Возможно ли сварить чугун холодной сваркой? Безусловно, да. Метод соединения подразумевает отсутствие предварительного подогрева заготовок, что препятствует снижению прочности металла.
Чтобы полученный шов был устойчив ко всевозможным механическим воздействиям, заготовки надлежит правильно подготовить.
Придерживаясь технологического процесса, можно избежать расхождений, трещин, пор и иных дефектов. Подробнее о холодной сварке для чугуна можно узнать из данной статьи.
Разновидности чугуна
Как известно, чугун — это сплав углерода и железа. В зависимости от того, в каких пропорциях они содержатся в материале, различают несколько видов металлов (далее они будут в подробностях рассмотрены).
В сплаве нередко встречаются примеси. Их цель — придать составу специфические химические и физические свойства, помогающие справляться с воздействиями суровых внешних факторов (температуры, давления и т.д.). К таким примесям относят: серу, никель, марганец, фосфор, медь.
Примеси оказывают прямое влияние на качество шовного соединения, полученного в результате применения холодной сварки. Чем их больше, тем выше вероятность образования пористости в структуре. Чтобы при этом элементы изделия надежно сцеплялись, требуется дополнительно использовать специализированные присадки.
Теперь непосредственно к разновидностям чугуна. Информация будет полезна ввиду того, что позволяет лучше понимать особенности и принципы выполнения холодной сварки.
Твердый белый
Углерод в этом виде чугуна является связанным. Материал представлен цементитом (Fe3C). Подобный состав может похвастаться особой прочностью и умением противиться внешним механическим воздействиям.
Присутствует и минус — материал плохо поддается разрезанию, плюс, во время процедуры разделения есть высокий риск откалывания отдельных фрагментов.
У твердого белого чугуна имеется три разновидности:
- эвтектический;
- заэвтектический;
- доэвтектический.
Отличаются они друг от друга содержанием углерода. Так, например, в 3 подвиде содержание цементита находится на уровне 2,5-4,5%. А в первом подвиде — около 4,6%.
Серый с примесью графита
Углерод в данном чугуне присутствует в виде пластинчатого графита. Сплав является многокомпонентным. Так, в его состав входит углерод (занимает от 3 до 3,5%), кремний (порядка 0,6%), марганец (около 0,2%), сера и фосфор (оба элемента занимают в веществе около 0,15%).
Чтобы произвести отливку детали из серого чугуна понадобится применять земляные и металлические формы. Изделия из данного материала не пригодны для тяжелой механической работы ввиду их относительной хрупкости. В большинстве случаев материал используется при изготовлении крышек, станин прессов и станков.
Ковкий сплав
Углерод в данном типе чугуна представлен в виде графитовых хлопьев. Помимо него в состав входят: фосфор (0,2%), сера (0,11%), марганец (около 0,2%) и кремний, занимающий второе место по значимости после углерода (около 1,5%).
Получается состав после интенсивного прогрева и выдержки белого чугуна. Данная процедура имеет отдельное название — графитизирующий отжиг. Получившийся сплав характеризуется стойкостью к нагрузкам и неприхотливостью в эксплуатации.
Половинчатый
Вид чугуна, получаемый посредством сплавления других типов: серого и белого. Сплав обладает повышенной устойчивостью ввиду наличия в своей структуре цементитов и несвязных углеродов. Также к достоинствам материала можно отнести стойкость к фрикционным и температурным воздействиям.
Высокопрочный с шаровидным графитом
Одна из самых прочных, долговечных и устойчивых к воздействиям внешней среды разновидностей чугуна. Обусловлена столь высокая прочность большим содержанием углерода (до 3,5%) и кремния (до 2,8%).
Разновидность чугуна получается путем добавления в сплав модификатора, содержащего магний. По прочности состав сопоставим с углеродистой сталью.
Какие сложности возникают при сварке чугуна?
Холодная сварка по чугуну обладает особенностями, с которыми разумно ознакомиться до старта работ. В противном случае можно не учесть нюансы и допустить ряд фатальных ошибок, исправление которых потребует дополнительных финансовых и трудовых ресурсов.
