать шов хрупким.
2. Белый содержит углерод в виде цементита, без присутствия чистого графита. Цементит — очень твёрдая и хрупкая кристаллическая структура. Белый чугун считается несвариваемым.

Очистка деталей

Среда, в которой пребывала отливка, влияет на свариваемость не меньше марки сплава из-за впитывающих свойств чугуна. Например, выхлопные коллекторы, подвергавшиеся много лет воздействиям продуктов сгорания под нагревом, будет очень трудно сварить. Вне зависимости от марки сплава и происхождения нужно полностью очистить отливку в области сварного шва — удалить краску, жир, масло, окалину. Полезным будет осторожно и медленно нагревать место сварки в течение непродолжительного времени, чтобы выпарить летучие примеси из обрабатываемой зоны.

Предварительный нагрев

Все чугуны подвержены растрескиванию под напряжением. Регулирование температуры — единственный способ предотвратить трещины. Создание сварного шва, с точки зрения тепловых процессов, состоит из трёх шагов:

• предварительного нагрева;
• ввод тепла;
• медленного охлаждения.

Основная задача теплового контроля — управление расширением. Напряжений в металле не возникает, когда весь объект нагревается или расширяется одновременно и с одинаковой скоростью. Риск появления трещин велик в случае, если тепло локализовано в небольшой околошовной зоне. Предварительный нагрев снижает тепловой градиент между телом отливки и местом сварки. В теории более высокотемпературные методы сварки требуют повышения температур предварительного нагрева. Если последний нет возможности обеспечить, лучшей стратегией будет минимизация теплового ввода — применять методы сварки при низкой температуре легкоплавящимися электродами.

Скорость охлаждения — ещё один фактор, оказывающий непосредственное влияние на возникновение напряжений в сварной зоне. Быстрое охлаждение за счёт сокращения остывающей зоны порождает хрупкие, легко трескающиеся швы.

Электросварка

Электродуговая сварка в качестве расходного материала предполагает электрод, покрытый флюсом. Есть несколько видов электродов, пригодных для такого вида работ: на основе чугуна, легированной стали, из медных и никелевых сплавов. После механической обработки будущей сварной зоны (торцевания, сверления отверстий в местах окончания трещин, соединения деталей крепежом) следует выбрать такую последовательность сварных проходов, чтобы обеспечить равномерный и минимальный нагрев всей детали. Перед каждым следующим проходом шву нужно дать остыть. Во время ожидания охлаждения можно его обстучать — это уменьшает напряжения в металле.

Поскольку применяемые электроды прочнее обрабатываемого чугуна, нет никакой необходимости делать особенно толстые швы. Последнее также помогает уберечь место сварки от тепловых деформаций. Следует избегать резких охлаждений, пользоваться для этого водой допускается только с большой осторожностью и в исключительных случаях.

Для описанных выше работ актуальны все требования к технике безопасности проведения сварочных работ и правила безопасной эксплуатации электрического оборудования.

Чугун – сплав железа и углерода, который очень плохо варится по причине содержания там второго компонента в объёме от 2% до 6% (сталь имеет тот же химический состав, но углерода в ней до 2% и она прекрасно варится). Учёные и инженеры разработали технологические процессы, которые позволяют производить сварку чугуна при помощи сварочного инверторного аппарата .

Внутреннее устройство сварочного инвертора «Строитель 300Р».

Ответ на вопрос «как варить чугун инвертором» начнём с рассмотрения ситуаций, в которых возникает необходимость сварки чугунных деталей. И разберёмся: в чём заключается сложность сварки этого сплава.

Необходимость сварки чугуна и в чём её сложность

Ситуации, в которых необходима сварка чугуна, представлены в таблице.

В каких случаях требуется сварка чугуна.

Процесс сварки чугунных деталей осложняется тем, что сваренное соединение (шов) может получиться низкого качества. Вызвано это двумя причинами:

• в районе шва происходит насыщенная закалка металла, который и без того имеет низкую пластичность. В результате этого повышается его хрупкость, приводящая к образованию трещин в процессе усадки сварочного шва;
• на сварочном процессе отрицательно сказывается соединение кислорода и углерода с последующим образованием окиси углерода. Это приводит к тому, что шов становится очень пористым.

