Термическая обработка чугуна

Как варить чугун

Чтобы сделать качественный шов, требуется знать, как варить чугун электросваркой в домашних условиях. Технологический процесс можно разделить на два этапа — подготовительный и рабочий.

Подготовительные работы

Перед тем как запускать сварочный аппарат, требуется провести подготовку поверхности. Этапы подготовки:

Грязь и ржавчину очистить с помощью металлической щётки или наждачной бумаги. Если загрязнения серьёзные или на поверхности чугуна присутствуют окалины, можно использовать болгарку с шлифовальным диском.
Дополнительно поверхность обезжиривается с помощью растворителя.
На краях, которые будут свариваться, требуется сделать фаску.

Последним этапом подготовки является зачистка поверхности деталей до металлического блеска. Сделать это нужно вокруг тех мест, которые будут свариваться.

Подготовка поверхности

Сваривание без подогрева

В первую очередь, необходимо купить расходные материалы. Оптимальным вариантом будут электроды, в состав которых входит медь или никель. Готовый шов будет легко обрабатываться. Режим использования сварочного оборудования указывается на упаковке с расходным материалом. Сваривать чугун без изначального подогрева заготовки требуется поэтапно. Сначала наносится начальный шов, которому дают остынуть. Сверху наносят второй

Важно не перегревать материал

Сварка с нагревом

Основная проблема растрескивания чугуна в том, что материал без предварительного нагрева резко разогревается и остывает. Из-за этого образуются трещины. Зная, как заваривать чугун горячим методом, можно добиться надёжного соединения деталей.

Этапы проведения сварочных работ:

Рабочая поверхность зачищается от ржавчины, грязи, краски.
Сквозные дыры завариваются с помощью специальных форм.
Детали предварительно разогреваются в индукционных печах до 600 градусов.
Включается сварочный аппарат. Сварщик должен его настроить на работу при постоянном токе и прямой полярности.

Когда шок готов, заготовку требуется поместить в разогретую печь и выключить её. Они должны остыть вместе.

Watch this video on YouTube

Сварка чугуна электродами из цветных металлов

Применение электродов из цветных металлов для дуговой сварки чугуна имеет целью получение металла сварного соединения, обрабатываемого обычным режущим инструментом. Медь и никель, не образующие с углеродом никаких соединений и не растворяющие его, позволяют получать мягкие наплавки с обеспечением 80…90 % прочности от основного металла.

Сварка медно-железными электродами

Многочисленные исследования медно-железных электродов показали наилучшие результаты при содержании в сплаве 80…95 % меди и 5…20 % железа. Такие сплавы дают достаточно прочное соединение и удовлетворительную обрабатываемость. Эти электроды для сварки чугуна применяются очень давно, ряд их выпускается промышленностью согласно разработанным техническим условиям. Существует несколько способов их приготовления:

медный стержень с оплеткой из жести, покрытый тонкой стабилизирующей обмазкой;
медный стержень в железной трубке со стабилизирующей обмазкой;
электрод из биметаллической проволоки (медь на проволоке, электролитическое омеднение);
пучок из медных и стальных электродов;
медный стержень с обмазкой основного типа (мрамор, плавиковый шпат), в который введен железный порошок (электроды ОЗЧ-1, ОЗЧ-2, ОЗЧ-6).

Электроды ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6 при наплавке дают хорошие результаты в сочетании с проковкой. Сварка производится короткими участками вразброс, чтобы не допустить перегрева. Основное преимущество железно-медных электродов – возможность эффективной проковки наплавленного ими металла в горячем состоянии, что снижает усадочное напряжение и уменьшает опасность образования трещин в околошовной зоне. Недостаток – неоднородная структура, в мягкой медной основе расположены включения твердой железной составляющей, затрудняющей механическую обработку.

