Сварка чугуна аргоном технология

Сварка чугуна аргоном: подготовка чугуна, необходимое оборудование, технология сварки и особенности процесса

В промышленности и в быту применяется большое количество чугунных изделий. Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, в котором может содержаться от 2 до 6,7% углерода. Высокое содержание углерода приводит к наличию у чугуна ряда свойств, которые делают его сварку обычными способами неэффективной. Для такой сварки разработаны специальные технологии. Одной из наиболее востребованных технологий является дуговая сварка в защитной среде аргона.

выбор Подготовка чугуна к сварке

Подготовка деталей из чугуна к сварке должна быть более тщательной, чем при сварке других материалов. Это связано со склонностью этого материала к образованию трещин и разрушению.

При этом совершаются следующие операции:

Технология сварки аргоном

В зависимости от вида механизации аргоновая сварка бывает ручная, механизированная, автоматизированная и роботизированная.

В первом случае перемещение горелки и сварочной проволоки осуществляется сварщиком. Во втором случае горелку перемещает сварщик, а проволока подается механизировано. В третьем случае движение горелки и проволоки осуществляется механическими средствами, всем процессом управляет оператор. При роботизированной сварке процесс происходит без участия человека.

В состав оборудования, используемого для сварки чугуна в среде аргона, входят:

• источник сварочного тока;
• горелка или набор горелок;
• устройство для возбуждения дуги или поддержания стабильного тока (осциллятор);
• баллон с газом;
• провода, шланги.

Источник тока может быть трансформаторным или инверторным. Инверторный аппарат обладает рядом преимуществ. Такое устройство обеспечивает высокое качество шва, имеет небольшой вес и размеры и простое управление. В инверторе обычно используются дополнительные функции – ускоренный поджиг, стабилизация дуги, модуляция тока.

Важным элементом установки для сварки аргоном является горелка. Она представляет собой сложное устройство, на конце которого смонтировано сопло. Из сопла в область сварочной ванны подается аргон. Сопло изготавливается из термоустойчивого материала, так как температура сварочной ванны может достигать 2000°С. Внутри сопла расположен электрод, с помощью которого образуется электрическая дуга. В сопло с помощью шлангов подается газ из баллона, а к электроду с помощью кабелей подается напряжение от источника тока. Горелка может иметь водяное охлаждение, с помощью которого можно регулировать температуру электрода и ванны.

Схема аргонодуговой сварки

При сварке чугуна аргоном используются неплавящиеся электроды. В качестве таких электродов применяют электроды из вольфрама. Они имеют высокую температуру плавления и не принимают участие в формировании сварочного шва. В соответствии с ГОСТ используют электроды из чистого вольфрама или из вольфрама с добавлением лантана, иттрия, тория. Такие добавки улучшают качество электродов и увеличивают температуру их плавления.

Выбор присадки

При сварке чугуна рассматриваемым методом основным материалом для создания шва является присадка.

В качестве присадочного материала используются пруток или проволока. Тип присадочного материала выбирают в зависимости от требований к качеству шва.

Например, для получения более пластичного шва используют сплавы с никелем, а для шва с повышенной твердостью – медь. Для получения шва со средней твердостью применяют сплав никеля и меди (монель-металл). Толщина присадочных прутков зависит от толщины свариваемых деталей и равна приблизительно ее половине.

В домашних условиях иногда используют самодельный присадочный пруток, состоящий из скрученных медной и нержавеющей проволок.

Сварочная проволока представляет собой трубку из присадочного материала, внутри которой находится флюс. В зависимости от типа сварки применяют проволоку типа ППЧ-1 (для горячей сварки), ППЧ-2 (для полугорячей) или ППЧ-3 (для холодной).

Процесс сваривания чугуна

Существует три вида сварки чугуна аргоном:

• горячая. Перед сваркой детали нагреваются до температуры 600-650°С и последующим медленным охлаждением (в течение нескольких суток);
• полугорячая. Нагревание до 300-350°С;
• холодная. Без нагрева и с естественным охлаждением.

Алгоритм сваривания деталей из чугуна:

1. Закрепить подготовленные для сварки детали (с помощью струбцин или иных приспособлений).
2. Включить подачу аргона.
3. Зажечь дугу (на отдельной графитовой пластине).
4. Ввести присадочный пруток под углом 25-30°.
5. Выполнить сварку участками по 2,5-3 см.
6. Для снятия остаточных напряжений произвести молотком проковку шва.
7. Выполнить 2-й проход и так далее (каждый новый шов простукивается молотком).
8. После формирования шва дать сборке остыть при нормальных условиях.
9. Удалить налет (брызги).
10. Обработать шов наждачной бумагой, шлифмашиной, металлической щеткой.

