Медные электроды для сварки чугуна

Содержание:

Чугун – это один из тех материалов, сварка которых вызывает немало трудностей. Даже опытные профессионалы-сварщики говорят о том, что добиться качественного соединения, когда ведется сварка чугуна электродом, совсем не просто. Причина этого кроется в высоком содержании в составе чугуна углерода, который находится в свободном состоянии.

В процессе сварки часть углерода просто выгорает, вследствие чего в металле шва образуются поры. Кроме того, сама структура чугуна неоднородна, поэтому в материале легко образуются трещины. А в процессе сварки происходит закаливание металла в месте шва и в прилегающей к нему зоне. Формированию качественного шва препятствует и жидкотекучесть материала в расплавленном состоянии. Все это и приводит к тому, что предсказать результат процесса сварки, когда речь идет о чугуне, порой практически невозможно. Особенно это актуально, если процесс производится в домашних условиях, где нет возможности применить специальное оборудование, технологии и сварочные материалы.

В промышленных условиях сварка чугуна ведется горячим способом, то есть свариваемые детали разогревают до 600-650 градусов Цельсия с помощью специального оборудования. Понятно, что в домашних условиях такое невозможно, поэтому здесь чаще всего применяется холодная сварка специальными электродами, когда деталь достаточно разогреть до 150 градусов Цельсия или не греть вовсе.

Электроды для холодной сварки чугуна.

Для того чтобы холодная сварка чугуна электродом привела к качественному результату, необходимо применять специальные электроды. В их состав обязательно входит медь или никель. Эти металлы как основа для «чугунных» электродов выбраны не случайно. Никель отлично растворяется во входящем в состав чугуна железе и при этом не образует никаких соединений с углеродом. Вследствие этого чугун при сварке не отбеливается, а сварной шов не закаляется, оставаясь достаточно мягким и поддающимся обработке. Углерод при этом практически не выгорает, так что никаких трещин или пор в материале шва не появляется.

Медь в процессе сварки также не соединяется с углеродом. Правда, и растворения ее в железе не происходит, из-за чего сварной шов при применении медных электродов получается более твердым и менее однородным.

Отечественные производители выпускают сегодня немало марок специальных электродов, предназначенных для работы с чугуном. Самые распространенные из них:

• ОЗЧ-2, ОЗЧ-6 – основу этих электродов составляют медные стержни, а обмазка изготавливается из железного порошка;
• ОЗЖН-1, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4 – это никелевые и железно-никелевые электроды, в составе которых содержание никеля доходит до 90%;
• МНЧ-2 – в состав электродов входит медь, никель и железо.

Из этого списка наивысшие отзывы получили электроды марки МНЧ-2 – при их применении получается самый качественный сварной шов, который легко поддается обработке. Но эти электроды являются самыми дорогостоящими, и выпускается их совсем немного. Поэтому говорить о том, что их можно легко купить в любом магазине, не приходится.

Особенности сварки чугуна электродом.

Конкретные режимы сварки для каждой марки специальных электродов, как правило, указываются на их упаковке. Чаще всего речь идет о применении постоянного тока обратной полярности. Кроме того, существуют и общие правила, которых следует придерживаться в процессе выполнения работы.

Главное из них – глубина проплавления металла в процессе сварки должна быть минимально возможной. А для этого необходимо соблюдение трех условий:

• использование для сварки небольшого тока;
• применение электродов с минимально возможным диаметром;
• наложение коротких швов.

При ведении сварки необходимо учитывать, что детали разогреваются даже в том случае, если предварительный их подогрев не производился. И для того чтобы избежать закаливания металла шва и окружающей его зоны, необходимо после выполнения каждого шва делать перерыв. Это позволяет охладить рабочую зону до температуры примерно 60 градусов С.

Самостоятельное изготовление электродов для сварки чугуна.

