Сварка чугуна аргоном: особенности и технологии

Содержание:

• Технические особенности чугуна и его сварки
• Способы аргонной сварки чугуна
• Оборудование и присадки для аргонодуговой сварки чугуна

Чугун – один из самых распространенных в промышленности конструкционных сплавов на основе железа и сравнительно большого количества углерода. Чугунные изделия широко используют в машиностроении, коммунальном хозяйстве и даже при производстве домашней и прочей садовой утвари. При этом сварка чугуна – относительно сложный технологический процесс в сравнении со сталью и другими металлами. Это обусловлено рядом технических особенностей чугунных сплавов и их химическим составом. Решить эти проблемы во многом помогает технология сварки в защищенной газовой среде (в аргоне).

Технические особенности чугуна и его сварки

Чугунный сплав содержит в себе от 2 до 7% углерода, что в сравнении со сталью в десятки раз больше. Это во многом и обуславливает сложность его сварки. При этом большинство традиционных сварочных технологий оказываются неэффективными. Аргонодуговая сварка в защитной среде аргона позволяет минимизировать все ключевые риски и сделать сварной шов максимально надежным и прочным.

Углерод придает сплавам на основе железа твердость и прочность, в то же время он повышает хрупкость материала, снижает теплопроводность и понижает температуру плавления. В сочетании с наличием зерен углерода, которые при перегреве окисляются с образование угарного или углекислого газа, оставляя поры, все эти недостатки значительно усложняют сварочные работы и снижают качество соединения, даже при сварке чугуна в среде инертного газа аргона.

Рассмотрим несколько главных технических особенностей чугуна, которые в значительной степени усложняют сварку, в т.ч. и в защищенной среде аргона.

• Легкоплавкость. Температура плавления чугунных сплавов примерно на 300°С ниже, чем у стали. Это приводит к чрезмерно быстрому расплавлению металла с его растеканием и невозможностью удержания рабочей ванны расплава.
• Трещинообразование. Плохая теплопроводность – еще один недостаток чугуна, который резко снижает качество сварки даже в среде аргона. Тепло распределяется неравномерно, что приводит к шоковому расколу кристаллической решетки. Особенно это опасно при наличии на свариваемых краях заготовки мелких трещин, которые необходимо предварительно обработать.
• Пористость. Выгорание углерода даже при условии ограничения аргоном доступа кислорода к расплаву приводит при сварке к образованию микропустот, что не просто снижает прочность металла, но и дополнительно повышает риск трещинообразования.
• Отбеливание. Так называется при неправильной термической обработке переход от серого чугуна к белому, ввиду изменения кристаллической решетки и выгорания углерода с трансформацией его из графита в цементит. Это происходит при резком охлаждении с температуры около +750°С до комнатной. Такой отбеленный чугунный сплав отличается крайне низкой обрабатываемостью.
• Тугоплавкие оксиды. Это еще один недостаток чугуна, который существенно усложняет как сами сварочные работы, так и последующую обработку сварного шва. Избежать такого негативного явления позволяет сварка в защищенной среде аргона, который ограничивает доступ кислорода в рабочую зону расплава и снижает количество образовавшихся тугоплавких оксидов.

Способы аргонной сварки чугуна

• Горячая сварка в защитной среде аргона. Это наиболее эффективный, но и максимально сложный способ, который практически невозможно осуществить в гаражных и прочих домашних условиях. Чугунную заготовку предварительно разогревают до температуры около +600°С, именно это и затрудняет применение горячей технологии аргоновой сварки своими руками. Горячий способ дает возможность избежать шоковых перепадов температур и образования трещин. Кроме того, аргон защищает расплав от окислительного воздействия кислорода.
• Полугорячая. Метод отличается от предыдущего более низкой температурой нагрева заготовки (300-450°С), что существенно упрощает сварочные работы в целом.В ходе сварочных работ полугорячим методом происходит графитизация с помощью флюсовых добавок. Это позволяет избежать отбеливания чугунного сплава и снизить риск образования пор и трещин.
• Холодная. Это крайне малоэффективный способ и применяют его только в крайних случаях, когда необходимо экстренно подварить изделие или наплавить металл. При данном методе заготовку предварительно не разогревают, что влечет за собой все описанные выше риски.

Оборудование и присадки для аргонодуговой сварки чугуна

Сварка в защищенной среде аргона – это достаточно сложный технологический процесс, осуществлять который могут только опытные сварщики высокого разряда. Особенно это касается при использовании такого деликатного и сложного конструкционного материала, как чугунные сплавы различных марок.

Для аргонной электродуговой сварки деталей и прочих изделий из чугуна используют автоматические или полуавтоматические аппараты с подачей в рабочую зону инертного газа аргона. Также в отдельных случаях допустимо использование ручных аппаратов или более сложных роботизированных.

Для аргонной TIG-сварки чугуна в среде аргона используют вольфрамовые электроды и присадку соответствующей назначению сварного шва марки. Для увеличения пластичности сварного шва используют никелевую присадку, а для увеличения твердости – медную. При необходимости баланса твердости и пластичности используют медно-никелевый припой. Диаметр прутка зависит от толщины заготовок – примерно ее половина.

Для сварки чугуна в среде аргона используют двухкомпонентную сварочную проволоку, представляющую собой металлическую трубку, внутри которой заложен флюс, необходимый для предотвращения выгорания углерода и трансформацию серого чугуна в белый. Для горячей сварки используют припой ППЧ-1, для полугорячей – ППЧ-2, а для холодной – ППЧ-3.

Сам процесс аргонодуговой сварки чугуна достаточно сложный и требует высокой квалификации сварщика и применения дорогостоящего сложного сварочного оборудования, а также вспомогательных установок для предварительного разогрева и обработки кромок заготовки. Именно поэтому подобные сварочные работы необходимо доверять только профессионалам и в условиях стационарного оборудованного цеха.