Чугуны в зависимости от их структуры различаются на три вида — белые, серые и ковкие. Все три вида в свою очередь делятся на легированные и нелегированные.

Белый чугун. Газосварочные работы с ним осуществляются только в части исправления брака литья, наплавки, наварки. Сам по себе белый чугун очень твердый металл, практически не обрабатываемый в машиностроении. Белый чугун — трудносвариваемый металл, очень жидкотекуч при сварке. Излом у него светлосерый.

Серый чугун. Применяется как конструкционный металл. Степень свариваемости может быть как хорошей, так и плохой, в зависимости от его структуры. Есть простая практика определения свариваемости чугуна. Если излом у серого чугуна черный — свариваемость плохая. Излом крупнозернистый, с крупными включениями графита — ограниченная свариваемость. При светло-сером изломе свариваемость будет хорошей.

Ковкий чугун. Наиболее применим в промышленности по причине хорошей обрабатываемости. Сам по себе ковкий чугун — это результат переработки белого чугуна. Суть этой переработки в том, что белый чугун подвергается медленному нагреву (томлению) в течение нескольких суток при температуре 900 — 1000°С. Затем такими же медленными темпами происходит охлаждение.

Все три вида чугуна для конкретных целей могут быть легированы различными добавками для повышения их прочности и улучшения технологичности.

Переходя к вопросу газовой сварки чугунных изделий, сразу оговоримся, что основной объем сварочных работ — это ремонт поврежденных или изношенных деталей или же исправление брака литья, обработки термической или механической.

Способов сварки чугуна достаточно много. Прежде всего, сварка может проводиться как с расплавлением основного металла, так и без этого. В свою очередь, сварка с расплавлением металла делится на холодную и горячую сварку. А сварка без расплавления основного металла предполагает пайкосварку с чугунным присадочным материалом и латунным припоем.

Горячая сварка чугуна. При горячей сварке обязателен предварительный подогрев свариваемых деталей. Детали при нагреве должны находиться в жестком закрепленном каркасе, что позволит устранить возникающие при нагреве напряжения, которые впоследствии, при сварке, могут привести к образованию трещин. Если нагрев носит местный характер, то жесткий каркас можно не применять. Крупные детали нагреваются до температуры 500 — 700°С, а небольшие до 300 — 400°С. Каким способом нагреть деталь, сварщик решает в зависимости от имеющихся условий. Конечно, лучше всего осуществить нагрев установками индукционного нагрева с применением токов промышленной частоты. Но чаще всего нагрев осуществляется пламенными горелками, паяльными лампами и, конечно же, горелками индукционного типа ЛГК-15 и ЛГК-25.

При горячей сварке чугуна обязательно применение флюсов. Попадая в сварочную ванну, они предотвращают окисление кромок твердого металла, извлекают оксиды и неметаллические включения из расплавленного металла, а также способствуют образованию пленки, защищающей его от воздействия газов пламени и воздуха. Положительное влияние флюсов сказывается также в улучшении смачивания поверхности твердого металла жидким присадочным металлом.

Кроме того, при сварке чугуна можно применять газообразный флюс БМ-1, который представляет собой смесь метилбората (70 — 75%) с метанолом (25 — 30%). Эта смесь в виде жидкости заливается в специальный флюсосмеситель типа КГФ-3, через который пропускается горячий газ для сварки. Поскольку флюс легко испаряется, пары его извлекаются горючим газом и подаются с ним по рукаву в горелку, где они сгорают в пламени. Процесс с использованием газообразного флюса называется газофлюсовой сваркой. Флюс БМ-1 обеспечивает получение густого, вязкого шлакового покрова на поверхности сварочной ванны.

Холодная сварка чугуна. Холодная сварка не потребует предварительного нагрева деталей. Применима она в тех случаях, когда детали имеют возможность свободно расширяться без возникновения внутренних напряжений при нагревании и охлаждении. Подготовку кромок можно выполнить как механическим, так и термическим способом (расплавить кромки вдоль шва). При термическом способе жидкий чугун должен быстро удаляться присадочным прутком и тут же на кромки наносится флюс. Пламя, расплавляя кромки, удаляет жиры, которые могут глубоко проникнуть в пористый чугун. Сама газовая сварка осуществляется ацетиленокислородным пламенем. Горелки, которые используются при этом — универсальные Г2 и ГЗ (или их прототипы). Если применяются газы-заменители ацетилена, то используются уже специальные горелки ГЗУ. Можно использовать и горелки Г2 и ГЗ, но они должны быть обязательно укомплектованы наконечниками, которые на один номер больше, чем те, которые использовались при ацетиленокислородной сварке.

Сама сварка производится нормальным пламенем или пламенем с небольшим избытком ацетилена. Если ацетилена будет много, это приведет к образованию пор. Если же процесс сварки будет вестись медленно и пламя при этом будет окисляющим, то в шве будет большое количество оксидов и шлаковых включений.

