Как варить чугун. Сварка чугуна в домашних условиях электродом и способы сварки

Характеристики чугуна

Материал представляет собой сплав железа, содержащий большое количество углерода. Вещество придает чугуну твердость.
Не являющийся металлом углерод не способен образовывать связей с железом, он содержится в сплаве в виде графитовых вкраплений.

Сплав обладает следующими характеристиками:

Пористость структуры. Пустоты быстро заполняются газами или впитывают масло.
Относительно невысокая температура плавления (1200-1250 °С). Этим объясняется высокая текучесть сплава при нагреве.
Хрупкость. Чугун не рекомендуется использовать для изготовления конструкций, испытывающих высокие нагрузки.
Низкая пластичность.
Устойчивость к кислотам и щелочам. В то же время, материал чувствителен к длительному воздействию влаги.

Аргонодуговая сварка

В принципе, что говорилось выше, полностью касается и аргонодуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа. Единственное, что добавляется в сварочную технологию, это присадка и газ. С газом все понятно, потому что он является одинаковым для всех видов сварки в независимости от типа и вида соединяемых заготовок, а точнее, их металлов.

А вот присадочный материал выбирается по свойствам основного свариваемого металла. А так как их два, то придется учитывать способности каждого из двух к свариванию. И так как чугун является, если так можно сказать, слабым, то и присадка должна выбираться по нему. Так вот в качестве присадочного материала можно использовать сварочную порошковую проволоку, от которой отбивают обмазку. Некоторые мастера используют полоски чугуна, нарезанные небольшими отрезками.

Правда, оба материала можно использовать лишь в том случае, если у сварщика достаточно опыта использования данной технологии. Все дело в том, что неправильно выставленный режим и неправильная скорость плавки присадки может привести к образованию в сварочной ванне так называемых интерметаллидных структур. Они обладают повышенной хрупкостью. Вот почему практический опыт считается важной составляющей качества конечного результата сварки стали и чугуна неплавящимся электродом из вольфрама.

Поэтому несколько чисто практических советов.

Для сварки двух металлов лучше всего использовать присадки на никелевой основе, которые специально были изобретены для сварки чугунных изделий. Но если требования к прочности и надежности стыка достаточно большие, то даже такая присадка не сможет их выполнить.
Нельзя варить чугун со сталью широкой ванной и большими тепловложениями.
Рекомендуется перед началом сварочных работ провести наплавку никелевой присадки на чугунную кромку. То есть, образовать так называемый переходный слой.
Приваривать чугун к стали можно без предварительного нагрева или с таковым. Первый вариант выбирается лишь в том случае, если в процессе эксплуатации сваренной детали она не будет подвергаться большому нагреву, не больше +300С. Если такие требований нет, то придется производить нагрев. Мелкие заготовки нагреваются полностью, большие только в зоне сваривания.
Чугун – это металл с низкой пластичность и очень низким линейным расширением в сравнении со сталью. Поэтому очень важно добиться того, чтобы в сварочном шве понизить усадочные напряжения. Чугун усаживается мало, сталь, наоборот, много.

Что можно предпринять по последней позиции. Самый большой эффект можно получить путем ударов молотка по сварному шву. Такой процесс называется проковкой. Для этого используется молоток со скругленным бойком. Бить металл надо до такой степени, чтобы извлекался звонкий звук.

Есть другой вариант повысить эффект. Для этого придется сварку проводить присадочной проволокой большого диаметра. Сам шов необходимо делать валиками длиною по 4-5 см каждый. При этом электрическая дуга должна быть направлена в сторону предыдущего валика. Варить надо ровно вдоль стыка без колебательных движений.

Свойства чугуна

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом. Содержание углерода в чугуне — от 2,14 % — 6,67 %. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижает пластичность и вязкость. Углерод в чугуне содержатся в виде цементита и графита.

Температура плавления чугуна — от 1 150 до 1 200 °C , что на 300 °C ниже, чем у чистого железа. Теплопроводность чугуна ниже, чем у сталей, коэффициент теплового расширения такой же. Электропроводность чугуна зависят от распределения включений графита.

При быстром охлаждении чугуна от температуры более 750°С металла, графит превращается в цементит, при этом чугун превращается из серого в белый. Образуется закаленная структура с внутренними напряжениями, приводящими к трещинам.

Технология сварки чугуна со сталью плавящимся электродом

Существует несколько способов сварки чугуна, они применяются для соединения чугунных сплавов с другими металлами:

Горячий – перед соединением детали предварительно нагревают печи до 600°С полностью. Допускается разогрев паяльной лампой только в рабочей зоне (чугунина становится малинового оттенка). Применяется для надежных соединений.
Полугорячий, хорош для легированных сплавов. Соединяемые части частично или полностью нагревают до 200–300°С.
Холодный – детали соединяют без подогрева, применяется для наплавов – швов, работающих на сжатие.

Соединение металлов ручной электросваркой подразумевает предварительную подготовку поверхностей. Чугунный сплав – пористый, хорошо впитывает масло. Пятно недостаточно обезжирить, его нужно зачищать до чистого слоя, иначе шов получится рыхлым.

