Сварка чугуна

В последнее период благодаря бессчетным публикациям, посвященным конструированию самодельных сварочных трансформаторов и выпрямителей для ручной сварки, у самодельщиков возникла способность активнее применять электросварку (в быту, на приусадебном участке, в фермерском хозяйстве). Не считая данного, в продаже возникли большое количество малогабаритных источников питания сварочной дуги, при том как отечественных, так и иностранного изготовления.

Итак, допустим, что аппаратура у вас присутствует, навыки в зажигании сварочной дуги и поддержании ее устойчивого горения отработаны, приемы наложения сварных швов в всевозможных пространственных положениях освоены... Осталось найти, чем сваривать а и кроме того как сваривать? И если сварку большинства сталей в бытовых условиях выполнить довольно легко, и, самое важное, нужные сварочные электроды в настоящее момент всегда существуют в продаже, то со сваркой чугуна, являющегося наряду со сталью одним из главных конструкционных материалов в машиностроении, появляются препятствия.

Чугун — это железоуглеродистый сплав, в котором содержание углерода превышает 2,14%. Высокое содержание углерода в чугуне приводит к тому, что в отличие от сталей углерод в чугуне находится в свободном состоянии. Например, в наиболее широко распространенном сером чугуне углерод существует в виде включений графита (вспомним, что чугун мажется), обуславливающем его низкую пластичность, невысокую прочность и плохую свариваемость.

Сварщики-практики считают, что свариваемость чугуна в основном связана со строением структуры чугуна в изломе. Так, чугуны, имеющие мелкозернистый излом светло-серого цвета, свариваются легче, чем чугуны, у которых излом характеризуется крупнозернистой структурой и имеет темно-серый или, что еще хуже, черный цвет. Практически не поддаются сварке промасленные чугуны, а также чугуны, подвергавшиеся воздействию агрессивных сред.

Главная беда при сварке чугуна — низкое качество сваренного соединения, что связано с интенсивной закалкой металла в зоне сварного шва, то есть с повышением хрупкости металла в этой зоне.

В условиях производства электродуговую сварку чугуна осуществляют горячим методом, при котором производится предварительный нагрев свариваемых деталей до температуры 600-650°С. Существует и холодный метод, когда детали перед сваркой нагревают совсем не сильно (до температуры 150— 250°С) или вообще не нагревают.

В обычных условиях, когда специальное нагревательное оборудование отсутствует, а потребность в сварке чугунных деталей носит эпизодический характер, более подходящей является холодная сварка чугуна специальными электродами.

В промышленности широкое применение для сварки чугуна без нагрева нашли электроды ОЗЧ-2 с медным стержнем, покрытым специальным составом, и электроды МНЧ-2 со стержнем из сплава никеля, меди, железа и марганца (монельметалла). Металл, наплавленный электродами МНЧ-2, лучше поддается обработке резанием, однако эти электроды весьма дефицитны и дороги. Электроды марки ОЗЧ-2 дешевле, к тому же их сравнительно легко изготовить самостоятельно.

Как уже говорилось, электрод ОЗЧ-2 представляет из себя медный стержень с электродным покрытием, содержащим железный порошок — 50%, мрамор — 27%, плавиковый шпат — 7%, кварц — 4,5%, ферромарганец — 2,5%, ферротитан — 6%, ферросилиций — 2,5%, соду — 0,5% (по массе). Не надо пугаться большого числа компонентов, поскольку при изготовлении самодельных электродов можно воспользоваться готовым покрытием от широко распространенных электродов для сварки стали. Например, для сварки чугуна постоянным током подойдет покрытие электродов марки УОНИ-13/55 или ОЗС-2, а для сварки переменным током — покрытие электродов АНО-4 или АНО-5.

Порядок изготовления электродов для сварки чугуна следующий. Отрезки медной проволоки (медь марок М2, МЗ и др.) диаметром 3-5 мм и длиной около 450 мм непосредственно перед нанесением на них покрытия зачищают наждачной бумагой и обезжиривают каким-либо органическим растворителем. С соответствующих стальных сварочных электродов скалывают покрытие, измельчают его и смешивают в пропорции 1:1 (по массе) с железным порошком или мелкими стальными опилками. Затем все тщательно перемешивают с жидким стеклом (к сухой смеси компонентов добавляют около 30% водного раствора жидкого стекла, то есть силикатного клея). В полученную сметанообразную массу вертикально окунают подготовленные отрезки медной проволоки и медленно (желательно с постоянной скоростью) извлекают из обмазочной массы, дав стечь ее излишкам. Толщина слоя покрытия в этом случае должна составить 1,5-2 мм. Далее электроды сначала сушат на воздухе в вертикальном положении, а потом прокаливают при температуре 200-250°С, используя для этого, например, духовку кухонной плиты.

Сварку самодельными электродами ведут короткой дугой, причем при использовании постоянного тока — на обратной полярности ("+" на электроде). Обязательны перерывы в работе для охлаждения детали до температуры 50-60°С. Значение сварочного тока при диаметрах электрода 3-5 мм составляет 90-180 А. Для обеспечения качественной сварки шов накладывают короткими участками длиной по 30-50 мм и сразу после сварки проковывают (практика показала, что тщательная проковка металла предотвращает появление трещин в сварном шве).

