>>Особенности и трудности при сварке алюминия

Особенности и трудности сварки алюминия, дефекты, возникающие в швах

Пористость при сварке алюминия

Алюминиевые термически упрочняемые сплавы склонны к образованию трещин в . Для уменьшения риска их возникновения необходимо уменьшить зону металла, нагреваемую до высоких температур (600-850°C). Для этого необходимо применить концентрированные источники тепла и такие режимы сварки, которые позволят вести её на повышенных скоростях. также позволяет увеличить глубину проплавления и снизить зону нагрева.

Несплавление в корне шва при сваривании алюминия

Несплавление в корне шва - это один из основных дефектов при сварке алюминия неплавящимся электродом. Этот сварочный дефект возникает в том случае, когда силы тока оказывается недостаточно для полного проплавления кромок из-за их сильного окисления при высокотемпературном нагреве.

Чтобы предотвратить несплавление, при сварке корневого шва рекомендуется применять удаляемую подкладку из меди или нержавеющей стали с формирующими канавками глубиной 0,6-1,2мм. Ширина подкладки зависит от свариваемой толщины и составляет 4-10мм.

Если нет возможности применить подкладку, то необходимо защитить корень шва от окисления поддувом инертного газа с обратной стороны, либо выполнить последующую подварку с обратной стороны.

Более полную информацию о дефектах сварных соединений, об их разновидностях и причинах появления вы можете узнать из .

Понятие разнородных сталей довольно однозначно обозначено в специализированной литературе. Таковой считают сталь, которая отличается на атомно-кристаллическом уровне. Она имеет определенную решетку и относится к различным классам по структуре. Это сталь с типовой решеткой, но принадлежащая к отличным группам по виду, степени легирования: высоко- и низколегированные. Высоколегированная сталь состоит из дорогих, зачастую редких элементов. Это вызывает необходимость экономить.

Технология сварки

Одним из центральных решений проблемы экономии высоколегированных материалов является возможность изготовления деталей и механизмов путем комбинирования, то есть сварка разнородных сталей. Это становится возможным благодаря тому, что, как правило, в процессе эксплуатации работает не все изделие, а только отдельные его элементы или части. Большая же часть не подвергается взаимодействию и окружена стандартными условиями. Поэтому она без риска может изготавливаться из средне- и низколегированной стали.

Для создания комбинированных конструкций из разнородных металлов необходимо соединять друг с другом их отдельные составные части. Если изделие будет работать в неблагоприятной среде и/или при высокой температуре, то соединение просто необходимо выполнять с помощью сварки.

В таких случаях приходится варить между собой разнородные стали, которые разительно отличаются по физико-химическим свойствам. Но это различие редко позволяет создать качественное, работающее при особых условиях сварочное соединение. Такой вопрос оказался настолько трудным для поиска решений, что образовал отдельную проблему – сварка разнородных металлов.

Главной проблемой такой сварки является то, что во время получения и эксплуатации сварочного шва в нем зачастую появляются трещинки. Они обнаруживаются, как правило, на грани или посредине сплавления.

Следующей, но немаловажной составляющей, обуславливающей проблемность сварки разнородных металлов, является то, что при сплавлении нередко протекает замена структуры с появлением прослоек. Это существенно усложняет технологию сварки. Ведь с заменой структуры, если она достаточно сильная, снижаются такие характеристики, как долговечность и пластика.

Итоги неутешительны: досрочное, в худших ситуациях экстренно-аварийное разрушение детали/механизма. Видоизменение структуры, когда выполняется сварка самих разнородных сталей, положено называть неоднородностью структуры. Те же соединения, в коих структура составляющих неизменна ниже грани сплавления, получаются довольно технологичными и верно служат в предназначенных для них условиях.

Отличие хороших огнестойких соединений заключается в структурно-однородной зоне сплавления в независимости от того, различны ли соединяемые материалы по структуре.

Проблемы и трудности при сварке

Проблема появления неоднородной структуры присуща не одним соединениям из разнородных сталей. Она существует и в работе с биметаллом, соединениями неаустенитной стали с аустенитными швами, при сплавлении высоколегированной наплавки со средними или низкими по легированию сталями. Поэтому вышеперечисленные варианты также относятся к соединениям из разнородных сталей.

Большое затруднение при таком виде сварки вызвано тем, что в большем количестве случаев металлы оказываются различны по цифре коэффициента линейного расширения. Поэтому соединения такой стали не теряют напряженности даже тогда, когда подвергаются термообработке.

