Сварка чугуна аргоном: способы, выбор присадки, технология
Чугун применяется для литья различных матриц, форм, деталей станков, блоков для поддержания канатов грузоподъемной техники. Когда в таких изделиях появляется трещина или обламывается борт, возникает необходимость в ремонте. Самый качественный способ сварки чугуна – аргоном (TIG). В этом обзоре мы рассмотрим, какое понадобится оборудование, расходные материалы, как подготовить детали и выполнить сам процесс аргоновой сварки чугуна.
- Особенности сварки чугуна
- Чем и как сваривать чугун при помощи технологии TIG
- Технология ТИГ сварки чугуна
- Полезные советы по сварке чугуна аргоном
Особенности сварки чугуна
Некоторые сварщики не любят варить чугун, поскольку этот материал относится к трудносвариваемым. При создании шва образуется ряд дефектов, нередко работу приходится переделывать по несколько раз. Поэтому стоит рассмотреть особенности материала, чтобы знать, с чем предстоит столкнуться.
Виды чугуна
Чугун – это сплав железа с углеродом (минимальное содержание 2,14%) и другими компонентами. Чаще всего при производстве используются добавки кремния, марганца, серы, фосфора.
За счет высокого содержания углерода металл очень твердый, но хрупкий и не пластичный. Углерод может быть в виде цементита или графита. Тип и форма углерода определяют конечную марку чугуна:
- Белый – очень хрупкий, в состав входит ледебурит, а графита нет совсем (только цементит).
- Высокопрочный – графит содержится в форме сфероидов.
- Ковкий – для создания применяется графит в хлопьях и длительный отжиг. Имеет повышенную прочность и ударную вязкость.
- Серый – задействован графит в форме пластин. Чаще других применяется в литейном производстве.
- Половинчатый – имеет в составе графит и ледебурит.
По классификации металл подразделяется на: жаростойкий, износостойкий, коррозионностойкий. Возможно легирование медью и другими элементами. В зависимости от вида чугуна, его температура плавления составляет 1147-1538 ⁰С. Во время сварки чаще всего вам придется иметь дело со сплавами, плавящимися при 1500 ⁰С.
Свариваемость чугуна и другие свойства
Сваривать чугун труднее, чем обычную малоуглеродистую сталь. Чаще всего сварщики сталкиваются со следующими дефектами:
Поры
Во время ведения шва при выгорании углерода из сварочной ванны выделяются газы, что приводит к образованию пор. Последние делают шов негерметичным и ослабляют его. Жидкий металл может вступать в реакцию с азотом, водородом и водяным паром, присутствующими в окружающем воздухе. Поэтому важно надежно защищать сварочную ванну от воздействия внешней среды.
Трещины
Металл обладает пониженной теплопроводностью, поэтому место сварки сильно нагревается, а окружающие участки остаются холодными. Еще на границе шва образуется легкосплавное соединение железа и сульфида железа. Это приводит к разнице температур, напряжению и растрескиванию. Причем происходит это не сразу после сварки, а постепенно. По мере остывания можно услышать, как изделие трещит, что означает образование дефектов.
Непровары
Во время сварки из материала активно выгорает кремний. На его месте образуется оксид с повышенной температурой плавления, что препятствует свариваемости.
Деформации конструкции
Сильные внутренние напряжения от нагрева приводят к перекосам, перекручиванию и другим деформациям. При попытке выровнять деталь механическим путем, шов трескается, поскольку хрупкий и не пластичный.
Чем и как сваривать чугун при помощи технологии TIG
Сварка чугуна неплавящимся электродом в среде инертного газа (технология TIG) возможна холодным или горячим способом. В первом случае сварщик сразу приступает к сварке, а во втором – деталь предварительно нагревается до температуры 600 ⁰С. Это обеспечивает равномерное распределение тепла, снижает деформации, дает нормально кристаллизоваться металлу, чтобы молекулярная решетка стала прочной. Следовательно, для малоответственных деталей, которые не испытывают высоких нагрузок, подойдет холодных способ сварки чугуна, а для ответственных изделий обязательно нужен предварительный подогрев.
Во всех случаях после сварки чугун должен остывать медленно. Это предотвратит образование трещин и деформации. Для этого изделие оставляют в горниле, засыпая золой. Крупные заготовки на месте сварки засыпают песком, который задерживает выход тепла, продлевая период остывания.
Необходимое оборудование и инструменты
Для сварки чугуна необходим инвертор ТИГ, выдающий постоянный ток. Возможность переходить на переменный здесь не нужна, поэтому можно сэкономить. Работа ведется аргоновой горелкой. Дуга горит между неплавящимся вольфрамовым электродом и изделием, к которому подключена масса. Сварочная ванна защищается инертным газом, подающимся из сопла горелки. Соответственно, понадобится аргоновый баллон, редуктор с манометрами, газовый шланг для подключения аппарата. Сваривать чугун только за счет плавления кромок основного металла – плохая идея. Поэтому необходима присадочная проволока.