Как приваривают сталь к чугуну:

Сначала нужно выбрать параметры тока. Если сварочный аппарат, работает только на постоянном, переключают Полярность на обратную. Необходимо учитывать показатель холостого хода (напряжением между полюсами без дуги), допустимое значение – до 54 В. Работать на переменном токе разрешается только при холостом ходе от 54 В.
Сварка производится небольшими участками, валики делаются длиной не более 3 см. Сначала наплавляется чугун, затем к буферному слою приваривается стальная деталь.
Толстостенные швы проваривают многослойно, каждый проковывают перед нанесением следующего. Его делают перпендикулярно первому – так достигается прочность соединения.
После соединения чугунного сплава со сталью горячим и полугорячим способами важно соблюдать режим охлаждения зоны наплавки. Шов периодически подогревают, чтобы он остывал постепенно. При резком охлаждении чугунный сплав трещит из-за возникающих внутренних напряжений.

Особенности сварки чугуна.

Данный материал представляет собой соединение железа(F), углерода (C) и примесей: кремния (Si), марганца (Mn), фосфора (P), серы (S) и др.

В обозначении маркировки: первые цифры – предел прочности при растяжении в кг/мм2, а вторые – при сером чугуне, предел прочности при изгибе, при ковком и высокопрочном, относительное удлинение в %.

Отжигом при высокой температуре – 1000º C, за счет графитизации, белый превращается в ковкий чугун. Для повышения износостойкости добавляется хром (Cr), никель (Ni), вольфрам (W) и др. Такой металл называется легированным.

Для легированных марок – буквы указывают легирующие элементы, а цифры, их среднее процентное содержание. Например: ЧН19Х3 – чугун, содержащий 19% никеля и 3% хрома. Если присутствует шаровая форма графита в конце маркировки ставится буква Ш.

Из-за повышенной хрупкости и твердости, процесс усложняется. Но сварка чугуна электродом в домашних мастерских возможна при определенных условиях. Соблюдая технологию и, обладая некоторыми навыками, можно добиться качественного результата, при этом структура шва будет сильно различаться от структуры основного материала.

Методы сварки

Специалисты выделяют 3 метода сварки чугуна:

Горячая осуществляется посредством прогрева чугунных деталей перед выполнением соединения, температура – 600-650°С. Данный способ невозможно использовать в домашних условиях.
Полугорячая практически не отличается от предыдущего метода, различие состоит только в температуре нагрева, изделие прогревается до 300-350°С.
Холодная подразумевает отсутствие нагрева рабочих изделий. Сварка чугуна электродом в домашних условиях осуществляется именно по этой технологии.

[ads-pc-2][ads-mob-2]

Подготовка к сварке

Подготовительные операции должны выполняться тщательно и внимательно, так как это является одним из основополагающих принципов получения качественного соединения:

конструкция очищается от загрязнений, мусора и пыли;
затем следует обезжирить детали растворителем, например, ацетоном;
при работе с тонким чугуном нужно использовать подкладки для отведения тепла;
разделку кромок следует производить перед свариванием толстостенных изделий, для этого применяется напильник или болгарка;
трещины необходимо засверлить по краям и разделать на всю длину; альтернативный метод – вырезать трещины, концы закруглить;

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.

Аппараты и расходные материалы

Чтобы проводить сварочные работы, требуется использовать специальное оборудование. Специалисты рекомендуют использовать аппараты, вырабатывающие постоянный ток (инверторы). Сварочное оборудование, в котором используются трансформаторы, обладает низким КПД и ухудшает конечный результат.

Для работы инвертора понадобятся расходные материалы в виде электродов. Их диаметр должен быть не менее 3 мм. Сварка чугуна электродами позволяет сделать более качественный шов, чем при работе полуавтоматом. Лучшими расходными материалами для этого сплава считаются ОЗЧ-2 и МНЧ-2.

Чугун можно варит аргоном. Для этого применяется омедненная проволока. Процесс работы с этим оборудованием аналогичен использованию инвертора. С помощью аргоновой сварки можно сваривать пластины толщиной до 4 мм.

Выбор электродов и настройка аппарата

Для соединения чугунных заготовок с помощью инвертора необходимо сделать правильный выбор электродов. Как правило, материал стержня содержит определенные добавки, облегчающие контакт со свариваемым металлом. Они же активно сдерживают выделение углерода, препятствуют образованию трещин и пор.

Чаще всего, сварка чугуна выполняется электродами ОЗЧ-2, МНЧ-2, ЦЧ-4, ОЗЖН-1. Они содержат медные и никелевые добавки, связывающие углерод, укрепляющие шов и придающие ему более высокую пластичность. После этого сопротивление шва изломам и разрывам существенно увеличивается.

Нередко возникают ситуации, когда требуется проведение срочного ремонта, а электроды для работы с чугуном отсутствуют. В этом случае они могут быть изготовлены самостоятельно. Потребуется обыкновенный стандартный электрод, на который наматывается медная проволока в один слой витков, плотно прилегающие друг к другу. Намотка начинается с рабочего конца, на котором появится электрическая дуга. Точного диаметра для медной проволоки не существует, его значение составляет 0,5-1 мм. В процессе горения основной стержень расплавляется вместе с намотанной медью, а обмазка обеспечивает защиту сварочной ванны от внешних воздействий.

