Итак, есть ряд причин плохой свариваемости чугуна. Это и неоднородность состава (включения графита, как углерода, делают чугун хрупким и непластичным), и неравномерные нагрев и охлаждение при высокой хрупкости, которые способствуют образованию трещин шва или близлежащего металла, и газы, покидающие ванну, которые способствуют образованию пор, и кремний с другими элементами, которые окисляются, а потом их ок- сидами покрывается сварочная ванна, что приводит к непроварам. Более того, при температуре выше 750°С чугун становится жидкотекучим, что затрудняет образование сварочной ванны и шва по банальной причине вытекания.

Есть три технологии сварки чугуна:

1. в металл шва поставляется чугун
2. в металл шва поставляется высокоуглеродистая, а на последние слои и низкоуглеродистая сталь
3. шов заполняется сплавами цветных металлов

Сваривать чугун можно электродами, порошковой проволокой и газовой сваркой. Еще одна технологическая тонкость – свариваемые детали могут быть «холодными» или подогретыми. «Холодная сварка» технологически проще, однако, чтобы шов был качественным, электрод должен быть специальным, и его состав должен быть аналогичным составу свариваемого чугуна. Если же при сварке используют подогрев, то он должен быть медленным (увеличение на 150° в час), как и последующее охлаждение. Тогда при горячей сварке в чугуне не будут происходить структурные изменения, а при охлаждении не будут образовываться трещины. Не стоит забывать и то, что чугун начинает плавиться при 750°С, поэтому температура подогрева не должна превышать 650°С.

Холодная сварка чугуна при помощи электродов с цветными металлами

Для того чтобы получить швы, которые обладают высокими показателями пластичности даже в холодном состоянии, на практике применяют специальные электроды из никеля или меди. Эти цветные металлы не образовывают соединений вместе с углеродом, однако их присутствие в сплавах очень эффективно снижает растворимость углерода в железе, и как результат — способствует графитизации. Таким образом, при попадании в зону неполного расплавления, которая прилегает к шву, уменьшается вероятность отбеливания. Кроме всего прочего, пластичность, которая возникает в металле шва, помогает частично усвоить сварочные напряжения, и поэтому существенно снижается риск появления трещин и пор. При сварке чугуна, как правило, используют как медно- железные, так и медно-никелелевые электроды. Различают несколько видов медно-железных электродов. Так, существуют электроды с медным стержнем, оплетка которых выполнена из жести (с толщиной 0,2‑0,3мм), которую навивают на стержень в виде ленты (ширина 5‑6мм) по винтовому направлению. Также на электрод наносятся ионизирующие покрытия и запрессовывается в медную трубку, если это электроды с комбинированной проволокой. Кроме того, существует и другой вариант таких элек- тродов — в них предусматривается медный сердечник вместе со стальной оболочкой. Существуют и другие электроды, состоящие из пучка электродов с одним или двумя медными стержнями и стальным сердечником. Пучок связывается в 4‑5местах при помощи медной проволоки, а на конце прихватывается для надежного контакта между стержнями. Наиболее совершенными медно- железными электродами являются электроды марки ОЗЧ-1. Они представляют собой стержень из меди (диаметр около 3,5‑5мм), на который нанесено специальное покрытие. Это покрытие состоит из сухой смеси таких веществ, как УОНИ и железного порошка. Сварка с помощью медно-железных электродов выполняется так, чтобы не допустить сильного перегрева деталей, которые подвергаются сварке. Для этого на малых (как только это возможно) токах обеспечивают стабильную дугу и проделывают ею короткие участки вразброс, с некоторыми перерывами, чтобы могли охлаждаться свариваемые детали. Основным же преимуществом таких электродов является возможность проковки металла, который наплавился в горячем состоянии, дабы уменьшить уровень сварочного напряжения. Поэтому проковка является обязательным действием, поскольку при этом уменьшается риск возникновения трещин.

