Сварка железа: Сварка тонкого металла электродом: ошибки, советы, оборудование

alexxlab | 15.05.2023 | 0 | Разное

Содержание

Сварка разнородных металлов – Земля Сварщиков

Полезные советы

21.03.2022
Опубликовано development

21 Мар

Сварка разнородных металлов

Получение высококачественной сварной конструкции – это сварка идентичных, или же хотя бы похожих по строению металлов. Однако, существует множество случаев, когда сварные конструкции производятся из металлов различных составов и свойств. Причина для того – износ, высокие температуры или другие условия, где от разных частей сварной конструкции требуются разные свойства.

Это создаёт необходимость производства сварных конструкций из разнородных металлов. Такая необходимость возникает в самых разных сферах производства всё чаще. Данная статья написана, чтобы предоставить информацию по успешному составлению комбинаций между некоторыми из более доступных видов металлов.

В случае качественной сварки металлов разнородных видов прочность полученной конструкции примерно совпадает с показателем прочности одного из двух соединяемых металлов, а именно того, чей показатель более низкий. Таким образом, эта система обладает таким пределом прочности и ковкостью, при которых сварочный шов, соединяющий конструкцию, не сможет разойтись. Соединения могут быть произведены между многими видами металлов с помощью разных способов сварки.
Проблема сварки подобных металлов связана с тем, что для таких процессов вначале нужно изучить фазовую диаграмму интерметаллического соединения. Если между выбранными металлами возможна свариваемость, то это объединение будет успешно произведено. В противном случае этого сделать не удастся.

Соединения между металлами необходимо изучить на предмет подверженности коррозии и деформируемости. Микроструктура такого соединения очень важна. Иногда приходится использовать третий металл, чтобы успешно произвести сварку.

Ещё один фактор, который определяет время службы любого соединения двух металлов – коэффициент теплового расширения. Если коэффициенты двух металлов сильно различаются, то оно может вскоре разрушиться.

Помимо прочего, стоит обратить внимание на различие температур плавления металлов. Она также крайне важна, поскольку из-за этой разницы один из металлов будет расплавлен задолго до другого при едином для обоих элементов температурном воздействии. Когда металлы с разными температурами плавления и коэффициентами теплового расширения нужно объединить, то сварочный процесс с высокой тепловой мощностью поможет произвести соединение быстрее, что, несомненно, является преимуществом.

Расстояние на электрохимической шкале показывает устойчивость металлов к коррозии в интерметаллической зоне. Если они расположены далеко, то коррозия станет серьёзной проблемой.

Использование промежуточного металла

В некоторых случаях, как и упоминалось прежде, можно создать сварочную конструкцию из двух металлов, только использовав нечто в качестве переходного материала. Например, при сварке меди со сталью. Такие элементы невозможно сварить напрямую, но, например, никель можно сварить с каждым из них. Таким образом, с помощью промежуточного металла данное объединение будет произведено.

Использование вставки

Ещё объединить разнородные металлы можно использовав композитную вставку между ними. Эта вставка состоит из другого промежуточного объединения между разнородными металлами, совершенного с помощью сварочного процесса, который не требует нагревания.

Процессы сварки для композитных вставок

Далее следует краткое описание сварочных процессов, которые могут использоваться для создания композитных вставок:

• Cварка взрывом
• Холодная сварка
• Ультразвуковая сварка
• Сварка трением
• Сварка сопротивлением высокочастотным током
• Диффузионная сварка
• Перкуссионная сварка
• Лазерная сварка
• Дуговая сварка

Сваривание алюминия с различными металлами

Металлы обладают широким диапазоном температур плавления. У алюминия она составляет примерно 650 градусов Цельсия, у железа – примерно 1538 градусов. Поэтому при плавке алюминий расплавится задолго до стали.
Фазовая диаграмма сварки алюминия с железом показывает, что сплавы железа с алюминием с долей железа более чем 12 % почти не имеют ковкости. Также, у алюминия и железа большая разница между коэффициентом теплового расширения, теплопроводимостью и теплоёмкостью. Это может стать причиной термических напряжений.

