Технологии сварки чугуна

Историческая справка

Технология сварки металлов известна достаточно давно. Человек умел плавить металл еще с глубокой древности, начиная с самых простых сварочных инструментов. Считается, что в Древнем Египте для спаивания кусков металлов между собой использовалось расплавленное олово. Об этом свидетельствуют найденные на раскопках памятники древней культуры тех времен. Предположительно некоторые количества расплавленного олова наносились поочередно на два куска золота, а затем их прижимали вместе, и олово связывало их между собой при застывании.

Далее с течением времени также осваивалось литье, и уже была выработана технология литейной сварки. Она предполагает расположение литейных форм на некотором расстоянии друг от друга, затем заполнение их расплавленным металлом, при этом зазор заполняется другим металлом. При остывании образуется прочный соединительный шов.

Что касается железа, то эффективная технология получения его из руды была достаточно сложной, и при плавлении получали не крупную фракцию, а мельчайшие частички наряду с углем и другими примесями. Для того чтобы использовать железо для производственных нужд, все эти частички собирали и плавили в один большой кусок.

Затем, в процессе глобального перехода человечества на машинное производство, стали разрабатываться автоматические и полуавтоматические технологии, облегчающие ручной труд и повышающие производственную эффективность. Произошел скачок в станочной технике для обработки металла. Сварочный инструмент стал развиваться семимильными шагами, за 10 лет совершенствуясь настолько, насколько не совершенствовалась за предыдущие столетия.

Чугун – это сплав

Железо - один из самых распространенных металлов, известных с древних времен.Это один из самых популярных металлов в металлургическом производстве, в том числе и на сегодняшний день. Широко используют железные сплавы – такие как сталь и чугун. Оба соединения представляют собой сплавы железа с углеродом, и различаются в зависимости от содержания. До 2,2% углерода приходится на низко- и высокоуглеродистую сталь, более 2,2% - на чугун. Причем углерод может находиться в виде графита и карбида железа. В зависимости от их соотношения чугун может быть черный, белый и серый. В том числе механические свойства могут быть разными.

Также в чугуне в том числе постоянно находятся примеси других элементов, которые могут менять его цвет и физические характеристики.

Особенности сварки чугуна

В силу своих особенностей – твердость и хрупкость – чугун считается трудным материалом для сварки. Для этого нужен опыт и большая практика. Главная трудность в том, что материал достаточно пористый и легко вбирает пузырьки воздуха, а при застывании сварочного шва в материале из-за возникшего напряжения могут образовываться дырки и трещины. Особенно, если остужать чугун резко. Также важно учесть, что быстрое охлаждение способствует образованию карбидов. Поэтому при сварке чугун далее выдерживают в диапазоне 200-300°С и постепенно снижают температуру.

Температура рабочих сварочных электродов не должна превышать 1150°С, так как при этой температуре чугун начинает плавиться. Длительное нахождение чугуна в зоне высоких температур может привести к необратимым изменениям, чугун можно просто «сгореть», работать с таким материалом далее невозможно.

Технологии сварки

Для сварки используют плавящиеся и неплавящиеся электроды. Стойкие неплавящиеся электроды обычно изготавливаются на основе металлов с высокой температурой плавления, таких как вольфрам. Самыми востребованными технологиями сварки чугуна на сегодняшний можно считать холодную и горячую сварки.

Холодная сварка

Сварка холодного типа происходит без предварительного нагревания. В качестве инструмента могут использоваться электроды стальные низкоуглеродистые электроды с покрытием и без. Такой вариант сварки хорошо подходит для тонкостенных заготовок. Присадочный материал выбирается в зависимости от материала чугуна, требований, предъявленных к готовому изделию. Например, некоторые материалы годятся только на заделку трещин, в то время как другие образуют гораздо более прочное сцепление. Холодную сварку можно выполнять в бытовых условиях.

Горячая сварка

Сварка горячего типа осуществляется с предварительным нагреванием до температуры около 600°С. Нагрев происходит по всей поверхности, за счет чего сварной шов будет охлаждаться не так резко, как при холодной сварке, что позволит снизить количество трещин и отверстий. Поскольку нагрев осуществляется по всей поверхности, сварной шов не будет быстро остывать, как при холодной сварке, и образование трещин и отверстий может быть предотвращено. Этот тип сварки используется для толстых и сложных деталей. Сварочный шов получается более прочный. Сложные детали нагреваются в два этапа – сначала нагревают постепенно до 250°С, затем быстрее до 600°С. Горячую сварку вручную в бытовых условиях не выполняют из-за сложности процесса.

Технологию сварки выбирают в зависимости от исходных характеристик материала и предъявленных требований к готовому изделию. Горячая сварка обеспечивает более гладкое соединение, поскольку изделие охлаждается медленно. Однако для такого ремонта мелких и тонкостенных деталей больше подходит холодная сварка.