как и чем заварить чугун
Как варить чугун в домашних условиях обычным электродом — простые и надежные способы
Несмотря на специфичность процесса, сварка чугуна электродом в домашних условиях инвертором вполне реальна. Этим способом исправляют литейные дефекты, ремонтируют изношенные или разрушенные части машин, соединяют чугунные со стальными деталями.
Особенности сварки чугуна.
Данный материал представляет собой соединение железа(F), углерода (C) и примесей: кремния (Si), марганца (Mn), фосфора (P), серы (S) и др.
В обозначении маркировки: первые цифры – предел прочности при растяжении в кг/мм2, а вторые – при сером чугуне, предел прочности при изгибе, при ковком и высокопрочном, относительное удлинение в %.
Отжигом при высокой температуре – 1000º C, за счет графитизации, белый превращается в ковкий чугун.
Для повышения износостойкости добавляется хром (Cr), никель (Ni), вольфрам (W) и др. Такой металл называется легированным.
Для легированных марок – буквы указывают легирующие элементы, а цифры, их среднее процентное содержание. Например: ЧН19Х3 – чугун, содержащий 19% никеля и 3% хрома. Если присутствует шаровая форма графита в конце маркировки ставится буква Ш.
Из-за повышенной хрупкости и твердости, процесс усложняется. Но сварка чугуна электродом в домашних мастерских возможна при определенных условиях. Соблюдая технологию и, обладая некоторыми навыками, можно добиться качественного результата, при этом структура шва будет сильно различаться от структуры основного материала.
Возникающие затруднения
Сложность сварки чугуна электродом в домашних условиях состоит в том, что шов может получиться низкого качества из-за:
Чтобы не допустить брака, необходимо точно соблюдать технологию. О некоторых тонкостях сварочного процесса можно прочитать на сайте mrmetall.ru.
Предварительная подготовка изделий
В домашних условиях сварку чугуна начинают с правильной подготовки узлов и деталей к сварочному процессу:
Для предотвращения перекалки материала свариваемые кромки зубилом или наждачным кругом разделывают под углом 45º. Это способствует равномерному нагреванию рабочей поверхности.
Обезжиривают бензином, ацетоном или другими органическими растворителями, а сильно загрязненные места обжигают пламенем горелки.
Трещины необходимо обработать – на всю глубину трещины для достаточной проварки металла. Длина разделки должна быть на 5-6мм длиннее дефектного участка с обеих сторон. Концы трещин засверлить или их вырезать и закруглить.
Для тонкостенных деталей укладываются графитовые подкладки для предупреждения вытекания расплавленного металла. Это поддерживает нагретую зону и сохраняет форму детали.
Сварочные аппараты
Назначение прибора – путем понижения напряжения электрического тока сети, увеличение его силы до величины, необходимой для сварки. Процесс осуществляется с помощью сварочных аппаратов: трансформаторов, выпрямителей, инверторов.
В зависимости от процесса аппараты для сварки бывают:
Сварка чугуна обычным электродом лучше всего осуществляется инвертором, который имеет преимущество перед аппаратами другого типа:
Бытовой инвертор – компактный и легкий прибор. Однако, он не приспособлен для продолжительной работы и имеет небольшую производительность.
Технология сварки инвертором
После подготовки изделия, как сварить чугун обычным электродом, чтобы шов получился без изъянов. Прежде всего, надо правильно выбрать тип электрода и технологию выполнения работ.
В основном сварку чугунов проводят тремя методами:
Горячий способ – трудоемкий и сложный процесс. Применяется на производстве для работы с крупными и сложными заготовками.
Вначале вся поверхность детали хорошо прогревается во избежание перепада температур. На производстве чугунные изделия нагревают с помощью горна, индукционной печи или в яме, выложенной огнеупорным кирпичом.
Чугун начинает плавиться при температуре 750º, поэтому нагрев не должен превышать 600º-700º. Нагревание проводится со скоростью 150º в час. Чугун становится как пластилин и с ним легко работать.
После окончания сварки, заготовку необходимо медленно охладить. Для этого детали засыпают песком, укрывают асбестовым покрывалом или нагревают, постепенно понижая температуру.
При таком способе трещин и пор практически не образуется, швы получаются без дефектов.
Полугорячий метод аналогичен горячему, но предварительный нагрев понижает скорость остывания после сварки. Отбеливание металла в меньшей степени, а значит уменьшается риск возникновения трещин.