Самый действенный способ – использовать алюминиево-стальные (биметаллические) переходные вставки для сваривания сплавов алюминия со сталью при помощи электродуговой сварки.

Еще один способ – покрыть железо металлом, совместимым с алюминием. Успех в этом случае зависит от того, чем покрывается железо, а также толщины слоя и прочности соединения железа и этого металла. Покрыв цинком железо, можно сварить его с алюминием при помощи дуговой сварки. Для сварки алюминия с нержавеющей сталью можно использовать переходные вставки. Также можно использовать вышеупомянутый метод покрытия.
Сваривание алюминия с медью может быть осуществлено с помощью переходной вставки.

Сваривание меди с различными металлами

Медь и её сплавы можно сварить со сплавами железа и с нержавеющей сталью. Для более тонких частей сварочной конструкции можно использовать аргонодуговую сварку с содержащим сплав меди присадочным прутком. Импульсный режим позволяет сделать получение качественного сплава более простой задачей. Дуга должна быть направлена на медную часть конструкции. Для более широких частей конструкции стоит сперва покрыть сталь вышеупомянутым присадочным материалом. Медь следует предварительно нагреть.
Ещё один метод – наплавить медь никельсодержащим электродом. Рекомендуется сделать два слоя. В этом случае её вначале нужно разогреть примерно до 540 градусов Цельсия.
Медь также можно сварить с нержавейкой, а латунь – со сплавами железа.

Сваривание никелевых сплавов с железом.

Никелевые сплавы, такие как монель и инконель могут быть сварены с низколегированной сталью с помощью любого из процессов дуговой сварки с использованием материалов-наполнителей. Таким же образом их можно сварить с нержавейкой, если использовать подходящий электрод.

В случае, если вам понадобится любое сварочное оборудование, материалы, а также квалифицированная консультация – специалисты компании Земля Сварщиков помогут найти ответ и/или наиболее эффектиное решение поставленной задачи.

Сварка ММА — EWM AG

Общие сведения о сварке MMA
Род тока
Тип электрода
Свойства типов покрытий
Правильная сварка MMA
Зажигание сварочной дуги
Направление электрода
Магнитное дутье
Параметры сварки
Сила тока в зависимости от диаметра электрода
Требуемое оборудование

Общая информация

Cварка MMA (номер процесса 111) относится к методам сварки плавлением, а именно к методам дуговой сварки металлическим электродом.

В ISO 857-1 (издание 1998 г.) сварочные процессы этой группы в переводе с английского определяются следующим образом:
Дуговая сварка металлическим электродом: процесс дуговой сварки с использованием расходуемого электрода. Дуговая сварка металлическим электродом без защитного газа: процесс дуговой сварки металлическим электродом без внешний подачи защитного газа. Ручная дуговая сварка металлическим электродом: выполняемая вручную дуговая сварка металлическим электродом с покрытием.
В Германии последний метод называется ручной дуговой сваркой (в разговорном варианте – сваркой стержневым электродом). В англоязычном пространстве эта технология называется MMA или MMAW (Manual Metal Arc Welding – ручная дуговая сварка металлическим электродом). Она характеризуется тем, что электрическая дуга горит между плавящимся электродом и сварочной ванной. Внешняя защита отсутствует, всю защиту от атмосферы обеспечивает электрод. При этом он является источником дуги и сварочной присадкой.

Покрытие образует шлак и (или) защитный газ, которые, кроме прочего, защищают переходящую каплю и сварочную ванную от проникновения содержащихся в атмосфере кислорода, азота и водорода.

Род тока

Для ручной дуговой сварки (стержневым электродом) можно использовать как постоянный, так и переменный ток, однако не все типы покрытий стержневых электродов подходят для сварки переменным током синусоидальной формы, например, чисто основные электроды. При сварке постоянным током у электродов большинства типов отрицательный полюс подключается к электроду, а положительный – к заготовке. Исключением являются основные электроды. Они лучше свариваются при подключении к положительному полюсу. То же относится к определенным электродам с целлюлозным покрытием. Дополнительные сведения можно найти в разделе «Типы электродов». Электрод – главный инструмент сварщика. Он ведет дугу, горящую на конце электрода, по сварочному шву, расплавляя кромки стыка (см. рис. 2). В зависимости от вида шва и толщины основного материала требуется разная сила тока. Поскольку токонагрузочная способность электродов ограничена в зависимости от их диаметра и длины, стержневые электроды поставляются в исполнениях различных размеров. В таблице 1 приведены стандартные размеры по EN 759. Чем больше диаметр стержня, тем большую силу тока можно использовать.