Электроды, содержащие никель

Электроды используют главным образом для заварки различных дефектов, обнаруженных в процессе механической обработки, где местное повышение твердости недопустимо. Для этих целей применяют медно-никелевые и железоникелевые сплавы:

тип «Монель» – Ni – 65…75 %; Cu – 27…30 %; Fe – 2…3 %; Mn – 1,2…1,8 %;

тип «Мельхиор» – Ni – 80 %; Cu – 20 %.

При сварке этими сплавами отбел переходной зоны значительно меньше, чем при сварке стальными и медно-железными электродами. Недостаток этих сплавов – большая литейная усадка, ведущая к появлению горячих трещин в металле, снижающих прочность сварных соединений. Поэтому эти электроды не применяются для заварки трещин в изделиях, несущих силовую нагрузку. Электроды из монель-металла могут применяться для выполнения облицовочного – промежуточного слоя, после чего сварка ведется электродами другого состава. Это дает возможность уменьшить отбел в околошовной зоне. Например, при сварке со шпильками наносят облицовочный слой из монель-металла, а затем ведут сварку электродами марки УОНИ 13/55. Сварное соединение при этом получают удовлетворительное по механической прочности и обрабатываемости режущим инструментом.

Железоникелевые электроды ОЗЧ-3, ОЗЖН-1, ЦЧ-3 разработаны для сварки высокопрочного чугуна; применяется сплав железа с 55 % никеля. Электроды изготавливаются с обмазками основного типа, с толщиной слоя 0,8…1 мм на сторону. Сварка чаще всего ведется постоянным током обратной полярности. Наплавленный слой легко обрабатывается, так как величина отбеленной зоны незначительна вследствие графитизирующего влияния никеля.

Аустенитно-медный электрод

Марка АНЧ-1 состоит из стержня, стали марки 04Х18Н9, и медной оболочки. На электрод наносится покрытие фтористо-кальциевого типа. Аустенитно-медные электроды по сравнению с железомедными обладают следующими преимуществами: большой стойкостью против трещин и пор и лучшей обрабатываемостью, так

как отбел незначителен, благодаря графизирующей способности Ni и меди. Кроме того, аустенитно-медные электроды, как и железоникелевые и железомедные в сочетании с проковкой шва обеспечивают необходимую плотность сварного соединения.

Сварка инвертором

Многие неопытные сварщики часто задаются вопросом можно ли сварить чугун и сталь инверторным сварочным аппаратом? Конечно можно, но предварительно следует провести подготовку. Процесс подготовки чугуна должен проводиться с учетом следующих рекомендаций:

в первую очередь необходимая область зачищается болгаркой. Для зачистки рекомендуется применять лепестковый круг или другую наиболее подходящую насадку;
после того как будет проведена зачистка верхнего слоя до не окисленного металла требуется выполнить обезжиривание. Данный процесс может выполняться при помощи бензина или любого другого растворителя;
если требуется заделать трещину, то ее нужно расчистить до полного окончания. После этого в этом месте необходимо просверлить отверстие с размером диаметра 10 мм.

Сварка чугуна инвертором может осуществляться послойно и с использованием опорных элементов – шпилек. Они полностью состоят из стали. Применение данных опорных элементов должно сопровождаться с учетом важных требований:

размеры данных элементов должны быть точными, их размер диаметра не должен быть больше 40 % от толщины чугуна;
показатель выступа шпильки над металлом составляет не более 4-6 мм;
расстояние между ними не должно превышать 6 мм;
количество используемых шпилек должно зависеть от параметров соединения, но их не должно быть больше 25 % от площади излома.

Также могут применяться электроды, но они должны быть специальными. Проводить заваривание чугуна обычными электродами не рекомендуется. Для сплава этого вида подойдут электроды с добавлением никеля, меди, хрома и других лигатур, которые способствуют прочному наплавлению чугуна.

