Меню

Можно ли варить чугунные трубы



Особенности и проблемы сварки чугуна: как избежать трещин при остывании шва и добиться прочности соединения

Сварка чугунных сплавов делается несколькими методами. Каждый из них выбирается как баланс между стоимостью и сложностью работ и прочностью, которая требуется от шва. Это вызвано физическими особенностями чугунных материалов, которые резко отличаются от подавляющей части остальных сплавов и металлов.

Особенности сварки чугуна

Чугун – это железный сплав с большим содержанием углерода. Углерод придает стальным сплавам твердость, при содержании его свыше 2,14% получаемый сплав уже является чугуном. Поскольку углерод не является металлом, он не может образовать с железом кристаллических решеток и присутствует в виде вкраплений графита различных форм или входит с железом в химическую связь. Из-за графита чугун имеет пористую структуру, насыщается газами и впитывает масло.

При сварке чугуна проблемы начинаются сразу после образования шва. При остывании, особенно быстром, легко возникают трещины, вызванные закалкой и сильными напряжениями в металле. Образуется карбид железа (цементит), чугун “отбеливается”, получает высокую твердость и хрупкость. Поэтому после сварки необходимо поддерживать температуру 200-300°C, постепенно снижая ее, чтобы избежать образования цементита.

Помогает также введение никеля в материал шва. Он смешивается с железом в любых соотношениях. При этом не образуется карбидов и повышения твердости, что позволяет избежать трещин. Можно использовать для этих целей медь, но она не обеспечивает такой однородности шва, как никель.

Сравнительно невысокая температура плавления чугуна (от 1200 до 1250 градусов) приводит к его высокой текучести и ограничивает положения сварки – особенно сложно варить потолочные швы. Кроме того, повышено газообразование, которое продолжается даже при остывании шва.

Так называемый “горелый” чугун (бывший длительное время под действием высоких температур) сваривать невозможно из-за появления окислов кремния и углерода. Вообще чугунные детали предпочтительно менять и при использовании не допускать их разрушения.

Основные трудности при сварке чугуна:

  • образование трещин при остывании шва;
  • сильное повышение твердости в области шва;
  • выделение газов создает пористость шва;
  • текучесть ванны усложняет технологию.

Подготовка чугуна к сварке

Перед сваркой, особенно ответственных деталей, необходимо произвести подготовку металла. Для этого выполняется перечень работ:

  • очистка от грязи и масла для всех видов сварки;
  • разделка кромок для всех видов сварки;
  • установка шпилек для холодной сварки (при повышенных требованиях к прочности);
  • прогрев деталей для горячей сварки;
  • формовка ванны для горячей сварки.

Особенно тщательно следует удалять масло, применяя растворители или отжиг горелкой.

При разделке кромок необходимо выпилить все трещины. Если будут устанавливаться шпильки, то разделку кромок следует выполнить под углом. В кромках засверливают отверстия, нарезают резьбу и завинчивают стальные шпильки, по крайней мере, на два-три “калибра” (отношение длины к диаметру). Внешние концы шпилек должны допускать их проварку между собой.

Подготовительный нагрев деталей при горячей сварке производят постепенно, на 100-150 градусов в час. Так же медленно выполняют и охлаждение, подогревая детали с уменьшением температуры.

Варианты сварки чугуна и их краткие характеристики

В зависимости от требований к прочности и характера повреждений чугунных деталей применяют один из нескольких способов сварки.

Горячая сварка

Горячую сварку применяют в тех случаях, когда необходимо получить высокую обрабатываемость шва и близость его состава и структуры к остальной массе чугуна. Свариваемые части подготавливают, как описано выше, и прогревают до температуры 700°C. При необходимости перед нагревом устраивают форму из материалов, применяемых в литейном деле. Это требуется для сквозных и краевых (отколотых) повреждений. Шлифованные поверхности и резьбы следует защитить глиной.

