Как сварить чугун

Сварка чугуна в домашних условиях возможна — при определенных условиях

Эффективная сварка чугунных деталей на месте может сэкономить время и деньги, но есть проблемы. Нарушение сварки часто может привести к растрескиванию или другим повреждениям. Если речь идет о критических деталях, может быть целесообразно обратиться за помощью к сварщику с опытными сварщиками, чтобы гарантировать успешный результат.

Если сварка выполняется собственными силами, крайне важно изучить этапы, необходимые для эффективного производства сварной детали. Прежде чем приступить к работе, необходимо выполнить четыре ключевых шага:

1. Определите сплав
2. Тщательно очистите отливку
3. Выберите температуру предварительного нагрева.
4. Выберите подходящий метод сварки.

Определите сплав

Чугун – это семейство сплавов железа с углеродом. Высокое содержание углерода (обычно 2–4%) придает чугуну характерную твердость. Однако эта твердость достигается за счет пластичности. Он менее податлив по сравнению со сталью или кованым железом. Циклы нагрева и охлаждения во время сварки вызывают расширение и сжатие металла, вызывая растягивающее напряжение. Чугуны не растягиваются и не деформируются при нагревании или напряжении — вместо этого они трескаются, что делает их чрезвычайно трудными для сварки. Эту характеристику можно улучшить, добавляя различные сплавы.

Некоторые чугунные сплавы свариваются легче, чем другие:

• Серый чугун
  Серый чугун является наиболее распространенной формой чугуна. Углерод осаждается в графитовые чешуйки во время производства в перлитную или ферритную кристаллическую микроструктуру. Он более пластичен и поддается сварке, чем белый чугун. Тем не менее, это по-прежнему представляет собой проблему для потенциальных сварщиков, поскольку чешуйки графита в сером чугуне могут попасть в сварочную ванну и вызвать охрупчивание металла сварного шва.

• Белый чугун
  Белый чугун удерживает углерод в виде карбида железа, не выделяя его в виде графита. Кристаллическая микроструктура цементита очень твердая и хрупкая. Белый чугун обычно считается непригодным для сварки.
• Пластичный, узловатый или податливый железо
  Все эти чугуны менее хрупкие из-за микроструктурных различий, связанных с производством. Все три имеют сфероидальную углеродную микроструктуру, созданную их уникальными производственными процессами.

Лучший способ определить, белое у вас железо или серое, — проверить оригинальную спецификацию. Спектрохимический анализ может предоставить эту спецификацию постфактум. Когда эти точные способы невозможны, есть несколько способов проверить в магазине.

Серый чугун будет иметь серый цвет вдоль точки излома из-за графита в его микроструктуре. Белый чугун белее вдоль излома из-за цементита. К сожалению, испытание на излом полезно только в том случае, если сварщик знает, что материал либо серый, либо белый. Это более старые, более традиционные формы чугуна. Они также более распространены в определенных классах товаров. Однако ковкий чугун, относительный новичок, также довольно белый на изломе и гораздо лучше поддается сварке.

Искровой тест также может быть использован опытным металлургом для определения типа железа.

Очистить кастинг

Независимо от сплава все отливки должны быть должным образом подготовлены перед сваркой. При подготовке отливки к сварке очень важно удалить все поверхностные материалы. Отливка должна быть абсолютно чистой в области сварного шва. Удалите краску, жир, масло и другие посторонние материалы из зоны сварки. Лучше всего осторожно и медленно наносить тепло на область сварки в течение короткого времени, чтобы удалить захваченный газ из зоны сварки основного металла.

Простым методом проверки готовности поверхности чугуна является нанесение на металл сварного шва — при наличии каких-либо примесей он будет пористым. Этот проход можно сточить, и процесс повторяется несколько раз, пока не исчезнет пористость.

Предварительный нагрев

Все чугуны подвержены растрескиванию под нагрузкой. Контроль температуры — единственный важнейший фактор, позволяющий избежать трещин.

Сварка чугуна требует трех шагов:

• Предварительный нагрев
• Низкое тепловложение
• Медленное охлаждение

Основной причиной теплового контроля является тепловое расширение. Когда металл нагревается, он расширяется. Напряжение не возникает, когда весь объект нагревается и расширяется с одинаковой скоростью, но напряжение будет накапливаться, когда тепло локализовано в небольшой зоне термического влияния (HZ).

Локальный нагрев приводит к ограниченному расширению — HZ удерживается более холодным металлом вокруг него. Степень результирующего напряжения зависит от температурного градиента между ГЦ и телом отливки. В стали и других пластичных металлах напряжение, вызванное ограниченным расширением и сжатием, снимается растяжением. К сожалению, это может привести к растрескиванию в период усадки, поскольку чугуны обладают относительно низкой пластичностью. Предварительный подогрев уменьшает температурный градиент между телом отливки и ГЦ, тем самым сводя к минимуму растягивающие напряжения, вызванные сваркой. Как правило, высокотемпературные методы сварки требуют предварительного нагрева при более высокой температуре. Если адекватный предварительный нагрев невозможен, наилучшей стратегией является минимизация подвода тепла — выберите низкотемпературный процесс сварки и сварочные стержни или проволоку с низкой температурой плавления.