Большое значение для получения качественного соединения имеют правильные настройки инвертора. Они выполняются в зависимости от диаметра и типа электрода, соответствующего сварочному току. Существуют таблицы, облегчающие этот процесс:

Как правильно заваривать чугун

Особые свойства металла вызывают повышенные требования к осуществлению сварочного процесса. Правильный подход обязывает к проведению тщательной подготовки. Рабочая зона должна быть хорошо очищена от любых загрязнений. Используются: болгарка, металлические щетки, «наждачка». Масляные пятна удаляются растворителями. При сильном загрязнении применяются горелки или пескоструйный аппарат.

Частое явление — трещины на поверхности по краям чугунных изделий. К их заделке необходим особый подход. Трещины разделываются и очищаются на всю длину для полноценного заполнения расплавом. При необходимости заготовки засверливаются по краям, а торцы разделываются под нужным для сварки углом.

Чугун можно заваривать несколькими способами, и важно правильно выбрать оптимальный вариант.

Технология и способы сварки

Выделяется 3 основных способа сварки чугуна в зависимости от предварительного нагрева:

Горячий метод. Перед сваркой детали нагреваются до 600-680 °С, что повышает пластичность металла и снижает риск растрескивания. Такая техника идеально подходит для производственных условий, где имеются специальные печи. В доме подобный нагрев обеспечить крайне сложно, да и опасно.
Полугорячая технология. Металл предварительно нагревается до 320-360 °С. Разогрев производится специальными фенами. В домашних условиях способ осуществить трудно, но при наличии отдельной мастерской можно провести процесс.
Холодная сварка. Это наиболее распространенная методика для работ дома. Предварительный разогрев не производится или не превышает 60–80 °С. При этом способе придется учитывать все сложности работы с чугуном.

При выборе метода необходимо учитывать безопасность, тип металла и наличие необходимого оборудования.

Сварка по шпилькам

Зернистая структура сплава не всегда позволяет заварить детали многослойным способом. В сложных случаях устанавливают шпильки с резьбой. Их монтируют в шахматном порядке по кромкам соединяемых заготовок.

При выборе размера шпилек учитывают следующие рекомендации:

Диаметр крепежного элемента должен составлять 30-40% толщины соединяемых заготовок. Максимальное значение – 1,2 см.
Шпилька вкручивается на 1,5 диаметра. Однако длина ввинчиваемого отрезка не должна превышать половины толщины свариваемых деталей;
Размер выступающей части должен составлять 0,7-1,2 сечения шпильки.

После размещения шпилек по их периметру наваривают несколько слоев.

Для исключения перегрева операцию попеременно выполняют на разных сторонах. На заключительном этапе наплавленный металл проваривают несколькими швами.

Холодная сварка чугуна

Холодная сварка для чугуна выполняется в основном в бытовых условиях. Преимуществом холодного способа является отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании для выполнения работ. При наложении шва используют следующие разновидности электродов для холодной сварки:

Медно-железные.
Медно-никелевыми.
Железно-никелевыми.
Стальными.
Чугунными.

Выполняют наплавку укладкой одного или нескольких валиков сварного шва. При использовании стальных электродов обязательна установка шпилек для увеличения прочности соединения. Любые электроды, в состав которых входит железо, и никель в основном используют для ремонта небольших повреждений.

Технология холодной сварки чугуна подразумевает и исправление больших дефектов поверхности. Для этих целей используют чугунные электроды с покрытием из графита.

Холодный способ не может обеспечить качественный и долговременный шов. Применение холодного метода ограничивается деталями с мелкими дефектами и не несущими конструкциями.

В газовой среде

Газ используется для защиты и нагрева обрабатываемого участка. При сварке чугуна часто используют пропан-бутановую смесь или ацетилен. Электрод заменяют присадочной проволокой из того же металла или никеля. Для снижения вероятности окисления пруток обрабатывают флюсом. Иногда проволоку прогревают восстановительной часть горелки.

Для получения сварного соединения газовым методом выполняют следующие действия:

Постепенно нагревают место сварки. Подходящую температуру выбирают опытным путем.
После достижения нужного нагрева формируют соединение. Постепенно отводят горелку, добиваясь медленного охлаждения.
Очищают сварное соединение от шлака, при необходимости шлифуют.

Дуговая сварка электродами

Такой способ разрешен к применению, однако он характеризуется высокой стоимостью, отсутствием преимуществ перед остальными методами. Чугун не требует тщательной защиты от окисления.

При дуговой сварке с аргоном соблюдают следующие правила:

исключают перегрев обрабатываемых областей;
постепенно повышают температуру сварочной ванны;
медленно охлаждают готовую конструкцию.

Процесс сварки включает следующие этапы:

фиксацию деталей в правильном положении с использованием тисков или струбцины;
формирование защитного газового облака (подачу аргона начинают за 15 секунд до возбуждения дуги, прекращают через 7 секунд после завершения работы);
настройку аппарата (силу тока и скорость подачи расходного материала выбирают с учетом толщины свариваемых заготовок);
наложение шва (электрод ведут по направлению соединения);
завершение сварки путем постепенного снижения мощности дуги реостатом.