Типы электродов

Существуют стержневые электроды с покрытиями очень разных составов. От структуры покрытия зависят характеристики плавления электрода, его сварочные свойства и качество сваренного материала (более подробные сведения приведены в разделе «Какой электрод для какой цели». В соответствии с EN 499 у стержневых электродов для сварки нелегированных сталей существуют различные типы покрытий. При этом следует различать базовые и смешанные типы. Буквы, используемые в обозначениях, указывают на английские термины. Здесь C означает «целлюлоза» (cellulose), A – «кислый» (acid), R – «рутиловый» (rutile), а B – «основной» (basic). В Германии в основном используется рутиловый тип. Покрытие стержневых электродов может быть тонким, средним или толстым. Поэтому для уточнения рутиловые электроды с толстым покрытием (а в принципе электроды этого типа предлагаются со всеми тремя вариантами покрытий) обозначаются буквами RR. У легированных и высоколегированных стержневых электродов такого разнообразия покрытий нет. У стержневых электродов для сварки нержавеющих сталей, нормированных по EN 1600, различаются, к примеру, только рутиловые и основные электроды, как и у стержневых электродов для сварки жаропрочных сталей (EN 1599), причем в этом случае существуют смешанные рутилово-основные типы без особых указаний. Это, например, электроды с улучшенными характеристиками для сварки в сложных положениях. Стержневые электроды для сварки высокопрочных сталей (EN 757) бывают только с основными покрытиями.

Свойства типов покрытий

Сварочные характеристики в особой степени зависят от состава и толщины покрытия. Это относится как к стабильной сварочной дуге, так и к переходу металла при сварке и вязкости шлака и сварочной ванны. Особое значение при этом имеет размер капель, переходящих в дуге.
На этом рисунке схематично изображен капельный переход при использовании четырех базовых типов покрытий: целлюлозные (a), рутиловые (b), кислые (c), основные (d).

Покрытие состоит в основном из органических компонентов, которые сгорают в сварочной дуге, образуя газ для защиты места сварки. Поскольку кроме целлюлозы и других органических веществ покрытие содержит лишь небольшое количество веществ, стабилизирующих сварочную дугу, шлак почти не образуется. Целлюлозные типы особенно хорошо подходят для сварки вертикальных швов, так как при их использовании не следует опасаться затекания шлака вперед.

Кислый тип (A), покрытие которого большей частью состоит из железных и марганцевых руд, отдает в атмосферу дуги большее количество кислорода. Он проникает и в свариваемый материал, уменьшая его поверхностное натяжение. Это обеспечивает струйный переход металла очень мелкими каплями и низкую вязкость свариваемого материала. Поэтому электроды этого типа не подходят для сварки в неудобных положениях. Температура сварочной дуги очень высока, что обеспечивает высокую скорость сварки, однако при этом возможно образование подрезов. Эти недостатки привели к тому, что в Германии больше почти не используются стержневые электроды чисто кислого типа.

Их место заняли электроды рутилово-кислого типа (RA), то есть сочетание кислого и рутилового электрода. Этот электрод обладает соответствующими сварочными характеристиками. Покрытие рутилового типа (R/RR) большей частью состоит из оксида титана в форме минералов рутила (TiO2) или ильменита (TiO2 . FeO) или из искусственного оксида титана. Электроды этого типа отличаются переходом металла мелкими или средними каплями, спокойным плавлением с малым количеством брызг, очень точным рисунком шва, хорошей удаляемостью шлака и хорошими характеристиками повторного зажигания. Последним отличаются только рутиловые электроды с высоким содержанием TiO2 в покрытии. Это значит, что уже начавший плавиться электрод можно повторно зажечь, не удаляя кратер покрытия. Пленка шлака, образовавшаяся в кратере, при достаточно большом содержании TiO2 обладает практически той же проводимостью, что и полупроводник, так что при установке кромки кратера на заготовку протекает достаточно тока для зажигания дуги без касания стержнем заготовки. Такое спонтанное повторное зажигание важно в тех случаях, когда процесс сварки часто прерывается, например, при сваривании коротких швов.

