Способ охлаждения чугунной детали после горячей сварки

Как варить чугун в домашних условиях обычным электродом — простые и надежные способы

Несмотря на специфичность процесса, сварка чугуна электродом в домашних условиях инвертором вполне реальна. Этим способом исправляют литейные дефекты, ремонтируют изношенные или разрушенные части машин, соединяют чугунные со стальными деталями.

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.

Возникающие затруднения

Сложность сварки чугуна электродом в домашних условиях состоит в том, что шов может получиться низкого качества из-за:

1. Во время сварки происходит интенсивная закалка металла. Поскольку чугун с низкой пластичностью, это приводит к его хрупкости. В результате в процессе усадки шва, образуются трещины.
2. При выгорании углерода активно выделяется окись углерода, которая не всегда полностью выводится из металла. Это приводит к тому, что на месте заварки образуются поры.
3. В зоне сварки при неправильном охлаждении металл может отбеливаться. На поверхности появляется слой белого хрупкого чугуна, который не подлежит обработке.
4. Из-за окисления кремния, при работе образуются тугоплавкие оксиды, которые трудно прожечь. В этом случае возникают непровары, снижающие надежность шва.

Чтобы не допустить брака, необходимо точно соблюдать технологию. О некоторых тонкостях сварочного процесса можно прочитать на сайте mrmetall.ru.

Предварительная подготовка изделий

В домашних условиях сварку чугуна начинают с правильной подготовки узлов и деталей к сварочному процессу:

• зачистить и разделать свариваемые кромки;
• фрезеровать или высверлить дефектные участки по краям с вырубкой до чистого металла;
• очистить, обезжирить, высушить рабочие поверхности.

Для предотвращения перекалки материала свариваемые кромки зубилом или наждачным кругом разделывают под углом 45º. Это способствует равномерному нагреванию рабочей поверхности.

Обезжиривают бензином, ацетоном или другими органическими растворителями, а сильно загрязненные места обжигают пламенем горелки.
Трещины необходимо обработать – на всю глубину трещины для достаточной проварки металла. Длина разделки должна быть на 5-6мм длиннее дефектного участка с обеих сторон. Концы трещин засверлить или их вырезать и закруглить.

Для тонкостенных деталей укладываются графитовые подкладки для предупреждения вытекания расплавленного металла. Это поддерживает нагретую зону и сохраняет форму детали.

Сварочные аппараты

Назначение прибора – путем понижения напряжения электрического тока сети, увеличение его силы до величины, необходимой для сварки. Процесс осуществляется с помощью сварочных аппаратов: трансформаторов, выпрямителей, инверторов.

В зависимости от процесса аппараты для сварки бывают:

• ручной дуговой MMA;
• полуавтоматической MIG-MAG;
• аргонодуговой TIG;
• точечной;
• плазменной;
• газовой.

Сварка чугуна обычным электродом лучше всего осуществляется инвертором, который имеет преимущество перед аппаратами другого типа:

• стабильность тока при колебаниях напряжения в сети;
• плавная регулировка режима работы,
• при продолжительной работе на максимальном режиме – автоматическое отключение;
• защита от перегрева, изменения сетевых параметров тока;
• микропроцессорное управление и программирование технологических процессов сварки;
• стабилизация и поддержание параметров дуги на одном уровне при внешнем воздействии;
• сварка покрытыми электродами любых марок на постоянном и переменном токе;
• качественное формирование шва;
• сварка металлов даже с ограниченной свариваемостью.

Бытовой инвертор – компактный и легкий прибор. Однако, он не приспособлен для продолжительной работы и имеет небольшую производительность.

Технология сварки инвертором

После подготовки изделия, как сварить чугун обычным электродом, чтобы шов получился без изъянов. Прежде всего, надо правильно выбрать тип электрода и технологию выполнения работ.

В основном сварку чугунов проводят тремя методами:

• горячий – перед сваркой детали нагревают до 600º-650º;
• полугорячий – нагрев до 300º-350º;
• холодный – без подогрева изделий.

Горячий способ – трудоемкий и сложный процесс. Применяется на производстве для работы с крупными и сложными заготовками.

Вначале вся поверхность детали хорошо прогревается во избежание перепада температур. На производстве чугунные изделия нагревают с помощью горна, индукционной печи или в яме, выложенной огнеупорным кирпичом.

Чугун начинает плавиться при температуре 750º, поэтому нагрев не должен превышать 600º-700º. Нагревание проводится со скоростью 150º в час. Чугун становится как пластилин и с ним легко работать.

После окончания сварки, заготовку необходимо медленно охладить. Для этого детали засыпают песком, укрывают асбестовым покрывалом или нагревают, постепенно понижая температуру.

При таком способе трещин и пор практически не образуется, швы получаются без дефектов.