При аргонодуговой технологии применяют полуавтоматический аппарат с никелевой проволокой или неплавящиеся электроды.

Особенности сварки в домашних условиях инвертором

Для электросварки в домашних условиях можно использовать обычный инвертор или специальный домашний полуавтомат. Наиболее распространенный способ — холодная сварка электродами, когда в качестве источника тока используется инвертор. При подключении аппарата устанавливается обратная полярность. Он включается на минимальную мощность для данного типа электрода. Сварка производится короткими швами длиной 40–50 мм.

Применяется 2 способа обеспечения прочности сварного шва:

Сварка со шпильками. Как правило, используются стальные шпильки диаметром до 0,4 толщины чугунной заготовки. Они вставляются в просверленные по краям отверстия. Вылет их не превышает 4–5 мм, а шаг установки — до 5 диаметров. На начальном этапе выступающая часть обваривается вокруг, а расплав заполняет шов. Затем, металл проваривается от шпильки к шпильке, формируя кольцевой шов. Постепенно вся поверхность в месте соединения должна равномерно заполниться наплавляемым металлом.
Многослойная сварка. После тщательной подготовки кромок заготовок и формирования фасок, детали стыкуется и начинается послойное формирование сварного шва. После нанесение первого слоя осуществляется его тщательная проковка молотком. Затем, процедура повторяется со вторым слоем, и т. д. Если должны вариться плоские заготовки, то после наложения каждого слоя детали переворачиваются и слой накладывается на обратной стороне.

Справка! При проведении сварки важно помнить о том, что перегревать металл нельзя, а поэтому необходимы частые остановки процесса.

Какие электроды используют для сварки чугуна

Особенность сварки чугуна с помощью электродов заключается в том, что при сгорании электрода выгорает также и определенное количество углерода находящегося в самом металле. При выгорании образуются поры, влияющие на качество и прочность соединения сварного шва.

Поэтому для сварки чугунных изделий применяются электроды, имеющие в своем составе никель и медь. Этому есть разумное объяснение, связанное с особенностями этих металлов:

Никель – растворяется без остатка в железе, входящем в состав чугуна. При этом никель полностью нейтрален по отношению к углероду и вступает с ним в химическую реакцию. Это дает определенные преимущества. Сварной шов, накладываемый электродом с никелем, в процессе работ не закаляется и остается мягким и податливым для дальнейшей обработки.
Медь – из этого металла состоят применяемые специальные электроды для сварки жаропрочного чугуна. Медь не растворяется в железе и в результате образует более твердый шов, что часто и требуется при обработке материала.

Если говорить о марках электродов для сварки и наплавки, то на рынке около десятка типов продукции предназначенной для определенных целей и имеющей свои специфические свойства. А именно:

Сварочные электроды для чугуна СЧ 20 – для работ с серым чугуном используют электроды с графитовым покрытием. Электроды СЧ 20 позволяют на выходе получить шов полностью идентичный по своей структуре и химическому составу обрабатываемому металлу.
Электроды для чугуна ЦЧ 4 – используются для проведения работ холодным способом. Основное предназначение электродов ЦЧ 4 – проведение мелких ремонтов дефектов поверхности. Также рекомендовано использовать электроды ЦЧ 4 для сварки чугуна со сталью при условии подачи постоянного тока малой полярности.
Сварка чугуна электродом по нержавейке – еще один эффективный способ обработки черного чугуна. Технология работы с электродом по нержавейке включает в себя обязательный прогрев заготовки и наложение нескольких сварных швов.
Сварка медными электродами – к этому классу относятся самые «редкие» расходники МНЧ-2. Электроды МНЧ-2 позволяют получить максимально качественный шов. МНЧ-2 можно использовать как для холодной, так и горячей сварки.

Можно самостоятельно изготовить электроды близкие по составу к вышеперечисленным. Особенно если учесть, что МНЧ-2 является редким и дефицитным, изготовление его аналога в домашних условиях вполне оправдано. Для производства понадобится сделать следующее:

Снять обмазку с обычного электрода. Полученный состав измельчить и смешать в равных пропорциях порошка железа. Допускается использование мелкой стружки.
В отдельную посуду наливают жидкое стекло. В жидкое стекло постепенно высыпают смесь, доводя состав до консистенции густой сметаны. Сварка медными электродами удовольствие достаточно дорогое, а изготовление самодельной обмазки существенно сокращает себестоимость проведения ремонтных работ.
Берется медная проволока с маркировкой М2, М3. Проволоку зачищают с помощью наждака, после чего обезжиривают и нарезают необходимой длины.
Полученные заготовки обмакивают в обмазку. В результате должен получиться электрод с медной проволокой толщиной не более 1,5 мм. Чтобы свойства изготовленных расходников были практически идентичны, их необходимо обрабатывать в течение одинакового времени.
Заготовки развешивают в вертикальном положении и ждут полного высыхания и затвердевания смеси.