Плохая соединяемость
Ввиду большого количества углерода, входящего в состав чугуна, он обладает пористой структурой и крайне низкой теплопроводностью. В совокупности два этих фактора негативно влияют на соединяемость.
Помимо особенностей молекулярного состава, ситуацию также усугубляют примеси (в особенности кремний). Возникает ситуация, при которой сложно создать однородный, проваренный участок.
Образование оксидов
Температура, при которой плавятся находящиеся в составе чугуна примеси, отлична от той, при которой начинают изменять свое агрегатное состояние основные компоненты. Происходит их стремительное окисление.
Формируются оксиды, для которых характерна тугоплавкость. В связи с этим при холодной сварке появляются непроваренные участки. Получается соединение низкого качества.
Сложная обработка участков с цементитом
Охлаждение иногда способно спровоцировать образование цементита, отличающегося твердостью и прочностью. Участки, где это произошло, при проведении холодной сварки демонстрируют особую “неподатливость”.
Образовавшийся шов также будет твердым. Если в нем после высыхания будут выявлены дефекты, их устранение окажется проблематичной задачей.
Жидкое состояние сплава
Если нагрев достаточно сильный, то чугун способен перейти в жидкую форму. Станет довольно тягучим. Если появятся наплывы, то формирование ровного шва окажется невозможным.
Склонность к образованию пор
Нагрев чугунных изделий провоцирует выделение некоторого количества газа. Как следствие — происходит формирование большого количества пор.
Даже если отклонение от стандартной технологии было маленькое, результат окажется разочаровывающим — образуется хрупкий пористый стык, эксплуатировать отремонтированное изделие небезопасно.
Будучи в расплавленном состоянии, чугун впитывает кислород, который также при сваривании деталей приводит к образованию пузырьков. Получается пористый материал, для которого характерен повышенный риск образования всевозможных дефектов.
Технология холодной сварки чугуна
Перед работой первое, чем стоит заняться — очистить поверхность, убрав любые наслоения и загрязнения. После для удаления глубоких трещин следует провести разделку материала (способом, описанным далее).
Технологический процесс холодной сварки, пусть и не всегда, но иногда все же подразумевает нагрев поверхности до 800 градусов Цельсия. Это нужно учитывать, поэтому все работы производятся при наличии защитных средств.
Электроды, используемые в процессе работы, должны быть небольшого диаметра. При этом, процесс протекает при малых токах.
Стальные электроды применимы, если сфера деятельности изделия не предполагает воздействий повышенных механических нагрузок. Если же напротив, нагрузки будут высокие, следует действовать иначе, отдав предпочтение медно-никелевым электродам.
Нередко в процессе обработки мастера предпочитают дополнительно применять прутки и флюсы. Высокие температуры способствуют расплавлению присадок. Капли попадают не на пол, а на заранее подготовленную поверхность, закрепляясь на ней. Таким образом соединение получается более прочным.
Наличие литейных дефектов также не является проблемой, поскольку существует низкотемпературная газовая сварка. Здесь применяется присадочный материал в виде прутков большого диаметра. С их помощью можно без труда избавиться от большинства дефектов, возникших в процессе литья детали.
Какие флюсы наиболее эффективны?
Когда присутствует высокий риск образования оксидных соединений, а также при обработке старых чугунных деталей, продолжительное время эксплуатированных при тяжелых внешних условиях, мастера советуют применять флюсы.
| Состав | Марка флюса | |
|---|---|---|
| ФСЧ-2 | МАФ-1 | |
| Бура плавленая | 23 | 33 |
| Сода кальцинированная | — | 12 |
| Азотно-кислый натрий | 50 | — |
| Селитра натриевая | — | 27 |
| Углекислый литий | 0,5 | — |
| Углекислый натрий | 26,5 | — |
| Фтористый натрий | — | 12,5 |
| Фторцирконий калия | — | 8,5 |
| Оксид кобальта | — | 7 |
Вот наиболее популярные из них:
- плавленая бура;
- оксид кобальта;
- сода кальцинированная;
- азотнокислый и фтористый натрий;
- углекислый литий и пр.