Горячую сварку применяют для изделий большой массы в тех случаях, когда требуется повышенная прочность. Тепло для ванны получают либо от электрической дуги, либо от газовой горелки. Горячая сварка отличается от других видов самым большим объемом ванны (до 0.5-1 дм. куб.). Это требует устанавливать заготовки только в нижнее положение.

Присадочный материал для горячей сварки – чугунные электроды увеличенного диаметра (от 8 мм и более) или порошковая проволока.

Полугорячая сварка

Полугорячая сварка чугуна производится аналогично описанной выше горячей, но температура предварительного подогрева здесь ниже, около 300-350°C. Это способствует понижению скорости остывания металла после сварки.

При полугорячей сварке меньше степень “отбеливания” чугуна по сравнению с горячим способом, что способствует и меньшей опасности возникновения трещин. Кроме того, требуется меньше энергии на подогрев деталей.

Полугорячую сварку делают малоуглеродистыми стальными электродами с легирующими добавками или автогеном, добавляя для присадки чугунный пруток.

Холодная сварка

Наиболее часто для небольших повреждений применяется холодная сварка. Слово “холодная” здесь означает то, что предварительный подогрев свариваемых частей не производится. Это значительно упрощает процесс, хотя и не позволяет получить качества шва, достижимого при горячем способе. Но для мелких дефектов на ненагруженных деталях – корпусах механизмов, крышках и т. д. – данный способ вполне оправдан.

Для деталей, несущих нагрузку, можно применить усиление шпильками из стали, которые завариваются с внешней стороны и затем закрываются верхним швом. При холодной сварке стремятся как можно меньше нагревать металл и применяют стальные электроды небольшой толщины (3-5 мм). Для снижения нагрева применяют постоянный ток, а электрод подключают к плюсу аппарата (обратная полярность). Материал электродов должен содержать как можно меньше углерода. Но и без этого в шве образуется тонкий слой белого чугуна. Избавиться от него не помогает даже продолжительный отжиг.

Читайте также:  Труба пнд 180 мм водопроводная

Хорошие результаты дает применение никеля или монель-металла (никель 70%, медь 20%) в сварочных электродах, но этот способ дорог. Его следует применять в тех случаях, когда требуется последующее точение, шлифование или фрезерование детали. Но необходимо учесть, что механическая прочность “никелированного” чугуна снижается.

Основные способы сварки чугуна

Серый чугун можно варить несколькими способами. Чаще всего это дуговая сварка стальными или специальными электродами. Эти способы относятся к холодному методу сварки.

Ручная дуговая сварка плавящимися электродами

Самые мелкие повреждения чугунных деталей можно заварить обычными стальными электродами 3 мм с тонкой обмазкой. Перед сваркой очищают швы и выпиливают или вырубают трещины. Сварка ведется небольшим током 80-120 ампер.

Повреждения Электроды Дополнительно
Мелкие Стальные Поковка шва молотком
Средние Медные
Крупные Медные и никелевые Усиление шпильками

Если требуется повысить качество шва при дуговом способе, то вместо трансформатора берется инвертор, так как он позволяет работать на постоянном токе. Это дает кое-какие дополнительные возможности, указанные в таблице ниже.

Полярность Деталь Электрод Особенности
Прямая Плюс Минус Увеличение нагрева детали. Небольшой расход электродов
Обратная Минус Плюс Умеренный нагрев детали. Большой расход электродов

Причина такой разницы в физике процесса: положительный электрод сильно бомбардируется тяжелыми отрицательными ионами, что дает дополнительную энергию в общем балансе выделения тепла. Разница в температуре может достигать 700°C. В общем, за возможность избегать перегрева чугуна при электродуговой сварке приходится платить некоторую цену: тратить лишние электроды.

Применение трансформатора лишает сварщика возможности прогревать электроды разными способами, так как при переменном токе этой разницы нет – тепла выделяется поровну на каждом конце дуги. Кроме того, снижается стабильность дуги – на переменном токе она горит не все время.

