При нагреве чугуна углерод выгорает, и металл становится хрупким, разрушается. Соединить детали, исправить дефекты лучше холодной сваркой чугуна. Высокоуглеродистый сплав не перегревается, графит между кристаллами сохраняется. Соединение холодным способом выполняется медными электродами и подходит для швов с небольшими нагрузками.
Холодной сваркой называют совершенно разные по технологии процессы: соединения медными электродами и заделка дефектов специальным клеевым составом. Каждый метод имеет свои преимущества, недостатки.
Холодная сварка чугуна (Фото: Instagram / budmetpro)
Сложности
В чугунных сплавах высокое содержание углерода. Часть графита находится в кристаллах, остальной располагается между зернами. При его выгорании связи нарушаются, металл может рассыпаться при ударе. Это свойство чугуна создает препятствие для традиционных способов соединения заготовок.
Второе препятствие — низкая теплопроводность металла, которая приводит к образованию трещин по границе нагрева. Набрав тепло, материал медленно остывает, долго остается горячим. Применяют специальные чугунные электроды марок ОЗЧ, МНЧ. При этом возникают сложности:
- различные оксиды в составе чугуна окисляются при температуре ниже, чем сам чугун, образуется непровар;
- в околошовной зоне образуется твердый и хрупкий цементит;
- температура плавления электрода больше, чем основного металла, соединение материалов происходит плохо;
- чугун характеризуется высокой жидкотекучестью и удержать его в сварочной ванне сложно;
- при сварке углерод сгорает, газы образуют поры и воздушные раковины в шве.
Перед соединением с помощью графитового и чугунного электрода, высокоуглеродистые материалы традиционно нагревают, применяя ступенчатую технологию поднятия температуры и выдержку до полного прогрева. Различают 2 процесса сварки:
- высокотемпературная — горячая, с нагревом 600 – 650⁰;
- полугорячая — 350⁰.
Для крупных деталей процесс выдержки в печи длится 20–24 часа. После заварки дефектов и соединения заготовок, делается длительный отпуск. Процесс занимает много времени, более 2 суток.
Меры безопасности
Холодная сварка является достаточно безопасным способом соединения в отличие от классической сварки, где происходит плавление металла под воздействием высоких температур. Тем не менее опасности в использовании всё же существуют.
Смешивание холодной сварки как жидкой, так и сухой и процесс нанесения необходимо выполнять перчатках (желательно резиновых). Это убережет кожу рук от ожогов компонентами состава.
При нанесении жидких составов нужно быть весьма осторожным чтобы состав не попал в глаза. В случае попадания необходимо промыть обильным количеством воды и немедленно обратиться к врачу (офтальмологический травмпункт).
При использовании жидкого состава для пластика и линолеума следует позаботиться о проветривании помещения так как в составе используется растворители.
Также стоит очень внимательно следить за тем, чтобы холодная сварка не попала к детям. Сухие составы похоже на пластилин и ими они часто интересуются.
Виды сваривания
Термин «холодная» означает, что подогрев деталей в печи перед электродной сваркой не производится и сварка чугуна проходит по специальной технологии, имеющей свои особенности. Шов ложится на холодный металл.
Способов холодной сварки на практике два:
- специальными медными электродами;
- полимерными клеящими составами.
Оба способа имеют один недостаток. Применять их можно для создания швов с малой нагрузкой. Прочные соединения, выдерживающие вибрации, удары, изгибы, делаются только горячим способом.
Сваривание электродами (Фото: Instagram / mdfkl.belarus)
Электродами
Для холодной сварки применяют электроды с медным стержнем. Пластичный металл легко образует соединение с чугуном. Шов получается мягче, чем сами соединяемые детали, он выдерживает статические нагрузки на изгиб.
На производстве при сваривании деталей более 20 мм толщиной применяются комбинированные электроды из стали и меди. Они имеют разные варианты:
- медный стержень покрыть стальной фольгой;
- трубка из цветного металла заполнена стальным порошком.
Заварка широких швов, наплавка, производятся пучком электродов. Для холодной сварки используют связки из стальных и медных электродов с обмазкой.
Во всех электродах для холодной сварки используется медь. Цветной металл проникает между кристаллами чугуна и создает с ним прочное соединения без напряжений переходной зоны. Условием создания плотного материала шва является проковка. Сразу после отведения электрода в сторону, горячий сплав следует уплотнить, проковав его молотком. Попавшие внутрь газы выйдут. Слои металла плотно улягутся, образуя однородный сплав.
Технологический процесс сложный. Требует точного соблюдения всех пунктов, от подготовки до проковки.
Полимерные составы
Холодной сваркой называется термостойкая полимерная паста на основе эпоксидной смолы. Она содержит чугунный порошок и применяется в основном для заделки раковин. Готовят двухкомпонентный состав непосредственно перед применением. Плотно заполняют клеем пустоту в металле или разделанный шов.
Полимерные средства по сварке отличаются допустимой температурой нагрева и твердостью после застывания. После механической обработки детали клей отличается более светлым тоном. Переход размытый, четкой границы нет.
Холодную сварку применяют для ремонта небольших дефектов чугунных деталей автомобилей. В машиностроении используют для исправления литейных дефектов крупных отливок, восстановления направляющих станин, стоек.
Нанесение полимерного состава (Фото: Instagram / vyhlop)
Инструкция по применению
Существует очень большое количество производителей и марок холодной сварки, потому и способы применения разнятся. Но в большинстве своем технология применения одна и та же. Рассмотрим её более подробно для каждого из видов.