Указанные выше флюсы помогают выполнить химическое очищение рабочих поверхностей, удалив оксиды, жиры и прочие загрязняющие элементы.
Как следствие, можно рассчитывать на повышение прочности сварного соединения и защиту от последствий нагрева поверхности (кислород и азот не окажутся фатального негативного воздействия).
Также очевидным достоинством флюсов является то, что они повышают жидкотекучесть материала. Это оказывает благотворное влияние на заготовки, упрочняет шовные соединения, предотвращая возникновение дефектов.
По окончанию сварочных работ неопытные мастера предпринимают действия, направленные на ускорение процесса охлаждения деталей, что является огромной ошибкой.
Стремительное снижение температуры провоцирует в области соединения образование налета белого цвета, плюс, основа получается твердой, но при этом более хрупкой и неустойчивой к механическим воздействиям.
Также нельзя заниматься зачисткой шва сразу после его формирования. Во избежание появления новых трещин и иных дефектов лучше дать материалу полностью остыть.
Подготовка металла к воздействию
Подготовка металла — залог получения качественного результата. Нарушение технологии может стать причиной неприятностей: от образования пористой структуры соединения до его полного разрушения спустя непродолжительное время после введения изделия в эксплуатацию.
Несколько важный советов, касющихся подготовки изделия:
- Для начала необходимо произвести распил трещин. Как правило, те довольно тонкие, но проникают в поверхность на большую глубину, часто не до конца. Накладывание шва способно привести к расплавлению поверхности. Получится ситуация, при которой будет сформирован прочный внешний слой, а внутри конструкция останется хрупкой.
Такой ремонт окажется недолговечным, поскольку демонстрирует низкую стойкость к механическим воздействиям. Производить распил трещины необходимо на всю длину. Сделать это можно простой болгаркой со специальным тонким сверлом.
- Иногда разумно осуществлять просверливание краев. Это необходимо в случае, когда невозможно определить глубину трещины.
- Если изделие тонкостенное, то формирование высокопрочного шва может оказаться затруднительным. Решением будет подкладка под заготовку графитовой прокладки.
Иногда ситуация такова, что работы приходится проводить на свежем воздухе и нет возможности занести изделие в помещение. В таком случае мастера настоятельно рекомендуют перед сваркой поставить экраны, призванные защитить изделие от ветра.
Разновидности холодной сварки
Есть несколько популярных и эффективных способов сварить чугун без его сильного нагрева. При этом, соединение получится довольно прочным и долговечным. Итак, основных вариантов два: применение простых электродов и использование полимерных составов.
Есть еще и дополнительный вариант, который тоже имеет право на существование — клей для линолеума. Подробнее с тем, каким образом правильно взаимодействовать с каждым изделием, можно ознакомиться ниже.
Инструкция по холодной сварке чугуна
Четкое следование инструкциям ведет к снижению риска возникновения дефектов в процессе работы и последующей эксплуатации. Рекомендации различны. Зависят от того, какой метод соединения элементов был предпочтен. Подробнее о них ниже.
С помощью электродов
Перед тем, как приступить к сварке чугуна посредством применения электродов, следует произвести проверку и настройку аппаратуры.
Лучше, чтобы обрабатываемые поверхности были повернуты вниз и располагались горизонтально, такое их положение облегчит работу и поможет избежать деформаций, вызванных нагревом металла.
Для холодной сварки мастера применяют электроды с медным стержнем. На то есть причины:
- металл легко соединяется с чугуном, образуя мягкий шов;
- такой шов хорошо выдерживает внешние нагрузки;
- обеспечивается прочное и долговечное соединение.
Если требуется сварить чугун, толщина деталей которого превышает 2 сантиметра, то применяются комбинированные электроды, состоящие из меди и стали. Варианты их исполнения различны: медная трубка, заполненная стальным порошком: стержень из цветного металла с покрытием из стальной фольги.
Выбор количества шпилек и их диаметра при холодной сварке
Диаметр шпилек для холодной сварки зависит от толщины свариваемых деталей.