Для уменьшения перегрева шва применяют движение электрода зигзагом или по кругу, как удобнее сварщику. Тепло при этом распределяется равномернее. Также полезно делить большие швы на меньшие участки, а в промежутках между выполнением участков давать остыть металлу до 80-50°C.

Чтобы повысить качество шва на чугуне, применяют электроды с добавлением меди, никеля или монель-металла (сплав меди с никелем). Наиболее простой и дешевый вариант: стальную проволоку Св-08 (Св-08А) обматывают медной проволокой и окунают в раствор силиката натрия (жидкое стекло). После высыхания обмазки можно варить.

Газовая сварка

Газ или электричество для сварки – это лишь способ нагрева, подвода энергии к сварочной ванне. Но из-за разницы в физике и химии этих процессов могут появиться технологические отличия. При сварке чугуна газом можно использовать ацетилен или пропан-бутановую смесь, но оба варианта с кислородом. Вместо электрода используется присадочная проволока из никеля или чугунный пруток. Чтобы избежать окисления, можно использовать обмазку присадочного материала флюсами (на основе буры), но часто бывает достаточно использовать прогрев металла восстановительной частью факела горелки.

Горелкой следует постепенно прогревать место вокруг сварки. Определить подходящую температуру в области шва (200-350°C) поможет только опыт сварщика. Добившись ее, производят сварку участка. Затем постепенно отводят горелку, избегая резкого остывания. Разумеется, газа тут расходуется заметно больше, чем при сварке стали, но это при газосварке чугуна неизбежно, иначе пойдут трещины.

Аргонодуговая

Аргонодуговая сварка чугуна возможна, но это слишком дорогой вариант, не дающий никаких особенных преимуществ перед другими видами сварки. Чугун не нуждается в такой тщательной защите от окисления, как, например, алюминий. Если все же приходится варить чугун аргоном, то здесь следует соблюдать те же правила:

  • избегать перегрева металла;
  • постепенно прогревать место шва;
  • постепенно охлаждать после сварки.

Все это приводит к большому расходу аргона. Поэтому для подогрева лучше использовать другие методы. Обычно это та же ацетиленовая горелка, что лишает смысла вообще варить аргоном. При сварке аргоном обычно используют неплавящиеся электроды или полуавтомат. В последнем случае его потребуется зарядить нужным типом проволоки, например, никелевой.

Иные варианты

Из прочих вариантов можно дополнить раздел о горячей сварке. Этот способ требует самого большого расхода энергии и подготовки форм для сварочной ванны большого объема. После очистки места для шва вокруг этого места (и при необходимости) снизу делают перегородки из огнеупорной глины. Для форм также используют графитовые пластины. Снаружи форма защищается коробкой из листового железа: это гарантирует, что ванна не разольется. Для предварительного нагрева и медленного охлаждения деталей используют печи (в старые времена для больших деталей использовали костер).

При холодной сварке больших деталей металл разделывается под углом 90 градусов, а в разделочные фаски вворачивают шпильки небольшой длины из малоуглеродистой стали. Верхние концы шпилек обеих половин шва обваривают между собой также сталью с малым содержанием углерода. Они придают шву значительную прочность. Сверху шов заваривают медным или медно-никелевым сплавом.

Источник

Сварка чугуна в домашних условиях электродом и способы сварки

Чугун — это сплав железа с углеродом, содержащий большое количество различных примесей. Изделия из чугуна пользуются широким спросом, как в промышленной области, так и в быту. Именно активное использование чугуна последние 50 лет, привело к тому, что все чаще возникает необходимость что-то ремонтировать. При этом сварка чугуна остаётся одним из самых практичных способов привести изделие в работоспособное состояние.

Читайте также:  Как отогреть трубу под давлением

Чтобы варить чугун в домашних условиях потребуется инвертор и специальные электроды по чугуну. Ранее на сайте mmasvarka.ru уже рассказывалось, как их сделать кустарным способом с использованием обычной медной проволоки. Поэтому в данной статье будут освещены вопросы касательно различных нюансов сварки чугуна, поскольку данная работа сильно отличается от работ, связанных со сваркой стали.