Как проводится

Как сваривать чугун при помощи инвертора, чтобы получить хороший и качественный сварной шов? Для этого потребуется изучить важные рекомендации:

полярность подключения должна быть обратная;
работа сварочного аппарата должна осуществляться на минимальной мощности, она должна соответствовать толщине чугунного элемента;
размер длины одного непрерывного сварочного шва не должна быть больше 3-5 сантиметров;
не должно быть перегревания металла, которое может возникнуть в результате частых перерывов;
первый и последний слой при многослойном сваривании должен проковываться молотком с небольшим усилием.

Сам процесс сварки может быть многослойным или с использованием шпилек. После правильной установки шпилек проводится наваривание каждого слоя. Металл должен накладываться вокруг каждой шпильки, что в итоге получилась заплатка. В конце делается сварной шов, который соединяет наваренный металл между шпильками.

Многослойная сварка выполняется с использованием электродов. После наплавления первого слоя проводится ковка молотком, она должна делаться на горячую. Если есть доступ к обратной стороне изделия, то также накладывается слой на ней, а затем он проковывается. В конце накладывают следующие слои металла.

Прежде чем ответить на вопрос варится ли сваркой чугун, стоит рассмотреть главные особенности данного сплава. Именно от его вида и структуры зависит выбор определенного вида сварки. Для него могут применяться разные виды сварок – электросварка, полуавтоматом, газовая, аргоном, инвертором. Но чтобы процесс был успешным, требуется провести предварительную подготовку чугуна и стали.

Основные особенности газопламенной сварки чугуна

Способы газовой сварки: а – правый; б – левый.

Несмотря на то что в настоящее время существует много методов сварки рассматриваемого материала, газовая сварка по-прежнему остается наиболее надежным вариантом. Этот метод позволяет добиваться высококачественной наплавки, свойства которой похожи на свойства основного металла. Чаще всего такая сварка применяется при необходимости устранения повреждений, например, для восстановления поврежденных отверстий.

Технология довольно простая и понятная. Необходимо произвести постепенный и более равномерный нагрев либо остывание чугунной детали.

Однако данная требует предварительного обогрева изделия. Местный обогрев выполняется при помощи горелки. Присадочным материалом обычно выступают литые чугунные прутья. Сварка осуществляется науглероживающим либо простым пламенем, применяются флюсы из буры.

Прекрасные результаты достигаются в процессе сварки чугуна при помощи газового пламени с применением латунных прутьев. Данный материал имеет более низкую температуру плавления, чем чугун. Работа выполняется с применением борной кислоты и буры в равных количествах либо же флюса из буры. Кромки трещин, разделанные под углом в 80°, нагреваются до 900°С и посыпаются флюсом. После этого кромки облуживаются с применением прута из латуни. Разделка заполняется латунью без расплавления чугуна.

https://youtube.com/watch?v=DiFSIgqWe04

Таким образом, чугун – это один из наиболее широко использующихся материалов, состоящий из железа и углерода. И именно из-за особенностей состава при сварке данного материала возникают основные трудности. По причине существенной трудоемкости сварки чугуна, которая особенно сильно ощущается при работе с крупногабаритными деталями, нужно обязательно учитывать основные особенности сварки чугунных деталей и в точности следовать технологии. При отсутствии опыта и специального оборудования наиболее предпочтительным вариантом для вас будет холодная сварка. Следуйте инструкции, и все получится. Удачной работы!

Технология холодной сварки чугунных изделий

Если нет специального нагревательного оборудования, а потребность в сварке этого материала не носит постоянного характера, то можно использовать технологию холодной сварки при помощи специальных электродов, а именно:

ОЗЧ-2 с медным стержнем, покрытым особым составом.
МНЧ-2 со стержнем из сплава, в состав которого входит медь, никель, марганец и железо.

Влияние режима электрошлаковой сварки на размеры проплавления чугуна.