При этом, их диаметр не должен быть более 16мм. При толщине свариваемых кромок
до 10мм, рекомендуются завёртыши диаметром 6мм. Если толщина деталей находится
в пределах от 10 до 20мм, применяют завёртыши диаметром 10мм. При большей свариваемой
толщине, диаметр рекомендуется выбирать по таблице, представленной ниже.
При холодной сварке чугуна с ввёртышами, они должны возвышаться над свариваемыми
поверхностями на расстояние 0,5-1,0 от их диаметра, но, не более, чем на 12мм.
Если они размещаются внутри фасок, то высота возвышения не должна превышать
6-8мм. Завёртыши необходимо плотно закручивать в приготовленные резьбовые отверстия
свариваемых деталей.
Количество шпилек и их диаметры можно подобрать по следующим таблицам:
| Диаметр шпильки, мм | Площадь одной шпильки, мм2 | Количество шпилек в ряду на 100мм длины шва | Площадь шпилек одного ряда на 100мм длины шва, мм2 | |
| Односторонняя наплавка | Двусторонняя наплавка | |||
| 6 | 16,7 | 4 | 66,6 | 133 |
| 10 | 49,2 | 2,5 | 123 | 246 |
| 12 | 71,8 | 2 | 144 | 288 |
| 12,5 | 78,4 | 2 | 158 | 316 |
| 14 | 98,9 | 2 | 198 | 396 |
| 16 | 137,3 | 2 | 275 | 550 |
| 18 | 173 | 2 | 346 | 692 |
Количество, диаметры, размещение шпилек и другие параметры, в зависимости от
толщины свариваемых (или ремонтируемых) изделий:
При односторонней сварке без фасок:
| Толщина свариваемых (ремонтируемых) деталей, мм | Диаметр шпилек, мм | Количество рядов шпилек | Расстояние между центрами шпилек в одном ряду, мм | Расстояние между центрами шпилек в соседних рядах, мм | Глубина завёртывания шпилек, мм | Толщина наплавки, мм | Диаметр электродов, мм | Сила тока, А | Снижение прочности сварного шва, относительно прочности чугуна, % | |
| по первой линии шпилек | по второй линии шпилек | |||||||||
| 10 | 6 | 2 | 25 | 12 | 9 | 6 | — | 4 | 150 | 21,6 |
| 15 | 10 | 2 | 40 | 20 | 15 | 8 | — | 4 | 150 | 25 |
| 20 | 10 | 3 | 40 | 20 | 15 | 10 | 7 | 5 | 220 | 18,8 |
| 25 | 12 10 | 2 1 | 50 40 | 25 20 | 18 15 | 12 | 8 | 5 | 220 | 15 |
| 30 | 12 10 | 2 2 | 50 40 | 25 20 | 18 15 | 16 | 12 | 5 | 220 | 12,5 |
| 35 | 14 12 10 | 1 1 2 | 50 50 40 | 30 25 20 | 20 18 15 | 18 | 14 | 5 | 220 | 10,7 |
| 40 | 12 10 | 2 3 | 50 40 | 25 20 | 18 15 | 20 | 15 | 6 | 320 | 9,3 |
| 40 | 14 10 | 3 1 | 50 40 | 30 20 | 20 15 | 20 | 15 | 6 | 320 | 9,3 |
| 45 | 14 12 10 | 1 3 1 | 50 50 40 | 30 25 20 | 20 18 15 | 22 | 16 | 6 | 320 | 8,3 |
| 45 | 16 12 10 | 2 1 1 | 50 50 40 | 30 25 20 | 24 18 15 | 23 | 16 | 6 | 320 | 8,3 |
| 50 | 14 12 10 | 2 2 1 | 50 50 40 | 30 25 20 | 24 18 15 | 25 | 20 | 6 | 320 | 7,5 |
| 50 | 16 10 | 3 1 | 50 40 | 30 20 | 24 15 | 25 | 20 | 6 | 320 | 7,5 |
При односторонней сварке с фасками:
| Толщина свариваемых (ремонтируемых) деталей, мм | Диаметр шпилек, мм | Количество рядов шпилек | Расстояние между центрами шпилек в одном ряду, мм | Расстояние между центрами шпилек в соседних рядах, мм | Глубина завёртывания шпилек, мм | Толщина наплавки, мм | Диаметр электродов, мм | Сила тока, А | Снижение прочности сварного шва, относительно прочности чугуна, % | |