Категорически запрещается использовать в качестве стержня латунную проволоку. В состав латунной проволоки входит большое количество цинка, который является ядовитым. Во время сжигания электрода будет испаряться токсичное вещество, что может стать причиной серьезного отравления.

Какая маркировка используется для обозначения электродов, которые могут быть использованы для сварочных работ?

ОЗЧ-2, ОЗЧ-6 – эти электроды изготавливаются путем нанесения ферритового порошка на медный стержень. Предназначением электродов ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6 является устранение небольших дефектов с помощью проведения холодных работ. По своим характеристикам медные электроды по чугуну ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6 напоминают самодельную продукцию, которую можно изготовить в домашних условиях.
ОЗЖН-1, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4 – эти расходники имеют в своем составе большое количество никеля. Согласно ГОСТ в процентном соотношении количество никеля может достигать 90% от общей массы. В группе ОЗЖН-1, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4 представлены как никелевые, так и никелево-железные электроды.
МНЧ-2 – наиболее редкие из всех типов продукции. В состав МНЧ-2 входит никель, медь, железо. Это обеспечивает качественный и ровный шов высокой прочности.

Сварка чугуна простыми электродами (по стали)

Сваривание чугуна обычными стальными электродами не обеспечивает хорошего качества шва. Применяются расходники подобного типа ввиду их доступности и небольшой стоимости. Чтобы уменьшить отрицательные последствия применения стальных электродов, необходимо использовать специальные прутки ЦЧ-4. Эта марка является одной из самых популярных и востребованных у сварщиков.
Поэтому важно знать, как правильно варить чугун электродами ЦЧ-4. Данная марка предназначена для наплавки первых плакирующих слоев с последующим продолжением сварочного процесса обычными материалами (на картинке). Кроме этого, ЦЧ-4 подойдут как для горячей, так и для холодной сварки чугуна, заделки дефектов и соединения стали с чугуном.

Что касается УОНИ. Часто исполнители задаются вопросом про электроды УОНИ, можно ли варить чугун данной маркой. Следует отметить, что обычные электроды можно использовать только при заварке небольших дефектов в неответственных конструкциях. Так как качество соединения не будет отличаться высоким уровнем. Чтобы получить более или менее удовлетворительное качество, следует соблюдать те же правила, что и при сварке специальными электродами. Еще один эффективный способ повысить качество соединения – небольшой предварительный нагрев до 150-200°C и медленное охлаждение.

Сварочные электроды «УОНИ-13/55» в упаковке.

При сваривании чугуна электродами общего назначения самым слабым местом является – околошовная зона у границы сплавления. Данная зона характеризуется хрупкостью и наличием трещин. Эти дефекты часто приводят к отслаиванию наплавленного слоя от основного металла. Чтобы этого избежать, необходимо использовать стальные шпильки или болты.

Шпильки имеют резьбу и ввертываются в свариваемую поверхность. Из размеры зависят от толщины рабочего изделия. Существуют рекомендации относительно размеров шпилек:

диаметр должен составлять 0,3-0,4 толщины детали, но не более 12 мм;
глубина ввертывания – 1,5 диаметра шпильки, но не больше половины толщины свариваемых изделий;
высота выступающей части шпильки – 0,75-1,2 ее диаметра.

Шпильки располагаются в скошенные кромки деталей в шахматном порядке на расстоянии в 4-6 диаметра.
Выступающие части шпилек обвариваются по периметру, постепенно заполняя шов. В первую очередь осуществляется сварка всех шпилек кольцевыми швами с помощью электродов, диаметр которых составляет 3 мм. Применяется напряжение малой величины. Сваривание производится вразброс, чтобы избежать сильного перегрева. После вокруг места сварки накладывают кольцевые швы, пока вся поверхность не будет покрыта слоем наплавленного металла.

Мы надеемся, что приведение здесь вышеперечисленных правил и рекомендаций позволит сориентироваться, как варить электродами правильно по чугуну, и успешно выполнить работы.

Сварка чугуна неплавящимися электродами

Чугун можно сваривать различными видами неплавящихся электродов: вольфрамовые, угольные или графитовые. Литые чугунные или специальные присадочные прутки, содержащие никель, алюминий, меди и другие металлы, используются в качестве присадочного материала. Для защиты сварочной зоны применяются инертные газы, чаще всего, аргон или флюсы, основным компонентом которого является бура. Наибольшей популярностью пользуется технология AC TIG – сварка вольфрамовым электродом с применением переменного тока в среде аргона.

Сварка чугуна покрытыми электродами

Чугунные электроды – специальные материалы для исправления дефектов чугунного литья, которые представляют собой литые круглые прутки с покрытием различного состава. В большинстве случаев соединение осуществляется на постоянном токе, но возможно и использование переменного. Величина тока определяется из расчета 50-60 А на 1 мм. электрода.

Качество шва, полученного в результате холодной сварки чугунными электродами, отличается неоднородностью. Поэтому следует выполнять полугорячее сваривание.

Как правильно варить чугун электродами, видео представлено далее.

Ознакомившись со всем спектром информации, исполнитель сможет выбрать лучший электрод по чугуну.