Полугорячий метод аналогичен горячему, но предварительный нагрев понижает скорость остывания после сварки. Отбеливание металла в меньшей степени, а значит уменьшается риск возникновения трещин.

Как варить чугун электросваркой в домашних условиях холодным способом

Для небольших повреждений, мелких дефектов ненагруженных деталей, когда к качеству соединения не предъявляются особые требования, данная технология вполне подходящая.

При холодном способе нельзя повышать температуру в зоне сварки. Для этого шов накладывают небольшими частями длиной 30-50мм. с перерывами для охлаждения до 50º-60º. Таким образом, риск появления трещин минимальный.

Чтобы не допустить перегрева, процесс проводят при постоянном токе, а электрод подключают к плюсу инвертора (обратная полярность).
С этой же целью при работе сварщик двигает электродом не по прямой, а зигзагами или по кругу.

Необходимо контролировать скорость движения электрода. При слишком большой скорости могут образовываться непровары. При недостаточной – возможен перегрев и прожог свариваемого металла, особенно тонкого.

Многослойная сварка по технологии отжигающих валиков

Данный способ применяют для заварки трещин в тонкостенных деталях – толщина до 8мм. Валики накладываются в определенной последовательности, при которой каждый последующий воздействует термически на предыдущий, уменьшая его твердость.

Вдоль трещины под углом 45º производят V-образную разделку кромок. Сначала на одну, затем на другую кромку вразброс наваривают подготовительные, а на них отжигающие валики участками длиной по 40-50мм.

При переходе к другому участку, дают охладиться зоне заварки до 50º-60º и проковывают легкими ударами молотка, сбивая окалину. Благодаря этому, подготовительные валики больше прогреваются и после медленнее остывают. В закаленной части шва происходит частичный отпуск и нормализация.

Когда валики наложены по обе стороны трещины, наваривают заключительный соединительный слой такими же отдельными участками. Края последнего слоя должны отстоять на 3-4мм от ближайших границ проплавления.

Метод сварки с применением шпилек

Зона сплавления – самое уязвимое место соединения из-за отслаивания металла шва. Чтобы ее разгрузить при охлаждении и усадке, используют стальные шпильки (завертыши).

При толщине заготовки 6мм, кромки трещины срезают под углом 45º.

Шпильки плотно вкручивают в приготовленные резьбовые отверстия в шахматном порядке. Выступающая часть завертыша наваривается по контуру. Затем сваривается со всей массой шва способом наложения отжигающих валиков.

При нагрузке на соединение, ее большая часть передается на металл со шпильками, а не на сварной шов, что делает его более долговечным.

Работа инвертором в импульсном режиме

В домашних условиях сварка чугуна электродом с помощью инвертора импульсами используется для сварки тонких деталей, соединения между собой разнородных металлов.

Суть технологии в том, что на основной сварочный ток накладываются дополнительные импульсы тока большой силы в течение короткого промежутка времени. Соотношение длительности и величины импульсов и пауз между ними регулируется автоматически настройкой аппарата.

• улучшается качество и прочность соединения;
• контроль дуги и управление процессом;
• снижается доля прожигания металла;
• повышается эффективность сварки;
• шов образуется ровными каплями расплава и будет выглядеть аккуратно.

Импульс обеспечивает расплав электродного металла и тепловую инерцию ванны. Во время паузы металл в сварочной ванне остужается и частично кристаллизуется. Чередование импульс/пауза облегчает работу сварщика, позволяя обойтись без сложных действий электродом.

Метод не рекомендуется применять для деталей, работающих при тряске, вибрации, ударах.

Подбор электродов

Из-за своего физико-химического состава, чугун имеет свои качества, которые учитываются при выборе электродов.

Электрод состоит из внутреннего стержня и внешней обмазки. Должна быть полная совместимость материалов, например, чугунный электрод не может варить медь. Покрытие при нагревании выделяет газ, который защищает от окисления жидкий металл в ванне.

Сила тока указана для заварки в нижнем положении. Для сварки, например вертикальных труб, этот показатель уменьшают на 15-25А.

Медно-никелевые электроды (медь 30%, никель 65%) применяются, когда соединению не требуется большой прочности. Плотность шва удовлетворительная, но хорошо обрабатывается резкой.

Можно ли варить чугун простыми стальными электродами?

Да, но шов получится невысокого качества, т.к. сталь плохо сцепляется с чугуном.

При заварке медными электродами сварной шов – плотный, но недостаточно прочный.

Когда к конструкции предъявляются повышенные требования, используют марки УОНИ 13/55, МР-3С и подобные, для углеродистых и низколегированных сталей. Бренд ESAB – ОК 61.30, ОК – 63.35 и российские аналоги ЦЛ-11, ОЗЛ-8 и др.
используются для сварки нержавейки.