Сухой (твердый вид)
Для применения сухой холодной сварки сначала нужно качественно очистить соединяемые поверхности от любых видов загрязнений (ржавчины, оксидной плёнки, краски и т.д.), а после этого необходимо обезжирить поверхности ацетоном, специальным обезжиривателем, или водоспиртовым раствором.
После поверхность необходимо просушить, но лучше не вытирать обезжиренную поверхность тряпками, а именно дать высохнуть. Потому как тряпкой можно занести дополнительную грязь на поверхность.
Теперь необходимо подготовить состав к применению. Для этого отмеряется необходимое количество состава, отрезается, после чего разминается в руках.
Большинство производителей рекомендуют выполнять этот процесс в перчатках чтобы состав не попадал на кожу рук. Разминать необходимо в зависимости от количество используемого состава от 1 до 5 минут пока состав не станет пластичным и однородным.
После можно наносить состав на соединяемые поверхности и зафиксировать их. Выдержать необходимые для застывания время.
В процессе высыхания поверхность не должна как-либо нагружаться. Также нужно следить за температурой окружающего воздуха, он не должен быть ниже минус 5 градусов и выше 30 — 35.
Жидкой
Подготовка поверхности для жидкой холодной сварки в принципе не отличается от той, что применяется при сухой. Поверхности зачищаются и обезжириваются. Если будет применяться жидкая сварка для пластика, то в этом случае с поверхности полимера необходимо снять верхний слой. Сделать это можно с помощью ножа или резца. Это действие значительно увеличит адгезию, а следовательно соединение будет гораздо прочнее.
Если состав однокомпонентный он просто наносится тонким слоем на поверхности после чего производится фиксация кромок.
Так же, как и при сухой необходимо выдержать время высыхания и не нагружать свариваемое изделие.
В тех случаях, когда используется двухкомпонентный состав, его смешивают в пропорциях, указанных производителем. После смешивания состав наносит на одну или обе соединяемые поверхности.
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.
Состав
Состав холодной сварки чаще всего базируется на эпоксидных смолах, а также дополнительных присадках, которые придают соединению определённые свойства. В некоторые составы добавляются армирующее вещества виде металлических включений (металлический порошок, полимерные волокна и т.д.) которые увеличивают прочность соединения. Если речь идет о твёрдый холодный сварке в состав добавляется стабилизирующий (загущающие) компоненты.
Для составов который работает под высокими температурами, добавляют термостойкие присадочные компоненты, препятствующие разрушению «сваренного» участка.
Подготовка к свариванию
Швы толщиной до 10 мм следует разделать V-образно, выложив на рабочую плиту прихватить через 100–150 мм.
При соединении толстых деталей, в зону разделки вставляются шпильки. Их размер и количество определяются шириной разделки, типом соединения. Под шпильки сверлятся отверстия, в них нарезается резьба.
При наличии в заготовках дефектов, в виде отбела чугуна, раковин, трещин, сначала исправляются они дополнительным отжигом и подваркой или заливкой. Затем разделываются кромки под сварку.
Подготовка инструментов (Фото: Instagram / dvizhok_125)
Как правильно использовать?
Марка электродов подбирается по эксплуатационным условиям детали. Для заделки отверстия в радиаторе отопления достаточно выбрать низкотемпературный электрод, выдерживающий 236⁰. Он хорошо соединяется с чугуном за счет меди, имеет высокую твердость, благодаря содержанию высокоуглеродистой стали, переносят нагрузки на удар и изгиб.
Жаростойкими электродами, выдерживающими до 1300⁰C, подваривают детали, работающие при высоких температурах и малых механических нагрузках. В домашних условиях удобнее всего варить стержнем с диаметром 3–4 мм, ток постоянный — 120–150 А.
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.
Холодная сварка металлов – экскурс в историю
Холодная сварка металлов известна с древних времен. Как показывают археологические исследования и исторические хроники – «Колосс Родосский» был снаружи покрыт тонкими медными листами, которые были соединены между собой с использованием холодной сварки. То есть данная технология была применена и при создании шедевров античного периода.
В Национальном музее в Дублине (Ирландия) хранятся золотые коробочки, которые по заключению экспертов, изготовлены в эпоху поздней бронзы с применением данного способа.
В 1724 году священником Дезагюлье (J. L. Desaguliers) был представлен способ соединения свинца с помощью холодной сварки. Опыт заключался в том, что два свинцовых шарика диаметром около 25 мм сдавливали вместе и вращали, в результате они соединялись. Последующие попытки разорвать данное соединение и измерить величину разрыва с помощь весов показали, что прочность соединения некоторых образцов оказалось ничем не хуже основного металла. Результаты данных опытов были опубликованы в научных журналах.
На данный способ получения соединения впервые всерьез посмотрели в 1940-х годах, именно в это время ученые обнаружили странный эффект взаимодействия нескольких кусков одного и того же металла в абсолютном вакууме – при наличии чистых плоских граней они притягиваются.
Начиная со второй половины 1940-х годов она начала применяться в промышленно развитых странах: в 1947 — 1948 гг. появилась в США, а в 1949 г. началось использование и в СССР.
В настоящее время она успешно применяется для соединения изделий из пластичных металлов, таких как медь, алюминий, свинец, олово, никель и др.