Чугун: виды, применение

Чугуном называется своего рода смесь из железа и углерода. Материал твердый и износостойкий, но, парадокс, довольно хрупкий, если неправильно с ним обращаться. Вот почему сварка чугуна электродом в домашних условиях инвертором, должна производиться только после тщательной подготовки (об этом будет сказано чуть ниже).

В мире чугун известен давно — считается, что он появился в 6 веке до нашей эры.

Средняя температура плавления составляет более 1000 градусов по Цельсию. Работать с материалом можно при нагреве до 600 градусов.

По видам чугунный металл делят на следующие категории:

белый;
половинчатый;
серый;
высокопрочный;
ковкий.

С течением времени чугун не теряет своей актуальности, его используют в разных сферах жизнедеятельности человека. Применяют материал для следующих целей и задач:

ковки оградок;
производства станков;
выпуска сковородок для домашнего хозяйства;
изготовления радиаторов отопления, труб, сантехнических соединений;
создания ванн;
в автомобилестроении — для выпуска коленчатых валов, цилиндров, двигателей и прочего.

Это — лишь малая часть задач, с которыми успешно справляется обыкновенный чугун. Важная особенность заключается и в том, что наплавка чугуна электродами осуществима в домашних условиях без помощи профессионального сварщика.

Особенности сварки чугуна

В зависимости от того, в каком виде присутствует углерод, чугун подразделяется на несколько видов:

Белый чугун. В нем углерод содержится в виде цементита. Он отличается высокой твердостью, не поддается обработке режущими инструментами. Его крайне трудно варить.
Серый чугун. Он содержит углерод в форме графита. Сплав достаточно легко поддается обработке. При сварке чугуна электродом в домашних условиях с инвертором обеспечивается надежное соединение.
Ковкий тип. Он получается путем специальной обработки белого чугуна с преобразованием углерода в форму хлопьевидного графита. Этот сплав активно используется в машиностроении. Сварить его можно специальными электродами.
Половинчатый чугун. Содержит углерод в обеих формах — цементит и графит. Применяется для изготовления изделий повышенной износоустойчивостью.
Высокопрочный чугун. В нем углерод имеет шаровидную форму, приобретаемую в процессе кристаллизации. Применяется металл для особо ответственной продукции, в т. ч. труб.

Последние 2 типа сплава поддаются сварке электродом, но требуют особый подход. Сварочная технология разных типов чугуна существенно различается, что необходимо учитывать при работе.

Сварка чугуна связана со следующими сложностями:

Некоторые составляющие сплава легко окисляются при расплавлении с образованием тугоплавких оксидов. Они приводят к неоднородности сварного шва и появлению непроваренных участков.
При быстром охлаждении околошовной зоны формируется цементит, который в последующем не поддается механической обработке.
Чугунный расплав обладает повышенной текучестью, что затрудняет формирование шва и удержание в сварочной ванне.
Любой неравномерный прогрев и охлаждение сварочной зоны ведет к растрескиванию металла.
При расплавлении чугуна выделяются газы, способные вызвать появление пор в сварном шве.

Важно! Особая структура и свойства чугуна приводит к плохой его свариваемости в домашних условиях. Однако при соблюдении режимов, правильном выборе метода и расходных материалов качественно заварить можно большинство чугунных изделий, используемых дома.

Наплавка чугуна

Наплавка чугуна может производиться с помощью специальных электродов следующих марок:
МНЧ-2, применяется для ответственных стыков, наплавка выполняется без подогрева. ОЗЖН-1 предназначены для осуществления работ по заделке серьезных дефектов. ОЗЧ-2 используются для наплавления ковкого и серого чугуна. Технология наплавки чугуна представлена в статье “Наплавка металла: электродом и другие”.

Газовая наплавка осуществляется с помощью теплоты, выделяемой при горении смеси ацетилена (заменителей ацетилена) и кислорода. В качестве расходных материалов используются литые прутки и флюсы.

Как приварить чугун к металлу электросваркой

При проведении ремонтных работ возникают ситуации, когда необходимо соединить разнородные металлы. Можно ли соединить сваркой чугун со сталью? Да, но это под силу людям с опытом. Чугунные сплавы отличаются высоким содержанием углерода, при его выгорании структура металла меняется. Стык проваривается в низкотемпературном режиме, до 120°С. Сталь, наоборот, необходимо сильно разогревать. Для соединения чугунных деталей с другим из черных сплавов разработана технология буферного слоя. Никелевый наплав обеспечивает прочное соединение разнородных металлов.

Техника безопасности при сварке чугуна

Проведение работ с чугуном требует соблюдения мер безопасности, направленных на обеспечение надлежащих условий на рабочем месте. При этом требуется учитывать следующие нюансы:

Электросварка чугуна в домашних условиях должна проводиться в хорошо освещенном и проветриваемом помещении.
Аппарат должен иметь заземление.
Металл плохо реагирует на быстрое охлаждение. Необходимо защитить его поверхность от попадания влаги.
Обязательно использование индивидуальных средств защиты:
очков
спецодежды

При работах с чугуном методом электросварки действуют все основные требования, относящиеся к проведению всех сварочных работ без исключений. От мастера требуется придерживаться правил безопасной эксплуатации электрического сварного оборудования.