Особенности сварки чугуна аргоном

При сварке чугуна аргоном необходимо обращать внимание на следующие моменты:

• при сварке электрод должен быть расположен близко к шву для получения дуги минимальных размеров. Это обеспечивает увеличение глубины проплава и уменьшает ширину шва;
• горелка должна двигаться только по оси шва. В результате получается прочное соединение красивой формы;
• чтобы избежать появления брызг, необходимо присадочную проволоку подавать плавно;
• электрод и присадка не должны выходить из газовой зоны;
• заварку кратера производить с понижением тока;
• нельзя прекращать сварку обрывом дуги при отведении горелки;
• работа по сварке не должна прерываться. В случае приостановки новый шов надо начинать с края уже сделанного и затвердевшего шва;
• при сварке горелка должна все время двигаться. При остановке ее на одном месте произойдет перегрев материала и сильное испарение углерода. Это приведет к локальному возрастанию твердости и ухудшению свариваемости;
• сварку лучше производить в нижнем положении. В этом случае пластичный расплавленный металл не вытечет из ванны;
• для вывода газов и предотвращения появления в шве пор необходимо иногда перемешивать раствор в ванне.

Сварка чугуна аргоном — практические советы, проблематика и решения

Сварка высокоуглеродистых сплавов является трудоемкой операцией, которая требует от сварщика знания рекомендованных технологий, навыков и сноровки, выработанных за определенное время. Столкнувшись первый раз с такой задачей, приходит понимание сложности получения шва с заданной геометрией, физическими свойствами, приближенными к основе свариваемых поверхностей.

Чаще всего происходит незапланированная закалка шва (в данном случае упрочнение металла препятствует дальнейшей обработке детали в целом). Игнорирование самых простых правил сварки приводит к появлению внутренних пор и трещин, снижающих срок и качество эксплуатации. С целью избежать таких дефектов все чаще применяют один из самых действенных способов сварки – аргонодуговой.

Процесс сварки аргонодуговым способом чугуна

Применение данной технологии направлено на получение шва, идентичного по своим физическим и механическим показателям к материалу основы.

Горячая сварка

Для достижения результата важен температурный режим протекания работ.

Равномерный разогрев зоны наложения будущего шва, постепенное снижение температуры по окончании укладки шва – два ключевых условия качественного выполнения работы.

Пластичность высокоуглеродистых сплавов, в отличие от сталей, намного ниже. Поэтому при изменении температуры весьма вероятны дефекты, связанные с разрушением целостности металла вблизи места сварки.

1. Предварительный нагрев элемента способствует выделению графита и улучшению пластики металлической основы. Дополнительное применение графитовых электродов, прутков, порошковой проволоки или пластин из чугуна той же марки способствует гарантии однородности по химическому составу сварного соединения.
2. После завершения процесса сварки технология получения качественного стыка не заканчивается. Теперь нужно добиться равномерного охлаждения при низких скоростях. В отличие от нержавеющих сталей, которые поливают водой, чугун не потерпит такой методики. Доказано практикой, что даже равномерное остывание при температуре окружающей среды не всегда может дать ожидаемый результат. В таком случае является оправданным применение экзотермических смесей и покрывающих материалов для изоляции поверхности. В домашних условиях или отсутствии специальных материалов их можно заменить сухим просеянным песком.

Холодная сварка

Для повышения рентабельности производства и уменьшения потерь фонда рабочего времени в промышленных масштабах принято применять холодную сварку чугуна аргоном. Предварительный этап подогрева деталей здесь отсутствует. Вариации такого способа составляют не менее нескольких десятков методов. Основными среди них являются использование никель — стальных, медных и электродов малого диаметра с пониженным содержанием массового процента углерода.

Преимуществом данного способа является его дешевизна и простота процесса, не требующая вовлечения дополнительной оснастки, материалов и контрольно-измерительных приборов температуры и скорости нагрева — охлаждения, как при горячей сварке.

Технологически аргонодуговая сварка высокоуглеродистого сплава обязана вестись на малых токах. Это позволяет уменьшить глубину проникновения в основу базового металла и уменьшить влияние температурных аллотропических превращений в готовом изделии. Такой режим положительно сказывается на снятии напряжений, возникающих в области шва, способствующих разрушению металлической матрицы. Защита процессов, происходящих внутри расплавленной ванны от кислорода, при помощи аргона, снижает появления окислов и пузырьковых дефектов в застывшем металле, а значит, сглаживает основной негативный фактор таких работ – хрупкость места стыка.

