Особенности сварки чугунных изделий

При сваривании чугуна на процесс сварки сильно влияет кислород и азот, в большом количестве содержащиеся в воздухе. При расплавлении металлического электрода, под их воздействием, протекают сложные химико-металлургические процессы. Вследствие этого, в металле сварного шва содержание углерода и легирующих элементов становится ниже, чем в металле электрода.

Если чугун сваривают электродами из низколегированной стали без покрытия, то в составе метала сварного шва содержание таких элементов, как углерод, марганец и кремний оказывается ниже, чем в металле электрода, а содержание кислорода и азота повышается. В результате, механические свойства сварного соединения сильно снижаются.

Для повышения механических свойств, применяемые при сварке чугуна электроды, имеют защитные покрытия, которые, в процессе сварки, создают газовую или шлаковую защиту зоны сварки. Чаще всего, в состав защитных покрытий включаются элементы, которые при сварке переходят в металл сварного шва. Благодаря этому, можно получить сварной шов с такими элементами в составе, которых не было в электродной проволоке.

К примеру, применяя для сварки чугуна низкоуглеродистые электроды, можно получить состав наплавленного метала примерно такой же, как и состав свариваемого чугуна.

Высокие механические свойства металла сварного шва получаются и в том случае, когда применяется сварку под флюсом, т.е. плавление электрода и основного металла происходит под слоем флюса. Данный вид сварки часто используют при дуговой автоматической сварке.

Влияние легирующих элементов на свариваемость чугуна

Углерод в составе чугуна присутствует, как правило, в виде карбида Fe3C, т.е. в форме первичного или вторичного цементита. Чугун с такой структурой получил название белого чугуна. Белый чугун имеет высокую твёрдость и его достаточно тяжело механически обрабатывать.

В составе серого чугуна углерод находится в свободном состоянии в виде включений графита. Марганец, при содержании более 1%, затрудняет процесс распада карбида железа. Сера в составе чугуна, как и в составе любого другого металла или сплава, оказывает отрицательное влияние на свариваемость чугуна, т.к. она увеличивает его густотекучесть и образует сульфид железа FeS, который способствует образованию дефектов сварных швов (горячих и холодных трещин при сварке).

Фосфор в составе чугуна обладает слабо выраженными графитизирующими свойствами и повышает жидкотекучесть. Также сильным графитизатором для чугуна является алюминий, а также, такие легирующие элементы, как никель, кобальт, медь и титан. А элементы хром, ванадий и молибден способствуют уменьшению размеров зёрен, предотвращая распад карбида железа.

Основные трудности при сварке чугуна

Главными трудностями, в процессе сварки чугуна обусловлены их физическими и механическими показателями. Быстрое охлаждение ванны расплавленного металла и выгорание кремния формирует местное отбеливание металла сварного шва и участков околошовной зоны. Т.е. усиливает формирование цементита из графита. Этот процесс повышает твёрдость сварного соединения, но, при этом, резко снижет пластичность и усиливает хрупкость.

Из-за неравномерного нагрева и охлаждения и усадки чугуна, в металле появляются большие внутренние термические напряжения, как в самом шве, так и в зоне термического влияния. Небольшая температура плавления чугуна и непосредственное превращение чугуна из твёрдой фазы в жидкую, и наоборот, препятствуют выходу газов из расплавленного металла и структура сварного шва формируется с многочисленными порами.

Большое значение жидкотекучести делает невозможным сварку чугуна и в вертикальном и в наклонном положении сварного шва.