Холодная сварка чугуна проводится без предварительного прогрева заготовок в печи. Этот метод обработки способствует сохранению углерода и препятствует повышению хрупкости металла. Для формирования устойчивого к механическим воздействиям шва необходимо правильно подготовить заготовки. Соблюдение технологии поможет избежать появления пор, трещин и других дефектов.
Холодной сваркой чугуна принято называть сварку без предварительного нагрева.
Разновидности чугуна
Чугун является сплавом железа и углерода. В зависимости от соотношения этих главных компонентов различают следующие виды металла:
- белый;
- серый;
- ковкий;
- высокопрочный;
- половинчатый и т.д.
Сплав часто включает ряд примесей, придающих ему специфические физические и химические свойства. В материале нередко содержатся примеси фосфора, марганца, меди, хрома, никеля и серы. В небольших количествах в составе сплава присутствуют водород, кислород и азот.
Примеси влияют на качество шва, сформированного способом холодной сварки. Чем больше примесей, тем выше вероятность, что в области шва будут присутствовать трещины и очаги пористости. Чтобы качественно спаять детали из этого металла, нередко требуется использовать флюс.
Для создания однородной структуры и улучшения технических характеристик готового шва желательно применять специальные присадки.
Твердый белый
В твердом белом чугуне углерод является связанным. Это вещество представлено цементитом Fe3C. Такой химический состав обусловливает высокую износостойкость и прочность сплава. В то же время белый чугун плохо режется. При таком воздействии он становится хрупким, поэтому возможно откалывание крупных фрагментов. Выделяют 3 подвида белого чугуна, в т.ч.:
- доэвтектический;
- эвтектический;
- заэвтектический.
Белый чугун в своём составе содержит углеродные соединения.
Они различаются содержанием связанного углерода. В доэвтектическом подвиде находится от 2,4% до 4,3% цементита. В эвтектическом белом чугуне содержится 4,3% углерода.
В заэвтектическом подвиде сплава присутствие цементита колеблется в пределах от 4,3% до 6,67%.
Серый с примесью графита
Серый чугун содержит углерод в форме пластинчатого графита. Сплав имеет многокомпонентный состав. Он включает:
- углерод – 3,2-3,5%;
- марганец – 0,1-0,3%;
- кремний – 0,5-0,8%;
- серу и фосфор – по 0,12%.
Серый чугун с примесью графита имеет многокомпонентный состав.
Для отливки изделий из серого чугуна используют металлические или земляные формы. Этот сплав отличается низкой устойчивостью к механическому воздействию, поэтому из него изготавливают детали наименее ответственного назначения, которые не будут подвергаться ударным нагрузкам. Часто из серого чугуна выполняют станины прессов и станков, крышки и т.д.
Ковкий сплав
В ковком чугуне присутствует 2,4-3,5% углерода в форме графитовых хлопьев. Кроме того, в сплаве содержатся:
- марганец – 0,3-01%;
- фосфор – 0,2%;
- кремний – 0,8-1,4%;
- сера – 0,1%.
В ковком чугуне присутствует углерод, марганец и фосфор.
Ковкий вид получают при прогреве и длительной выдержке белого чугуна. Эта процедура получила название графитизирующего отжига.
Сплав отличается высокой прочностью и устойчивостью к механическим нагрузкам.
Половинчатый чугун
Половинчатый вид получают при сплаве белого и серого чугуна. В его структуре присутствуют карбиды. В половинчатом чугуне содержится как цементит, так и несвязанный углерод. Сплав имеет высокий уровень устойчивости к механическому износу, высоким температурам и фрикционному воздействию.
Половинчатый чугун получают при сплаве белого и серого чугуна.
Высокопрочный с шаровидным графитом
Высокопрочный чугун включает 2,4-3,0% углерода в форме хлопьевидного графита. Дополнительно в нем содержатся следующие примеси:
- магний -0,6-0,8%;
- кремний – 1,9-2,6%;
- сера – 0,3%;
- фосфор – 0,12%.
Высокопрочный чугун содержит магний, кремний и серу.
Этот вид чугуна получают путем введения в жидкий расплав добавки-модификатора, содержащей магний. Механические свойства этого сплава сходны с углеродистой сталью, но литейные – выше.