Основные моменты и рекомендации по аргонодуговой сварке чугуна в домашних условиях

Метод получения качественного шва стал возможен благодаря использованию инертного газа для этой процедуры. Отсутствие окислов, их вредного влияния на протекание процессов в расплаве ванны, повышение качества и механических характеристик при динамических нагрузках, отсутствие пор и пузырьков получены благодаря аргону. В горелке использован принцип большей на 38% массы аргона, по сравнению с окружающим воздухом. Следовательно, место сварки надежно защищено «падающим» облаком из этого газа. Экономить на расходе аргона при сварке капризного чугуна абсолютно не стоит. Желательно придерживаться рекомендательных режимов расхода газа из справочной литературы.

Интересная информация. Для понимания разнообразия использования аргонодуговой сварки нужно знать, что для нее существует множество обозначений: РАД (ручная аргонодуговая сварка), ААД (автоматическая аргонодуговая сварка), ААДП (автоматическая аргонодуговая сварка плавящимся электродом). Международная маркировка способа сварки неплавящимся вольфрамовым электродом обозначается как TIG/GTAW. Сварка чугуна аргоном самый распространенный метод для его соединения и ремонта.

Основные правила применения:

1. Чистота поверхности свариваемых элементов обеспечит равномерность и однородность шва, поможет избежать появления непредсказуемых фаз с неопределенными свойствами и влиянием на характеристики шва.
2. По возможности и экономической обоснованности лучше использовать горячую сварку. Предварительный нагрев и постепенное охлаждение соединяемых элементов способны уменьшить недостаточность навыков и сноровки при работе с железоуглеродистым сплавом.
3. Минимизируйте показатели сварочного тока. Это поможет избежать непрогнозируемых термофизических процессов в толще элемента, подверженного соединению.
4. Оптимальная длина шва, наложенного за один раз, не должна превышать 25 миллиметров. В случае необходимости большей длины, используется техника каскадного наложения сварочных швов.

Снятие напряжений, которые возникли в шве при производстве справочных работ, можно произвести, применив молоток и простукивание им вдоль линии сварочного соединения.

Сварка чугуна аргоном – технология способная решить многие задачи для конструкторов оборудования и ремонтников.

Аргонодуговая сварка чугуна

Что такое чугун? Это сплав железа и углерода, в котором последний может быть представлен в виде графита или цементита (Fe3C). Если в производстве используется графит, то получается серый чугун, который хорошо поддается обработке и сварке. Если цементит, то получается белый чугун, который варить нельзя. Просто не получится. Сам сварочный процесс может производиться практически любыми технологиями. Нас в этой статье будет интересовать сварка чугуна аргоном с применением неплавящегося вольфрамового электрода ( TIG ).

Но перед тем как начать с ней разбираться, необходимо сказать о том, что существует три основных направления сваривания.

1. Свариваемые чугунные детали соединяются между собой чугунным швом.
2. То же самое, только шов будет из низколегированной стали.
3. И последний – шов из цветных металлов.

То есть, получается так, что аргонная сварка чугуна (ТИГ) может производиться с применением разных по составу присадочных элементов. Но надо обязательно добавить, что сама аргонная технология сваривания чугуна обязательно включает в себя предварительный нагрев заготовок. Хотя все чаще появляются присадки, с помощью которых можно варить чугун и без нагрева. В зависимости от того, до какой температуры будут нагреваться чугунные детали, зависят и разновидности сварки чугуна. Их также три.

1. Горячая сварка, когда заготовки нагреваются до 600С.
2. Полугорячая – до 400С.
3. Холодная – вообще не нагреваются.

Два первых вида обычно используются для того, чтобы создать сварочное соединение таким же по составу, как и сам свариваемый металл. Третий используется, когда создаваемый шов по составу не является чугунным.

Сварка аргоном – технология и последовательность

Процесс аргонодуговой сварки делится на несколько этапов, которые проводятся в определенной последовательности. А именно:

• Подготовка свариваемых заготовок.
• Их подогрев.
• Сам сварочный процесс.
• Медленное охлаждение стыка.

К подготовительному процессу можно отнести зачистку соединяемых поверхностей и формирование кромок. Очень важно правильно кромкам придать необходимую форму. Она не должна быть острой, она должна быть скругленной, как показано на фото ниже. Такое скругление обычно достигается с помощью обычной болгарки. Кромки нужно формировать только в том случае, если толщина соединяемых чугунных заготовок превышает 4 мм.

