Сварка чугуна своими руками

Сварка большинства видов сталей в домашних условиях особого труда не представляет при наличии необходимого оборудования. Но если вы планируете сварить чугун, который является наряду со сталью основным конструкционным материалом, то могут возникнуть некие сложности. Основная неудача при процедуре сварки чугуна своими руками состоит в низком качестве сваренного соединения, что объясняется насыщенной закалкой металла в области сварного шва  -другими словами с увеличением хрупкости чугуна в этой области и появлении трещин.

Содержание:

1. Чугун как сплав
2. Особенности сварки чугуна
3. Подготовка к работе
4. Разновидности сварки чугуна
   • Горячая сварка чугуна
   • Холодная сварка электродами
   • Газопламенная сварка чугуна

Чугун как сплав

Чугун известен как железоуглеродистый сплав, в нем содержание углерода больше – от 2 до 6%. Подобное высокое содержание углерода провоцирует то, что углерод в чугуне, в отличие от стали, находится в свободном состоянии. В чугуне также присутствуют кремний, сера, марганец и фосфор, при этом фосфора и серы в чугунном материале больше, нежели в стали. В легированном чугуне содержатся добавки молибдена, ванадия, никеля и хрома.

Например, углерод в самом распространенном и применяемом сероватом чугуне существует в виде включения графита (вспомните, что чугун мажется), которое и обуславливает его нехорошую свариваемость. Также углерод может присутствовать как цементит. И зависимо от вида добавок различают белый, серый и ковкий чугун.

Долговечность черного металла, к которым причисляют и чугун, делает его лучшим материалом для создания решеток, ворот, а также предметов украшения дома. Чугунные батареи и трубы, которые сегодня можно отыскать практически в каждом доме, хоть и заменяют современными вариантами, и цена сварки чугуна падает, но ценность данного материала не уменьшается от этого.

Особенности сварки чугуна

Чугун является широко применяемым конструкционным материалом, который отличается дешевизной, высокой обрабатываемостью и хорошими литейными свойствами. Но высокая хрупкость и низкая прочность чугуна провоцируют выход из строя в процессе эксплуатации многих деталей, изготовленных из него.

Сварщики-практики полагают, что плохая свариваемость чугуна объясняется строением структуры материала в изломе. Чугун, который имеет тонкодисперсный излом серого окраса, сваривается легче, чем чугун, у которого излом отличается крупнозернистой структурой и темный цвет. Сварке фактически не поддаются промасленные чугуны и чугуны, которые подвергались воздействию брутальных сред.

По своему химическому составу, физическим свойствам и структуре чугун относят к ограниченно свариваемым сплавам. Поэтому всегда нужно учитывать следующие особенности сварки чугуна:

1. Чугун – жидкотекучий материал, поэтому его сварку осуществляют в нижнем положении.
2. При выгорании углерода в сварном шве образуются поры.
3. Низкая пластичность металла приводит к существенным внутренним напряжениям и возникновению закалочных структур, которые способствуют образованию трещин.
4. В расплавленном состоянии чугун окисляется с формированием тугоплавкого окисла, температура плавления которого выше, чем у чугуна.

Главная сложность, которая зачастую сопровождает электросварку и ручную дуговую сварку чугуна, – возникновение холодных трещин. Специалисты, которые работают с данным материалом, тщательно изучают общий состав чугуна, наличие и долю углеродных вставок. Подобрав правильный режим работы, получится избежать неприятных последствий.

К технологическим мерам, которые направлены против появления трещин, относят: предупреждение перегрева чугуна при сварке, что достигается использованием электродов малого диаметра, проведением сварки малым током или вразброc; уменьшение напряжений, которые возникают в результате усадки металла швов или наплавки, получаемых проковкой в горячем состоянии и уменьшением объема наплавленного чугуна.

Подготовка к сварке

Помните, что непосредственно до сварки, несмотря на метод сварки чугуна, нужно всегда делать подготовку кромок деталей, что соединяются, или разделывать дефектные места. Кромки скашивают вручную с помощью слесарного зубила или переносного наждачного круга с гибким валом. Для избегания отколов чугун нужно срубывать тонкими слоями, потому что толщина стружки должна быть не больше 0,8-1 миллиметра.

Разделывают дефектные места до незапятнанного металла с использованием зубил, шаберов, шарошек, сверл, размеры которых зависят от габаритов недостатка, формы изделия и необходимости создания комфортных условий для работы.