Из высокопрочного чугуна изготавливают детали и изделия, которые будут подвергаться высоким нагрузкам.
Трудные случаи склейки
Опытные строители рекомендуют обращать внимание на следующие ситуации, которые относятся к категории сложных и требуют более тщательной подготовки:
- соединение между собой деталей, имеющих разный коэффициент линейного расширения;
- скрепление кусков металла, постоянно подвергаемых воздействию влажности.
С разным коэффициентом линейного расширения
При работе с высокотемпературным клеем имейте в виду, что разные материалы по-разному реагируют на нагрев. Поэтому, при склеивании деталей, сделанных из неоднородных материалов, в клей желательно замешивать полиуретановые добавки. Они сделают шов эластичнее и прочнее.
Металлы, подверженные влажности
Металл, долгое время находящийся во влажной среде, начинает окисляться. Это негативно сказывается на прочности и долговечности соединения. Старайтесь обрабатывать стыки специальной водоотталкивающей краской, иначе работу в скором времени придется переделывать по новой.
Какие сложности возникают при сварке чугуна
Холодная сварка по чугуну часто сопряжена со сложностями, обусловленными специфическими свойствами сплава. Возможные проблемы следует рассмотреть до начала работ.
Плохая соединяемость
Благодаря высокому содержанию углерода чугун имеет достаточно пористую структуру и низкую теплопроводность, что обусловливает его плохую соединяемость. Усугубляют ситуацию примеси, в т.ч. кремний. Это приводит к тому, что шов получается неоднородным с непроваренными участками.
Рекомендуем к прочтению Как сварить чугунные тиски своими руками
Чугун имеет низкую теплопроводность.
Образование оксидов
Температура плавления примесей, содержащихся в сплаве, отличается от показателей главных компонентов сплава. Кроме того, они способны быстро окисляться в сварочной ванне. Это приводит к формированию оксидов, отличающихся тугоплавкостью. Повышенное содержание таких соединений при сварке становится причиной появления непроваренных участков.
Сложная обработка участков с цементитом
Шоковое охлаждение приводит к формированию участков с цементитом. Это вещество отличается повышенной прочностью и твердостью. Такие участки плохо подвергаются механической обработке при проведении сварки.
Шов выходит очень твердым, но если в нем есть какие-то дефекты, исправить их будет крайне сложно.
Жидкое состояние сплава
Под воздействием высокой температуры чугун быстро переходит в жидкую форму. В этом состоянии он отличается высокой текучестью. Это усложняет процесс удержания сплава в сварочной ванне. Возможно появление наплывов. Таким образом крайне тяжело сформировать шов.
Жидкое состояние сплава отличается высокой текучестью.
Склонность к образованию пор
При нагреве сплав начинает выделять газы. Это способствует формированию множества микропор. Даже при незначительном отклонении от технологии шов получается слишком пористым и хрупким.
Кроме того, чугун в жидком виде хорошо поглощает кислород. При проведении сварочных работ кислород вступает в реакцию, что способствует формированию внутренних пузырьков, наполненных водяным паром. В дальнейшем после остывания шва материал становится пористым, что создает условия для появления различных дефектов.
Советы и рекомендации
Чугун имеет высокую жидкотекучесть и удержать его в ванне трудно. Специалисты рекомендуют располагать детали на плите таким образом, чтобы разделка располагалась горизонтально, внизу.
Сделав прихватки, следует накладывать короткие швы длиной до 25 мм сразу их проковывать легкими ударами молотка. Располагаться они должны на расстоянии 150–200 мм. Если соединение короткое, следует ждать охлаждения заготовок. Проверить готовность материала к свариванию можно рукой. Она будет чувствовать приятное, не обжигающее тепло.
Любители ремонтировать самостоятельно могут использовать холодную сварку дома, ремонтируя автомобиль, бытовую технику. Небольшие швы на мелких деталях не перегреют чугун и будут хорошо держать.
Технология холодной сварки чугуна
Перед началом работ по формированию сварочного шва необходимо тщательно очистить чугунные поверхности. Кроме того, выполняется разделка материала и устранение глубоких трещин. Технология холодной сварки предполагает разогрев чугуна до температур не выше +820…+860°C. Этого недостаточно для сильного расплавления сплава.
