Электроды и проволоки для сварки чугуна / сварка чугуна электродом

Чугун — это сплав железа с углеродом, содержание которого превышает 2,14%. Чугун получил широкое распространение как конструкционный материал в связи с невысокой стоимостью и хорошими литейными свойствами. В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые. В белых чугунах углерод связан в химическое соединение Fe3C- карбид железа или цементит. В серых чугунах углерод находится в виде графита. Поэтому серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, а белые чугуны из-за очень высокой твердости обычным режущим инструментом не обрабатываются. Кроме того, нужно отметить что углерод, кремний, никель, медь способствуют «графитизации» чугуна, а хром, марганец, сера способствуют «отбелу».

Чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью, поскольку «сварочный» нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварное соединение без дефектов и с необходимым уровнем свойств весьма сложно и  можно добиться только с применением специальных электродов для сварки чугуна.

В большей степени сварка чугуна, используется как средство исправления дефектов чугунного литья, ремонта чугунных изделий, и, в меньшей степени, при изготовлении сварных металлоконструкций.

Причины, затрудняющие получение качественных сварных соединений из чугуна, следующие:

• 1.) Высокие скорости охлаждения металла шва изоны термического влияния, соответствующие термическому циклу сварки, приводят котбеливанию чугуна, т. е.появлению участков свыделениями цементита той или иной формы вразличном количестве.
• 2.) Вследствие местного неравномерного нагрева металла возникают сварочные напряжения, которые всвязи сочень незначительной пластичностью чугуна приводят кобразованию трещин вшве иоколошовной зоне. Кроме того, «отбеленные» участки обладают большей плотностью, чем серый чугун, что создает дополнительные структурные напряжения, которые способствуют образованию трещин.
• 3.) Интенсивное газовыделение из расплавленного металла сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва.
• 4.) Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла в сварочной ванне и формирование шва.

В сварочной литературе описывается два технологических способа сварки чугуна — «горячая» и «холодная», которые в той или иной степени «борются» с вышеперечисленными трудностями.

Рассматривая «горячую» сварку чугуна, нужно отметить, что наиболее радикальным средством борьбы с образованием отбеленных и закаленных участков шва и околошовной зоны и образованием пор и трещин служит подогрев изделия до температуры 600… 650 °С и медленное охлаждение его после сварки. «Горячая» сварка, в большей степени, применяется лишь на предприятиях, имеющих крупносерийный и массовый характер производства и имеющих соответствующее оборудование для термообработки. В линейке немецкого производителя сварочных материалов CAPILLA для «горячей» сварки чугуна используют электроды Capilla 41.

При «холодной» сварке чугуна широко используют металлургические и технологические средства воздействия на металл шва с целью повышения качества сварных соединений. К их числу относятся:

• Легирование наплавленного металла элементами-графитизаторами, стем чтобы при данной скорости охлаждения получить вшве структуру серого чугуна;
• Легирование наплавленного металла такими элементами, которые позволяют получить в шве перлитно-ферритную структуру, характерную для низкоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, более прочные, чем цементит, и равномерно распределенные в металле;
• Введение в состав сварочных материалов кислородосодержащих компонентов с целью максимального окисления углерода (выжигания его) и получения в металле шва низкоуглеродистой стали;
• Применение сварочных материалов, обеспечивающих в наплавленном металле получение различных сплавов цветных металлов: медно-никелевых, железоникелевых, обладающих высокой пластичностью и имеющих температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна.

Для получения швов, обладающих достаточно высокой пластичностью в холодном состоянии, применяют электроды, обеспечивающие получение в наплавленном металле сплавов на основе никеля и меди. В линейке немецкого производителя — это электроды Capilla 43 (97,5% никеля) и Capilla 44 (70% никеля и 30% меди). Медь и никель не образуют соединений с углеродом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Поэтому, попадая в зону неполного расплавления, прилегающую к шву, они уменьшают вероятность отбеливания. Сварку выполняют короткими участками, валиками небольших сечений, вразброс, для охлаждения шва и околошовной зоны до температуры 50… 60 °С, а также с перерывами, чтобы зона разогрева чугуна была небольшой. Кроме того, повышению пластичности металла шва способствует проковка наплавленного металла в горячем состоянии для уменьшения уровня сварочных напряжений. Проковка обязательна, так как при этом уменьшается опасность образования трещин в околошовной зоне.

 

Медно-никелевые электроды в производстве применяют главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твердости недопустимо. Положительные свойства таких электродов в том, что никель не растворяет углерод и не образует структур, имеющих высокую твердость после нагрева и быстрого охлаждения. Отбеливание зоны частичного расплавления при небольших ее размерах практически отсутствует, так как медь и никель (элементы графитизаторы) проникая в этот участок, оказывают положительное действие. В то же время никель и железо обладают неограниченной растворимостью, способствуя надежному сплавлению.

Недостатком этих электродов является большая усадка, приводящая к образованию горячих трещин. Горячие трещины иногда имеют вид сплошной сетки, что снижает прочность сварного соединения. В связи с этим данные электроды не рекомендуется применять для заварки трещин в изделиях, которые несут силовую нагрузку. Заварка же отдельных мелких раковин позволяет получить хорошие результаты, так как обеспечивает возможность последующей механической обработки.
Чугун также можно сваривать в среде аргона проволокой из медно-никелевого сплава DT-2.0837, содержащего никеля примерно 30%

Для заварки отдельных небольших дефектов на обрабатываемых поверхностях отливок ответственного назначения из серого и высокопрочного чугуна, пороков, выявленных на механически обработанных поверхностях изделий и при ремонте оборудования из чугунного литья, используют также железоникелевые электроды Capilla 45 и Capilla 45–2 со стержнем из сплава, содержащего примерно по 50% Ni и 50% Fe, причем у электродов Capilla 45–2 это биметаллический стержень.

При сварке такими электродами обеспечивается достаточно высокая прочность и некоторая вязкость металла шва. Железоникелевые электроды обладают определенными преимуществами, к числу которых кроме высокой прочности можно отнести меньшую, чем у медно-никелевыхэлектродов, литейную усадку, а также примерную одноцветность наплавленного металла и чугуна.

Вариант сварочного материала для сварки в среде аргона — это проволока DT-NiFe содержащая примерно 55% Ni и 45% Fe

Необходимо всегда иметь в виду, что все сварочные материалы, содержащие никель, достаточно дефицитны, и могут в большинстве случаев применяться для сварки чугуна относительно ограниченно, например, для заварки небольших раковин, вскрытых на последних операциях механической обработки или в деталях больших размеров.
Кроме того, нужно отметить, что применение проволок на основе никеля нашли применение при механизированной электродуговой сварке чугунных труб и фасонных частей из чугуна при изготовлении инженерных коммуникаций для подачи и отвода воды.