Использование электродов МНЧ-2 позволяет получать более технологичный в резке металл, однако, эти электроды стоят довольно дорого, да и найти их зачастую проблему. Электроды же ОЗЧ-2 недорогие и доступные, при желании их даже можно изготовить самостоятельно. Электрод состоит из медного стержня со специальным электродным напылением. В состав напыления входит металлический порошок, мрамор, плавиковый шпат, кварц, ферромарганец, ферротитан, ферросилиция, сода. Обычно сварщики, которые самостоятельно изготавливают электроды, покупают уже готовое покрытие, т.к. выдержать в точности все пропорции довольно сложно.

Электрод изготавливается в следующем порядке. Сначала берется медная проволока, делится на отрезки. Отрезки очищаются и обязательно обезжириваются органическим растворителем. Берутся железные электроды, с них скалывается покрытие и смешивается в пропорции 1:1 с мелкими железными опилками либо, что еще лучше, порошком. Все тщательно перемешивается с жидким стеклом. В образовавшуюся смесь макаются отрезки проволоки из меди, после чего она медленно извлекается из массы. Спешить не нужно

Важно, чтобы избыток успел полностью стечь. Слой должен иметь не более 2 мм в толщину

Сначала электроды нужно просушить на воздухе, расположив их вертикально, а затем прокалить при температуре в 250°С. Для прокалки подойдет простая духовка плиты.

Для сварки чугуна при помощи таких самодельных электродов используется недлинная дуга. Ток должен быть обратным и постоянным

Важно делать перерывы на остывание материала до 50°С. В целях обеспечения высококачественной работы накладывайте сварочный шов небольшими участками длиной примерно по 3-5 см и проковывайте сразу после проведения сварки

Так вы предотвратите образование трещин в сварочном шве.

При отсутствии времени на создание рассмотренных выше электродов, вы можете выполнить сварку при помощи специальных комбинированных медно-стальных изделий. Изготавливаются они по такой схеме: берутся электроды для работы со сталью и на них навивается спираль из медной или латунной проволоки с поперечником в 1,5-2 мм. Длину проволоки подбирайте так, чтобы спираль весила в среднем в 4-5 раз больше, чем железный стержень.

Какими электродами варить чугун?

Современные технологии позволяют разрабатывать и выпускать электроды под самые разные нужды. Особенности сварки диктуют свои условия, и при работе с чугуном преимущественно применяются электроды на базе никеля, железа и меди.

Порядок заполнения разделки трещин.

Перед варкой чугуна электродами нужно разобраться, какие именно изделия подойдут для конкретно вашей задачи. Так, особенности электрода ЦЧ-4 позволяют применять его не только для горячей и холодной сварки чугуна, но и для заделки дефектов и ремонтной наплавки. Эти же электроды обязывает использовать технология сварки стали с чугуном. Данные электроды позволяют наплавлять 1-2 слоя на изношенные детали из чугуна, подготавливая под дальнейшую наплавку сварочными электродами. Сама сварка чугуна этими электродами выполняется в нижнем положении шва. Работа ведется на обратном токе. Если напряжение холостого хода трансформатора составляет более 70 В, то используется переменный ток.

Электроды ОЗЧ-2 применяются для холодной сварки чугуна. Их можно применять для устранения дефектов литья и наплавки. Подходят для работы с ковким и серым типом материала. Сварка чугуна такими электродами ведется в вертикальном и нижнем положениях шва. Применяется обратный ток.

Электроды ОЗЧ-6 используются для холодной сварки чугуна. Позволяют варить ковкую и серую разновидность материала. Лучше всего показывают себя при проведении ремонтных работ тонкостенных изделий. Сварка чугуна осуществляется в вертикальном и нижнем положениях, ток обратный.

Электроды МНЧ-2 используются для холодной сварки чугуна. С их помощью можно заваривать дефекты литья и наплавлять детали из ковкого и серого чугуна, а также чугуна высокой прочности. Наплавленный металл имеет высокую плотность. Обычно такие электроды применяются при ответственных работах, требующих высокого качества сварного соединения. Сварка выполняется не только в вертикальном и нижнем, но и в ограниченно потолочном положениях. Ток опять-таки обратной полярности.