Использование инвертора для сварки чугуна помогает решить очень многие проблемы. Сначала давайте разберёмся, какие электроды следует использовать.

Какими электродами можно варить чугун

Особенности сварки деталей из чугуна сварочным инвертором требуют применения преимущественно электродов на базе следующих металлов:

Как осуществляется сварка чугуна этими электродами показано на рисунке.

Порядок заполнения разделки трещин.

Для сварки чугуна инвертором применяются специальные электроды и очень важно их правильно выбрать. Давайте в этом разберёмся.

Электроды марки ЦЧ-4 применяются для:

• горячей и холодной сварки чугуна;
• заделки дефектов;
• ремонтной наплавки.

Эти же электроды используются для сварки стали с чугуном. Они позволяют наплавлять 1…2 слоя на изношенные детали из чугуна, подготавливая их под дальнейшую наплавку другими сварочными электродами.

Технические требования при выполнении сварки инвертором при помощи электродов ЦЧ-4 (далее – требования):

• сварка выполняется в нижнем положении шва;
• процесс осуществляется на обратном токе.

Электроды марки ОЗЧ-2 применяются для:

• холодной сварки ковкого и серого чугуна;
• устранения дефектов литья и наплавки.

• сварка выполняется в вертикальном и нижнем положениях шва;
• процесс осуществляется на обратном токе.

Электроды марки ОЗЧ-6 применяются для:

• холодной сварки ковкого и серого чугуна;
• проведения ремонтных работ тонкостенных изделий.

• сварка выполняется в вертикальном и нижнем положениях шва;
• процесс осуществляется на обратном токе.

Электроды марки МНЧ-2 используются для;

• холодной сварки чугуна;
• заваривания дефектов литья;
• наплавки на детали из ковкого, серого и высокой прочности чугуна. Наплавленный металл имеет высокую плотность. Поэтому, обычно такие электроды применяются при ремонте ответственных объектов, требующих высокого качества сварного шва.

• сварка выполняется в вертикальном, нижнем и ограниченно потолочном положениях шва;
• процесс осуществляется на обратном токе.

Параметры сварки чугуна электродами без подогрева.

Электроды марок ОЗЖН-1 и ОЗЖН-2 используются для сварки высокопрочного и серого чугуна с выполнением многослойной заварки крупных дефектов и наплавлением больших объемов металла. Они обычно используются совместно с электродами марок МНЧ и ОЗЧ: при помощи последних выполняются первый и последний слои шва, а промежуточные – при помощи электродов ОЗЖН.

• сварка выполняется в вертикальном и нижнем положениях шва;
• процесс осуществляется на обратном токе.

Электроды марки ОЗЧ-4 используются для сварки высокопрочного и серого чугунов. Они дают возможность наплавлять и сваривать последние слои поверхности, обеспечивая при этом износостойкость и высокое качество наплавленного слоя, делая его высокотехнологичным и ударопрочным.

• сварка выполняется в вертикальном и нижнем положениях шва;
• процесс осуществляется на обратном токе.

В настоящее время существуют другие модели и разрабатываются новые типы сварочных электродов, которые применяются при сварке чугуна. Качество сварного шва во многом зависит от правильно выбранных инвертора и сварочных электродов.

Подготовка чугунных заготовок к сварке

Вне зависимости от марки используемого сварочного оборудования (инвертора и электродов) и выбранной технологии сварки, подлежащие сварке заготовки должны пройти подготовку. Заключается она в устранении дефектных участков и обработке определённым образом свариваемых кромок.

Варианты разделки кромок.

Дефектные участки заготовки следует разделывать до незапятнанного металла. Кромки следует удалить таким образом, что бы обеспечить максимально комфортные рабочие условия. При обработке используется следующий инструмент:

• переносной наждачный круг;
• шаберы;
• сверла;
• шарошки и т. д.

Можно использовать слесарное зубило и им стесать кромки. Что бы предотвратить отколы при использовании этого инструмента, следует срубать металл тонкими слоями.