Помимо чисто рутиловых электродов в этой группе есть еще и несколько смешанных типов. Следует упомянуть рутилово-целлюлозный тип (RC), у которого часть рутила заменена целлюлозой. Поскольку целлюлоза сгорает во время сварки, образуется меньше шлака. Поэтому такие электроды можно использовать и для сварки вертикальных швов (поз. PG). Однако этот тип обладает хорошими характеристиками и при сварке в большинстве других положений.

Еще одним смешанным типом является рутилово-основной (RB). Его покрытие несколько тоньше, чем у типа RR. Благодаря этому и особой шлаковой характеристике этот тип особенно хорошо подходит для сварки в вертикальном положении снизу вверх (PF). Остается еще основной тип (B). У этого типа покрытие большей частью состоит из основных оксидов кальция (CaO) и магния (MgO), к которым добавляется плавиковый шпат (CaF2) для разжижения шлака. При высоком содержании плавикового шпата ухудшается свариваемость переменным током. По этой причине чисто основные электроды не следует использовать с переменным током синусоидальной формы, однако существуют смешанные типы с меньшим количеством плавикового шпата в покрытии, которые можно использовать с этим видом тока. Переход металла основных электродов осуществляется средними и крупными каплями, а сварочная ванна является вязкотекучей. Этот электрод можно успешно использовать во всех позициях. Однако возникающие валики слишком сильно изогнуты и более грубы из-за большей вязкости свариваемого материала. Свариваемый материал отличается очень хорошими характеристиками вязкости.

Основные покрытия гигроскопичны. Поэтому такие электроды следует хранить с особой аккуратностью в сухом месте. Влажные электроды нужно просушить. Однако, если сварка ведется сухими электродами, в свариваемом материале содержится очень мало водорода. Помимо стержневых электродов с обычным выходом (< 105 %) существуют и такие, которые благодаря порошку железа, добавляемому поверх покрытия, имеют больший выход, в большинстве случаев > 160 %. Такие типы называются электродами с железным порошком или высокомощными электродами. Благодаря высокой мощности расплавления их во многих случаях можно использовать с большей экономичностью, чем обычные электроды, однако, как правило, их можно применять только в ровной (PA) и горизонтальной позиции (PB).

Правильная сварка MMA

Сварщику требуется хорошее образование, причем не только с ремесленной точки зрения. Для предотвращения ошибок ему необходимы и соответствующие специальные знания. Директивы в сфере образования, разработанные Немецким союзом сварочных и аналогичных технологий, признаны во всем мире и уже приняты Международным институтом сварки. Как правило, перед началом сварки заготовки прихватываются. Места прихвата должны быть настолько длинными и толстыми, чтобы во время сварки заготовки не могли недопустимо стянуться, что привело бы к разрыву мест прихвата.

Заготовка
Сварочный шов
Шлак
Сварочная дуга
Электрод с покрытием
Электрододержатель
Источник сварочного тока

Зажигание сварочной дуги

При ручной сварке стержневыми электродами процесс начинается с контактного зажигания. Для замыкания цепи тока между электродом и заготовкой сначала должно произойти короткое замыкание, после чего электрод нужно сразу слегка приподнять – зажжется электрическая дуга. Зажигать дугу за пределами шва нельзя. Ее следует зажигать только в тех местах, которые после этого сразу будут расплавлены. В тех местах зажигания, где это не происходит, из-за резкого нагрева, особенно в чувствительных материалах, могут возникать трещины. У основных электродов, склонных к начальной пористости, зажигание должно производится значительно раньше непосредственного начала сварки. После этого дуга возвращается к начальной точке шва, и во время сварки первые капли, которые в большинстве своем пористы, снова расплавляются.