Как уже упоминалось, специальные электроды для сварки чугуна – довольно дефицитная продукция. Но такие электроды можно изготовить и самостоятельно. Для этого потребуется медная проволока диаметром от 3 до 5 мм марки М2 (М3), а также обмазка. В состав этой обмазки входит довольно много различных компонентов, так что проще всего ее изготовить, взяв за основу обмазку обычных стальных электродов (УОНИ 13/55, ОЗС-2). Порядок изготовления электродов следующий:

• Со стального стержня электродов обмазка снимается, толчется, смешивается с равным количеством железного порошка (можно использовать и опилки стали), после чего в полученную смесь добавляется силикатный клей (жидкое стекло). Консистенция полученного таким образом состава должна напоминать сметану.
• Медная проволока зачищается с помощью наждачки и обезжиривается.
• Подготовленные отрезки проволоки окунаются в емкость с обмазкой, которая в результате должна покрыть проволоку примерно на 1,5 мм. На данном этапе надо следить за тем, чтобы время обработки каждого электрода было одинаковым – это поможет добиться и одинаковых их характеристик.
• Далее электроды необходимо высушить на воздухе, разместив их вертикально.
• После окончания сушки полученные электроды надо прокалить до 200–250 градусов С. Для этого можно использовать плиту или духовой шкаф.

В результате всех этих действий получаются электроды, по своим характеристикам напоминающие фирменную продукцию марки ОЗЧ-2 или ОЗЧ-6.

Медно-железный самодельный электрод можно сделать и из стального электрода марки УОНИ 13/45 или АНО-4. Для этого на электрод прямо поверх обмазки наматывают медную проволоку, диаметр которой составляет 1,5–2 мм. Количество проволоки для обмотки выбирается таким образом, чтобы ее общая масса была больше массы стального стержня электрода примерно в 4–5 раз.

Обратите внимание! Использовать для обмотки проволоку из латуни ни в коем случае нельзя. Дело в том, что при нагревании она будет выделять в воздух ядовитые пары входящего в ее состав цинка.

Полученный таким образом электрод можно использовать при сварке небольших повреждений в деталях, не подвергающихся большой нагрузке.

Срок службы чугуна вдвое больше чем у стали, однако из-за высокого содержания углерода ремонт обычной электросваркой деталей из этого материала неэффективен. В месте соединения образуются микротрещины, а на шве — поры. В промышленности эта проблема решается специальной подготовкой, которая неприменима для сварки чугуна в домашних условиях. Однако создание прочных соединений возможно и при самостоятельном ремонте с использованием электродов для сварки чугуна.

Особенности сварки чугуна

Установлено что сварку серого чугуна с мелкодисперсной структурой производить проще, чем крупнозернистого металла тёмного оттенка. Детали длительное время контактировавшие с маслом или подвергавшиеся окислению сварке не поддаются. Чугун относится к материалам с ограниченным свариванием, поэтому при работе учитываются его особенности:

• из-за высокой текучести в жидком состоянии сварка осуществляется преимущественно в нижнем положении;
• образование пор в местах выгорания углерода;
• из-за низкой пластичности при нарушении температурного режима возникают внутренние напряжения, создающие трещину на шве;
• при расплавлении в чугуне образуются окислы с температурой плавления выше, чем у него.

Методы сварки

Для создания прочных швов разработаны три способа:

1. Технология горячей сварки сложна, но практически исключает образование трещин. Выполняется с предварительным подогревом до температуры 600 — 650⁰C при последующем медленном охлаждении. На производстве эта процедура выполняется на индукционных установках. Некоторые новички сомневаются можно ли варить чугун этим способом самостоятельно. Это реально, если для нагрева воспользоваться горном, газовой горелкой, паяльной лампой, а для медленного охлаждения горячим песком.
2. Полугорячая сварка аналогична предыдущему способу, но температура нагрева 300 — 350⁰C.
3. Холодную сварку осуществляют специальными электродами без предварительного подогрева деталей. Однако чтобы заварить чугун этим способом необходимо учитывать технологические особенности материала.