Подогрев чугуна производится горелкой, после чего можно переходить непосредственно к свариванию металла. Если производится сварка деталей со сложной формой, где присутствуют перемычки, отверстия, участки с разными толщинами, то нагревать необходимо будет всю деталь, а не только участок, где производится сварка.

Чугунные стержни для сварки

Очень важно правильно выбрать присадочный материал. В основном для этого используют стержни, изготовленные из чугуна. Некоторые мастера просто удаляют обмазку с чугунных электродов и применяют их в качестве присадки.

Вот такие марки используются для аргонодуговой сварки чугуна (ТИГ).

• Для горячего сваривания – «А».
• Для горячей сварки с местным нагревом – «Б».
• Для соединения тонкостенных чугунных заготовок при полугорячей сварке – «НЧ-1».
• Для толстостенных чугунных деталей при полугорячей сварке – «НЧ-2».
• Для соединения с повышенными характеристиками износостойкости – «БЧ» или «ХЧ».

Диаметр присадочного стержня выбирается из расчета толщины свариваемых заготовок. Обычно он в два раза должен быть меньше.

Технология сварки

В принципе, варить чугун аргонодуговой технологией нужно точно так же, как и другие металлы. Никаких отклонений или технологических нюансов. Важно правильно настроить сварочный аппарат, который должен выдавать ток силой 40-80 ампер. Разброс величины достаточно большой, потому что в таком диапазоне можно варить детали разной толщины. Оптимальный показатель достигается опытным путем, при котором при сварке металл не трещит.

Сам процесс сварки можно проводить в двух направлениях: горелка движется впереди присадочного прутка или наоборот. Это не нарушает качество шва. Если свариваются две толстые заготовки, то, во-первых, делается Х-образная кромка, во-вторых, сам шов проваривается с двух сторон.

Есть несколько моментов, на которые необходимо обращать внимание, сваривая чугун аргонодуговой сваркой ТИГ.

• Погружать сварочный присадочный стержень в сварную ванну можно после того, как он хорошо нагреется.
• Лучше, если присадка из зоны сваривания не будет выноситься в процессе всего процесса. Но это не критично, потому что после заполнения ванны расплавленным металлом приходится его равномерно распределять по всему зазору, образовывая сварной шов. Именно в это время присадочный элемент там будет только мешать. Но на это уходят доли секунды, так что пруток не успевает остыть.
• Сварка неплавящимся электродом в аргоне должна проводиться непрерывно. Насколько это возможно. Если по каким-то причинам процесс был на время приостановлен, новый шов надо накладывать на край старого, уже остывшего.
• Долго держать пламя горелки на одном месте не допускается. В процессе сильного нагрева чугуна из него начинает испаряться углерод, что приводит к отбеливанию металла. Он становится прочным и твердым, то есть, снижаются его сварные характеристики.
• Лучше всего, если сварку чугуна в аргонном защитном слое проводить в нижнем положении. Таким образом, расплавленный металл не будет вытекать из сварной ванны под действием своего веса и под действием давления самого защитного газа.
• Если свариваются две большие и толстые чугунные заготовки, то зазор между ними будет достаточно большим. Поэтому наплавку производят в несколько слоев. При этом концом присадочного прутка необходимо периодически помешивать содержимое сварочной ванны, чтобы внутри расплавленного металла не образовались поры. Именно таким способом удаляются растворенные в металле газы.

Как видите, сварить чугун с помощью аргонодуговой технологии TIG не очень сложно. Специалисты считают, что именно таким способом соединение чугунных деталей будет самым качественным. Но чтобы качество на самом деле было высоким, нужно обязательно, чтобы чугун после сварки остывал медленно (естественным путем).

Технологии и особенности сварки чугуна аргоном

Вещи из чугуна можно найти в любом доме. Это объясняется повышенной износостойкостью материала, но даже он может прийти в негодность при длительном использовании. В этом случае применяется сварка чугуна аргоном. При использовании этого газа любой человек сможет в домашних условиях починить любую испорченную чугунную вещь.

Сварка чугуна аргоном

Особенности материала

В составе чугуна содержатся железо, углерод в количестве не менее 2,14% и примеси. Материал имеет высокую твердость, но низкую ковкость и пластичность, из-за чего он является хрупким. Среди дополнительных веществ выделяют:

В качестве металлов для легирования используют вещества:

Металл имеет плотность при нормальных условиях 7200 кг/м 3 , его применяют в литейной промышленности при изготовлении станин для станков, а также крупных деталей. Плавление чугуна происходит при температуре 1200°С, при этом углерод в составе не успевает проникнуть в глубину материала, а располагается в основном на поверхности. Такой эффект делает металл хрупким.