Направление электрода

Электрод подводится к поверхности стального листа вертикально или под небольшим уклоном. Он слегка наклоняется в направлении сварки. Видимая длина сварочной дуги, то есть расстояние между кромкой кратера и поверхностью заготовки, должна примерно равняться диаметру стержня. Базовые электроды следует использовать с очень короткой дугой (расстояние = 0,5 x диаметра стержня). Для этого их следует вести в более вертикальном положении, чем рутиловые электроды. В большинстве позиций свариваются ниточные наплавленные валики, либо электрод слегка покачивается вверх при увеличении ширины шва. Только в позиции PF валики с поперечными колебаниями электрода проводятся по всей ширине шва. Как правило, электрод при сварке располагается под острым углом, только в позиции PF – под прямым углом.

Разделка кромок
Стержневой электрод
Жидкий свариваемый материал
Жидкий шлак
Застывший шлак

Магнитное дутье

Под магнитным дутьем понимают явление, при котором сварочная дуга при отклонении от центральной оси удлиняется, издавая шипящий звук. Из-за этого отклонения могут возникать непровары. Провар может оказаться дефектным, а при сварочных процессах с направлением шлака из-за затекания шлака вперед в шве могут возникать включения шлака. Отклонение дуги вызывается силами, связанными с окружающим магнитным полем. Как и любой проводник, по которому течет ток, электрод и сварочная дуга окружены кольцеобразным магнитным полем, которое изменяет направление в области дуги при переходе в основной материал. В результате магнитные линии уплотняются на внутренней стороне и расширяются на внешней. Дуга отклоняется в область меньшей плотности линий тока. При этом она удлиняется и издает шипящий звук из-за повышенного напряжения дуги. Таким образом, противоположный полюс оказывает на сварочную дугу отталкивающее действие. Другая магнитная сила приводит к тому, что магнитное поле лучше распространяется в ферромагнитном материале, чем в воздухе. Поэтому сварочная дуга притягивается большими массами железа. Это проявляется, например, тем, что при сварке намагничиваемого материала в концах листах дуга отклоняется наружу. Предотвратить отклонение дуги можно путем соответствующего наклона электрода. Так как при сварке постоянным током магнитное дутье проявляется особенно сильно, этого можно избежать путем сварки переменным током или, по крайней мере, значительно уменьшить. Особенно сильно магнитное дутье может проявляться при сварке корневых слоев из-за большой массы железа. Здесь можно улучшить магнитный поток с помощью расположенных тесно друг к другу, не слишком коротких мест прихвата.

Параметры сварки

При ручной сварке стержневыми электродами регулируется только сила тока, напряжение сварочной дуги зависит от ее длины, которую поддерживает сварщик. При настройке силы тока следует учесть токонагрузочную способность электродов соответствующего диаметра. При этом действует правило, согласно которому нижние предельные значения относятся к сварке корневых слоев и позиции PF, верхние, напротив, к остальным позициям, а также к заполняющим и верхним слоям. С увеличением силы тока растет мощность расплавления и, следовательно, скорость сварки. Провар также увеличивается с увеличением силы тока. Указанные значения силы тока относятся только к нелегированным и низколегированным сталям. У высоколегированных сталей и материалов на основе никеля из-за большего электрического сопротивления стержня требуются более низкие значения.

Сила тока в зависимости от диаметра электрода

Необходимо принять во внимание следующие основные правила расчета отдельных значений силы тока в амперах:

20-40 x Ø

При диаметре 2,0 мм сила тока должна составлять 40-80 A
При диаметре 2,5 мм сила тока должна составлять 50-100 A

30-50 x Ø

При диаметре 3,2 мм сила тока должна составлять 90-150 A
При диаметре 4,0 мм сила тока должна составлять 120-200 A
При диаметре 5,0 мм сила тока должна составлять 180-270 A

35-60 x Ø

При диаметре 6,0 мм сила тока должна составлять 220-360 A

Для успешной ручной сварки стержневыми электродами вам потребуется следующее оборудование:

Источник сварочного тока
Электрододержатель
Стержневой электрод
Зажим заготовки/цанга массы
Сварочные инструменты
Защитная одежда

Можно ли сваривать чугун? (Полное руководство)

Можно сваривать чугун, хотя это может быть проблематично из-за высокого содержания углерода. Это содержание углерода часто составляет около 2–4%, что примерно в десять раз больше, чем у большинства сталей. В процессе сварки этот углерод мигрирует в металл сварного шва и/или в зону термического влияния, что приводит к повышенной хрупкости/твердости. Это, в свою очередь, может привести к растрескиванию после сварки.