Выбор электродов для сварки чугуна

При холодной сварке чаще всего пользуются недорогими электродами ОЧЗ с индексом от 2 до 6. Основой являются медные стержни со специальной обмазкой. Марка МНЧ-2 применяется для наплавки металла, для изготовления стержней применяется сплав, в который добавляется никель, марганец, железо, медь. Эти электроды дефицитны и стоят дорого. К более дешёвым относятся ЦЧ-4 и ОЗЖН-1.

В зависимости от марки электродов и диаметра выбирается сила тока:

Марка

Ток, А

Ø 3 мм

Ток, А

Ø 4 мм

Ток, А

Ø 5 мм

Ток, А

Ø 6 мм

ЦЧ-4 63 — 80 90 — 120 130 — 150 ― ОЗЧ-2 90 — 110 120 — 140 160 — 190 220 — 250 ОЗЖН-1 100 — 120 130 — 150 160 — 180 ― МНЧ-2 90 — 110 120 — 140 160 — 190 210 — 230

При отсутствии заводских делают самодельные электроды, используя медные стержни нужного диаметра. Для покрытия берётся обмазка, сколотая со стальных электродов. Её размельчают, добавляют такой же объём железных опилок и смешивают с жидким стеклом до густоты сметаны.

Стержни зачищаются, обезжириваются и вертикально опускаются в смесь. После неспешного извлечения, чтобы успело стечь лишнее, должен образоваться слой толщиной 1,5 — 2 мм. Установленные вертикально электроды сушат сначала без нагрева, а затем в духовке при 250⁰C.

Чугун можно заваривать обычным электродом после навивки на него медной проволоки диаметром от 0,5 до 2,0 мм. Наматывать начинают с рабочего конца, плотно укладывая витки на обмазку без зазоров между ними. Вес проволоки должен быть в 4 — 5 раз больше массы стального сердечника.

Независимо от того какими электродами варится чугун нужно соблюдать следующие условия:

• сварка ведётся швами длиной 3 — 5 см с перерывами;
• прерывистый режим позволяет избежать недопустимого нагрева участков выше 80⁰C;
• подключение полярности обратное.

Технология сварки чугуна электродом

В зависимости от вида дефектов и возможностей применяются несколько вариантов. Сварку чугуна электродом в домашних условиях осуществляют многослойным способом. С краёв соединяемых толстостенных деталей болгаркой снимаются фаски под углом 45⁰. При заделке трещины её углубляют тонким диском, а на концах просверливают отверстия. Такая подготовка обеспечит лучшее заполнение дефекта расплавленным металлом.

Затем, используя специальный электрод, наплавляется первый слой участками по 3 — 5 см. Сваривать начинают с концов соединения, чтобы получилась ванночка. Если есть возможность, аналогично обрабатывают дефект с обратной стороны детали. Следующие слои, ещё горячие, проковываются молотком с закруглённым бойком.

Поскольку специальные электроды стоят дорого их иногда заменяют обычными. Однако их использование возможно только для наплавления последующих после первого слоёв. Сварка чугуна электродами по стали обходится дешевле, но надёжность такого соединения невысокая. Поэтому не рекомендуется применение в ответственных случаях.

Электродами, сделанными из чугуна, пользуются для устранения изъянов на изделиях после отливки. Для повышения качества применяется полугорячий метод. Для работы возможно использование аппаратов переменного и постоянного тока. Его величина рассчитывается исходя из величины диаметра электрода. На каждый миллиметр добавляется 50 — 60 А.

Чтобы сварить чугун в среде инертного газа неплавящимся электродом необходимы большие денежные и временные затраты, а качество улучшается незначительно. Поэтому такая технология домашними мастерами применяется редко.