Если нет времени или желания заниматься изготовлением электродов, неплохие результаты в бытовых условиях обеспечит сварка чугуна комбинированными медно-стальными электродами. Последние делают, навивая поверх электрода (с покрытием), предназначенного для варки стали (УОНИ 13/45, АНО-4 и др.), спираль из медной или латунной проволоки диаметром 1,5-2 мм (масса этой спирали должна быть примерно в 4-5 раз больше массы стального стержня используемого электрода).

При сварке комбинированным электродом, как и вообще при холодной сварке, нельзя допускать сильного разогрева свариваемых деталей, поэтому процесс ведут на минимально возможном сварочном токе короткими участками "вразброс" (с обязательной проковкой полученных швов молотком) и, конечно, с перерывами для остывания обрабатываемой детали.

Следует, наверное, сказать несколько слов и о газопламенной сварке чугуна. Ведь этот способ является одним из наиболее надежных, особенно при сварке серого чугуна, причем здесь можно обойтись без специальных сварочных материалов, хотя некоторое оборудование все-таки потребуется.

При газопламенной сварке легко осуществить более медленный и равномерный нагрев (или охлаждение) детали. В результате в металле сварного шва и на границах шва воздаются более благоприятные условия для графитизации углерода, уменьшается вероятность возникновения внутренних напряжений и появления трещин.



Однако газопламенную сварку обычно проводят с подогревом детали. Местный подогрев ведут пламенем горелки непосредственно перед сваркой, общий подогрев как и при горячем методе электродуговой сварки, выполняют в специальных печах. В качестве присадочного металла используют литые чугунные прутки. Сварку ведут нормальным или науглероживающим пламенем, применяя флюс из буры или смеси: буры — 56%, соды и поташа — по 22% . (по массе).

Хорошие результаты дает сварка-пайка чугуна газовым пламенем с применением прутка из латуни, у которой температура плавления ниже, чем у чугуна. Процесс осуществляют с применением флюса из буры или смеси буры и борной кислоты (взятых в равных количествах).

Кромки трещины, разделанные под угол 70-80°, нагревают до температуры 850-900 °С (цвет светло-красного каления), посыпают флюсом и с помощью латунного прутка облуживают кромки. После этого всю разделку заполняют латунью, не расплавляя чугуна.

Учтите, перед началом сварки (независимо от способа сварки) всегда выполняют подготовку (скашивание) кромок соединяемых деталей или разделку дефектных мест.

Скашивают кромки вручную слесарным зубилом или переносным наждачным кругом с гибким валом. Во избежание отколов чугун срубают тонкими слоями, так что толщина стружки не должна превышать 0,8-1 мм.

Разделку дефектных мест до чистого металла производят с помощью зубил, сверл, шаберов, шарошек, размеры которых зависят от размеров и характера дефекта, формы детали и необходимости создания удобных условий для работы.


При разделке дефектных мест на чугунных деталях надо руководствоваться следующими правилами:

• разделку ведут строго по трещине;

• несквозные трещины на расстоянии 8-10 мм от их концов засверливают сверлом диаметром на 1-2 мм большим ширины трещины и вырубают их до сплошного металла;

• сквозные трещины разделывают (в зависимости от толщины металла и удобства выполнения разделки и сварки) с одной или двух сторон (V-образ-ная и Х-образная разделки). Места окончания трещин также предварительно засверливают;

• на трещины, расположенные близко друг к другу, обычно наваривают заплату, как на пробоину.

При заварочном ремонте пробоины ее края выравнивают, срубая зубилом остроугольные выступы. Поверхность детали на расстоянии 25-30 мм от краев пробоины зачищают наждачным кругом. Затем вырезают необходимой формы и толщины заплату из листовой низкоуглеродистой стали (заплата должна перекрывать пробоину на 15-20 мм со всех сторон).

Для уменьшения напряжений, возникающих в материале при сварке, у заплаты отбортовывают края на угол 20-30°.


Заплату укладывают на ремонтируемую деталь отбортовкой к чугуну и приваривают внахлестку.

Изношенные резьбовые отверстия реставрируют, устанавливая на их место резьбовые пробки, изготовленные из того же материала, что и сама деталь. Для этого изношенное отверстие рассверливают сверлом большого диаметра, нарезают в нем резьбу и ввертывают в новую резьбу специально изготовленную для этого резьбовую пробку. Затем пробку обваривают по торцу кольцевым швом, сверлят в ней нужное отверстие и нарезают в ней "родную" резьбу.

Если установить резьбовую пробку в изношенное отверстие не удается, необходимо, разделав кромки отверстия, заплавить его заподлицо с поверхностью детали, поле чего просверлить в детали новое отверстие и нарезать нужную резьбу.

И, конечно, в наплавленном металле не должно быть сквозных трещин, пор, непроваров или прожогов. Обнаруженные дефектные участки удаляют механическим путем и вновь заваривают с соблюдением всех вышеперечисленных рекомендаций.