Чугун состоит из железа и углерода в различных соотношениях с дополнительными элементами, такими как марганец, кремний, хром, никель, медь, молибден и т. д., для улучшения определенных свойств. Кроме того, он может содержать значительно более высокие уровни серы и фосфора в качестве примесей, затрудняющих сварку без образования трещин. Различные марки чугуна включают серый чугун, белый чугун, ковкий чугун и ковкий чугун с широким диапазоном свариваемости. Все категории чугуна, кроме белого чугуна, считаются свариваемыми, хотя сварка может быть значительно сложнее по сравнению со сваркой углеродистой стали. Однако может быть трудно определить разницу между этими разными типами чугуна без подробного металлургического анализа. Несмотря на это, чугун – это прочный, износостойкий металл, который используется веками.

Содержание

Нажмите на ссылку ниже, чтобы перейти к разделу руководства:

Сложно ли сваривать?
Этапы предварительной сварки чугуна
Типы сварки
Сварочные стержни
Отделка
Советы
Заключение

Как упоминалось выше, сварка чугуна может быть затруднена из-за его специфического состава, но это возможно, если вы используете правильную технику сварки, чтобы избежать сварных трещин. Это включает в себя тщательный нагрев и охлаждение, часто включая предварительный нагрев, правильный выбор сварочных электродов и медленное охлаждение детали.

Существует ряд ключевых шагов, которые можно предпринять, чтобы обеспечить эффективную сварку чугуна. К ним относятся:

Идентификация сплава
Очистка слепка
Выбор правильной температуры предварительного нагрева
Выбор правильного метода сварки

1.

Определите сплав

Чугун имеет низкую пластичность, поэтому он может растрескиваться из-за термических напряжений при быстром нагревании или охлаждении. Склонность к растрескиванию зависит от типа/категории чугуна. Это означает, что необходимо понимать, с каким типом сплава вы работаете:

Серый чугун

Это наиболее распространенный тип чугуна. В основном это сплав железо-углерод-марганец-кремний с 2,5-4% углерода. Углерод осаждается в графитовые чешуйки во время производства в кристаллическую структуру феррита или перлита. Однако эти чешуйки графита могут растворяться во время сварки и выделяться в виде высокоуглеродистого мартенсита, охрупчивая зону термического влияния и металл сварного шва.

Белый чугун

Белый чугун не содержит графита и содержит углерод в комбинированной форме в виде карбидов металлов, что делает микроструктуру хрупкой. Белый чугун обычно считается несвариваемым.

Ковкий (с шаровидным графитом) чугун

Ковкий чугун по составу подобен серому чугуну, но содержание примесей ниже по сравнению с серым чугуном. В отличие от серого чугуна, который содержит углерод в виде чешуек графита, ковкий чугун содержит графит в виде сфероидов в своей матрице. Остальная часть матрицы состоит в основном из перлита с ферритовой областью, окружающей графитовые сфероиды.

Ковкий чугун

Ковкий чугун представляет собой термообработанный белый чугун с существенно более низким содержанием углерода по сравнению с белым чугуном. В зависимости от применяемой термической обработки он обычно имеет структуру смеси феррита или перлита с включениями графита и, следовательно, обладает большей пластичностью по сравнению со стандартным белым чугуном.

Самый простой способ определить, с каким типом железа вы работаете, — это проверить исходную спецификацию. Химический и металлографический анализ также может помочь в определении категории чугуна, с которым вы работаете. Есть и другие способы определить разницу между сплавами; серый чугун будет иметь серый цвет вдоль точки излома, в то время как белый чугун будет иметь более белый цвет вдоль излома из-за содержащегося в нем цементита. Однако, например, у ковкого чугуна также будет более белый излом, но он гораздо лучше поддается сварке.