Хранить электроды в сухом месте. Если они отсырели, необходимо их просушить при 250º – можно в духовом шкафу.

Ассортимент расходников большой и, чтобы выбрать правильно, надо читать сведения, указанные на упаковке.

Преимущества и недостатки ручной сварки чугуна

Любой процесс имеет свои положительные и отрицательные стороны. Главное, чтобы в данной технологии преобладали преимущества.

Как видно, плюсов больше, поэтому ручная сварка инвертором популярна среди домашних мастеров, в небольших мастерских самозанятых. Заглянув на сайт mrmetall.ru можно узнать еще больше подробностей о сварке чугуна.

Техника безопасности

Перед тем как варить чугун электросваркой в домашних условиях, необходимо принять меры по безопасности:

• около рабочего места обязательно – огнетушитель;
• инвентарь должен быть в исправности;
• руки защищаются перчатками для сварных работ (крагами);
• сварку проводить в маске или со щитком;
• работать в защитной спецодежде;
• обеспечить достаточную освещенность рабочего места и приток свежего воздуха;
• начинающему мастеру лучше пригласить помощника на случай непредвиденной ситуации.

Надо серьезно относиться к правилам безопасности труда, чтобы не навредить себе и окружающим.

Можно вполне успешно осуществить сварку в домашних условиях. Для этого надо выбрать подходящие электроды, правильно настроить инвертор, следовать технологии. Желательно потренироваться в наложении шва на каком-либо аналогичном материале, прежде чем начинать работу с деталью.

Источник

Горячая сварка чугуна

Процесс горячей сварки чугуна значительно сложнее холодной. Для горячей сварки необходимо тщательно зачистить и разделать дефектное место для обеспечения доступа электрода ко всем частям и углам разделки. Затем дефектное место подвергается формовке для удержания ванны расплавленного металла и предупреждения его вытекания. Соединяемые две части детали должны быть хорошо скреплены между собой во избежание взаимного перемещения. Формовку производят в опоках (ящиках без крышки) с гра« фитизированными или угольными пластинами (рис. 19.2), скрепленными формовочной массой (кварцевый песок с жидким стеклом или другой формовочный материал). Форму просушивают с постепенным повышением температуры до 120 °С. Подогрев заформо-ванной детали до температуры 600—700 °С производят в термических печах, горнах или специально приспособленных колодцах в зависимости от размеров и конфигурации детали.

Рис, 19.2, Горячая сварка чугуна
1 — опока; 2 — угольные пластины; 3 — формовочная масса; 4 — изделие; 5 — ванна расплавленного металла

Необходимо учесть возможность доступа сварщика к подогретой детали для производства сварки. Сварку ведут электродами марки ОМЧ-1 с чугуниым стержнем диаметром 6, 8, 10 или 12 мм марки ПЧЗ и покрытием, состоящим из 41 % графита, 9 % ферромарганца, 25 % мела и 25 % полевого шпата. При большом объеме и площади дефекта его разделяют графитовой пластиной на отдельные участки так, чтобы площадь отдельной ванны не превышала 50—60см 2 . После заварки и затвердевания одного участка пластину немедленно переставляют, сваривают следующий участок, и так до окончания сварки всего соединения. После этого деталь засыпают сухим песком или древесным углем, укрывают асбестом к охлаждают вместе с печью или другим подогревающим устройством. Для сварки высокопрочного чугуна с шаровидным графитом подбирают чугунные прутки с добавкой редкоземельных металлов и соответствующее покрытие для получения однородного наплавленного металла. Процесс горячей сварки чугуна, особенно крупных деталей, является физически тяжелым, так как ведется при интенсивном тепловом излучении от нагретой детали п ванны. Поэтому при исправлении дефектов в крупных простой формы отливках и деталях применяют местный подогрев, а для исправления небольших дефектов в сложных или крупных деталях — полугорячую сварку, т. е. подогрев до температуры 250—450 °С с постепенным охлаждением после сварки.

Применение горячей сварки обеспечивает получение шва, близкого по составу с основным металлом, и устраняет отбеливание и образование трещин в шве и околошовной зоне.

Контрольные вопросы

1. Какие чугуны используются в промышленности, что из них делают?
2. Какие способы ручной дуговой сварки чугуна применяют при ремонте чугунных деталей?
3. Какими электродами лучше заварить трещину в чугунной детали: ЦЧ-4 или МНЧ-2?
4. Расскажите порядок горячей сварки чугунной детали. Какой режим рекомендуется при горячей сварке?

Упражнение

1. Вам поручили заварить деталь, содержащую 2,4 % углерода, 4 % кремния, остальное — железо. Что это за металл? Можно ли его заварить электродами марки МР-3?

Источник