Присадочным материалом будет служить чугунный пруток длиной от 400 до 700 мм. Мощность пламени и диаметр присадочного прутка выбирают с учетом толщины свариваемой детали. Есть определенная зависимость диаметра присадочного прутка, номера наконечника горелки и площади дефекта, которая сведена в таблице 8:

Таблица 8.Подбор расходных материалов

Таблица 9. Флюсы, которые применяются при сварке (холодной, горячей) чугуна

Таблица 10. Чугунные присадочные прутки для газовой сварки

Последовательность технологических операций при проведении горячей сварки чугуна.

Отчистка поверхности пламенем горелки или металлическим скребком (щеткой). Кромки надо разделать под углом 70°.

Подогрев детали. Мало- и среднегабаритные детали надо подогревать до температуры 300 — 400°С, а крупногабаритные до 500 — 600°С (до появления коричнево-красного цвета).

Установка детали. Установить деталь в зоне действия вытяжной вентиляции с расположением дефекта в нижнем положении и горизонтальной плоскости (продолжительность перерыва между окончанием подогрева и началом сварки для небольших отливок несложной конфигурации не должна превышать 3 — 5 мин во избежание охлаждения детали ниже 400°С).

Нагрев и обработка поверхности. Отрегулировать нормальное пламя удельной мощности 100 — 120 л/ч на 1 мм толщины металла и восстановительной ее частью (на расстоянии 2 — 3 мм от ядра), равномерно прогреть кромки дефекта до расплавления с одновременным нанесением флюса и равномерным распределением его по поверхности дефекта с помощью присадочного прутка.

Заполнение места сварки присадочным металлом. Расплавить пруток наиболее горячей частью пламени (ближе к ядру) и заполнить дефект (трещину, ржавчину) расплавленным присадочным металлом, добавляя периодически флюс на кончике прутка. Вести сварку ванным способом (отдельными сварочными ваннами длиной 20 — 50 мм каждая) с поддержанием металла в жидком состоянии до полного заполнения дефекта присадочным металлом; при заварке краевых дефектов поддерживать ванну в полужидком состоянии (для исключения стекания металла) за счет периодического отведения пламени от места дефекта для охлаждения ванны и изменения угла наклона горелки к поверхности изделия с 80 до 10°. Удалять неметаллические включения из ванны в процессе сварки с помощью флюсования жидкого металла и интенсивного его перемешивания присадочным прутком.

Окончание процесса сварки. Сначала надо медленно отвести горелку от поверхности ванны на 50 — 60 мм и наплавленный металл подогреть пламенем в течение 0,5 -1,5 мин, накрыть деталь листовым асбестом для замедленного охлаждения металла шва и обеспечения свойств сварного соединения, равноценных со свойствами основного металла.

Последним следует этап термообработки. Детали нагреваются, мелкие до 300 — 400°С, крупные до 500 — 600°С с последующим медленным охлаждением.

Последовательность технологических операций при проведении низкотемпературной пайкосварки чугуна. Подготовка места наплавки и прилегающей поверхности (очищаются от грязи, оксидов, других загрязнений). Очистка производится пламенем горелки и металлической щеткой.

Разделка будущего места наплавки (зубило, сверло, фре­за, другие механические способы обработки поверхно­сти). Схематично разделка дефекта под пайкосварку изоб­ражена на рис.6.

Рис.6. Схема процесса низкотемпературной пайка-сварки чугуна чугунным присадочным материалом при исправлении дефектов: а — с продольной разделкой; б — с дефектом типа раковин

Установка и нагрев детали. Сама деталь должна быть установлена в зоне действия вытяжной вентиляции с расположением дефекта в нижнем положении и горизонтальной плоскости. Нагреть поверхности разделочного дефекта и металл в зоне дефекта до 300 — 350°С. Нанести на поверхность дефекта флюс и нагреть его факелом пламени, а не ядром, во избежание выдувания. Горелку наклонить под углом 50 — 60°. На рис. представлена пайкосварка правым способом. Продолжить нагрев кромки дефекта до температуры 750 — 800°С при использовании прутков УНЧ-2 и флюса МАФ-1 или до 900 — 950°С при применении прутков НЧ-2 и флюса ФСЧ2. Одновременно нагреть конец прутка до оплавления и обмакнуть его во флюс. Равномерно распределить флюс на поверхности дефекта концом прутка. Расплавить конец прутка трением его о нагретую поверхность.

Заполнение места разделки расплавленным металлом. Для этого расплавить пруток наиболее горячей частью факела пламени (на 2 — 3 мм от ядра). Заполнить объем разделки каплями жидкого присадочного металла и ванным методом, перемещая горелку и пруток по винтовой восходящей линии или круговыми движениями, в зависимости от вида дефекта. Производить наплавку за один проход при толщине металла до 6 мм и в два прохода при толщине 8 — 12 мм. Периодически добавлять флюс в расплавленный металл и непрерывно перемешивать металл прутком, касаясь стенок дефекта.

Рис.7. Правый способ пайкосварки. 1 — движение горелки; 2 — движение прутка; 3 — движение горелки и прутка

Правильное охлаждение места напайки (заварки). Заваренный участок медленно охлаждается под пламенем горелки в течение 1,5 — 3 мин. После этого, обеспечивая замедленное охлаждение, медленно отвести горелку. Очистить шов от остатков флюса и промыть его водой.