Как варить чугун электросваркой в домашних условиях холодным способом
Для небольших повреждений, мелких дефектов ненагруженных деталей, когда к качеству соединения не предъявляются особые требования, данная технология вполне подходящая.
При холодном способе нельзя повышать температуру в зоне сварки. Для этого шов накладывают небольшими частями длиной 30-50мм. с перерывами для охлаждения до 50º-60º. Таким образом, риск появления трещин минимальный.
Чтобы не допустить перегрева, процесс проводят при постоянном токе, а электрод подключают к плюсу инвертора (обратная полярность).
С этой же целью при работе сварщик двигает электродом не по прямой, а зигзагами или по кругу.
Необходимо контролировать скорость движения электрода. При слишком большой скорости могут образовываться непровары. При недостаточной – возможен перегрев и прожог свариваемого металла, особенно тонкого.
Многослойная сварка по технологии отжигающих валиков
Данный способ применяют для заварки трещин в тонкостенных деталях – толщина до 8мм. Валики накладываются в определенной последовательности, при которой каждый последующий воздействует термически на предыдущий, уменьшая его твердость.
Вдоль трещины под углом 45º производят V-образную разделку кромок. Сначала на одну, затем на другую кромку вразброс наваривают подготовительные, а на них отжигающие валики участками длиной по 40-50мм.
При переходе к другому участку, дают охладиться зоне заварки до 50º-60º и проковывают легкими ударами молотка, сбивая окалину. Благодаря этому, подготовительные валики больше прогреваются и после медленнее остывают. В закаленной части шва происходит частичный отпуск и нормализация.
Когда валики наложены по обе стороны трещины, наваривают заключительный соединительный слой такими же отдельными участками. Края последнего слоя должны отстоять на 3-4мм от ближайших границ проплавления.
Метод сварки с применением шпилек
Зона сплавления – самое уязвимое место соединения из-за отслаивания металла шва. Чтобы ее разгрузить при охлаждении и усадке, используют стальные шпильки (завертыши).
При толщине заготовки 6мм, кромки трещины срезают под углом 45º.
Шпильки плотно вкручивают в приготовленные резьбовые отверстия в шахматном порядке. Выступающая часть завертыша наваривается по контуру. Затем сваривается со всей массой шва способом наложения отжигающих валиков.
При нагрузке на соединение, ее большая часть передается на металл со шпильками, а не на сварной шов, что делает его более долговечным.
Работа инвертором в импульсном режиме
В домашних условиях сварка чугуна электродом с помощью инвертора импульсами используется для сварки тонких деталей, соединения между собой разнородных металлов.
Суть технологии в том, что на основной сварочный ток накладываются дополнительные импульсы тока большой силы в течение короткого промежутка времени. Соотношение длительности и величины импульсов и пауз между ними регулируется автоматически настройкой аппарата.
Импульс обеспечивает расплав электродного металла и тепловую инерцию ванны. Во время паузы металл в сварочной ванне остужается и частично кристаллизуется. Чередование импульс/пауза облегчает работу сварщика, позволяя обойтись без сложных действий электродом.
Метод не рекомендуется применять для деталей, работающих при тряске, вибрации, ударах.
Подбор электродов
Из-за своего физико-химического состава, чугун имеет свои качества, которые учитываются при выборе электродов.
Электрод состоит из внутреннего стержня и внешней обмазки. Должна быть полная совместимость материалов, например, чугунный электрод не может варить медь. Покрытие при нагревании выделяет газ, который защищает от окисления жидкий металл в ванне.
Сила тока указана для заварки в нижнем положении. Для сварки, например вертикальных труб, этот показатель уменьшают на 15-25А.
Медно-никелевые электроды (медь 30%, никель 65%) применяются, когда соединению не требуется большой прочности. Плотность шва удовлетворительная, но хорошо обрабатывается резкой.
Можно ли варить чугун простыми стальными электродами?
Да, но шов получится невысокого качества, т.к. сталь плохо сцепляется с чугуном.
При заварке медными электродами сварной шов – плотный, но недостаточно прочный.
Когда к конструкции предъявляются повышенные требования, используют марки УОНИ 13/55, МР-3С и подобные, для углеродистых и низколегированных сталей. Бренд ESAB – ОК 61.30, ОК – 63.35 и российские аналоги ЦЛ-11, ОЗЛ-8 и др.