При процессе разделки дефектных мест на деталях из чугуна нужно соблюдать следующие правила:

• Ведут строго разделку по трещине.
• Засверливают несквозные трещины на расстоянии 10 миллиметров от их концов сверлом, который имеет поперечник на 1-2 миллиметра больше ширины трещины, и до металла их вырубают.
• Сквозные трещины нужно разделывать с одной или двух сторон, все определяется толщиной металла и удобством проведения разделки.
• На трещины, которые друг от друга расположены слишком близко, принято наваривать заплатку, как на пробоины.

При проведении заварочного ремонта пробоины ее края нужно сгладить, срубая остроугольные выступы зубилом. Поверхность детали зачистите на расстоянии 30 миллиметров от краев пробоины с помощью наждачного круга. Потом вырежьте из низкоуглеродистой листовой стали заплатку нужной толщины и формы. Заплатка должна перекрывать любую пробоину со всех боков на 15-20 миллиметров.

Для уменьшения напряжений, которые возникают в материале при процессе сварки чугуна в домашних условиях, нужно у заплатки отбортовать края на угол 30 градусов. Заплатку помещают на изделие отбортовкой к чугунному материалу и приваривают внахлестку.

Разновидности сварки чугуна

Электродуговую сварку чугуна в критериях производства осуществляют жарким способом, в рамках которого свариваемые детали предварительно нагреваются до температуры 650 градусов по Цельсию. Существует и холодный способ, когда перед сваркой детали нагревают всего лишь до температуры 250 градусов или не нагревают вообще.

Горячая сварка чугуна

Технология горячей сварки чугуна намного сложнее холодного решения, однако она помогает избавиться от риска формирования трещин в переходных областях швов. При сварке старайтесь равномерно прогревать поверхность изделия, потому что причиной разломов и трещин становится чрезмерно большая разница температур основного элемента и шва.

Перед нагреванием деталей их следует закрепить в жестком каркасе, чтобы устранить напряжение, которое может привести в процессе сварки к возникновению трещин. Если нагрев чугунных изделий носит местный характер, то не обязательно использовать жесткий каркас. Детали принято нагревать при помощи установок индукционного нагрева с использованием токов промышленной частоты. Помимо этого, вы их можете нагреть в горнах, используя пламенные горелки или паяльные лампы.

При заварке дефектов, что располагаются на краях детали или сварке сквозных трещин, рекомендуется использовать графитовые формы, что предотвращают вытекание из сварочной ванны жидкого металла. Формы принято готовить с помощью графитовых пластинок, которые соединяются формовочной смесью, состоящей из кварцевого песка, что смочен жидким стеклом. Подогрев делают с целью, чтобы равномерно происходило охлаждение готового изделия для предотвращения возникновение трещин.

Непосредственно перед сварочными работами нужно подготовить дефектное место — тщательно очистить от пыли и грязи и разделить для образования полостей для обеспечения хорошего доступа для манипулирования электродами в зоне сварки.

При работе строго следуйте технологии сварки чугуна: соблюдайте объем расплавленного чугуна во время сварки и размешивайте его концом присадочного стержня или электрода. Охлаждать деталь стоит постепенно. Заваренное место не должно слишком быстро остывать, его стоит засыпать древесным углем, сухим горячим песком или охладить в печи. Мелкие детали остывают 3 - 40 часов, более крупные - до 5 суток.

Для защиты и раскисления ванны применяют флюсы на борной основе – к примеру, техническую безводную буру, прокаленную при температуре 400 градусов. Данный способ сварки на сегодняшний день считается по качеству самым совершенным. Однако имеет горячая сварка чугуна и свои недостатки – тяжелые условия труда и кропотливость процесса.

Холодная сварка электродами

В обыденных условиях, когда отсутствует особое нагревательное оборудование, а необходимость проведения сварки металла носит эпизодический нрав, подходящей является процедура прохладной сварки чугуна особыми электродами. Для этого широко используются электроды ОЗЧ-2 со стержнем из меди, что покрыты особым составом, а также электроды МНЧ-2, стержень которых выполнен из сплава никеля, железа, меди и марганца.

Металл, который наплавляется электродами МНЧ-2, обработке резанием лучше поддается, но подобные электроды являются очень дефицитными и дорогими. Дешевыми являются электроды ОЗЧ-2, их просто изготовить без посторонней помощи, просмотрев видео о сварке чугуна.