Кроме того, в таких соединениях после обработки или работы при больших температурах, ввиду указанного различия, наблюдается внезапное изменение напряжения, зачастую с изменением знака. Это лишь усугубляет состояние слабого участка, увеличивая напряжение зоны сплавления. В связи с этим сварочные соединения разнородных сталей подвергают термообработке довольно редко.

Указанные проблемы и трудности в большей мере обусловили то, как выполненяется технология сварки неоднородных металлов. А заключается она в предупреждении появления трещин именно в материале швов и полностью исключает замену структурного и химического составляющих металлов в месте сплавления. Это минимизирует появление неоднородности структуры, делает составы с похожими коэффициентами расширения металлов.

Нюансы образования трещин

Трещины при сварных работах возникают с образованием мартенситной структуры.

Дуговая сварка угольным электродом стальной алитированной пластины с алюминиевой: а - схема однопроходной сварки, б - однопроходная сварка при толщине пластин до 6 мм, в - многопроходная сварка при толщине пластин 12 мм, 1 и 11 - первый и второй проходы, III и IV - третий и четвертый проходы (подварка с обратной стороны), I - алитированная поверхность стальной пластины, 2 - формующий брусок, 3 - сварной шов, 4 - присадка, 5 - электрод, 6 - формующая подкладка.

Она значительно снижает пластичность металлов. Швы с этой структурной сеткой бывают при излишнем разведении высоколегированного металла добавлением в него менее легированного. Это случается при значительном проплавлении свариваемого металла.

Швы с непластичной структурной сеткой возникают и при сплавлении металлов, значительно отличных по основным химическим составляющим. В этих случаях часто образование переходных слоев. Если ширина этого слоя увеличивается до установленной цифры, образование трещинок у грани сплава практически неизбежно.

Развитие науки и технологии, опыт, хоть и порой отрицательный, позволили собрать много знаний о порядке образования и природе трещин в металле шва. Поэтому в настоящее время практическое исключение их появлений не вызывает у специалистов больших затруднений.

Намного труднее оказалось решение вопроса с возникновением неоднородной структурной сети в месте сплавления неоднородных сталей. Состав данных структурно-сетевых неоднородностей хорошо изучен. Он состоит из богатой углеродом прослойки со стороны легированной стали и обратной по свойствам, с менее легированной. Образование происходит за счет перемещения углерода.

Неоднородность структуры, ее образование, степень распространения – все это определено условиями, благоприятствующими переходу углерода из менее в более легированный материал. Главными среди перечисленного выделяют:

подогревание соединения до температур, усиливающих переход углерода;
химический состав сплавов;
время содержания соединения при указанных температурах;
нахождение в сплавах углеродов других элементов.

После сварочных работ с соединением однослойным швом в зоне сплавления не фиксируется распределение углерода, который характеризует неоднородность. В этих образованиях проблема не возникает и тогда, когда используется обыкновенная углеродистая сталь, не содержащая частиц, составляющих углерод в устойчивые карбиды.

Проблема неоднородности структур в месте сплава разнородных сталей появляется при нагревании состава до 350° С. Но это только начальные стадии.

Пик активного распространения замечен при t от 500° С. Наибольшая возможность распространения неоднородности зафиксирована в температурных границах 600-800°. До достижения порога в 350° возникновение неоднородности не происходит даже при сплавлении сбоку менее легированного металла, стандартной низкоуглеродной стали.

Протяженность выдержки увеличивает неоднородность, но не настолько кардинально, как разница температуры, ее повышение. В то же время постепенное увеличение длительности выдержки снижает скорость образования неоднородности. Это ярко выражено в минусовой температуре, менее 600°. Однако нагрев больше 600° ощутимо развивает неоднородность, даже при минутных выдержках.

С учетом сказанного получается, что температурная обработка сварных соединений неоднородных металлов крайне неблагоприятна из-за риска появления в местах сплавления неоднородности структуры. При отсутствии в металлах карбидообразующих составляющих проявление неоднородности не просматривается даже при сплаве со стандартной углеродистой сталью.

При наличии указанных составляющих неоднородность появляется даже тогда, когда меньше легированного металла, железа. Также ее образование замечено там, где высоколегированный материал вмещает углерода более, чем просто легированный. Это значение должно превышаться в 5-10 раз. Объяснение этому таково: важно не суммарное число углерода, а отличие его термодинамической активности определенной численностью частиц в уже твердом растворе.

Воздействие углеродных составляющих на неоднородность структуры в месте сплавления разнородных металлов зависима от типа и содержания составляющих. При этом более определяющим является именно тип, а не численность.

Насыщенность элемента увеличивается при приближении родства с углеродом и присутствует только при выражении насыщенности карбидообразующего элемента в атомных процентах, но не в процентах по массе. Потому в передвижении углерода играет роль не обобщенное число частиц, а их свободное количество. Изменение такого показателя, как число карбидообразующего составляющего, неравномерно отображается на увеличении неоднородности.

Основные группы соединений

Проанализировав сказанное, все сварные соединения (далее СС) неоднородных сталей было принято расформировать на группы:

t до 350°. В роли меньше легированной стали – низкоуглеродистая сталь, t использования – до указанной границы.
Допустимая t – 350-450°. Фигурируют качественные углеродистые и обычные, низколегированные стали.
Допустимая t – 450-550°. Низко- или среднелегированные хромомолибденовые стали.
t свыше 550°. Низко- или среднелегированные хромомолибденованадиевые стали.

Сварка материалов одного структурного класса

При пользовании сталями перлитных классов применяются сварочные материалы, рекомендованные для меньше легированной стали. В этих случаях схема сварки и максимальная t нагрева назначаются согласно свойствам наиболее легированной стали.

Когда соединения выполняются между высоко хромистыми, ферритными, ферритно-аустенитными, мартенситными сталями, то чтобы предотвратить появление ломких прослоек и непрочного металла шва, материал для сварки обязан быть из ферритно-аустенитного класса. При таком выполнении формируется шов с наиболее мелкой структурной сеткой, чем если бы использовался ферритный сварочный материал. Применяются подогрев и высокий отпуск, порядка 700-750° С.

При работе с указанными сталями различного легирования выгоднее отдать предпочтение материалам из соотношения Cr/Ni. Если это отношение в сталях более 1, то используются аустенитно-ферритные материалы. Это минимизирует появление горячих трещин в теле шва. Если же отношение Cr/Ni менее 1, то сварочные средства обязаны обеспечивать аустенитную и аустенитно-карбидную структурность шва.

Сварка материалов разных структурных классов

При необходимости объединения перлитной стали с высокохромистой мартенситной, ферритной, аустенитно-ферритной нередко возникновение холодных трещин, а также нежелательных прослоек в месте сплавления.

Такие соединения обычно выполняют с применением перлитных электродов для ручной сварки или проволоки при сварке под флюсом. Это позволяет добиться получения шовного металла с низким присутствием хрома, обеспечив тем самым необходимую долговечность и пластику шва и слоев. назначается аналогичной к высоколегированной стали.

Зачастую на практике сплавы из перлитных, мартенситных, ферритных сталей с аустенитными температурной обработке не подвергаются. Это ведет к понижению эксплуатационных возможностей. Отпуск находит применение в редких случаях, и его температура приближена к минимальной, для избегания появления прослоек.

В заключение следует заметить, что во всех остальных моментах технология сварки разнородных сталей ничем не отличается от сварки других видов металла.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Проблемы при сварке алюминия часто становятся больной темой для неопытных сварщиков. Чтобы в ваших алюминиевых сварных швах не появлялись дефекты, первым делом узнайте, как предотвратить их появление – и примите превентивные меры.

Быстрое и эффективное устранение проблем в ваших сварочных работах может сослужить вам хорошую службу в минимизации простоев и излишних затрат. Однако еще более полезно – узнать, как с самого начала предотвратить эти проблемы, независимо от того, какой материал вы используете при сварке.

Сварка алюминия предполагает решение специфических задач. Обладая низкой температурой плавления и высокой теплопроводностью, алюминий к тому же особо склонен к прожёгу на тонких участках металла, в то время как на толстых участках может наблюдаться непровар. Серьезной проблемой также являются дефекты сварки алюминия, такие как трещины, нагар и копоть, пористость в сварных швах.

Тем не менее, коррозионная стойкость алюминия, высокое отношение предела прочности к весу в сочетании с высокой электропроводностью делают его отличным материалом для многих областей применения – от аэрокосмической промышленности до теплообменников, изготовления прицепов и, в последнее время, автомобильных кузовных панелей и рам.

Во избежание негативных воздействий на производительность и качество сварки, важно понять причины дефектов сварки алюминия, принять меры для их предотвращения и найти способы быстрого устранения оплошностей, если таковые возникают. Вот ответы на некоторые распространенные вопросы, которые помогут вам разрешить проблемы при сварке алюминия, возникающие на производстве.

Проблемы при сварке алюминия - причина появления шовных трещин

Горячее растрескивание и растрескивание под действием напряжения может произойти при автоматической дуговой сварке в среде инертного газа плавящимся электродом (GMAW) и неплавящимся электродом (GTAW). При наличии любого вида трещин, даже маленьких, сварной шов не отвечает требованиям стандартов и, в конечном счете, может разрушиться. Горячее растрескивание – это преимущественно химическое явление, в то время как растрескивание под напряжением – следствие механических нагрузок.

Существует три основных фактора, повышающих вероятность образования горячих трещин при сварке алюминия. Первый фактор – чувствительность основного металла к растрескиванию. К примеру, некоторые сплавы, такие как серия 6000, более склонны к растрескиванию, чем другие. Второй фактор – это присадочный металл, который вы используете. Третьим фактором является конструкция сварного соединения – некоторые конструкции ограничивают добавление присадочного металла.

Растрескивание под действием напряжения может произойти, когда сварной шов на алюминии охлаждается, и во время затвердевания присутствует чрезмерное напряжение усадки. Это может быть связано с вогнутым профилем наплавленного валика, слишком медленной скоростью перемещения электрода, жёстким защемлением свариваемых элементов или оседанием металла в конце сварного шва (кратерная трещина).

Как предотвратить появление трещин?

Проблемы при сварке алюминия в виде горячего растрескивания в некоторых случаях можно легко решить. Для этого достаточно выбрать присадочный металл, химические свойства которого обуславливают более низкую чувствительность к растрескиванию при сварке. Каждый присадочный металл на основе алюминия имеет классификацию по стандарту AWS (Американское общество сварщиков), которая соответствует его регистрационному номеру Ассоциации производителей алюминия, а вместе они определяют химические свойства конкретного сплава.

Всегда обращайтесь к проверенным руководствам по выбору присадочного материала, поскольку не все присадочные материалы на основе алюминия подходят для каждого основного металла из алюминиевого сплава. Некоторые руководства по присадочным материалам дают рекомендации, непосредственно касающиеся ряда сварочных характеристик, таких как склонность к растрескиванию, прочность, пластичность, коррозионная стойкость, высокотемпературная прочность, сочетание оттенков цветов после анодирования, термообработка шва после сварки и ударная вязкость. Если вас беспокоит возможность растрескивания, выберите присадочный материал с самым высоким рейтингом в категории растрескивания.

Помимо этого, используйте такую конструкцию сварного соединения, которая может предотвратить образование горячих трещин. Например, хорошо использовать сварное соединение со скошенными кромками, так как эта конструкция позволяет добавить больше присадочного металла, что приводит к большему разбавлению основного металла и, как следствие, уменьшает его склонность к растрескиванию.

Растрескивание под напряжением можно предотвратить использованием присадочного металла, содержащего кремний. Этот тип присадочного металла снижает усадочные напряжения, когда это возможно, особенно в трещиноопасных зонах, таких как начало и конец сварного шва (или кратеры). Также используйте функцию автоматического заполнения кратера или другие надежные методы заполнения кратера. Увеличение скорости движения электрода также уменьшает вероятность появления трещин в алюминии путем сужения зоны термического влияния (ЗТВ) и снижения количества расплавленного основного металла.

Еще один вариант борьбы с растрескиванием – предварительный подогрев. Он сводит к минимуму уровень остаточных напряжений в основном металле при сварке и после нее. Внимательный контроль количества подводимой теплоты имеет ключевое значение в этом деле. Для некоторых сплавов излишний подогрев может неприемлемо снизить предел прочности на растяжение основного металла.

Как лучше всего избежать прожёга и непровара

Использование импульсной GMAW-сварки – хорошая защита от прожёга алюминия толщиной 1/8 дюйма или тоньше. При этом способе сварки источники питания работают, переключаясь между высоким пиковым током и низким базовым током. В фазе пикового тока от алюминиевой проволоки отрывается капля и движется к сварному соединению, в то время как в фазе низкого базового тока дуга остается стабильной, и перенос металла отсутствует. Сочетание высокого пикового и низкого базового токов снижает подвод теплоты. Таким образом предотвращается прожёг, а образование брызг будет минимальным или нулевым.

Проблемы при сварке алюминия значительной толщины весьма часто возникают из-за слабой силы тока. Поэтому учитывайте такие моменты во время работы. Обязательно установите достаточно высокую силу тока, это поможет полноценно проварить соединение. Хороший практический метод – использовать 250А для сварки материала толщиной 1/4 дюйма и 350А для сварки материала толщиной 1/2 дюйма. В некоторых случаях есть смысл добавить гелий в защитную газовую смесь, чтобы обеспечить более горячую дугу с лучшим проваром шва на более толстых участках. Для процесса GMAW-сварки хорошо использовать смесь 75% гелия с 25% аргона. При GTAW-сварке толстых участков алюминия используйте смесь 25% гелия и 75% аргона, чтобы улучшить провар.

Почему на сварном шве появились цвета побежалости?

Цвета побежалости и сажа появляются, если на основном металле и сварном шве скопились оксиды алюминия или магния. Это явление наиболее распространено при GMAW-сварке, поскольку при прохождении сварочной проволоки через дугу и плавлении некоторая её часть нагревается до температуры парообразования и конденсируется на более холодном основном металле, который недостаточно защищен средой инертного газа.

Выбор подходящего присадочного металла – к примеру, из алюминиевого сплава серии 4000, который практически не содержит магния (по сравнению с 5000 серией алюминиевой присадки, которая содержит около 5% магния) – снижает вероятность того, что материал проволоки испарится в дуге и конденсируется на сварном шве в виде сажи.

Уменьшение расстояния от контактного наконечника до свариваемого изделия (CTWD), правильный угол наклона сварочного пистолета и скорость истечения защитного газа также препятствуют появлению цветов побежалости. Используйте сварку углом назад, которая помогает совершать очищающие движения от дуги в передней части сварного шва с целью удаления сажи. Увеличение размера сопла пистолета для GMAW-сварки или горелки для GTAW-сварки способствует защите дуги от сквозняков, из-за которых в зону сварки может попасть кислород. Всегда держите сопло чистым от брызг, чтобы обеспечить постоянный поток газа для защиты сварочной ванны.

Как устранить пористость?

Пористость – это общая неоднородность, формирующаяся главным образом из-за того, что водород попадает в сварочную ванну во время плавления и остается внутри сварного шва после его затвердения. Вы можете сделать несколько вещей, чтобы её предотвратить. Во-первых, убедитесь, что основной металл и присадочный метал чистые и сухие. Перед сваркой протрите алюминий с помощью растворителя и чистой тряпки, чтобы удалить всю краску, масло, жир либо смазочные материалы, которые могут привести к попаданию углеводородов в сварной шов. Затем почистите сварное соединение щеткой из нержавеющей стали, предназначенной для этой работы. Если основной металл из алюминиевого сплава хранился в прохладном месте, позвольте ему прогреться при температуре цеха в течение 24 часов. Это предотвращает образование конденсата на алюминии.

Хранение неупакованного присадочного металла в обогреваемом шкафу или помещении также снижает риск возникновения пористости. Это позволяет избежать условий точки росы и сводит к минимуму вероятность образования гидроксида на поверхности проволоки для GMAW-сварки или прутков для GTAW-сварки.

Заказывать присадочные металлы следует у проверенных производителей. Это связано с тем, что такие компании, как правило, тщательно очищают проволоку и прутки от вредных оксидов для GTAW-сварки, а также соблюдают все процедуры, необходимые для минимизации водородосодержащих осадочных соединений.

И, наконец, рассмотрите возможность приобретения защитного газа с низкой точкой росы. Такие действия помогут предотвратить пористость шва. Соблюдайте все рекомендованные сварочные процедуры, касающиеся расхода защитного газа и цикла продувки.

Как и для любого метода сварки любых материалов, необходимо выполнить ряд рекомендаций, чтобы получить хороший результат. Механические и химические свойства алюминия таковы, что его сварка может оказаться непростой задачей. Всегда используйте самые эффективные методы очистки и хранения материалов и присадки, тщательно выбирайте правильное оборудование. Ведь проблемы при сварке алюминия всегда легче упредить, чем решать их постфактум.

Во многих отраслях нашего многогранного народного хозяйства применяются различные виды чугуна — серый, высокопрочный и ковкий. Используются они в строительных конструкциях, для изготовления ответственных деталей, которые применяются в машино-, авиа-, самолетостроении, железнодорожном транспорте, при изготовлении изделий и деталей сантехники и т.д.

Отличительная особенность этого материала заключается в высоком отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение и его хорошие антифрикционные свойства. Эти качества выделили чугун при изготовлении конструкций и деталей в особую категорию. Как и любые изделия, чугунные, в процессе эксплуатации могут выйти из строя или у них может износиться поверхность. Чаще всего возникает такой дефект, как трещины. И одним из методов восстановления работоспособности изделия являются сварка чугуна и его наплавка. Также с помощью сварки устраняют дефекты при производстве отливок из чугуна.

Чугуном называют сплав, состоящий их железа, углерода и других элементов, которые имеются в его составе или специально вводятся туда для придания ему тех или иных свойств, при этом количество углерода в нем может быть от 2,14 до 6,67%. Свойства чугуна зависят от следующих факторов:

структуры металлической основы;
включений графита – его количества, величины, формы и характера распределения.

Для придания жаростойкости, износостойкости, кислотостойкости и других особых свойств, при производстве чугуна в него вводят специальные добавки – никель, хром, молибден, алюминий, медь, титан и т.д., которые при введении определенного их процента и делают свойства чугуна особыми. Такие чугуны называются легированными.

Основные трудности при сварке чугуна

К ним относятся:

высокое содержание углерода (чем выше, тем хуже сваривается);
высокая жидкотекучесть;
возможность образования в процессе сварки тугоплавких окислов (их температура плавления гораздо выше температуры плавления самого чугуна);
склонность к появлению трещин (из-за неоднородности металла), пор (из-за выгорания в процессе сварки углерода).

Все это негативно сказывается на свариваемости и чугун справедливо считают материалом, который плохо поддается сварке. Особенно когда сварку производят дома и нет возможности узнать, какой же марки чугун сваривается. Многие судят о свариваемости чугунного изделия по его излому.

Если излом черный или темно-серый, то придется поднатужиться, чтобы восстановить первоначальные его свойства или вообще не заниматься сварочными работами, не имея специальных электродов и не зная тонкостей технологии.

Основные виды сварки

Специалисты используют 2 вида сварки чугуна – холодный способ и горячий. При холодной сварке необходимо применение электродов, специально предназначенных для сварки чугуна.

Можно сваривать чугунные изделия в холодном состоянии (без подогрева) с применением стальных электродов, изготовленных из низкоуглеродистой стали, но это требует больших усилий от сварщика и понимания им процессов, которые происходят в зоне сварки. Обусловлено этой свойствами чугуна. Металл после окончания сварки быстро охлаждается и это приводит к его хрупкости, что может вызвать появление трещин.

Кроме того, между швом и основным металлом образуется отбеленный чугун, а за ним следует закаленный, что может вызвать появление пор, которые являются недопустимыми дефектами.

При сварке холодным способом еще используют электроды, изготовленные из аустенитного чугуна и из цветных металлов.

Электроды изготовляют из прутков круглой формы, выполненных методом литья, марка применяемого чугуна при этом А или Б. Их диаметр лежит в пределах 4 ÷ 12 мм, при этом прутки Ø 4 мм имеют длину 250 мм, Ø 6 мм – 350, остальные имеют длину 450 мм. Прутки из чугуна марки А применяются при проведении газосварочных работ и являются материалом для изготовления стержней электродов, применяемых при сварке чугунных изделий горячим способом. Прутки марки Б помимо сварки чугуна в горячем состоянии, могут применяться для изготовления стержней электродов, которые используются при проведении сварки полугорячим и холодным способами.

Сваривать такими электродами можно только в одном положении — нижнем. Сила тока зависит от Ø электрода и находится в пределах 270 ÷ 650 А.
Из электродов, изготовленных из цветных металлов, при сварке чугуна используют медные электроды, изготовленные из монель-металла и из никелевого чугуна, имеющего аустенитную структуру.

Медные электроды рекомендуется применять для сварки изделий, которые должны иметь плотные швы и работающих при незначительных статических нагрузках. Их изготавливают из стержней меди Ø 3 ÷ 6 мм, обернутых стальной проволокой или лентой, имеющих низкое содержание углерода. На стержень наносят специальное покрытие — меловое или состоящее из сложного состава.

Такого же диаметра и длины изготавливают стержни из монель-металла (медно-никелевые) и никелевого аустенитного чугуна.Сварка может выполняться как на постоянном токе, так и на переменном.

Отбеливание чугуна и появление закалочных структур можно избежать, применив более продуктивный вид сварки – горячую. В зависимости от температуры предварительного подогрева изделия перед сваркой, различают следующие виды горячей сварки:

теплую (не более 200 0С);
полугорячую (нагрев в районе 300 ÷ 400 0С);
горячую (500 ÷ 600 0С).

В любом случае температура предварительного подогрева не должна превышать 650 0С, чтобы избежать структурных превращений в самой структуре чугуна.

(1-деталь, 2-формовка, 3-графитовые пластины)
A - несквозной раковины
B - облицовка графитовыми пластинами
C - недолива кромки

Этапы процесса проведения горячей сварки следующие:

подготовка изделия к сварке;
прогрев до необходимой температуры (в горне, муфельной печи, нагревательном колодце и т.д.);
сборку (с применением струбцин или прихваток) и установку изделия под сварку;
собственно сам процесс сваривания;
охлаждение (медленное).