используются для сварки нержавейки.
Хранить электроды в сухом месте. Если они отсырели, необходимо их просушить при 250º – можно в духовом шкафу.
Ассортимент расходников большой и, чтобы выбрать правильно, надо читать сведения, указанные на упаковке.
Преимущества и недостатки ручной сварки чугуна
Любой процесс имеет свои положительные и отрицательные стороны. Главное, чтобы в данной технологии преобладали преимущества.
Как видно, плюсов больше, поэтому ручная сварка инвертором популярна среди домашних мастеров, в небольших мастерских самозанятых. Заглянув на сайт mrmetall.ru можно узнать еще больше подробностей о сварке чугуна.
Техника безопасности
Перед тем как варить чугун электросваркой в домашних условиях, необходимо принять меры по безопасности:
Надо серьезно относиться к правилам безопасности труда, чтобы не навредить себе и окружающим.
Можно вполне успешно осуществить сварку в домашних условиях. Для этого надо выбрать подходящие электроды, правильно настроить инвертор, следовать технологии. Желательно потренироваться в наложении шва на каком-либо аналогичном материале, прежде чем начинать работу с деталью.
Как варить чугун
Чугун – сплав, основными компонентами которого являются железо и углерод, а дополнительными – легирующие добавки и примеси. По своей структуре чугуны делятся на серые и белые.
Белый чугун на изломе имеет белый или светло-серый цвет, отсюда и название данного вида. Углерод находится в белом чугуне в виде цеменита. Белый чугун не поддается механической обработке из-за своей хрупкости и высокой твердости; в производстве различных изделий применяется редко; сварке не подлежит.
Из белого чугуна посредством отливки и длительной термообработки при температуре 1000°С получают ковкий чугун. Данный вид благодаря своим технологическим и механическим свойствам используется при производстве различных деталей, способных выдерживать ударные и вибрационные нагрузки. Ковкий чугун применяется при строительстве автомобилей, сельскохозяйственных машин, судов, станков и т.д. Поэтому исполнителям важно знать, как варить ковкий чугун.
Высокопрочные чугуны получают посредством добавления в сплав легирующих добавок; используются при изготовлении ответственных деталей в машиностроении, высокопрочных труб.
Излом серого чугуна обладает серебристо-серым цветом, весь углерод в его составе содержится в виде графита. Данный вид отлично обрабатывается режущим инструментом; широко применяется как конструкционный материал; характеризуется хорошими литейными свойствами; высокой износостойкостью; обладает способностью гасить вибрации.
Недостатки: пониженная прочность и высокая хрупкость.
Особенности сварки чугуна
На фото: пора в сварочном валике
Чугун обладает рядом специфических характеристик, которые влияют на сварочный процесс:
Несмотря на множество трудностей сварка чугуна распространена как при ремонте изделий, так и при исправлении брака чугунного литья, а также при изготовлении сварно-литых конструкций. Наличие специфических характеристик требует того, чтобы исполнитель точно знал, чем можно варить чугун. Ведь от этого зависит не только удобство и комфорт во время сварочных работ, но и получение качественного и надежного соединения.
Сварка по чугуну: подготовка
Технология сварки чугуна должна включать грамотный этап подготовки, предотвращающий появление дефектов в будущем.
Трещины в чугунных изделий имеют глубокую и тонкую структуру. Для достаточной проварки дефекта необходимо разделать трещины на всю глубину. Разделка может осуществляться вырубкой или шлифованием (механические способы); дуговой или кислородной строжкой или резкой (термические способы).
Длина разделки должна превышать длину трещины на 5-6 мм. с обеих сторон. Разделка должна плавно выходить на поверхность. Глубина разделки сквозных трещин должна быть на 1-2 мм. меньше толщины изделия. Глубина разделки несквозных трещин должна превышать глубину её расположения не менее чем на 1-2 мм. После разделки концы трещин необходимо засверлить. Если засверлить трещины нет возможности, то нужно их вырезать, а концы – закруглить.
Чтобы предотвратить перекалку чугуна следует произвести грамотную разделку кромок, которая способствует равномерному нагреву рабочей поверхности. Скосы кромок толстостенных деталей должны составлять 45 градусов.