2. Очистка отливки

Важно очистить чугун перед сваркой, удалив все поверхностные материалы, такие как краска, жир и масло, уделяя особое внимание области сварки. Отливочная корка может быть удалена шлифовкой. Очень важно, чтобы очищенная поверхность была протерта уайт-спиритом, чтобы удалить остаточный поверхностный графит перед сваркой. Медленный предварительный нагрев зоны сварки в течение короткого времени поможет удалить всю влагу, оставшуюся в зоне сварки основного материала.

3. Выбор правильной температуры предварительного нагрева

Наиболее важным фактором предотвращения растрескивания под напряжением в чугуне является контроль нагрева/охлаждения. Это должно свести к минимуму накопление остаточных напряжений в процессе нагрева и охлаждения.

Локальный нагрев, например, во время сварки, приводит к ограниченному расширению, поскольку ЗТВ удерживается окружающим более холодным металлом. Термический градиент будет определять результирующее напряжение. Пластичные металлы, такие как сталь, способны снимать напряжение за счет растяжения, но поскольку чугуны обладают плохой пластичностью, они вместо этого склонны к растрескиванию. Предварительный нагрев снижает температурный градиент между ЗТВ и окружающим телом отливки, сводя к минимуму остаточные напряжения, вызванные сваркой. Предварительный нагрев чугуна перед сваркой замедляет скорость охлаждения сварного шва и окружающей области. По возможности нагрейте всю отливку. Типичные минимальные температуры предварительного нагрева составляют от 100 до 400°C, в зависимости от типа чугуна и допустимой твердости ЗТВ. Любой предварительный нагрев следует проводить медленно и равномерно.

Теоретически можно использовать любой из распространенных процессов дуговой сварки, такой как ручная дуговая сварка металлическим электродом, дуговая сварка порошковой проволокой, сварка металлическим активным газом, дуговая сварка под флюсом, дуговая сварка вольфрамовым электродом и т. д., процесс, который способствует медленному нагреву и охлаждению обычно предпочтительнее.

1. Ручная дуговая сварка металлическим электродом (MMA)

Этот тип сварки, также известный как дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (SMAW), обычно считается лучшим процессом для сварки чугуна — при условии, что используются правильные сварочные стержни. использовал. Выбор электрода будет зависеть от области применения, требуемого сочетания цветов и объема послесварочной обработки.

Два основных типа электродов для ручной дуговой сварки металлическим электродом: на основе железа и на основе никеля. Электрод на основе железа будет производить металл сварного шва с высоким содержанием углеродистого мартенсита, поэтому обычно ограничивается мелким ремонтом отливки и когда требуется согласование цвета. Чаще всего используются электроды из никелевого сплава, которые обеспечивают более пластичный металл сварного шва. Никелевые электроды также могут помочь уменьшить предварительный нагрев и растрескивание ЗТВ, обеспечивая более низкую прочность металла шва.

Во всех случаях необходимо свести к минимуму плавление основного металла. Это сведет к минимуму разбавление.

2. Сварка MAG

Сварка MAG обычно выполняется с использованием никелевого расходного материала. Для большинства применений подойдет смесь 80% аргона и 20% углекислого газа. Хотя можно использовать проволоку для пайки, обычно это не рекомендуется, так как припой будет значительно слабее, чем отливка.

3. Сварка ВИГ

Сварка ВИГ может обеспечить чистый сварной шов на чугуне, но, как правило, не предпочтительна из-за сильно локализованных характеристик нагрева. Как и при любой сварке ВИГ, качество готового шва в значительной степени определяется навыком сварщика.

Узнайте больше о сварке TIG

4. Сварка в кислородно-ацетиленовой среде

Как и при дуговой сварке, в кислородно-ацетиленовой сварке используется электрод, но вместо дуги, генерируемой электрическим током, в этом процессе для выработки тепла используется кислородно-ацетиленовая горелка. . Низкая теплоемкость и медленный нагрев, связанные с этим процессом, приведут к большой ЗТВ, но медленный нагрев полезен для предотвращения образования высокоуглеродистого мартенсита в ЗТВ. Низкая теплоемкость процесса потребует предварительного нагрева до более высокой температуры, обычно около 600°C, чтобы сварка стала возможной. Для сварки используется нейтральное или слегка восстановительное пламя.

