Способы сварки чугуна

Существуют 3 основных технологических направления для сварки чугуна:
1. сварка, которая обеспечивает получение в металле шва из чугуна;
2. сварка, которая обеспечивает получение в металле шва из низкоуглеродистой стали;
3. сварка, которая обеспечивает получение в металле шва из сплавов цветных металлов.

Один из способов эффективной борьбы с образованием отбеленных и закаленных участков на изделии, а также предотвращения возникновения на нем трещин -это предварительный подогрев свариваемой детали. По температуре предварительного подогрева различаются виды сварки металла:

• горячая сварка – температура предварительного подогрева  равна 600–650°C;
• полугорячая сварка – температура предварительного подогрева  равна 400–450°C;
• холодная сварка – не имеет предварительного подогрева.

Горячая и полугорячая сварка чугуна применяется в случаях необходимости получения в металле шва материала, чугуна со свойствами, соотносящимися со свойствами основного металла детали. Происходит процесс графитизации чугуна, под которым понимается выделение углерода в виде графита, а также предотвращение его выделения в форме цементита.

Графитизация металла достигается посредством введения в зону сварки графитизирующих веществ (например, кремния, титана, алюминия) и предварительного подогрева изделия с температурой меньшей, чем при горячей сварке.

Холодная сварка чугуна используется, если чугун в металле шва не предусмотрен. В процессе в металле шва образуется чугун  при использовании графитизирующих веществ.

Дуговая сварка с получением в металле шва чугуна

Процесс горячей сварки чугуна протекает в несколько этапов:

1. подготовка свариваемого изделия;
2. предварительный подогрев;
3. сварка;
4. последующее постепенное охлаждение.

На 1 этапе выполняется тщательная очистка дефектного места. Удаляются  загрязнения и проистекает разделка кромок для обеспечения доступности места при манипулировании электродом и при воздействии дуги. Предотвращение вытекания жидкого металла сварочной ванны достигается с помощью формовки места сварки. Формы создаются из графитовых пластинок, скрепляемых формовочной массой, состоящей из смеси кварцевого песка с жидким стеклом, а также с другими формовочными материалами.

Окончание формовки требует просушить форму с медленным повышением температуры от 60 до 120°С. После нагрев деталей с формой выполняется быстро, от 120 до 150°С в печи, горне, специальном колодце или в ином нагревательном устройстве. Замедленное охлаждение изделия подразумевает его накрытие теплоизолирующим слоем (например, асбестовыми листами, а также засыпкой сухого песка, шлака, древесного угля) или охлаждение изделия вместе с нагревательным устройством. Большие детали остывают долго: от 3 до 5 суток.

Горячая ручная дуговая сварка чугуна использует плавящиеся электроды со стержнями из чугуна, обычно это марки А или Б, кроме того нередко применяются угольные электроды. Горячая сварка протекает непрерывно при большом токе вплоть до окончания заварки дефекта. Держатель электрода снабжается щитком для защиты рук от теплового излучения. Сварка угольными электродами (диаметр которых равен 8–20 мм) выполняется на постоянном токе прямой полярности.

В результате горячей сварки чугуна в сварном шве образуется чугун, который практически не отличается от основного металла изделия (по свойствам: плотности, механике, обрабатываемости и т.п.). Однако такая сварка имеет и ряд недостатков:

- трудоемкость процесса (необходимость формовки места сварки, сложное обеспечение равномерного нагрева всего изделия);
- длительность и высокая стоимость процесса.

В целях предотвращения отбеливания чугуна обычно в наплавленный металл вводится большое количество графитизаторов, а также легирующих элементов. Так, сварочные электроды марки ЭМЧ характеризуются чугунным стержнем, имеющим повышенное содержание кремния (до 5,2%) и двухслойное покрытие, где 1й слой легирующий, а 2й предназначен для газовой и шлаковой защиты.

Благодаря холодной сварке электродами марки ЭМЧ на изделиях из чугуна со стенкой до 12 мм толщиной получают швы и околошовную зону без "брака", то есть без отбеленных и закаленных мест.

Сварка электродами марки ЭМЧ массивных изделий из чугуна требует предварительный подогрев изделия до T=400°С.

Электроды, созданные из никелевых чугунов, применяются для получения сварных швов с хорошей обрабатываемостью, но при этом повышается возможность образования на изделии горячих трещин. Потому сварка происходит в несколько слоев возвратно-поступательными перемещениями электрода.

Электроды марки ЭМЧС  создают условия для легирования через покрытие. Их стержень создан из низкоуглеродистой проволоки, а его покрытие имеет 3 слоя: легирующий, газо- и шлакообразующий, газозащитный. Если толщина свариваемого изделия колеблется в рамках от 8 до 10 мм, тогда для получения бездефектных сварных соединений используют технологию холодной сварки.  При большой толщине применяется горячая сварка.

Полуавтоматическая горячая, полугорячая и холодная сварка чугуна производятся с помощью порошковых проволок ПП-АНЧ-1, ПП-АНЧ-2, ПП-АНЧ-3 и др. В них содержится комплекс модифицирующих элементов, которые вводятся в шихту как лигатура на основе кремния.