Сварку можно проводить только электродами небольшого диаметра. Процесс осуществляется на малом токе. Если в дальнейшем на швы не будет оказываться большая нагрузка, сварку можно проводить стальными электродами. В случаях, когда соединение должно отличаться высокой прочностью, лучше использовать особые медно-никелевые стержни. Допустимо применение электродов, содержащих медь и железо.
Часто при проведении обработки используют особые флюсы и прутки. Под воздействием температуры материалы присадки начинают расплавляться. Капли попадают на хорошо подготовленную поверхность, растекаясь по ней. Это обеспечивает плотное соединение деталей.
Для устранения литейных дефектов в чугунных изделиях часто используют низкотемпературную газовую сварку. В этом случае в качестве присадочного материала применяют толстостенные прутки. Подобный подход помогает устранить имеющиеся недостатки, возникающие в процессе литья.
При сварке рекомендовано применение углекислого лития.
При наличии высокого риска образования оксидов и при обработке старых деталей из чугуна, которых эксплуатировали в неблагоприятных условиях, рекомендовано применение таких флюсов, как:
- кальцинированная сода;
- углекислый литий;
- плавленая бура;
- азотнокислый натрий;
- оксид кобальта;
- фторцирконат калия;
- фтористый натрий и т.д.
Применение флюсов способствует химическому очищению поверхностей от жиров, оксидов и других загрязнений. Это повышает прочность сцепления наплавленного металла с основой, а также защищает поверхность при нагреве от азота и кислорода. В то же время использование флюсов увеличивает жидкотекучесть материала. В этом случае во время сварки заготовок увеличивается прочность швов и снижается риск появления дефектов.
После проведения сварочных работ нельзя осуществлять действия, направленные на ускорение охлаждения поверхности. Быстрое снижение температуры приведет к появлению белого налета вокруг сварной области, а также сделает основу твердой, но хрупкой. Кроме того, не рекомендуется сразу после формирования шва выполнять его зачистку. Это приведет к появлению трещин и других дефектов.
Характеристики клея
Клей для соединения металлов имеет свои технические характеристики, отличающиеся у разных производителей. При выборе конкретного клеевого состава необходимо обратить внимание на следующие его свойства:
- время и условия высыхания – как правило, это зависит от места, где производится склеивание, и специфики самой работы;
- максимальная температура, при которой сохранятся полезные свойства клея — следует выбирать состав, способный выдержать условия использования сборки, или ее будущую обработку;
- способ нанесения – одни клеи рекомендованы для точечной обработки, другие — для полного покрытия мест соединения деталей;
- технология склеивания;
- консистенция – это могут быть тубы с составом и отвердителем, а также пластичные палочки. Вторые удобны тем, что не нужно делать замес: находясь в любом месте, вы отрезаете кусочек, разминаете его и используете;
- материалы, с которыми возможно склеивание – универсальность здесь понятие размытое и ненадежное, лучше выбирать узконаправленный клей для решения конкретной задачи. Например, для соединения пластика и металла.
Сфера применения
Клей для металла в широком смысле применим во многих сферах жизни. В промышленности и в быту часто происходят поломки.
У ребенка сломалась игрушка – ищем возможность ее починить. Нужно отремонтировать автомобиль, вытяжную трубу, заделать какое-либо повреждение – тоже возникает необходимость надежно соединить между собой металлические поверхности. В авиационной, общестроительной и химической промышленностях склеивание металлических деталей также широко распространено.
Однако составы могут и различаться по узкому назначению, и быть универсальными. Например, профессиональный термостойкий клей часто используют для ремонта сантехники, для устранения трещин на металле, при строительстве каминов и печей, при монтаже теплого пола и для многих других задач.
Свойства термостойкой основы
Если в процессе работы металлические компоненты подвергаются повышенным температурам, их целостность со временем разрушается, а срок эксплуатации – сокращается.
Термостойкий состав типа «300» на основе эпоксидной смолы станет достойной альтернативой сварочным работам.
Даже высокотемпературный режим работы устройства не повредит соединения компонентов. Нижняя граница устойчивости жаростойкого состава – 300 градусов по Цельсию. К тому же, он водостойкий, теплопроводный и экологичный.
