Чугуном называют сплав железа с углеродом, содержащий от 2,14 до 6,7% углерода. В промышленности чаще всего применяются чугу - ны содержанием 2,6—3,6% углерода, до 5% кремния и до 2% марган­ца, примесей серы и фосфора. В зависимости от состояния углерода и присутствий легирующих добавок различают белые, серые, ковкие и высокопрочные чугуны. Чугуны более хрупки и менее прочны, чем стали. Однако чугун дешев и «го удобно отливать в формы, поэтому чугун используется в основном для изготовления литых деталей.

Белый чугун имеет на изломе белый или светло-серый цвет, угле­род в нем находится в химически связанном состоянии в виде карби­да железа — цементита. Белый 4507Н обладает высокой твердостью и очень хрупок, практически не поддается механической обработке.

Серый 4507Н отличается на изломе серым цветом. Часть углерода в низкопробном сером 4507НЄ содержится в виде пластинчатого гра­фита, а основная металлическая часть в виде феррита и перлита. Ес­ли же графит в чугуне находится в виде хлопьев, что достигается специальной термической обработкой, то такой 4507Н называется ковким и его свойства выше, чем у обычного серого чугуна. Наибо­лее качественными и прочными являются чугуны, у которых графит имеет шаровидную форму, получаемую в результате добавления в сплав легирующих элементов и продувания через жидкий чугун азо­та. Такой чугун называется высокопрочным.

При изготовлении конструкций, включающих чугунные детали, сварка в местах их сопряжения, как правило, не применяется. Свар­ка иногда может применяться как вынужденная мера при восстанов­лении чугунных деталей, так как при сварке чугуна неизбежно воз­никают трудности, обусловленные структурой и свойствами этого материала.

При неравномерном прогреве или охлаждении в чугуне возника­ют неизбежные внутренние напряжения. В сочетании с отсутствием площадки текучести и низкой пластичностью чугуна при сварке внутренние напряжения приводят к появлению трещин, возникаю­щих как в целом металле, так и в металле шва. При высоких скоро­стях охлаждения чугун склонен закаляться с образованием твердых закалочных структур. Закалочные структуры приводят к образова­нию закалочных напряжений и образованию трещин. При быстром охлаждении места сварки на границе сварного шва и основного ме­талла образуется тонкая отбеленная прослойка. Под влиянием растя­гивающей силы, возникающей при охлаждении сварного соедине­ния, отбеленная прослойка стремится к откалыванию от основного металла вместе с наплавленным металлом или же вызывает трещину по границе шва.

Душе всего поддаются свариванию высокопрочные и ковкие чу­гуны. Серые мелкозернистые чугуны свариваются лучше, чем круп-. нозернистые. Плохо свариваются так называемые черные чугуны,

которые на изломе имеют крупнозернистое строение темного цвета. Такие чугуны называют графитными, так как в них весь углерод на­ходится в виде свободного графита.

Существует два вида сварки чугунов: с подогревом изделия — горячая сварка, и без подогрева — холодная сварка.

Горячая сварка чугуна. Суть горячей сварки заключается в том, что деталь перед сваркой нагревают до температуры порядка

450.. .700°С. При нагреве чугунной детали в пределах 250...450°С сварка считается полугорячей. Подогрев чугунных изделий перед сваркой до таких высоких температур требуется для того, чтобы при­дать металлу относительно высокие пластические свойства и снизить скорость охлаждения сварного соединения. Таким образом удается избежать возникновения в металле областей закалки, перенапряже­ний и разрушения изделия на сварных соединениях. Подогрев необ­ходим и после сварки, чтобы происходило равномерное охлаждение, без возникновения трещин. Поэтому после сварки детали дают мед­ленно остывать вместе с печью или в нагретом песке. Скорость осты­вания должна быть как можно меньше.

Перед сваркой деталь обрабатывается: механическим способом удаляются раковины и шлаковые включения, удаляется ржавчина и краска, кромки изломов и трещины зачищаются.

Существуют различные способы горячей дуговой сварки чугун­ных изделий. Обычно для этих целей применяют чугунные электро­ды с обмазкой: ОМЧ-1, МСТ. Менее высокое качество сварного со­единения дает применение обычных покрытых электродов из низко­углеродистой стали. Сварка ведется без перерыва, не допуская остывания детали.

Холодная сварка чугуна, При холодной сварке деталь специаль­но не подогревается. Холодная сварка чугуна производится стальны­ми электродами, комбинированными электродами и электродами с чугунными стержнями. Допускается применение обычных покрытых электродов со стержнями из низкоуглеродистой стали.

Независимо от марки электрода холодная сварка чугуна ведется на пониженном токе. Ток устанавливается из расчета 25...ЗО А на 1 мм диаметра электрода. Для этих целей лучше применять постоянный ток.

Сварка ведется короткими швами, длиной не более 50 мм. После каждого шва детали дают остыть до температуры 50...60РС и лишь

потом продолжают дальнейшую сварку. Такой подход приводит к меньшему прогреву детали и отбеливанию чугуна, меньшей вероят­ности образования перенапряжений и трещин.

При восстановлении тонких (до 10 мм) чугунных деталей сварка ведется в следующей последовательности. Трещины зачищаются на расстоянии 20...25 мм от края от коррозии и грязи. Чтобы избежать распространения трещины, сначала завариваются ее концы коротки­ми поперечными швами. Потом с каждой стороны вдоль трещин на расстоянии нескольких миллиметров от края наплавляются вспомо­гательные валки. Валки наплавляются отдельными короткими шва­ми. Детали дают остыть после каждой наплавки. Для наплавки сле­дующего короткого шва выбирается место как можно дальше от то­го, который был наварен иеред ним. Постепенно они образуют непрерывные валки вдоль всей трещины.

После наплавки всех подготовительных швов вдоль трещины де­таль очищают и дают остыть. Далее, опять же короткими швами врас - кидку, с перерывами ложится основной соединительный шов. Основ­ной шов идет по трещине, перекрывая боковые вспомогательные швы.

Для усиления соединения при холодной сварке чугуна сварка мо­жет комбинироваться с механическим усилением зоны плавления. В месте излома в тело детали вворачиваются или накладываются сталь­ные шпильки. Этот способ применяется при ремонте массивных чу­гунных изделий. Стальные включения связывают металл шва с ос­новным металлом, разгружая хрупкую закаленную прослойку.

Однако при холодной сварке чугуна полностью избежать закалки в зоне плавления не удастся. При соблюдении всех рекомендаций можно лишь уменьшить толщину отбеленной прослойки, избежать возникновения разрушительных деформаций и трещин. Восстанов­ленные таким образом детали могут обладать достаточной прочно­стью и стойкостью для их повторного использования.