Зачистка свариваемой поверхности от загрязнений проводится наждачной бумагой, болгаркой, щеткой с металлическими ворсинками, пескоструйкой. Устойчивые и сильные загрязнения можно удалить с помощью пламени горелки.
При работе с тонким металлом требуется применять графитовые формы. Они выполняют функцию подкладки под изделие. Это позволяет поддержать прогретый участок и сохранить первоначальную форму детали.
[ads-pc-2][ads-mob-2]
Технологии сварки чугуна
В зависимости от отсутствия или наличия предварительного подогрева, а также величины температуры прогрева выделяют следующие технологии сварки чугуна:
Горячая сварка применяется, в основном, в промышленных и производственных условиях. В домашних условиях очень сложно прогреть изделие до температуры в 600-650°C, так как для этого необходимо специальное оборудование. Данная технология помогает избежать образования трещин в наплавленном металле.
Исполнитель должен стараться равномерно нагревать чугунные детали. Разница температур основного изделия и шва может привести к разломам. Перед нагреванием свариваемые конструкции нужно закрепить для устранения напряжения, которое может привести к образованию трещин. Следует избегать нагрева свыше 750°C. При воздействии таких высоких температур металл переходит в стадию расплавления.
Видео
Посмотрите ролик, где профессионал сваривает развалившуюся на части чугунную деталь используя электрод УОНИ-13/55.
Полугорячая сварка применяется как в промышленных, так и в домашних условиях. Предварительный нагрев составляет до 400-450°C.
Согласно технологии холодной сварки предварительный подогрев не требуется. Холодная сварка активно используется в быту, когда специальное оборудование отсутствует, а потребность в сваривании носит эпизодический характер. Однако, соединение, созданное по такой технологии, отличается невысоким качеством. Если только не используется высококачественный специальный электрод, как, например, Zeller 855 на нижеследующем видео.
Способы сварки чугуна
1. Ручная дуговая сварка может проводиться по горячей, полугорячей и холодной технологиях. В зависимости от выбранного метода, разнятся виды используемых электродов.
Ручная дуговая сварка горячим методом осуществляется в несколько этапов:
Горячая ручная дуговая сварка может выполняться плавящимися и угольными электродами. К первому типу относятся чугунные стержни, электроды с медной и никелевой основой. 
Сварка ковкого чугуна осуществляется расходниками марок ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6, МНЧ-2, ЦЧ-4.
Для работы с серым чугуном предназначены электроды ОЗЖН-1 и ОЗЖН-2, МНЧ-2, ОЗЧ-2, ОЗЧ-4 и ОЗЧ-6.
Для высокопрочных чугунов подойдут сварочные материалы ОЗЖН, ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, МНЧ-2.
Сваривание проводится непрерывно на больших величинах тока. Каким током варить чугун зависит от марки выбранного расходника. Однако, сваривание угольными электродами осуществляется на постоянном токе прямой полярности.
Основные недостатки данной технологии:
В некоторых случаях к металлу шва предъявляются менее жесткие требования. В подобных ситуациях целесообразно применять полугорячую и холодную ручную дуговую сварку. Применяемые виды электродов: чугунные, с медной и никелевой основой, расходники общего назначения (обычные/стальные).
2. Сварка чугунных изделий может проводиться с применением неплавящихся электродов: вольфрамовых, угольных, графитовых.
Подробная информация о соединении чугуна различными видами электродов представлена в статье “Сварка чугуна электродами“.
3. Полуавтоматическая горячая, полугорячая и холодная сварка чугуна. Технология MIG проводится в среде инертного газа, а MAG – в среде активного газа.
Суть процесса МИГ/МАГ: сварочная проволока (например, ПП-АНЧ-1, ПП-АНЧ-2, ПП-АНЧ-3) механизированным способом подается в зону электрической дуги, там она расплавляется и образует сварное соединение. В зону дуги подается газ, который защищает сварочную ванну от взаимодействия с атмосферным воздухом.
Горячий метод сварки полуавтоматом применяется в тех случаях, когда необходимо качественное соединение с высокими показателями сопротивления разрыву и излому. Для минимизации количества трещин изделие необходимо охлаждать постепенно.
Полугорячая технология используется для сварки изделий, испытывающих некоторые нагрузки при эксплуатации.
Холодный метод сварки чугуна полуавтоматом отличается простотой, применяется для сваривания неответственных деталей, которые не будут подвергаться нагрузкам.