Требования к клеящим составам
Качественный клей для металла после его применения должен выполнять несколько условий:
- максимально прочное соединение, что позволяет использовать детали без риска;
- сохранение свойств на протяжении долгого времени;
- устойчивость к перепадам температуры;
- химическую нейтральность, предохранение места склеивания от коррозии;
- водостойкость;
- минимальную усадку после отверждения;
- отсутствие резких запахов;
- экологичность.
Подготовка металла к воздействию
Комплексная подготовка чугуна к дальнейшей сварке необходима для получения качественного результата. При неправильном выполнении этого процесса сформированный шов может стать пористым и хрупким. Возможно появление и более выраженных дефектов.
В рамках подготовки чугунной поверхности следует в первую очередь выполнить распиливание трещин. Они часто тонкие, но при этом проникают глубоко в структуру сплава. Если толщина детали превышает 4 мм, то накладывание шва приведет к оплавлению поверхности. Внутренняя часть основы останется поврежденной, что снизит ее устойчивость к механическому воздействию. Распиливать трещину нужно на всю длину. Для этого удобнее всего использовать болгарку, оснащенную тонким диском. Чем толще заготовка, тем глубже следует выполнять запиливание.
Рекомендуем к прочтению Как самостоятельно варить чугун полуавтоматом
В ряде случаев рекомендовано просверливание краев. Это связано с тем, что при осмотре повреждения часто нет возможности точно определить глубину трещин. Перед началом сварки на расстоянии 5 мм от конца разлома требуется провести высверливание краев. Это обеспечит заполнение внутреннего пространства деталей расплавом при выполнении сварки. Кроме того, процедура снизит риск увеличения раскола при механической нагрузке.
При неправильной подготовке металла сформированный шов может стать хрупким.
Перед началом сварки необходимо выполнить разделку кромок. Это нужно для обеспечения равномерного прогрева деталей на всю длину соединения и недопущения перекалки, способной стать причиной хрупкости участка. Для соединения толстостенных заготовок необходимо выполнить скос краев под углом 45°. У основания при этом должно остаться отступление в 3-4 мм. Проведение разделки кромок повышает износостойкость и прочность обработанного участка.
Если чугунная деталь является тонкостенной, повышается риск слишком сильного разогрева сплава и его подтека. В этом случае сформировать прочный шов крайне сложно. Чтобы облегчить проведение сварки, под заготовку укладывается графитовая прокладка. Этот элемент создаст препятствие для растекания металла, перешедшего в жидкое состояние под воздействием высокой температуры. Это поспособствует сохранению первоначального вида детали.
Если работы будут проводиться на свежем воздухе, рекомендуется применять экраны, защищающие место сварки от ветра.
Разновидности холодной сварки
Существует несколько способов проведения сварки. Наиболее часто процедуры проводятся с использованием электродов. Для получения прочного шва без дефектов можно применять полимерные составы.
С помощью простых электродов
Сварка чугуна электродами может проводиться как в нижнем горизонтальном, так и в вертикальном положении, но лучшим является первый вариант. При этом задействуют постоянный ток. Крайне важно контролировать скорость проведения работ и стараться не допускать сильного проплавления основы.
После наложения каждого шва необходимо дать поверхности остыть естественным способом до +50…+60 °C. Существует немало марок электродов, которые можно использовать для сварки изделий из чугуна. Графитовые и угольные электроды редко применяют для обработки чугуна, т.к. их использование уменьшает показатели прочности шва. Такие стержни задействуют только при обработке тонкостенных изделий, которые в дальнейшем не будут подвергаться большим нагрузкам.
При сварке чугуна электродами задействуют постоянный ток.
Наиболее часто применяются стержни ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6. Их основой является медь. Внешняя поверхность таких электродов покрыта особым составом, содержащим железный порошок.
Кроме того, можно эффективно использовать железно-никелевые и никелевые электроды. При необходимости получения шва, устойчивого к агрессивным средам, коррозии и воздействию горючих газов, применяют железно-медно-никелевые стержни марки МНЧ-2. Их стоимость высока, поэтому они чаще используются в случаях, когда к качеству шва предъявляются особо жесткие требования.
