Сварка чугуна¶

Сварка чугуна — технологический процесс получения неразъёмных соединений чугунных деталей, отличающийся от сварки стали повышенной склонностью металла к образованию трещин и белых хрупких участков в зоне шва. Чугун — железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 2,14–4,5 %, в котором углерод присутствует преимущественно в виде графита или цементита. Высокий углерод, кремний и другие примеси (марганец, фосфор, сера) определяют низкую пластичность и широкий интервал кристаллизации, что и создаёт основные технологические трудности.

¶Особенности свариваемости чугуна

При нагреве до температуры сварки и последующем охлаждении в чугуне происходят процессы, отсутствующие у конструкционных сталей:

• Образование цементита. При быстром охлаждении (выше 220 °C/ч) углерод не успевает выделиться в графитической форме и связывается в цементит (Fe₃C), образуя так называемый «белый чугун» в пришовной зоне — твёрдый, хрупкий участок, не поддающийся механической обработке.
• Трещинообразование. Чугун практически не обладает пластичностью, поэтому линейная усадка при кристаллизации шва и термические напряжения приводят к горячим трещинам.
• Поры и шлаковые включения. Газы, выделяющиеся при расплавлении металла (CO, CO₂), и оксиды образуют поры в шве.

Поэтому основная задача технологии — ограничить зону нагрева, обеспечить медленное охлаждение и подобрать присадочный металл с повышенным содержанием графитизирующих элементов (кремния, алюминия).

¶Виды сварки чугуна

¶Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Наиболее распространённый способ ремонта чугунных деталей. Применяют электроды с покрытием, обеспечивающими графитизацию шва:

• ЦЧ-4 (с кремнистым покрытием) — для сварки серого чугуна с последующей механической обработкой;
• МНЧ-1 — для ответственных соединений;
• ОЗЧ-2, ОЗЧ-3 — универсальные электроды для наплавки и сварки.

Ток — постоянный обратной полярности, минимально возможный для стабильного горения дуги. Технология предполагает сварку на коротких проплавляющих швах длиной 20–50 мм с прихватками через 100–150 мм и обязательной проковкой каждого шва молотком с твёрдым бойком (масса 500–1000 г) сразу после снятия дуги — это компенсирует усадочные напряжения.

¶Аргонодуговая сварка (TIG)

Применяют присадочные проволоки с повышенным содержанием кремния (например, СВ-08ГС, OTI-45) или специальные чугунные присадки. Сварка ведётся на постоянном токе прямой полярности с небольшим (1–2 мм) вылетом вольфрамового электрода. Метод обеспечивает чистый шов без шлаков, но требует высокой квалификации сварщика и тщательной подготовки кромок.

¶Газовая сварка

Кислородно-ацетиленовое пламя нормального или восстановительного состава с присадкой чугунных прутков (СЧ-1, СЧ-2) и флюса (бура, сода, графит). Метод даёт широкую зону нагрева, что компенсируется предварительным подогревом детали до 300–600 °C и последующим медленным охлаждением в сухих опилках или асбестовой обёртке. Газовая сварка хорошо подходит для мелких деталей толщиной до 8–10 мм.

¶Электрошлаковая и электрошлаковая наплавка

Для восстановления изношенных поверхностей (валы, втулки, ползуны) применяют электродную ленту, наплавку под флюсом и электрошлаковую наплавку чугунной проволокой. Способы обеспечивают высокую производительность и плотность металла шва.

¶Подготовка к сварке

Качество соединения определяется в значительной мере подготовкой:

1. Дефектоскопия. Обнаружение трещин щупом, магнитным дефектоскопом или проникающими красителями.
2. Зачистка кромок. Снятие масляных загрязнений, удаление оксидов до металлического блеска. Трещины рассверливают на 5–10 мм за концы.
3. Снятие фасок. При толщине более 6 мм кромки разделывают под угол 60–90°.
4. Подогрев. Для ответственных деталей — предварительный подогрев до 300–600 °C (местный или общий), для мелких ремонтов допускается холодная сварка с последующей проковкой.

¶Режимы и присадочные материалы

¶Термическая обработка после сварки

После завершения сварки деталь подвергают отжигу: нагрев до 600–650 °C, выдержка 30–60 минут и медленное охлаждение со скоростью 30–50 °C/ч в печи или в сухих опилках. Отжиг переводит цементит в графит, снимает внутренние напряжения и восстанавливает обрабатываемость резанием.

¶Применение

Сварка чугуна широко применяется в машиностроении, ЖД-транспорте (ремонт корпусов цилиндров паровозов и тепловозов, рам), энергетике (корпуса турбин, котельное литьё), сельском хозяйстве (ремонт отливок плугов, культиваторов) и коммунальном хозяйстве (чугунные трубы, колодезные люки). В промышленности развита также технология наплавки чугунных прутков на стальные основания для получения биметаллических деталей.

Источники:

• Гурвич Л. Д. «Сварка и наплавка чугуна». — М.: Машгиз.
• Патон Б. Е. «Сварка плавящимся электродами». — Киев: Изд-во АН УССР.
• Кучук-Ахметов О. С. «Технология сварки чугуна». — М.: Высшая школа.
• ГОСТ 2601-84. Металлы сплавленные. Общие технические условия.
• Справочник по сварке чугуна / под ред. Е. Л. Галкина. — Л.: Машиностроение.