Узнайте больше о кислородно-ацетиленовой сварке

5. Сварка пайкой

Сварка пайкой может использоваться для сварки деталей из чугуна, так как она оказывает минимальное воздействие на сам основной металл. И снова для этого процесса используется присадочный стержень, за исключением того, что он прилипает к поверхности чугуна, а не растворяется в сварочной ванне из-за более низкой температуры плавления наполнителя.

Как и при других технологиях, при сварке пайкой важна очистка поверхности. Флюс можно использовать для предотвращения образования оксидов, улучшения смачивания, очистки поверхности и обеспечения стекания наполнителя по основному металлу.

Также возможна пайка ВИГ при более низкой силе тока для нагрева заготовки без расплавления чугуна. Аргоновый кожух горелки защищает зону пайки, а это означает, что нет необходимости использовать флюс, как при кислородном топливе.

Узнайте больше о сварке пайкой

Как упоминалось выше, выбор сварочной проволоки важен для сварки чугуна, хотя большинство экспертов рекомендует использовать никелевую проволоку.

1. Стержни из 99% никеля

Эти электроды дороже, чем другие варианты, но также обеспечивают наилучшие результаты. 9Прутки с содержанием 9 % никеля позволяют получать сварные швы, которые поддаются механической обработке и лучше всего подходят для отливок с низким или средним содержанием фосфора. Эти стержни из чистого никеля создают мягкий, ковкий наплавленный металл.

2. Прутки из 55% никеля

Менее дорогие, чем прутки из 99% никеля, они также поддаются механической обработке и часто используются для ремонта толстых профилей. Более низкий коэффициент расширения означает, что они производят меньше трещин в линии сплавления, чем 99% стержень. Эти ферроникелевые стержни идеально подходят для сварки чугуна со сталью.

Доступны менее дорогие варианты, такие как стальные стержни, хотя они не так эффективны, как никелевые:

3. Стальные стержни

Стальные стержни представляют собой самый дешевый вариант из трех и лучше всего подходят для мелкого ремонта и заполнения. Стальные электроды производят твердые сварные швы, которые требуют дополнительной шлифовки и не поддаются механической обработке. Однако, несмотря на эти недостатки, стальные стержни обеспечивают соответствие цвета и лучше переносят не совсем чистые отливки, чем никелевые стержни.

Упрочнение

Когда сварной шов остывает и сжимается, возникает остаточное напряжение, что приводит к растрескиванию. Вероятность растрескивания можно уменьшить за счет приложения сжимающего напряжения. Сжимающее напряжение создается за счет проковки (с использованием молотка с шаровидным бойком для нанесения умеренных ударов), которая деформирует сварной шов, оставаясь при этом мягким. Однако упрочнение следует использовать только для относительно пластичного металла шва, то есть для сварных швов, выполненных с использованием никелевых расходных материалов.

Послесварочный нагрев

Слишком быстрое охлаждение чугуна может привести к растрескиванию. Процесс охлаждения можно замедлить с помощью изоляционных материалов или периодического нагревания. Некоторые методы включают в себя помещение заготовки в изолирующее одеяло, помещение ее в сухой песок или даже помещение ее над дровяной печью и охлаждение металла, когда огонь угасает.

Можно сваривать чугун, но это необходимо делать с использованием правильных методов и с осторожностью, чтобы избежать растрескивания. Большинство методов сварки требуют очистки поверхности материала, а для чугуна требуется предварительный и послесварочный нагрев, а также осторожное охлаждение.

Компания TWI обладает многолетним опытом во всех аспектах сварки и соединения, включая работу со стальным литьем. Пожалуйста, свяжитесь с нами ниже, если у вас есть какие-либо вопросы и вы считаете, что мы могли бы помочь вам с вашим проектом.

[email protected]

TOP HEADLINES