| по первой линии шпилек | по второй линии шпилек | |||||||||
| 20 | 10 | 3 | 40 | 20 | 15 | 10 | — | 5 | 220 | 18,8 |
| 25 | 12 10 | 2 1 | 50 40 | 25 20 | 18 15 | 12 | 7 | 5 | 220 | 15 |
| 30 | 14 10 | 1 2 | 50 40 | 30 20 | 20 15 | 15 | 5 | 5 | 220 | 12,5 |
| 30 | 12 10 | 2 2 | 50 40 | 25 20 | 18 15 | 15 | 11 | 5 | 220 | 12,5 |
| 35 | 14 10 | 2 2 | 50 40 | 30 20 | 20 15 | 17 | 12 | 5 | 220 | 10,7 |
| 40 | 14 10 | 3 1 | 50 40 | 30 20 | 20 15 | 20 | 15 | 6 | 320 | 9,3 |
| 40 | 16 14 10 | 1 1 2 | 50 50 40 | 30 30 20 | 24 20 15 | 20 | 11 | 6 | 320 | 9,3 |
| 40 | 16 10 | 2 2 | 50 40 | 30 20 | 24 15 | 20 | 11 | 6 | 320 | 9,3 |
| 45 | 16 14 10 | 1 2 1 | 50 50 40 | 30 30 20 | 24 20 15 | 23 | 15 | 6 | 320 | 8,3 |
| 50 | 16 10 | 3 1 | 50 40 | 30 20 | 24 15 | 25 | 18 | 6 | 320 | 7,5 |
Схожие параметры будут и в случае применения двусторонней сварки.
Холодная сварка средством для линолеумов
Возможно ли склеить чугун средством, предназначенным для ремонта линолеума? Да, оно также подходит ввиду наличия в составе поливинилхлорида, тетрагидрофурана и пластификаторов. Приступать к работе нужно только после подготовки площадки.
Порядок действий аналогичен предыдущему варианту:
- Поверхность очищается и обезжиривается.
- Затем наносится клеевой состав. Для удобства нанесения будет нелишним применять шпатель. Нужно, чтобы состав проник на максимальную глубину трещины.
- Излишки удаляются ветошью. Застывает состав 12-24 часа. В редких случаях дольше.
Как использовать полимерные составы
Такой тип соединения подразумевает использование двухкомпонентных составов на основе эпоксидной смолы. Они характеризуются быстротой первичного застывания. Поэтому работать с ними придется быстро.
Порядок действия таков:
- Сначала с поверхности удаляются все загрязнения.
- Производится ее обезжиривание. Поможет любой растворитель.
- Смешивать компоненты надо непосредственно перед нанесением клеевой массы во избежание ее преждевременного застывания (все манипуляции проводятся в защитной маске и в проветриваемом помещении, чтобы обезопасить себя от вдыхания вредных паров). Компоненты замешиваются до получения однородной массы.
- Теперь можно наносить клей на рабочую поверхность. Потом излишки состава аккуратно удаляются сухой ветошью.
- Заключительный этап — высыхание. На полное застывание смеси уходит несколько часов.
Период застывания для разных марок индивидуален. Эту информацию можно найти на упаковке изделия. В течение суток отремонтированную деталь нельзя трогать, та должна пребывать в спокойствии. По истечению суток допускается ее эксплуатация в штатном режиме.
Ниже для простоты понимания размещен видео-пример холодной сварки, которую наносят на металлическую трубку. С чугуном метод также работает.
Подводя итог
Итак, теперь вопроса “возможно ли сварить чугун холодной сваркой” возникать не должно. Справиться с задачей по ремонту чугунных изделий способен буквально кто угодно.
Вовсе необязательно владеть специфическими навыками и умениями. Главное, следовать инструкциям и советам, размещенным в этой статье и успех гарантирован.