Параметры сварки чугуна электродами без подогрева.

Электроды марок ОЗЖН-1 и ОЗЖН-2 используются при работе с высокопрочным и серым чугуном. Позволяют выполнять многослойную заварку крупных дефектов и наплавлять большие объемы металлов. Обычно используются в комплексе с электродами марок МНЧ и ОЗЧ, с помощью которых выполняются первый и последний слои. Для создания же промежуточных слоев применяются электроды ОЗЖН. Варят в вертикальном и нижнем положениях при постоянном обратном токе.

Электроды марки ОЗЧ-4 используются при работе с высокопрочным и серым чугуном. Позволяют наплавлять и сваривать последние слои поверхности. Обеспечивают высокое качество и износостойкость наплавленного слоя, делают его устойчивым к ударам и высокотехнологичным. Варка с этими электродами выполняется в вертикальном и нижнем положениях, работа ведется на постоянном обратном токе.

Это далеко не полный список электродов для сварки чугуна. В действительности их гораздо больше. Чтобы купить наиболее подходящий вариант, лучше обращаться в специализированный магазин сварочного оборудования. Максимально подробно расскажите консультанту, что именно вы собираетесь делать.

Способы сварки

Способы сварки чугуна могут выполняться по-разному. Все зависит от того, как будет подготовлен металл к самому процессу. В целом выделяют всего два способа сваривания – холодный и горячий.

Особенности холодной сварки

Технология сварки чугуна холодным способом достаточно легкая. Она не имеет сложностей и особых проблем, главное предварительно изучить ее важные особенности. Также нужно знать, чем сваривают чугун.

Сварка чугуна и стали обычно выполняется с использованием электродов, которые специально предназначены для этого вида сварочного процесса. Если будут использоваться простые стальные электроды без нагревания, то в области сварного шва появляется металл в форме высокоуглеродистой стали с дополнительными компонентами, которые входят в состав чугуна – фосфор, сера, марганец.

Холодная сварка чугуна с металлом имеет несколько важных особенностей, на которые стоит обратить внимание:

она проводится электродами с небольшим размером диаметра, также весь процесс осуществляется на малом токе;
холодная сварка чугуна электродом может проводиться в домашних условиях при маленьком объеме работ, а также если нет возможности для выполнения подогрева деталей;
холодная сварка может быть проведена стальными электродами при условии, если на швы не будет оказываться нагрузка на растяжение. Идеально подходят медно-никелевые электроды, а также с содержанием в составе меди и железа.

После сваривания нельзя проводить зачистку шва, это связано с его высоким растрескиванием. Слишком быстрое остывание может привести к появлению белого чугуна в области рядом со сварным швом. В результате этого основа металла станет достаточно твердой, но сильно хрупкой.

Особенности горячей сварки

Горячая сварка чугуна является наиболее подходящим методом сваривания в домашних условиях. Во время подогрева сварной шов получается с хорошим качеством, потому что во время этого процесса не возникает отбеливаний металла, а также его закалки.

Горячая сварка стали с чугуном может разделяться на два подвида – местная (частичное прогревание) и общая (полный прогрев всей детали). Для прогревания обычно применяется специальная печь, в которой деталь прогревается равномерно со всех сторон.

Помимо этого выделяют несколько вариантов степени прогрева, которые зависят от показателя температуры:

горячее прогревание, при котором прогрев происходит под температурой от 500 до 600 градусов Цельсия;
полугорячее прогревание при температуре от 300 до 400 градусов Цельсия;
теплое прогревание от 150 до 200 градусов Цельсия.

Технология горячей сварки состоит в нагревании детали до требуемой температуры, которое производится перед началом сваривания, а затем производится медленное охлаждение после завершения процесса.