Из инструментов для сварки чугуна понадобятся:
- ручная болгарка с зачистным кругом для разделки кромок, обработки шва;
- угольник, чтобы точно выставить две стороны на плоскости;
- струбцины, предотвращающие смещение заготовок, когда они еще не прихвачены;
- щетка по металлу, чтобы зачистить шов и осмотреть его после сварки на наличие дефектов;
- рулетка, помогающая точно выставить диагонали для крупных деталей;
- треугольный напильник, если нужно местно «зарезаться» в шов для удаления поры, непровара и повторной сварки;
- молоток для легкой корректировки заготовок, если они прихватились чуть криво.
Из средств защиты необходима сварочная маска, желательно хамелеон, перчатки, куртка. Хотя чугун не сильно «плюется» во время сварки, кожу рук лучше все же закрыть, поскольку останутся ожоги от ультрафиолетовых лучей электрической дуги.
Инверторы TIG
Болгарки
Приспособления для сварки
Средства защиты
Выбор присадки и оборудования
Если толщина чугунных заготовок не превышает 5 мм, достаточно простой модели БАРСВЕЛД Profi TIG-207 D, выдающей 200 А. Для регулярной работы с чугуном на производстве, чтобы качественно соединять детали разной толщины, выбирают профессиональные ТИГ инверторы, как например БАРСВЕЛД Profi TIG-357 DP AC/DC. Такая модель выдает до 350 А и справится с толщиной чугуна до 20 мм.
БАРСВЕЛД Profi TIG-207 D (220 В)
БАРСВЕЛД Profi TIG-207 DP (220 В)
БАРСВЕЛД Profi TIG-217 DP AC/DC (220 В)
БАРСВЕЛД Profi TIG-317 DP AC/DC (380 В)
Поскольку основная проблема при сварке чугуна аргоном – выгорание кремния, этот химический элемент нужно компенсировать проволокой. Самый оптимальный вариант присадки – сварочная меднокремниевая проволока. В результате ее использования шов будет оставаться пластичным и сопротивляться образованию трещин. Но такая проволока дорогостоящая, поэтому для экономии бюджета используют омедненную проволоку, например, БАРСВЕЛД ER-70S-6. Медь тоже устраняет повышенную хрупкость чугуна, улучшает вязкость и тянущие свойства металла.
БАРСВЕЛД ER-70S-6 ⌀ 1,2 мм, НАКС
BRIMA ER-70S-6 ⌀ 0.8 мм
ASKAYNAK AS SG2 D200 ⌀ 0.8 мм
ЧЗСМ СВ-08Г2С-О ⌀ 1,2 мм
Lincoln Electric СВ-08Г2С-О ⌀ 0,8 мм
Использование присадок
Существуют специальные покрытые электроды для сварки чугуна. Чтобы ими воспользоваться при аргоновой сварке, необходимо оббить обмазку. Делается это на твердой поверхности небольшим молотком. Благодаря диаметру электродов 3-5 мм, пруток расходуется гораздо медленнее, поэтому сварщику приходится реже отрываться от процесса. Во время ведения шва присадка подается свободной рукой со стороны еще не проваренного участка.
Электроды
Для аргоновой сварки чугуна необходимы вольфрамовые электроды. Они отличаются по дополнительным химическим элементам в составе, что обозначается цветом наконечника. Лучше всего подойдут вольфрамовые электроды с темно-синим торцом. Это иттрированные стержни, разработанные для сварки особо ответственных конструкций. За счет окисной добавки в составе (1,8-2,2%) повышается стабильность катодного пятна, дуга горит более устойчиво во всем диапазоне токов. Возможно применение вольфрамовых электродов с золотистым или голубым кончиком. У них в составе оксид лантана. Стержень отличается легким поджигом дуги (первичным или повторным), увеличенной несущей способностью, меньшим износом.
БАРСВЕЛД WY-20 -175 ⌀ 2,4 мм (тёмно-синие)
БАРСВЕЛД WL-15 -175 ⌀ 2,4 мм (золотистые)
БАРСВЕЛД WL-20 -175 ⌀ 2,4 мм (синие)
ESAB Tungsten WL-15-175 ⌀ 2,4 мм Gold Plus
Режимы сварки
Чтобы получилось качественно сварить чугун аргонодуговым методом, необходимо правильно выбрать режим сварки. В это включаются следующие настройки аппарата ТИГ:
- Выбрать постоянный ток, если аппарат поддерживает работу на «переменке» и «постоянке».