Сварка чугуна по шпилькам

Так как заварить чугун с крупнозернистой структурой многослойным способом не всегда удаётся, соединение осуществляется с помощью установки шпилек с резьбой. Их размещают в шахматном порядке по краям соединяемых частей. Размер шпилек выбирается, руководствуясь рекомендациями:

• по диаметру не более 0,3 — 0,4 толщины детали, максимальный — 12 мм;
• вкручиваются на глубину 1,5 своего диаметра, но не больше 0,5 толщины материала;
• длина выступающей над поверхностью части — 0,75 — 1,2 диаметра шпильки.

После установки по периметру шпилек наваривается несколько слоёв металла. Чтобы избежать перегрева наплавку производят попеременно на разных концах. В завершение металл вокруг шпилек соединяется одним или несколькими швами.

Заключение

Имея инвертор и зная, как правильно варится чугун электросваркой, можно оперативно делать ремонт самостоятельно. Для этого необязательно покупать специальные электроды, их успешно заменят самодельные. При отсутствии опыта желательно сначала потренироваться на ненужных чугунных изделиях. При сварке следует помнить о недопустимости перегрева участков свыше 80⁰C, поэтому спешить не надо.

Широкое применение при холодной сварке чугуна имеют медные электроды. Обычно такие электроды представляют медные стержни диаметром 3—6 мм, обернутые жестью толщиной 0,3 — 0,5 мм, с покрытием. В некоторых случаях применяют медные трубки с железным сердечником. Швы, наплавленные такими электродами (при правильном ведении сварки), легко обрабатываются. Участок отбеленной структуры имеет небольшие размеры и поэтому не затрудняет обработку. Прочность соединения несколько большая, чем при сварке стальными электродами. Однако швы могут получаться пористыми, особенно возле линии сплавления с чугуном.

Для уменьшения пористости рекомендуется применение флюсов или специальных покрытий. Простейшим флюсом может быть пережженная бура, а простейшим покрытием — меловое с добавкой буры.

Было предложено пользоваться медными электродами без обертки из жести, но с покрытием следующего состава:

Алюминий в порошке

Широко известны электроды Московского опытного сварочного завода типа ОЗЧ-1 с составом покрытия (в %):

Сварка такими электродами выполняется на постоянном токе обратной полярности.

На многих заводах применяются медные электроды с аналогичными покрытиями. Эти покрытия способствуют мелкокапельному переносу электродного металла и этим самым стабилизируют процесс сварки, защищают расплавленный металл от окисления, обеспечивают раскисление и легирование металла шва, способствуют улучшению устойчивости горения дуги.

В результате при удачном подборе покрытий и правильном выполнении процесса сварки сварные швы получаются совершенно плотные, достаточно прочные, легко обрабатываемые обычным режущим инструментом.

Сварку медными электродами следует вести при умеренной силе тока тонкими валиками. Медные электроды выбираются небольшого диаметра (3—4 мм). Выбор рода тока зависит от состава покрытия. Однако в большинстве случаев лучшие результаты получаются при применении постоянного тока обратной полярности.

Разработан способ холодной сварки чугуна комбинированным пучком электродов, состоящим из стальных толстопокрытых электродов и медных стержней, связанных вместе. Лучшие результаты получаются при применении стальных электродов с покрытиями УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 или К-5. Рекомендуются пучки, состоящие из одного стального электрода диаметром 3—4 мм и двух медных стержней такого же диаметра. Весьма желательно в пучок добавлять латунный пруток диаметром 1,5—3 мм или полоску сечения от 4 до 9 мм 2 .

Рекомендуется при сварке вести пучок с наклоном к детали под углом 35—45° (в направлении сварки). Конец электрода должен совершать поперечные дугообразные колебания.

При холодной сварке чугуна любыми электродами важное значение имеет подготовка под сварку: правильная разделка кромок, зачистка кромок от различных загрязнений, от формовочного песка на поверхности и т. д.