Непрерывная подача проволоки позволяет выполнять большой объем работ за достаточно короткое время. Результат носит удовлетворительный характер. 
4. Аргонодуговая сварка чугуна (технология TIG) отличается сложностью процесса. Средой, защищающей сварочную зону от воздействия окружающего воздуха, является газ аргон. В качестве присадочного материала используются чугунные, никелевые или алюминиево-бронзовые прутки. Последний тип присадки не рекомендуется использовать, если свариваемое изделие будет подвергаться тепловому воздействию. Также исполнителю понадобятся вольфрамовые электроды.
Данный способ требует выполнения некоторых требований:
5. Газовая сварка чугуна выполняется после равномерного и более длительного (по сравнению с дуговой сваркой) прогрева изделия. Нагрев позволяет снизить вероятность возникновения отбеленных участков. Скос кромок делается V-образным, угол раскрытия – 90 градусов. Скашивание проводится только при работе с изделиями, толщина стенок которых превышает 4 мм. 
В качестве присадочных прутков применяются чугунные стержни. Диаметр стержней высчитывается следующим образом: толщина изделия, мм./2 или толщина изделия, мм/2 + 1 мм. Для газовой сварки чугуна также необходимо использование флюса (например, ФСЧ-1, ФСЧ-2, БМ-1). Присадочный пруток покрывают флюсом, а также флюс подсыпают в сварочную ванну. Кроме этого, флюс выполняет несколько функций:
Сварочное пламя должны быть нормальным или науглероживающим. Сваривание выполняется в нижнем положении. Для обработки крупных деталей желательно использовать две горелки.
Медленное остывание чугунных изделий после газовой сварки осуществляется под слоем асбеста.
[ads-pc-3][ads-mob-3]
6. Электрошлаковая сварка позволяет получить удовлетворительные свойства швов из серого чугуна, без отбеленных участков, трещин, пор и других дефектов. Также данная технология применяется при исправлении дефектов в крупных чугунных отливках, т.е. когда для ремонта необходимо наплавить большой объем металла. Кроме этого ЭШС используется при изготовлении крупногабаритных массивных изделий из высокопрочных чугунов. Расходными материалами являются литые чугунные пластины, использующиеся в качестве электродов, и фторидные обессеривающие и неокислительные флюсы – в качестве флюсов. 
7. Лазерная сварка чугуна является безопасным и высококачественным методом. Для получения швов без трещин применяется две разновидности сваривания:
8. Контактная сварка применяется для работы с чугунными трубами, подразумевает оплавление и предварительный нагрев концов конструкции. Это предупредит образование закалочных структур. Сварные швы характеризуются достаточно высокой плотностью.
9. Плазменная пайко-сварка чугуна. Для удаления графита из структуры чугуна, который затрудняет смачивание рабочей поверхности расплавленным припоем, используется пескоструйная обработка. Паяемые поверхности следует подготовить – обработать флюсом № 209 или 284 при температуре 600-700°С. Затем изделие необходимо обезжирить ацетоном, бензином или раствором щелочи. Пайка проводится паяльником или газовой горелкой с применением флюсов на основе хлористого цинка. При низкотемпературной пайке используются оловянно-свинцовые или другие легкоплавкие припои, при высокотемпературной – припои на основе меди или серебряные припои.
Наплавка чугуна
Наплавка чугуна может производиться с помощью специальных электродов следующих марок:
МНЧ-2, применяется для ответственных стыков, наплавка выполняется без подогрева.
ОЗЖН-1 предназначены для осуществления работ по заделке серьезных дефектов.
ОЗЧ-2 используются для наплавления ковкого и серого чугуна.
Технология наплавки чугуна представлена в статье “Наплавка металла: электродом и другие”.
Газовая наплавка осуществляется с помощью теплоты, выделяемой при горении смеси ацетилена (заменителей ацетилена) и кислорода. В качестве расходных материалов используются литые прутки и флюсы.
Техника безопасности
Выполнение сварки в производственных условиях требует, чтобы исполнитель был аттестован для осуществления соответствующего вида работ.
Участок горячей сварки должен быть оснащен специальным оборудованием, которое выполняет функцию удаления пыли, выделяющейся при сварке.
Также существуют общие правила, которых необходимо придерживаться как профессиональным сварщикам, так и домашним мастерам: