Как сваривать чугун со сталью

Сварка чугуна со сталью Сварка чугуна

Сварка чугуна со сталью применяется вынужденно, в основном для ремонта. При соблюдении технологии удается получить соединение с необходимой прочностью, позволяющее на какое-то время продлить эксплуатацию конструкции. При первой возможности поврежденные детали следует заменить.

Сваривать чугун со сталью
Сложность сварки чугуна и стали заключается в том, что структура у этих металлов разная.

Характеристики свариваемости металлов

Оба материала представляют собой сплав железа с углеродом. Различие состоит в количестве карбона:

  • сталь — до 2,14%;
  • чугун — от 2,14%.
С ростом содержания углерода свариваемость сплава ухудшается. Наиболее сложным в этом отношении является чугун.

Количество карбона в нем превышает порог растворимости, поэтому избыточный элемент выделяется в виде различных структур:

  1. В сером чугуне — чешуек.
  2. В ковком — дендритных образований, напоминающих снежинки.
  3. В сверхпрочном — шариков.

Каждая структура является разновидностью графита. При нагреве до +750°С и последующем резком охлаждении он превращается в цементит. Такой вид чугуна называют белым. Из-за внутренних напряжений он склонен к раскрытию трещин.

Характеристики металлов
Чугун представляет собой сплав железа с углеродом.

Трудносвариваемость чугуна объясняется следующим:

  1. Графитовые включения представляют собой концентраторы напряжения. Поэтому сплав плохо работает на растяжение. Нагрузки такого рода возникают при остывании шва, что приводит к появлению трещин.
  2. Под действием высокой температуры дуги углерод выгорает. Вследствие этого в шве возникают поры.
  3. Образуются окислы с более высокой температурой плавления, чем у основного материала.
  4. Жидкий чугун обладает высокой текучестью.

Стали по свариваемости делят на 4 категории. Наиболее надежно соединяются низкоуглеродистые марки, наименее — высоколегированные.

В чем сложность сварки чугуна и стали

Главная проблема заключается в трудносвариваемости чугуна. Кроме того, влияние оказывают различия в следующих параметрах:

  1. Температуре плавления. Для стали этот показатель составляет +1300…+1500°С, для чугуна — +1100…+1300°С. К моменту расплавления первого материала второй становится чрезмерно жидким. Поэтому приварить сталь к чугуну можно только в нижнем положении.
  2. Коэффициенте теплопроводности. Он равен 16 Вт/м*С у нержавеющей стали, 54 — у низкоуглеродистой и 80 — у чугуна. Материалы остывают с разной скоростью, в результате чего могут появляться трещины.
  3. Электропроводимости. Показатель зависит от характера распределения углерода. У стали он составляет 7-12% IACS, у чугуна — 2-3,45%. Разница влияет на положение дуги, искажает распределение плотности тока в ней.
  4. Пластичности.
Сложность сварки
Чугун и сталь имеют разную температуру плавления.

Коэффициенты температурного расширения у обоих материалов равны.

Из-за большого количества естественных препятствий следует уделить особое внимание устранению прочих негативных факторов. К ним относятся окисление наплавки, насыщение ее азотом (вызывает охрупчение материала) и водородом (является причиной пористости).

Какие технологии используются

Сварку материалов осуществляют несколькими способами. Выбор зависит от толщины заготовок, марки стали, имеющегося в наличии оборудования.

С плавящимися электродами

Такие расходники предназначены для ручной дуговой сварки. В процессе работы металл сердечника плавится и переносится в сварочную ванну.

С целью предотвращения контакта соединяемых материалов с азотом и кислородом атмосферного воздуха на стержни наносят обмазку. При сгорании она продуцирует облако газов, окружающее сварочную ванну. Для соединения чугуна и стали используют электрод с обмазкой основного типа. В отличие от других покрытий, содержащих органику, она не выделяет водород.

С плавящимися электродами
Плавящиеся электроды предназначены для ручной сварки.

Холодная сварка

По способу предварительной подготовки деталей различают 3 вида сварки:

  1. С нагревом до +600…+700°С (горячая технология). Небольшие заготовки помещают в печь целиком, у крупных кромку разогревают паяльной лампой. По достижении указанной температуры чугун излучает малиновое свечение.
  2. С нагревом до +200…+300°С (полугорячая).
  3. Без предварительного нагрева (холодная).

Первый метод позволяет получить самое надежное соединение. Предварительный нагрев уменьшает неравномерность распределения температур в массиве заготовки и этим снижает риск раскрытия трещин.

Более низкая температура (второй метод) допускается при большом количестве легирующих элементов в материале заготовок. Они повышают прочность и пластичность шва.