Основные сложности при сваривании чугуна

Чугун обладает гораздо большей текучестью, чем у стали, поэтому варить различные изделия из чугуна в домашних условиях, рекомендуется только в нижнем положении. Если сильно перегреть чугун во время сварки, то это приведёт к образованию больших пор и напряжения в сварочном шве. Поэтому не рекомендуется сильно перегревать чугун и подвергать его быстрому остыванию.

Основные дефекты при сварке чугуна связаны именно с неравномерным нагреванием и охлаждением свариваемых изделий. Появление трещин при этом, самый сложный дефект, от которого очень трудно избавиться в дальнейшем. Кроме того, при сварке чугуна очень важно осуществлять правильную подготовку материалов.

Подготовка чугуна к сварке

Чтобы получить качественное сварное соединение, поверхность чугуна перед сваркой должным образом подготавливается. Во-первых, её нужно очистить от любых загрязнений, после чего обезжирить, например, ацетоном или растворителем.

Если необходимо варить тонкий чугун, то обязательно следует предусмотреть специальные теплоотводящие подкладки под места сварки. Обязательным условием при сварке чугуна, является и разделка кромок изделий. Для этих целей ещё перед свариванием, их кромки обрабатываются напильником или УШМ с диском по металлу.

В том случае, когда нужно заварить трещину в чугуне, то она обязательно засверливается по краям, после чего, как и с кромками, разделывается по всей своей длине. Некоторые сварщики сначала вырезают трещины, после чего засверливают края, чтобы не допустить их дальнейшего распространения.

В зависимости от выбранного способа сварки чугуна, а их бывает всего лишь три (горячий, полугорячий и холодный метод), требуется нагрев изделия. Рассмотрим более подробно технологический процесс сваривания чугунных изделий в домашних условиях.

Способы сварки чугуна

Существует три способа сварки чугуна:

Горячий способ — требует нагревания чугунных изделий перед соединением до температуры не менее 600°С.

Полугорячий способ — мало чем отличается от горячего способа сварки чугуна, за исключением температуры, которая почти что вполовину ниже (300-350°С).

Холодный способ — осуществляется штучным электродом без предварительного прогрева чугунных заготовок. Сварка чугуна в домашних условиях осуществляется как раз данным методом соединения.

Сварка чугуна электродом

Для сварки чугуна в домашних условиях потребуется инвертор и электроды со специальным стержнем. В составе электродов по чугуну содержится медь и никель. Ну а о том, как сделать самодельные электроды для чугуна уже рассказывалось в прошлых выпусках сайта.

Самыми популярными заводскими электродами для сваривания чугуна, являются:

  • Электроды ОЗЖН-1, ОЗЧ-2, а также ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, ОЗЧ-6;
  • Электроды МНЧ-2;
  • Электроды ЦЧ-4.

При этом очень важно выбрать правильный режим сварки для всех вышеперечисленных марок электродов. Для электродов ЦЧ-4 (3 мм), сила тока должна быть выставлена на инверторе в пределах 70А. Для электродов ОЗЧ-2, порядка 90А. Для электродов ОЗЖН-1 диаметром в 3 мм, примерно 100А, а для электродов МНЧ-2 такого же самого диаметра, силу тока на инверторе следует выставлять в районе 90А.

Технологические особенности сварки чугуна заключаются вот в чем:

  • Варить чугун нужно короткими швами, длиной не более 5 см;
  • Следует избегать сильного перегрева чугунных изделий при сварке. Поэтому помимо сварки коротким швом, следует давать заготовкам достаточное количество времени на охлаждение;
  • При сварке чугуна электродом, инвертор следует переключать в обратную полярность.

Если придерживаться всех вышеперечисленных правил, то можно будет варить чугун в домашних условиях, без особых трудностей.

Источник

Как заварить чугун электродом в домашних условиях

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.
Читайте также:  Труба алюминиевая момент инерции

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.

Источник