Виды чугуна

Материал классифицируют на следующие типы:

1. Белый чугун. В данном виде углерод имеет состояние цементита, при этом на срезе наблюдается белый оттенок и блеск характерный для металлов. Чугунное литье такого типа является износостойким, жаростойким и защищенным от коррозии. Применяется для переплавки в сталь.
2. Серый чугун содержит углерод в виде пластинчатого графита. На срезе имеет серый оттенок, без явного блеска. Применяется при изготовлении деталей с нагрузками на сжатие.
3. Ковкий чугун представляет собой белый тип после термической обработки, в результате чего графит в составе принимает форму хлопьев. Данные условия делают материал пластичным и вязким. Применяется при изготовлении деталей сложных конфигураций.
4. Высокопрочный тип содержит углерод в сферической форме, при этом металлическая основа не подвергается разрыву в структуре. Применяется в машиностроении для изготовления ответственных деталей высокой прочности.

Свариваемость чугуна и другие свойства

При соединении частей чугуна при помощи сварки возникают некоторые трудности, связанные с его характеристиками. При достижении критической температуры может произойти течение металла, в результате чего он вытекает из места шва. Сгорание графита и газообразование приводит к появлению трещин в металле, а также к некачественному шву с порами. Такие явления делают чугун трудно свариваемым материалом.

Сварка чугуна аргоном

Для того чтобы варить чугун в домашней мастерской необходимо соблюдать некоторые правила и требования, которые помогут избежать трещин и других дефектов.

Подготовительный этап

Перед тем как перейти к соединению частей материала при помощи сварки необходимо выполнить подготовку:

1. Осмотр внешнего вида на явные дефекты (трещины и поры).
2. Место сварки обрабатывают при помощи шлифовальной машинки, при этом края закругляют.
3. Очищают место соединения от мусора и стружки.

Выбор способа

Наиболее распространенным считается способ соединения при помощи присадочных материалов. Сварку аргонодуговым аппаратом осуществляют в любом положении. Применение проволоки низкого качества позволит снизить затраты на сварку, тем самым можно выполнять манипуляции при помощи аппаратов для дома и дачи.

Вольфрамовый электрод применяют для сварки толстостенных деталей. Данная технология позволяет создание качественного шва при добавлении специальных флюсов.

Необходимый материал и оборудование

Сварочный припой выбирают в зависимости от разновидности чугуна и вида сварки. В качестве электрода применяется вольфрам, при сварке с высокой температурой используют никелевый припой. Присадки подбираются в зависимости от типа варки:

• горячая сварка полуавтоматом требует применения марок А и Б;
• при автоматической варке используется проволока на основе кремния, является порошковой;
• в результате предварительного разогрева деталей в месте соединения до температуры 350°С подходит марка ПП-АНЧ-2;
• для высокопрочных типов используют ПП-АНЧ-5, при этом сила тока при сварке должна иметь значение до 500 А.

Для выполнения операции сварки аргоном применяют аргонодуговой сварочный аппарат. В нем применяется двойная технология газовая и электрическая. С его помощью получают соединения высокого качества. Различают автоматические и полуавтоматические модели.

Аргонодуговые сварочные аппараты

Режимы

Для аргонной сварки установлены следующие параметры:

• заготовка до 10 мм, сила тока до 350 А;
• толщина до 20 мм, сила тока до 400 А;
• толщина от 30мм и выше, сила тока до 600 А.

Последовательность действий

Для того чтобы сварочный шов имел высокое качество без дефектов и трещин необходимо выполнять следующие действия:

• подготавливаются чугунные заготовки;
• настройка режима сварки;
• в правой руке следует держать горелку, в левой — присадочную проволоку;
• на рукояти находится включатель подачи газа, его нагнетают за 20 секунд до сварки;
• между электродом и швом необходимо выдерживать 2 мм;
• включают аппарат, при этом на электрод подается напряжение и между ним и чугуном возникает дуга;
• в место сварки подаю газ;
• присадочная проволока плавится и заполняет пустоту между заготовками;
• не рекомендуется прикасаться вольфрамом к чугуну при сварке.

При соблюдении требований безопасности сварщик получит качественный шов, который в процессе эксплуатации детали из чугуна не покроется трещинами и порами.