Скорость охлаждения является еще одним фактором, оказывающим непосредственное влияние на напряжения, возникающие в сварном шве. Быстрое охлаждение вызывает усадку, в результате чего сварные швы становятся хрупкими и легко растрескиваются. Напротив, низкое охлаждение снижает напряжение закалки и усадки.

https://www.reliance-foundry.com/wp-content/uploads/pre-heat-welding.mov

Подогрев перед сваркой

Все чугуны подвержены растрескиванию под нагрузкой, но этого можно избежать с помощью предварительного нагрева. Посмотрите видео, чтобы увидеть, как нагревают металл перед сваркой.

Техника сварки

Методы сварки следует выбирать, исходя из их пригодности для свариваемого чугунного сплава. Наиболее распространенными сварочными процессами являются дуговая сварка, кислородно-ацетиленовая сварка и сварка пайкой.

Сварка электродом

Сварка стержнем, также известная как дуговая сварка защищенным металлом или MMA, использует расходуемый электрод, покрытый флюсом. В зависимости от области применения, требуемого соответствия цвета и объема механической обработки, которую необходимо выполнить после сварки, можно использовать различные типы электродов.

Существует три основных типа присадок, которые хорошо подходят для сварки чугуна электродом:

• Электроды с чугунным покрытием
• Электроды из медного сплава
• Электроды из никелевого сплава

Электроды из никелевого сплава наиболее популярны для сварки чугуна. По данным New Hampshire Materials Laboratory Inc., сварной шов из никеля и железа прочнее и имеет более низкий коэффициент теплового расширения, что снижает сварочные напряжения и повышает устойчивость к растрескиванию.

Электрическая дуга между электродом и зоной сварки расплавляет металлы и вызывает их плавление. Дуга должна быть направлена ​​на сварочную ванну, а не на основной металл, так как это минимизирует разжижение. Рекомендуется использовать самую низкую настройку тока, одобренную производителем, чтобы свести к минимуму тепловую нагрузку. Предварительно нагрейте детали до температуры не менее 250°F перед сваркой чугунными или медными электродами. Никелевые электроды можно использовать без предварительного нагрева.

Ацетиленокислородная сварка

При кислородно-ацетиленовой сварке также используются электроды, но вместо дуги, генерируемой током, энергию для сварки обеспечивает кислородно-ацетиленовая горелка. Чугунные электроды и медно-цинковые электроды подходят для кислородно-ацетиленовой сварки чугуна.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не окислить чугун во время сварки ацетиленом, так как это вызывает потерю кремния и образование белого чугуна в сварном шве. Сварочный стержень следует плавить в расплавленной сварочной ванне, а не непосредственно в пламени, чтобы свести к минимуму температурные градиенты.

Сварка припоем

Сварка пайкой является распространенным методом соединения чугунных деталей из-за минимального воздействия на сам основной металл. Сварочный стержень обеспечивает наполнитель, который прилипает к поверхности чугуна. Из-за более низкой температуры плавления наполнителя по сравнению с чугуном наполнитель не разбавляется чугуном, а прилипает к поверхности.

Чистота поверхности имеет решающее значение для этого метода сварки, поскольку соединение зависит от качества наполнителя, смачивающего поверхность основного металла. Согласно Machine Design, использование флюса для предотвращения образования оксидов во время пайки является обычным явлением. Это жидкость, способствующая смачиванию, что позволяет наполнителю течь по соединяемым металлическим деталям. Он также очищает детали от оксидов, чтобы наполнитель более плотно сцеплялся с металлическими деталями. Кроме того, флюсы используются при сварке для очистки металлических поверхностей.

Завершение

Растрескивание обычно происходит во время фазы термического сжатия — растягивающее напряжение накапливается по мере того, как сварной шов остывает и сжимается. Если напряжение достигает критической точки, сварной шов трескается.

Вероятность растрескивания можно уменьшить, применяя сжимающее напряжение для противодействия растягивающему напряжению во время охлаждения. Сварщики используют технику, называемую проковкой (умеренные удары молотком с шариковым бойком) по деформируемому валику сварного шва, пока сварной шов еще мягкий. Упрочнение снижает риск растрескивания сварного шва и HZ, но его следует применять только при работе с относительно пластичным металлом сварного шва.

Завершающим этапом сварки является контроль охлаждения. В этом процессе используются изоляционные материалы для максимального замедления охлаждения или применяется периодический нагрев сварного шва для замедления естественного процесса охлаждения.

Сварка на дому

В то время как обращение за сваркой чугуна к профессионалу может гарантировать качественный сварной шов, можно выполнить ремонт сварного шва на месте с тщательной подготовкой. Следуйте инструкциям по определению сплава, подготовке материала и выбору наиболее подходящего метода сварки.

Источники

• Все материалы. «Сварка чугуна и другого чугуна».
• Лаборатория материалов Нью-Гэмпшира. «Советы по сварке чугуна».
• Институт сварки. «Свариваемость материалов:чугуны».