- Установить обратную полярность, которая уменьшит тепловложение в материал.
- Настроить режим управления горелкой. Большинство профессиональных сварщиков предпочитают 4Т, при котором не требуется постоянно удерживать кнопку нажатой. Это особенно практично при выполнении длинных швов, чтобы разгрузить указательный палец.
- Задать предпродувку газом в течение 0,5 с, которая удалит из зоны поджига воздух.
- Выбрать базовый ток, который устанавливается исходя из толщины свариваемого чугуна (смотрите в таблице).
- Настроить ток при спаде – обычно это на 20% ниже от базового. Такой режим позволяет аккуратно завершить сварку, дать сформироваться замку и не допустить образования кратера в конце.
- Задать время постпродувки газом в течение 7 с. Обдув содействует дополнительному охлаждению шва, предотвращает контакт с окружающим воздухом, пока молекулярная решетка еще не кристаллизировалась.
Вот таблица с примерными расчетами сварочного тока и других параметров для сварки чугуна аргоном.
| Толщина чугуна, мм | Диаметр электрода, мм | Сила тока, А | Расход газа, л/мин |
|---|---|---|---|
| 4 - 6 | 2 - 2,4 | 70 - 90 | 8 |
| 7 - 8 | 3,2 | 100 - 120 | 9 |
| 9 - 10 | 3,2 - 4 | 130 - 200 | 10 |
| 11 - 20 | 4 | 250 - 350 | 11 |
Технология ТИГ сварки чугуна
Когда сварочный инвертор настроен, переходим к подготовке сварки чугуна и непосредственно самому процессу. Здесь важно соблюсти ряд нюансов.
Подготовка кромок
Чугунные заготовки толщиной от 4 мм необходимо сваривать аргоном с разделкой кромок. Это выполняется болгаркой и шлифовальным кругом. Примерный угол скоса составляет 45 градусов, но старайтесь избегать острых граней – все линии должны быть скругленными.
Если у вас имеется трещина в чугунном блоке, то она расшивается отрезным кругом болгарки, что обеспечит заполнение металлом внутри, а не только создание поверхностного наружного слоя при сварке. Начало и конец трещины предварительно засверливают, иначе трещина может пойти дальше. Не допускается наличие ржавчины на свариваемой поверхности – она счищается шлифовальным кругом или щеткой по металлу до блеска. Следы масла обезжириваются растворителем.
Процесс сваривания
Аргонодуговая сварка чугуна выполняется в такой последовательности:
- Детали выставляются в правильном положении (как того требует чертеж или конструкция), фиксируются струбцинами для предотвращения смещения.
- По всей протяженности линии соединения проставляются прихватки. Их делают в разных местах и чередую стороны, чтобы изделие не перекосило.
- Заготовки нагревают до 600 градусов, обеспечивая равномерное распределение тепла.
- Повторно проверяются диагонали, перпендикулярность, параллельность.
- Стыки с глубокой разделкой кромок нуждаются во многопроходных швах. Сперва накладывают корневой шов, затем следующий. Каждый новый шов немного захватывает основной металл и заходит на предыдущий.
- Места сварки чередуют, как и направления ведения шва (слева направо и наоборот), иначе изделие поведет от локального перегрева.
После сварки детали дают остыть и лишь потом приступают к механической обработке, зачищая швы болгаркой, разрабатывая отверстия сверлом и пр.
Полезные советы по сварке чугуна аргоном
Дадим несколько общих рекомендаций и советов по сварке чугуна на производстве или в домашних условиях. Лучше использовать инверторный аппарат TIG с бесконтактным поджигом. Не придется каждый раз касаться изделия для возбуждения дуги, вольфрамовая игла дольше остается чистой, что сказывается на красоте шва, контроле сварочной ванны.
Если не нашли в продаже прутки для сварки чугуна, используйте проволоку. Советуем брать более толстый диаметр 1,2-1,6 мм, а не 0,6-0,8 мм, поскольку последние варианты будут быстро сгорать. Когда все-таки вынуждены использовать тонкую присадку, скрутите ее в несколько раз. Это можно сделать, сведя пару нитей проволоки вместе и зажав один конец в тиски, а второй – в патрон шуруповерта. При помощи электроинструмента закрутите проволоку, чтобы она стала более упругой и толстой, как стержень.
Силу тока важно установить ниже, чем при аргоновой сварке обычной стали. Так вы уменьшите тепловложение. Но если деталь была предварительно нагрета, можно установить силу тока и выше, увеличив проплавление. Всегда используйте обратную полярность.
Ответы на вопросы: резка металла с помощью плазмореза