Все виды горячих способов сварки требуют медленного охлаждения изделия или конструкции после проведения сварочных работ. Это позволит избежать нежелательного отбеливания чугуна, что делает его хрупким. Чаще всего изделие сразу после сварки отправляют в печь и там охлаждают, выключив печь. Иногда такое охлаждение может происходить сутками — зависит от габаритов изделия. В домашних условиях пользуются специальными средствами, которые защитят изделие от быстрого остывания (теплосберегающий материал, например, асбест, шлак, сухой кварцевый песок, древесный уголь).

Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Иногда сварку проводят переменным током, но только в том случае, если длина кабелей от сварочного трансформатора не большая, а напряжение холостого хода более 70 В.

Подготовка к сварке

Место, где будет производиться сварка, должно быть тщательно очищено от загрязнений, масел и других включений. Достигается это с помощью щетки, напильника, наждачной бумаги или болгарки. Масло удаляют с помощью растворителей (бензин, керосин и т.д.) или выжиганием пламенем газовой горелки. В зависимости от толщины свариваемых деталей делают одностороннюю, двухстороннюю, V- и Х-образную разделку кромок (под 90 0).

Разделку обязательно делают при толщине чугунного изделия свыше 20 мм, но иногда разделку кромок выполняют у деталей, толщина которых 4 мм им выше. Концы трещин, при их наличии, обязательно засверливают. Чтобы выявить концы трещин применяют травление слабыми растворами соляной или азотной кислоты (2 ÷ 6%).

В более сложных случаях, когда варят ответственные изделия, тяжелые и громоздкие, к которым предъявляются требования по прочности, используют болты или шпильки, которые ввертывают в подготовленные кромки обязательно в шахматном порядке. При этом диаметр шпилек (болта) не должен превышать 0,4 толщины детали, подвергающейся сварке. Шпильки (болты) должны обязательно вкручиваться так, чтобы выступать над поверхностью детали (не более 1,2 Ø шпильки или болта.) Изделия вкручиваются не только в местах разделки кромок, но и с каждой стороны детали (в один ряд). Между шпильками (болтами) расстояние тоже оговаривается и оно не должно превышать не 6 Ø шпилек.

Сварка чугуна с применением стальных шпилек
A — установка шпилек при V-образной подготовке кромок
B — обварка шпилек

Сварка далее проводится следующим образом. Каждая шпилька обваривается стальным электродом Ø 3 мм кольцевыми швами. Сварка ведется на малых токах и вразброс, во избежание перегрева. Затем вся поверхность все теми же кольцевыми швами покрывается слоем наплавленного металла толщиной, которая не должна превышать толщину чугуна.

Так как чугун обладает высокой жидкотекучестью, то для придания металлу нужной формы производят в некоторых случаях, формовку места сварки. Для этого пользуются графитовыми пластинками, скрепленными специальной формовочной массой, состоящей из кварцевого песка с жидким стеклом. Могут использоваться огнеупоры или другие аналогичные материалы. На производстве это определяется в нормативной документации. Для формовки могут применяться формовочные материалы, которые используются в литейном производстве.

Особенности сварки стальными электродами

Стальные низкоуглеродистые электроды применяются для сварки чугуна в виду их дешевизны и доступности. Ими допускается сваривать изделия неответственных деталей и при небольших дефектах. Но чтобы ими качественно варить, необходимо первый плакирующий слой в разделке выполнять электродами марки ЦЧ-4.

Применяя обычные электроды марки АНО-4, УОНИИ 13/45 и др. марок наиболее часто используемых при сварке электродов, используют еще и медную проволоку. Она наматывается прямо на электрод, при этом ее масса должна превосходить саму массу электрода в 4 ÷ 5 раз или она используется в качестве присадочного прутка.

Технология сварки чугунными электродами

Сейчас свободно можно приобрести специальные электроды по чугуну, выпускаемые различными производителями. В основном они изготовлены на основе железа, никеля, меди и представляют собой стержни из металла, покрытые тонким слоем обмазки. Выпускаются, как правило, по техническим условиям предприятия-изготовителя.

В состав обмазки входит железный порошок. К ним относятся электроды по чугуну марки ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, ОЗЧ-6, ОЗЖН-1, ОЗЖН-2, МНЧ-2. Диаметр выпускаемых электродов лежит в пределах 2 ÷ 20 мм, а длина их – 300, 350 и 450 мм. Все они имеют отличительную характеристику – с их помощью хорошо формируется сварочный шов. Многие из этих марок допускают соединение деталей внахлестку, встык, а также выполнять угловые соединения.