Холодная сварка наименее энергозатратна. Но соединение получается малонадежным. Данный метод допускается применять только в случае, если шов будет работать на сжатие.

При помощи аргонодуговой сварки

Данный способ предполагает использование тугоплавких электродов.

При помощи аргонодуговой сварки
Аргонодуговая сварка происходит в среде инертного газа.

Их делают из следующих материалов:

  1. Вольфрама.
  2. Прессованного графита искусственного происхождения.
  3. Электротехнического угля.

Неплавящийся расходник не имеет обмазки и не служит источником металла для сварочной ванны. Поэтому в рабочую зону подают:

  1. Защитный газ. В большинстве случаев это аргон, иногда его смешивают с углекислотой.
  2. Присадочный материал в виде проволоки или пластин. В первом варианте изделие может быть полым с содержанием внутри флюса.

Сварка чугуна со сталью электродом неплавящегося типа осуществляется одним из следующих способов:

  1. Полуавтоматическим. Сварщик одной рукой удерживает горелку, второй — подает присадочный материал.
  2. Автоматическим. Процесс сваривания обходится без участия человека.

Сопло для подачи защитного газа встроено в горелку. В него устанавливают тугоплавкий расходник.

Как выбирать электроды для стали и чугуна

Сплавы соединяют с помощью расходников следующих марок:

  1. ЦЧ-4. Имеет основное покрытие, прокалка ведется при температуре +160…+200°С в течение часа. Электрод используется для сварки с нагревом и без, наплавки, напайки, устранения дефектов на отливках. Параметры процесса: постоянный ток обратной полярности, нижнее пространственное положение шва. Коэффициент наплавки составляет 10 г/А*ч.
  2. ОЗЧ-2. Расходник с кислым покрытием, содержащим железный порошок. Благодаря этому обеспечивается высокая производительность: коэффициент наплавки составляет 13,5 г/А*ч. Дуга хорошо зажигается из-за содержания в покрытии легко ионизируемых компонентов. Обмазка кислого типа выделяет опасные для здоровья марганцовистые соединения, поэтому работы необходимо проводить в проветриваемом помещении. Параметры процесса: постоянный ток обратной полярности, пространственное положение шва — нижнее.
  3. МНЧ-2. Расходник с особым составом покрытия, разработанным специально для сварки чугуна. Коэффициент наплавки составляет 11,5 г/А*ч. Заготовки предварительно нагреваются до температуры в +600…+700°С.
  4. Ficast. Расходник зарубежного производства. Для сварки чугуна предлагается 3 варианта: NiFe (чисто никелевый), NiFe K (железно-никелевый) и NiFe B (с омеднением). Цветные металлы растворяют избыточный углерод и размягчают пришовную зону. В результате получается прочное пластичное соединение, способное работать на изгиб и кручение.
  5. 5 Zeller-855 и Zeller-866. Железно-никелевые изделия с графитовым покрытием. Обеспечивается хорошая газовая защита сварочной ванны. По характеристикам идентичны Ficast NiFe K. Модель 855 подходит для холодной сварки.
ЦЧ-4
Электроды ЦЧ-4 используются для сварки с нагревом.

Это наиболее распространенные расходники. Есть и другие с аналогичными характеристиками, например ОЗЛ-25.

Методы избежания основных ошибок

Соединяя стальную деталь с чугунной, необходимо соблюдать следующие рекомендации:

  1. Режим и материалы подбирают по наиболее трудносвариваемому сплаву, т.е. по чугуну.
  2. При отсутствии повышенных требований к прочности соединения используют присадочный материал из чистого никеля.
  3. Следует избегать перегрева заготовок. Размеры сварочной ванны должны быть минимальными. Перегретый сплав при остывании потрескивает, в шве появляются трещины.
  4. Не рекомендуется пытаться сварить сталь и чугун с наибольшим содержанием углерода. Он склонен к появлению трещин и потому считается несвариваемым. Необходимо прибегнуть к альтернативным вариантам соединения.
  5. При ремонте конструкций, подвергающихся высоким нагрузкам, сталь напрямую к чугуну не приваривается. Сначала на него наплавляют никелевый присадочный материал, формируя т.н. буферную зону.
  6. Работы надо вести с умеренной скоростью. При быстрой сварке образуются горячие и холодные разломы.

Наиболее надежными швы получаются при следующих условиях:

  • использовании электродов малого диаметра;
  • нанесения наплавки отрезками по 5 см, давая чугуну остыть.
Избежание основных ошибок
Режим и материалы подбирают по чугуну.