Электрод ОЗЧ-2 – это медный стержень, который имеет электродное покрытие, содержащее 50% металлического порошка, 27% мрамора, 7% плавикового шпата, 4,5% кварц, 2,5% ферромарганца, 6% ферротитана, 2,5% ферросилиция, 0,5% соды. Не пугайтесь большого числа компонент, потому что при изготовлении самодельного электрода можно использовать готовое покрытие.

Порядок создания электродов для сварки чугунного материала следующий. Зачистите отрезки медной проволоки перед нанесением на изделие покрытия и обезжирьте любым органическим растворителем. Сколите покрытие с железных сварочных электродов, размельчая его и соединяя в соотношении 1:1 со стальным порошком или небольшими железными опилками.

После этого перемешайте все кропотливо с водянистым стеклом. Вертикально в полученную сметанообразную смесь обмокните отрезки проволоки из меди и извлеките их медлительно из обмазочной массы, чтобы избыток успел стечь. В данном случае толщина слоя покрытия должна быть не меньше 1,5-2 миллиметров. Электроды сначала сушат в вертикальном положении на воздухе, а затем при температуре 250 градусов по Цельсию прокаливают, используя для этого, к примеру, духовку плиты.

Сварку чугуна самодельными электродами проводят недлинной дугой, используя при этом неизменный ток — на оборотной полярности. Неотклонимыми являются перерывы для остывания металла до температуры 50 градусов. При поперечниках электродов 3-5 миллиметров значение сварочного тока достигает 90-180 Ампер. Чтобы обеспечить высококачественную сварку, шов необходимо накладывать маленькими участками, что имеют длину по 30-50 миллиметров, и проковывать сходу после сварки, это предупреждает появление в сварном шве трещин.

Если у вас совсем нет времени для создания электродов, то помните, что в бытовых условиях хорошие результаты обеспечивает сварка чугуна с помощью комбинированных медно-стальных электродов. Последние изготавливают, навивая поверх электродов с покрытием, созданных для варки стали, спираль из латунной или медной проволоки, что имеет поперечник 1,5-2 миллиметра. Масса подобной спирали должна в 4-5 раз быть больше веса железного стержня электрода.

При использовании комбинированных электродов по технологии холодной сварки чугуна нельзя сильно разогревать свариваемые детали из чугуна, поэтому процесс проводят на малом сварочном токе небольшими участками «вразброс» с проковкой молотком приобретенных швов и перерывами для остывания обрабатываемого изделия.

Газопламенная сварка чугуна

Несмотря на существование многих способов сварки чугуна, самым надежным остается газовая сварка, которая позволяет добиться качественной наплавки, которая будет сходна по свойствам с основным материалом. Подобную методику, как правило, используют с целью устранения повреждений, к примеру, прикрепления оторванной части конструкции, восстановления поврежденного отверстия.

При проведении газопламенной сварки просто выполнить более равномерный и неспешный нагрев или остывание детали из чугуна. В итоге на границах шва и в металле шва создаются для графитизации углерода более подходящие условия, сводится к минимуму возможность возникновения внутренних напряжений.

Но обычно технология ручной дуговой сварки чугуна газом предполагает проведение обогрева изделия. Проводят местный обогрев пламенем горелки перед рабочим процессом. В качестве присадочного металла принято употреблять литые чугунные прутья. Ведут сварку обыкновенным или науглероживающим пламенем, используя флюсы из буры или консистенции: 56% буры, по 22% поташа и соды.

Отличный результат демонстрирует сварка чугунного материала газовым пламенем с использованием прутьев из латуни, температура плавления которой ниже, чем у чугунного материала. Процесс проводят с участием флюса из буры или борной кислоты и буры, которые взяты в равном количестве. Кромки трещин, что разделаны под угол 80 градусов, нужно нагреть до температуры 900 градусов, посыпать флюсом и с использованием латунного прута облужить кромки. Всю разделку после этого необходимо заполнить латунью, не расплавляя чугун.

Таким образом, чугуном называют сплав железа с углеродом, содержание которого составляет 2 - 6,7%. Именно подобный состав обуславливает возникновение трудностей при сварке чугуна. В связи со значительной трудоемкостью данного процесса, особенно это касается крупногабаритных изделий, рекомендуется учитывать особенности сварки деталей из чугуна и преимущественно пользоваться технологией холодной сварки.