Электроды, которые необходимы для холодной и полугорячей сварки

Во время холодной сварки чугуна использование простых электродов недопустимо, так как в этом процессе имеет место большая скорость охлаждения изделия, в результате чего на поверхности шва и в околошовной зоне образовывается белый чугун, а кроме того, происходит и резкая закалка чугунной и металлической основы, что также пагубно для чугунных изделий. Кроме всего прочего, из‑за всех вышеперечисленных факторов может произойти существенная деформация поверхности, что в 99,9% случаев приведет к образованию трещин. Поэтому, чтобы предупредить отбеливание чугуна, нужно сделать такой состав шва, который в различных условиях будет образовывать структуру серого чугуна, которая наиболее благоприятна для сварки. Этого можно достичь с помощью введения в сварочный процесс большого количества графитизаторов, а также за счет воздействия легирующих элементов, которые способствуют сфероидизации карбида. Например, в качестве таких элементов отлично подойдут электроды с маркировкой ЭМЧ, в которых стержень является чугуном с повышенным содержанием в нем кремния (до 5,3%), а также в котором присутствует двухслойное покрытие. Один слой является легирующим, а второй — обеспечивает газовую защиту. Первый слой состоит из 40% графита, 41% силикомагния; в нем содержится 14% железных окалин и 5% порошкового алюминия. Второй же слой состоит на 50% из мрамора и на 50% из плавикового шпата. Во время сварки чугуна при помощи таких электродов можно не разогревать поверхность изделия, если его толщина до 12мм. Таким образом она не будет под- вергаться отбеливанию и закалке. Использование таких электродов способствует и некоторому замедлению протекания скорости охлаждения благодаря реакции, возникающей между железными окалинами и порошком алюминия. Пользуясь такой сваркой, рекомендуется воспользоваться подогревом при температуре 400°С. Такой способ сварки уже будет называться полугорячим.
Но впрочем, если под рукой нет источника тепла, можно пользоваться и холодной сваркой. Для того чтобы улучшить и облегчить обработку пластичного после сварки металлического шва, используются специальные электроды, из так называемых никелевых чугунов, которыми являются нирезист или никросилаль. Таким образом, холодная и полу- горячая сварка предусматривает использование особенных видов электродов, поскольку использование обычных сделает процесс сварки просто-напросто невозможным.

Параметры сварки чугуна электродами без прогрева:

Влияние режима электрошлаковой сварки на размеры проплавления чугуна:

Технология горячей сварки чугуна

Рассмотрим технологический процесс горячей сварки, который не так прост, как это может показаться на первый взгляд. На самом деле, он состоит из нескольких этапов, которые заключают в себе подготовку и подогрев изделий для сварки, непосредственный процесс сварки и последующее охлаждение изделия. Итак, рассмотрим все процессы поближе. Подготовка изделия под сварочный процесс во многом зависит от того, какой вид исправляемого дефекта предусматривается. Но обязательно в любых случаях подготовка заключается в том, чтобы тщательно очистить поверхность от загрязнений и в разметке разделок, где будут образовываться полости, что обеспечивают доступ и манипуляцию электрода и воздействия сварочной дуги. Чтобы предостеречь вытекания жидкого металла во время сварки, часто к месту сварочных работ применяют формовку. Она выполняется в зависимости от того, какие размеры и местоположения рабочей области, в которой будет проводиться сварка. После формовки необходимо просушить форму при небольшой температуре — около 60 ‑ 120°С, после чего выполняется дальнейший подогрев при температуре 120‑150°С. Это может происходить посредством воздействия горелки или же в специальных печах или нагревательных устройствах.

Забегая вперед, отметим, что замедленное охлаждение после сварки происходит за счет укрытия чугунной детали теплоизолирующими материалами — при помощи листов асбеста или засыпкой песком, например. Горячая сварка чугуна также возможна с использованием угольного электрода. Сварка угольным электродом является несколько промежуточной, между газовой сваркой и сваркой с плавящимися электродами. Так, при использовании угольной сварки процесс проходит при постоянном токе прямой последовательности, а диаметр электродов равен 8‑20мм. Сам диаметр выбирается в зависимости от величины сварочного тока и от толщины металла, с которым будет происходить сварка. В качестве присадочных материалов используются прутки. Таким образом, горячая сварка чугуна является отнюдь непростой работой, однако вполне прогрессивной и облегчающей производительность, в отличие от других видов сварки чугуна.