Величина сварочного тока находится в прямой зависимости от Ø электрода и лежит в пределах 50 ÷ 600 А. Обычно сварочный ток выбирают в районе 50 ÷ 90 А на 1 мм Ø электрода. Сварку ведут небольшими валиками (не более 50 мм) с их последующим охлаждением до температуры 50 0С. В процессе сварки швы в обязательном порядке проковываются молотком, вес которого не должен превышать 1,2 кг. У молотка должен быть боек закругленого типа. И надо помнить следующее, что первый и последний слой в многослойной сварке не подлежат проковке, т.к. это может привести к появлению трещин.

Иногда сварку производят с помощью заплат. Для этого применяют вставки, изготовленные их чугуна или стали. Таким способом обычно заделывают пробоины в чугунной конструкции. Электроды при этом должны быть марки ОЗЧ-6.

Сварка чугуна неплавящимися электродами

Изделия из чугуна можно сваривать неплавящимися электродами (угольным, графитовым, вольфрамовым), но обязательно используя присадочный пруток — стержни или прутки из чугуна, содержащие такие металлы как никель, медь, алюминий и другие.

Зону шва в процессе сварки от вредного воздействия воздуха защищают с помощью флюса (буры) или инертного газа (аргона). Чаще всего используется такой вид сварки как сварка переменным током в среде аргона вольфрамовым электродом с применением никелевых прутков.

Особенности сварки чугуна аргоном

Сварка чугуна полуавтоматами с защитой газами (аргоном) позволяет получить швы высокого качества, особенно когда сварку производят инвертором. Обязательно проводится местный прогрев изделия до температуры не менее 300 0С. В качестве присадочного материала используются прутки, изготовленные из никеля. Иногда пользуются алюминиевобронзовыми прутками, но не для изделий, которые будут впоследствии подвергаться нагреву.

Более производительный вид сварки чугуна с помощью автоматов выполняется с применением порошковых проволок, специально разработанными специалистами для такой сварки. В них содержится полный комплекс специальных модифицирующих элементов. Они вводятся в виде лигатуры, основой которой является кремний. Каждая марка используется для проведения следующих работ:

ПП-АНЧ-1 - заваривания без предварительного подогрева небольших дефектов, при этом в дальнейшем поверхности не подвергаются механической обработке;
ПП-АНЧ-2 - заварки дефектов на изделиях большой толщины с предварительным подогревом и без него;
ПП-АНЧ-3 - заварки дефектов самых различных размеров с предварительным подогревом до высокой температуры (горячая сварка);
ПП-АНЧ-5 – ремонтной сварки изделий из высокопрочного чугуна с предварительным подогревом;
ППСВ-7 – заварки дефектов на отливках.

Газовая сварка чугуна

Применяется только для осуществления ремонтных работ. В качестве присадочного металла используют прутки, изготовленные из латуни. Это позволяет получить сварной шов необходимой плотности. Кроме того, такой шов хорошо поддается механической обработке.

Присадочным металлом служит сварочная проволока марки Св-08 и Св-08А, стержни из чугуна марки А. Непосредственно перед сваркой разделанные кромки детали прогревают, а затем засыпают из флюсом. Выбор наконечника горелки зависит от толщины свариваемых деталей. При толщине до 5 мм необходимо использовать наконечник № 3 или 4, от 5 до 10 мм — № 4 или 5, от 10 до 15 мм – № 5 или 6, а металл толщиной свыше 15 мм сваривают с помощью наконечника № 6 или 7. Расход ацетилена может колебаться от 50 до 75 л/ч на 1 мм толщины детали.

В процессе сварки сварочную ванну постоянно помешивают концом прутка и туда же периодически подсыпают флюс. Флюс может состоять на 100% из буры или быть многокомпонентным (сода, поташ, бура, поваренная соль и борная кислота в различных количествах). Эти же флюсы применяются и при пайке чугуна.

Номер наконечника горелки подбирается в зависимости от расхода ацетилена на 1 мм толщины свариваемой детали (50 ÷ 75 л/ч).

Хоть чугун относится к трудно поддающемуся сварке материалу, однако его ремонтируют повсеместно – на предприятиях, в маленьких мастерских, в домашнем хозяйстве. Главное знать, чем варить и как. Ремонт поврежденных изделий, заварка изделий литейного производства и даже создание литосварных конструкций и изделий из чугуна возможно и в домашних условиях при правильном подходе к решению проблемы. А это правильный выбор оборудования, сварочных материалов и технологии сварки. Тогда качество будет обеспечено.