При использовании полимерных составов
Сварка без использования аппарата и электродов предполагает применение особых полимерных составов, которые после нанесения формируют прочное соединение, устойчивое к термическому воздействию. Этот метод устранения дефектов наиболее часто используется при ремонте сантехники, автомобильных деталей, стоек и т.д.
Сварка с использованием полимерных составов формирует прочное соединение.
Полимерные составы включают порошок из чугуна. Средство является 2-компонентным. Его следует готовить непосредственно перед применением. После смешивания составляющих получается густая масса. Ей тщательно замазывают уже разделанный шов. После застывания клеевая масса характеризуется повышенной прочностью и высокой устойчивостью к нагреву. Определить зону обработки можно по более светлому оттенку. После шлифовки переход становится размытым.
Этот метод можно использовать только для устранения небольших дефектов.
Если имеются глубокие трещины или сколы, применение полимерного состава становится неэффективным.
Производители
Большинство видов электродов для холодной сварки чугуна выпускается в РФ:
- МНЧ-2;
- ОЗЖН-1;
- ОЗЧ-6;
- ЦЧ-4.
Их используют при ремонте машин, подварке радиаторов отопления, на крупных литейных и машиностроительных предприятиях. Популярные производители:
- Фрунзе-электрод;
- Aspik;
- СпецЭлектрод.
Из зарубежных компаний расходные материалы для сварки холодyого чугуна выпускают немецкие компании:
- CAPILLA;
- UTR SchweiBmaterial.
Другие фирмы ограничиваются выпуском электродов и проволоки для горячей сварки чугуна.
Инструкция по холодной сварке чугуна
Для снижения риска появления дефектов на уже готовом шве крайне важно соблюдать все инструкции по проведению работ. Рекомендации различаются в зависимости от особенностей методов соединения отдельных элементов.
С помощью электродов
Перед началом выполнения работ следует настроить аппарат и проверить, насколько качественно была проведена обработка. По возможности обрабатываемые поверхности должны располагаться горизонтально и быть повернутыми вниз. Это позволит избежать деформации изделия при перегреве и расплавлении материала. Для получения качественного шва на кромки следует нанести пасту, содержащую борную кислоту и железные опилки. После этого детали нагреваются пламенем горелки. Величина тока определяется из расчета 50-60А на 1 мм электрода.
Крайне важно соблюдать темп. Необходимо контролировать процесс сварки, чтобы избежать перегревания отдельных участков выше рекомендованных значений. Стержень нужно вести поперечными движениями. Если толщина деталей небольшая, используется флюс.
Рекомендуем к прочтению Как сваривать чугун со сталью
При проведении сварки нужно равномерно распределять медную проволоку диаметром до 2 мм. Не следует допускать поперечных колебаний, чтобы избежать появления пор и микротрещин. Лучше всего выполнять работу небольшими участками. Необходимо делать перерывы более 30 минут, а затем снова приступать к формированию шва.
Для получения качественного шва нужно использовать электроды.
Это может увеличить продолжительность проведения работ при устранении дефектов большого размера. Однако резкий нагрев и остывание провоцируют изменение кристаллической структуры металла. Это повышает хрупкость материала в области шва.
При этом обязательно проводится проковка. Когда работа над 1 участком будет закончена, можно приступать к следующему.
Сварку чугуна можно проводить в защитной среде. Это позволяет получить качественный шов с высокой прочностью. При этом необходимо следить за расходом смеси. Если нужно заварить изделия тоньше 10 мм, достаточно 150 л на 1 час работы.
Для обработки более толстых заготовок расход газа увеличится до 200 л. Сварку нужно проводить быстро, чтобы избежать появления трещин и других дефектов. Крайне важно, чтобы присадка расплавилась раньше металла заготовки.
Если изделие толще 10 мм, рекомендовано применение 2 горелок. В этом случае следует использовать флюсы, содержащие бор.
Как использовать полимерные составы
При устранении дефектов в чугунных изделиях чаще используются 2-компонентные составы на основе эпоксидной смолы. Эти средства отличаются высокой скоростью первичного застывания, поэтому работать с ними нужно быстро.