Как варить чугун электродами

Поскольку чугун хрупкий металл, его нельзя сильно перегревать в процессе сваривания. Также важно не охлаждать слишком быстро сваренные заготовки, что может привести к появлению трещин и деформаций.

При сваривании чугуна электродами следует придерживаться вот таких правил:

Переключить инвертор в обратную полярность . Плюсовой вывод должен быть подключён к электроду, а минусовой, к свариваемому чугуну.
Выставить самый маленький сварочный ток, который только допустим для какого-то конкретного диаметра электродов.
Осуществляя сварку чугуна электродами нельзя слишком перегревать металл. Поэтому длина одного непрерывного шва не должна составлять более 3 см.
Следует все время давать заготовке остыть, чтобы исключить перегрев металла.

Как видно, технология сварки чугуна достаточно сложная. Нужно знать, что и как делать, в какой именно последовательности. Обязательно первый и последний шов проковываются при помощи молотка, не применяя слишком большого усилия.

Электроды по чугуну

Для РДС (ММА) используют следующие:

• чугунные сейчас редко встречаются. Могут быть очень большого диаметра от 6 до 15 мм. Рекомендуется применять электроды с минимальным диаметром и на малых токах. • на медной основе, • на никелевой основе • стальные.

Применение стальных электродов

Для чугуна – хуже не придумаешь. Целесообразно, если ремонтируются небольшие дефекты и не планируется дальнейшая мех.обработка. Из-за процесса отбеливания шов становится податливым и хрупким. Применяют электроды ЦЧ-4 стержень которых составлен из чистого Fe или УОНИИ-13/45 , которые используются для заварки «черных » и малолегированных сталей

Наилучшие же характеристики показывают электроды на основе никеля (электроды ESAB ОК 92.18, ОК 92.58 ). Ими осуществляют холодную сварку чугуна (см. ниже), но рекомендуется незначительный подогрев до 40 градусов. Полученный шов обладает хорошими прочностными характеристиками и обрабатывается резцом или фрезой без ограничений

Электродами на медной основе варится чугун хорошо, но прочностные свойства шва и околошовной зоны вы не получите, связано это с тем, что Cu и Fe не взаимодействуют друг с другом до растворения Cu.

Для полуавтоматической сварки

применяют стальную, никелевую и кремний-бронзовые проволоки в сочетании с защитным газом или его смесями.

Различают горячую и холодную сварку

• При горячая сварке чугун подогревают до температуры от 250 до 650 градусов с последующей плавлением на малых токах. Перегрев и большие токи могут привести к растрескиванию. После сварочной операции чугун медленно охлаждают. Для этого его можно поместить в песок или накрыть теплоизоляционным материалом.

• Холодная сварка для чугуна производится без подогрева, но нужно делать швы как можно короче, необходимо, чтобы они остывали постепенно.

Шлифмашинка Макита от брызг

Сварщик может столкнуться с «обилием» брызг. В таком случае должна помощь зачистка на глубину более 0,5мм. Дело в том, что при изготовлении песчано-глинистой формы, в которую отливают чугун, используются не только песок и глина, а еще и связующие компоненты, среди которых и канифоль. При нагреве возможно попадание этих примесей в поверхностный слой, и они «газят» при нагреве. Используйте шлифмашинку Макита с зачистным или обдирочным кругом для удаления поверхностного слоя.

Электроды

Об электродах уже выше говорилось, но необходимо обозначить некоторые серьезные позиции, от которых зависит качество конечного результата.

ЦЧ-4 могут быть использованы как для холодной, так и для горячей сварки чугуна и стали. С их помощью также производится наплавка, напайка и ремонт дефектов литья. Кроме стали с чугуном этой маркой электрода можно варить и заготовки из высокопрочного ковкого чугуна. Варить такими электродами можно только в нижнем положении постоянным током обратной полярности.
ОЗЧ-2 применяется в точно таких же позициях, как и предыдущий расходник. Но специалисты рекомендуют сваривать им тонкостенные заготовки. Кроме нижнего положения электрод хорошо варит и в вертикальном.

Кстати, сварка двух металлов (чугуна и стали) считается более качественной, когда используется ручная электросварка. Но, как уже было сказано выше, если процесс будет произведен с предварительным подогревом. Остывание сваренных стальных и чугунных деталей надо проводить медленно. Поэтому после окончания работ сварную конструкцию надо накрыть плотным материалом. А лучше уложить в печь, где детали нагревались до сварки, и остудить сборную деталь вместе с ней.

Вот такие технологии сегодня используются для того, чтобы соединить между собой стальные и чугунные заготовки. Как показала практика, все они неплохо с этим справляются, главное правильно выбрать расходные материалы и режимы сварки.