При подготовке и разделке дефектных мест следует выполнять следующие требования:

• операция производится исключительно по трещине;
• что бы предотвратить увеличение размеров несквозных трещин при обработке, на расстоянии 10 им от их концов просверливаются отверстия. Их диаметр должен на 1…2 мм превышать ширину трещины;
• разделка сквозных трещин выполняется с одной либо с двух сторон (в зависимости от марки и толщины чугуна);
• заделка пробоины производится следующим образом:

• сглаживаются края;
• срубаются при помощи зубила остроугольные выступы;
• пробоину рекомендуется ремонтировать в следующей последовательности. Наждачным кругом производится зачистка поверхности на расстояние до 30 мм от краев пробоины. Из листовой низкоуглеродистой стали вырезается заплатка. Её размеры должны быть таковы, что бы она перекрывала пробоину примерно на 15…20 мм. С целью снижения напряжений, возникающих в металле в процессе сварки, края заплатки отбортовывают на 30°. Заплатка размещается отбортованной частью к чугуну и приваривается внахлест;

заделка близко расположенных друг к другу трещин осуществляется заплаткой. Технология аналогична указанной выше по ремонту пробоин.

Способы сварки чугуна

Варить чугун можно разными способами. При выборе метода, чтобы получить положительный результат, важно знать особенности его сварки. Основным критерием при выборе способа сварки является качество получаемого сварного шва.

Существуют два вида сварки чугуна:

Горячий вид сварки применяют на предприятиях, которые имеют возможность нагреть свариваемые изделия из чугуна до необходимой температуры. Этот вид сварки позволяет получать сварные швы высокого качества. Но, далеко не везде есть возможность осуществить такой нагрев, и применяется метод холодной сварки.

Горячая сварка чугуна инвертором

Достоинством горячей сварки является отсутствие риска образования трещин. В процессе сварки следует добиваться равномерного прогрева свариваемых деталей. Наличие большой разницы температур между основным металлом и швом чаще всего приводит к образованию трещин и появлению прочих дефектов.

Приступая к нагреву деталей, их следует надежно закрепить в жестком каркасе (кондукторе). Такая форма заневоливания позволит избавиться от напряжений, которые во время работы могут привести к образованию трещин. Жёсткий каркас можно не использовать в случае применения местного нагрева деталей. Нагрев заготовок, как правило, производят в индукционных нагревательных печах. При необходимости можно использовать следующее оборудование:

• горны;
• паяльные лампы;
• пламенные горелки и т. п.

При необходимости произвести сварку сквозных трещин или устранения дефектов, проявившихся на краях изделия, традиционно применяются графитовые формы. Такая технологическая оснастка позволяют предотвратить вытекание жидкого металла.

Сварка в графитовых формах кронштейна и шестерни.

Формы изготавливаются из графитовых пластинок. Для монтажа отдельных частей в функциональную конструкцию применяется формовочная смесь, состоящая из кварцевого песка и жидкого стекла. Для минимизации риска появления трещин, формы следует подогревать и, в дальнейшем, обеспечивать равномерное охлаждение

Холодная сварка чугуна инвертором

Если потребность в сварке чугуна возникает нечасто, и у вас нет специального нагревательного оборудования, то следует применять технологию холодной сварки. Она осуществляется сварочным инвертором и специальными электродами:

• ОЗЧ-2. Представляет собой медный стержень, покрытый особым составом;
• МНЧ-2. Стержнем является сплав, в состав которого входят:

• медь;
• железо;
• марганец;
• никель.

Технологичный и качественный сварной шов позволяют получить электроды МНЧ-2. Но у них высокая стоимость, да и найти их, зачастую, не так просто. Значительно дешевле электроды ОЗЧ-2, но качество шва будет несколько хуже.

Для холодной сварки чугуна часто, при использовании инвертора, применяются самодельные электроды. Изготавливаются они следующим образом: на электрод для сварки стали навивается медная или латунная проволока. Диаметр проволоки Ø 1,5…2 мм. Длина проволоки определяется по её массе: у проволоки она должна быть в 4…5 раз больше, чем у стержня. Этот метод проиллюстрирован видеороликом в конце статьи.

Режим холодной сварки чугуна инвертором

Сварка должна производиться в следующем режиме:

• короткая дуга;
• обратный сварочный ток;
• сварку производить с перерывами на остывание металла до температуры Т = +50°С;
• осуществлять сварку небольшими участками длиной 30…50 мм и сразу проковывать.

Где окажут услугу

Компания «Сварка»;

Компания выполняет сварку изделий из чугуна (в том числе и в день обращения).

В заключение, предлагаем посмотреть видеоролик «Сварка чугуна электродом для стали».