Сначала поверхность необходимо очистить от пыли и других загрязнений. Крайне важно провести обезжиривание, чтобы устранить остатки жира и масла. Для этого рекомендуется использовать растворитель. Готовить клеевую массу необходимо перед непосредственным нанесением. Разводить состав следует в хорошо проветриваемом помещении. Это снизит риск раздражения слизистой носа и глаз. Состав нужно вымешивать до получения однородной массы.
При устранении дефектов холодной сваркой используются полимерные составы.
После этого следует приступать к устранению дефектов в чугунных заготовках. Клей наносят на обе поверхности. После этого выполняется соединение поверхностей. Если состав используется для устранения трещин со сколами, смесь тщательно трамбуется в имеющуюся полость. При этом не следует слишком надавливать на поверхность. Излишки средства необходимо сразу удалять сухой ветошью.
Отремонтированное чугунное изделие следует оставить до первичного схватывания. Это может занять от 5 минут до 1 часа. Затем необходимо оценить качество. Если видимых дефектов нет, состав оставляют на период от 12 до 24 часов до полного застывания. Когда средство отвердеет, его поверхность можно зашлифовать.
Холодная сварка с линолеумом
Клеевые составы для сварки с линолеумом включают пластификаторы, тетрагидрофуран, поливинилхлорид. Этот состав можно эффективно использовать для устранения дефектов в чугунных изделиях. Работу по восстановлению поврежденного элемента следует начинать с его тщательной подготовки. Поверхности, которые будут обрабатываться, необходимо очистить от всех загрязнений и обработать растворителем для устранения частиц жира.
Клеевой состав.
После этого готовится клеящий состав. Для его нанесения можно использовать шпатель. Крайне важно, чтобы он попал на максимальную глубину в имеющиеся трещины и сколы. Остатки состава необходимо удалять с поверхности ветошью. Затем нужно дать средству застыть. После этого потребуется зашлифовать поверхность.
Склеивание алюминия
Перед тем как выбрать подходящий клей для алюминия – следует вспомнить о том, что этот металл очень сложен в обработке (включая его склеивание). Дело в том, что в нормальном состоянии на поверхности металла всегда имеется твёрдая оксидная плёнка, существенно снижающая его адгезию с клеящей смесью.
Для получения требуемого результата необходимо побеспокоиться о предварительной подготовке алюминиевых поверхностей к склеиванию. Для этого их следует подвергнуть обработке специальными химическими составами, в качестве которых чаще всего используются щёлочи и кислоты.
Иногда для этих целей используются смеси на основе эпоксидных смол.
Среди известных клеев для металла наиболее предпочтительна двухкомпонентная смесь, изготавливаемая на основе эпоксидной или акриловой составляющих, дополненных отвердителем.
Для получения качественного соединения сразу же после обработки химическими веществами (перед склеиванием) поверхности обезжиривают, а затем покрывают слоем специальной грунтовки.
При подготовке металла необходимо проследить за тем, чтобы клей и грунтовка при смешивании не среагировали бы с образованием нежелательного химического соединения.
Помимо двухкомпонентного клея широкое распространение получил ещё один вид термостойких клеев для обработки алюминия, называемый в просторечии «холодной сваркой».
Этот состав очень удобен в использовании, однако не позволяет получать требуемую прочность соединения. Вследствие указанного ограничения основная область его применения – это заделывание незначительных щелей и трещин.
Как бороться с распространенными дефектами
К наиболее распространенным дефектам при проведении сварки чугуна относят холодные трещины, возникающие после остывания сплава. Для снижения риска подобной проблемы рекомендован местный предварительный прогрев свариваемых поверхностей до +250 °C.
Другой часто встречающейся проблемой является слишком сильное расплавление основы. Для недопущения этого крайне важно контролировать параметры работы сварочного аппарата. Это поможет избежать перегрева. Графитовые подложки снизят риск деформации чугунных деталей.
Кроме того, нередко при сварке наблюдается отвар шва. Этому способствует образование цепочки мелких пор. В дальнейшем на их месте формируются микротрещины, сообщающиеся между собой. Для недопущения появления подобного дефекта нужно избегать использования высоконикелевых сплавов при сварке ферритных чугунов, содержащих пластинчатый графит.
