Проблемы сварки чугунных изделий

Чугун в различных отраслях промышленности используются очень широко благодаря своим свойствам – невысокой ценой и отличные литейные качества. Изделия из него, как например краны из чугуна, получаются очень прочными и износостойкими, что особенно важно при работе на трение, кроме того они отличаются меньшей восприимчивостью к резким местным изменениям напряжений в конструкции. Также изделия из данного материала очень хорошо поддаются обработке режущим инструментом, что на ряду с отличными литейными показателями делает его высокотехнологичным сырьем.

Чугун представляет собой сплав железа и углеводорода, которого должно быть больше 2,14%. Также в сплав, для придания определенных свойств металлу, добавляют специальные легирующие вещества, например кремний, фосфор, магний, марганец, серу, никель и т.д.

Все чугуны на основании структуры разделяются на две группы: серые и белые. Они отличаются между собой формой, в которой находится углерод. В белых чугунах углерод находится в связанном состоянии и представляет собой карбид железа (цементит). В серых большая часть данного элемента пребывает в свободном состоянии в качестве графита. При этом белые чугуны в отличие от серых из-за высокой твердости не могут быть обработаны режущим инструментом. В связи с этим они используются только в качестве полупродукта пригодного только для  производства ковких чугунов. Вид чугуна, получаемый в ходе выплавки, будет зависеть от состава сплава и скорости охлаждения.

По другой классификации чугуны можно разделить на ковкие и с шаровидным графитом или, как их еще называют высокопрочные. В зависимости от количества легирующих элементов сплавы подразделяется на три группы:

- низколегированные – в них содержится менее 2,5% легирующих веществ;

- среднелегированные, содержание в них химических элементов в пределах от 2,5% до 10%;

- высоколегированные – более 10% легирующих элементов.

При сварке чугунных изделий практически невозможно добиться сварных соединений с заданными характеристиками и без брака, так как происходит сильное изменение структуры и свойств материала около шва и на участке, подвергающимся тепловому воздействию. Поэтому чугун принадлежит к группе материалов отличающихся низкой технологической свариваемостью. Однако сварка таких изделий широко применяется при исправлении дефектов, образовавшихся в ходе литья, при ремонте или производстве чугунных изделий и конструкций.

Сварное соединение будет считаться качественным только в том случае, если окажутся на должном уровне заданные механические свойства, и если шов будет иметь соответствующую прочность и подвергаться обработке.

К основным проблемам, возникающим при сварке чугунных изделий, и которые могут стать причиной сварных швов низкого качества, относятся:

- выделение цементита в процессе сварки, который образуется при быстром охлаждении металла шва и околошовном участке. Отвердевание поверхности создает препятствие для обработки чугунных изделий.

- образование сварочных напряжений при неравномерном локальном нагреве сплава. Данные напряжения из-за очень низкой пластичности металла провоцируют формирование трещин в зоне воздействия высоких температур и шве. Кроме того присутствие участков белого чугуна, который обладает большей плотностью, вызывает структурные повреждения, которые также приводят к образованию трещин.

- очень сильное выделение газа из сварочной ванны, продолжающееся и во время кристаллизации, способствует появлению пор в шве.

- высокая текучесть чугуна препятствует быстрому формированию шва.

- большая вероятность появления непроваров из-за присутствия кремния и других веществ в сварной ванне, по причине возникновения на ее поверхности тугоплавких окислов.