Основные методики

Выделяют несколько наиболее эффективных технологий:

Горячий метод. Перед началом работы обе детали нагреваются до 600 градусов. Допускается местный нагрев посредством паяльной лампы. Определить достижение нужной температуры можно по тому, что чугун приобретает малиновый цвет. Достаточно долгий, тяжелый, но наиболее надежный в плане прочности метод.
Полугорячая технология основана на нагреве до 200-300 градусов. Оптимальный выбор для сплавов высокой степени легирования.
Холодная методика не предполагает предварительного нагрева. Она проста в реализации, но может быть использована исключительно при формировании наплава, то есть шва, функционирующего на сжатие.

Сварка чугуна со сталью осложняется особенностями структуры первого материала. Верхний слой не очень плотный, а потому деталь нуждается в предварительной подготовке. Она не просто обезжиривается, а зачищается, пока не покажется чистый слой.

Если данное требование проигнорировать, то готовый шов окажется рыхлым, пористым и непрочным.

Выбор электродов

Практика показывает, что лучшего результата можно достичь использованием следующих элементов:

ЦЧ-4. Электроды данного типа подходят для сварки и по холодной, и по горячей методике. На этом сфера применения не ограничивается, допускается использование изделий при наплавке, напайке, устранении дефектов поверхностей, изготовленных литьевым способом.

Обязательное требование – сварка должна вестись в нижнем положении при постоянном токе с обратной полярностью.

ОЗЧ-2. Обязательное требование к процессу сварки аналогично предыдущим исполнениям. Сварщики с опытом рекомендуют использовать данные элементы во время работы с деталями с тонкими стенками, так как исключено прожигание металла на значительную глубину.
МНЧ-2. Эффективные, но специализированные электроды. Достойный результат можно получить только в том случае, если работа ведется по горячему методу.

Если говорить об импортных аналогах, то лучшие электроды для сварки – это модели Ficast NiFe, позволяющие формировать соединения, выдерживающие нагрузки на изгиб и скручивание, и Zeller под индексами 866 и 855.

Второй вариант универсален и позволяет вести работу без предварительного нагрева металла.

Рабочая инструкция

Перейдем непосредственно к тому, как приварить чугун к металлу:

1. Устанавливаются необходимые параметры электрического тока. Работа ведется при постоянном токе с обратной полярностью — это в случае, если напряжение холостого хода не превышает 54 В . Если напряжение холостого хода выше 54 вольт, то соединение выполняется при переменном токе.

Работа ведется постепенно, малыми участками. Максимально допустимая длина валика – 30 миллиметров. Сначала обрабатывается чугунная деталь, а уже к ней прикрепляется стальное изделие.

2. Если формируется шов большой толщины, то он проваривается постепенно, причем необходимо выполнять проковку перед тем, как делать последующие слои. Проковка выполняется при помощи молотка, свежий шов уплотняется до тех пор, пока он не начнет издавать характерный звон.

Направление швов различно, то есть второй делается перпендикулярно первому. Это позволяет добиться достаточных прочностных характеристик.

3. Если сварка электродом ведется горячим или полугорячим способом, то следует обеспечивать достаточное охлаждение зоны наплавки. Периодически проводится нагрев шва, чтобы исключить его быстрое остывание.

Резкое падение температуры приведет к тому, что внутри него возникнут температурные напряжения, способные спровоцировать и деформации, и разрушение.

Посмотрите видео, где показывается технология сварки чугуна со сталью электродами ЦЧ-4 (холодная методика):

В этом видео показывается, как приварить стальной болт к чугунной детали с помощью медной проволоки:

Аргонодуговая технология

Соединение указанных разновидностей железа возможно и при помощи аргонодугового метода. Для достижения качественного результата необходимо придерживаться определенного набора рекомендаций:

Выбор присадки – важный момент. Точный сорт присадки зависит от того, какой именно вид чугуна участвует в процессе. Наибольшее распространение получила порошковая проволока на никелевой основе, с которой предварительно удалена обмазка.
Аргон – газ, формирующий защитную атмосферу, препятствующий окислению сварного шва.
Лучшие рабочие элементы – это электроды из вольфрама, тугоплавкого металла.
Если свариваемые поверхности отличаются небольшой толщиной, то альтернатива никелю – тонкие чугунные пластинки.
Если сварной шов будет подвергаться исключительно статическим нагрузкам (сдавливанию), то никелевый сплав – лучший вариант. Этот металл хорошо сцепляется со всеми разновидностями стали, вне зависимости от сорта.

Подведем итоги

Соединение чугунных и стальных элементов – это вполне осуществимая задача. Главное – придерживаться указанных выше советов и рекомендаций.

Важный момент состоит и в том, что с повышением степени легирования стали увеличивается и показатель рыхлости сварного шва. Для достижения необходимой прочности нужна тщательная проковка и уплотнение.

Сварка толстостенных элементов с легированными вставками

Соединение таких заготовок выполняют по следующим правилам:

Применяют холодную сварку.
Шов набирают короткими прихватками длиной 2,5 мм.
Каждую последующую выполняют после остывания предыдущей.

Несмотря на то что прихватки следуют одна за другой, данная технология не обеспечивает герметичности соединения. Это объясняется тем, что новый шов ложится на уже отвердевший, поэтому они не сливаются воедино.

Кроме того, соединение получается хрупким. По этой причине способ не подходит, если в дальнейшем предполагается механическая обработка шва.