При нагревании температура не должна быть выше 600-650 градусов Цельсия, в противном случае это может привести к изменению структуры чугуна. Он может стать хрупким, в сварном шве могут образоваться трещины, поры. Обязательно должен соблюдаться неспешный прогрев с выдерживанием скорости до 150 градусов в час.

Процесс охлаждения также должен производиться не слишком быстро. Лучшим вариантом будет деталь оставить в печи, в которой и осуществлялось нагревание. В ней будет медленно происходить остывание.

Свойства чугунных сплавов

Содержание углерода в чугуне превышает 2,14%. Это как раз пограничное состояние перехода углерода в форму аустенита, то есть в состояние, когда при концентрации меньше, чем указана выше, он растворен в железе. Такое явление используется при изготовлении сталей.

В чугуне же углерод находится в виде мельчайших нерастворенных частиц, которые обуславливают его твердость и износостойкость, а также невосприимчивость к воздействию агрессивных сред.

Существует несколько разновидностей чугуна в зависимости от химического состава – белый, серый, высокопрочный и ковкий.

Белый практически не поддается обработке режущими инструментами в силу своей твердости и хрупкости. Из него отливают уже готовые чугунные детали, которые не нужно обрабатывать.

Серый чугун очень хорошо переносит статические нагрузки, износостоек, но плохо работает на растяжение и сопротивляется ударам. Такой чугун сваривается лучше всех остальных.

https://youtube.com/watch?v=Xoamtv9bsXs

Высокопрочный чугун, как следует из названия, используется в нагруженных конструкциях.

Ковкий чугун допускает создание упрочненного наружного слоя на поверхности деталей, позволяющего чугуну такого типа воспринимать значительные изгибающие нагрузки.

Особенности сварки двигательных блоков из чугуна

Методик сварки металлов существует множество, но для получения максимально надежного соединения отдельных деталей необходимо использовать проверенные технологии, способные гарантировать результативное выполнение сварочных работ.

Технология сваривания

Независимо от того, в каких условиях осуществляется сварка чугунного блока цилиндров, необходимо четко следовать следующим требованиям выполнения данного типа работ:

Используя щетку по металлу, предварительно производят тщательную зачистку поверхности изделия (до блеска).
Для снятия окисляющей пленки и различных химических налетов зачищенная поверхность обезжиривается специальными составами.
Подбирается нужный флюс, выкладывается вдоль свариваемой кромки.
На следующем этапе металл разогревается до необходимой температуры при помощи газовой горелки. На это понадобится несколько минут, но сразу начинать сваривание не рекомендуется.
Металл можно соединять после достижения им установленной температуры. Сваривание блока цилиндров производится небольшими участками — приблизительно до 15 см за один проход.
После создания шва металл нужно прогревать на протяжении еще нескольких минут, уменьшая температуру постепенно. Нельзя допускать быстрого охлаждения детали или резких температурных перепадов.
Созданные сварные соединения необходимо проверить: на производстве эта процедура осуществляется специальными методами, в бытовых условиях производится визуальный осмотр.

Важно не забывать о нежелательных температурных перепадах, резком охлаждении сварного соединения. В процессе сварки нужно постоянно прогревать кромки деталей, а после каждого прохождения сваркой необходимо оббивать шлаковые отложения.

Трещины блока автомобильного двигателя

Существует три варианта сварки трещин блоков цилиндров из чугуна:

нагревание всего изделия;
нагревание только отдельных его участков, на которых образовались трещины;
холодная сварка изделия без предварительного нагревания.

Горячая сварка

Нагревание всего элемента конструкции двигателя осуществляется в процессе сварочных работ с применением кислорода, ацетилена. Соединение осуществляется посредством формирования электрической дуги стальными или чугунными электродами со специальным покрытием. Изделие медленно нагревается до 600–650 градусов, для чего применяется стальной кожух с асбестовой прокладкой. Такая методика используется для заваривания трещин на труднодоступных участках детали.