Дуге придают уклон в сторону заваренного участка, стараясь не затрагивать основной металл.

Инструкция по сварке чугуна со сталью

Каждый способ имеет свои особенности. Неукоснительное соблюдение технологии обеспечит высокое качество соединения.

Метод холодной сварки

Из-за своей низкой надежности данный способ предъявляет повышенные требования к подготовке соединяемых деталей. Их подвергают тщательной зачистке, особое внимание уделяют участкам со ржавчиной, окалиной и масляными пятнами.

Метод холодной сварки
Метод холодной сварки имеет низкую надежность.

Поверхностный слой чугунного изделия отличается пористостью. Он хорошо впитывает масла и грязь, поэтому простой обработки обезжиривателем будет мало. Материал снимают абразивным инструментом до плотного металла.

Из-за существенного перепада температур между холодной деталью и горячим швом в нем возникают большие усадочные напряжения. Их снимают т.н. проковкой: свежую наплавку уплотняют ударами молотка с округлым бойком. Операция считается завершенной, когда глухой звук сменится звонким.

Сварка при помощи плавящихся электродов

Перед началом работы настраивают сварочный аппарат. Параметры зависят от его мощности, характеризуемой напряжением холостого хода:

  1. Менее 55 вольт. Инвертор переключают в режим постоянного тока, электрододержатель подсоединяют к «плюсу» (обратная полярность). Причина в том, что основным расходникам свойственна низкая стабильность дуги. Входящий в состав обмазки фтор является деионизатором.
  2. Более 55 В. Можно заваривать стык на переменном токе.
Сварка при помощи плавящихся электродов
Сварка плавящимся электродом — процесс получения неразъемного соединения.

Устанавливают минимальную силу тока из диапазона, допустимого для расходника данного диаметра. Чтобы чугун не вытекал из сварочной ванны в случае сквозного проплавления металла, под стык подкладывают графитовую пластину.

Соединение выполняют короткими участками длиной 3-5 см. Швы большой толщины варят в несколько подходов. После каждого осуществляют проковку наплавки.

По завершении процесса следует обеспечить плавное остывание стыка. Есть 3 способа:

  1. Заготовки закутывают в минераловатный теплоизоляционный материал.
  2. Соединение периодически подогревают паяльной лампой.
  3. Кладут детали в печь, где осуществлялся их нагрев, и дают остыть вместе с ней.

Третий вариант применяют в случаях, когда сварка ведется по горячей технологии.

Если стальная деталь имеет вид трубы, в нее рекомендуется засыпать песок или керамическую крошку. Теплоемкий материал уравняет скорость остывания обеих заготовок.

Применение аргонодуговой технологии

Данный метод предполагает предварительный нагрев заготовок до +600…+700°С. Автоматы выполняют сплошной шов, и при сварке по холодной технологии он разрушится при остывании из-за усадочных напряжений.

Присадочный материал подбирают по размерам и условиям работы заготовок:

  1. В большинстве случаев применяется порошковая проволока ПП АНЧ-3 с никелем и другими легирующими элементами. Она выпускается с покрытием, но его необходимо удалить. При нагреве заготовок до 300°С используется модификация ПП АНЧ-2.
  2. При сварке тонкостенных заготовок в качестве присадочного материала используют чугунные пластины.
  3. Если соединение будет испытывать только сжимающие нагрузки — сплав на основе никеля.
Применение аргонодуговой технологии
Применение аргонодуговой технологии предполагает нагрев заготовок.

Расход аргона устанавливается на уровне 20-25 л/мин.

Сварка толстостенных элементов с легированными вставками

Соединение таких заготовок выполняют по следующим правилам:

  1. Применяют холодную сварку.
  2. Шов набирают короткими прихватками длиной 2,5 мм.
  3. Каждую последующую выполняют после остывания предыдущей.

Несмотря на то что прихватки следуют одна за другой, данная технология не обеспечивает герметичности соединения. Это объясняется тем, что новый шов ложится на уже отвердевший, поэтому они не сливаются воедино.

Кроме того, соединение получается хрупким. По этой причине способ не подходит, если в дальнейшем предполагается механическая обработка шва.

Сравнение методов: какой лучше

Наибольшие прочность и надежность обеспечивает сварка тугоплавким электродом (аргонодуговой метод) с предварительным нагревом заготовок. Она используется при ремонте ответственных конструкций.

Если доступен только аппарат для ручной дуговой сварки, используют плавящиеся стержни. Заготовки также лучше нагреть. Холодная технология допускается только для устройства соединений, работающих на сжатие.

svarkaved.ru
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.

Adblock
detector