Чавуни відносяться до категорії важко зварюваних сплавів. Труднощі при зварюванні зумовлені його хімічним складом, структурою та механічними властивостями.
Чавунні деталі, які тривалий час працюють при високих температурах, майже не піддаються зварюванню через окиснення вуглецю й кремнію під впливом високих температур (300-400°С і вище). При цьому чавун стає крихким і його називають горілим.
Погано зварюються чавунні деталі, які тривалий час знаходилися у дотику з маслом і гасом. При цьому поверхня чавуну насичується маслом і гасом, які при зварюванні згоряють і утворюють гази, сприяючи появі пор у шві.
Зварюваність і властивості зварних з'єднань залежать від структури чавуну. Структура визначається хімічним складом і технологією (попередній підігрів, швидкість охолодження та ін.). Головний процес, який формує структуру — це графітизація (виділення вуглецю у чавуні). Вона є сприятливою тому, що виділення вуглецю у вільному стані зменшує крихкість чавуну.
Всі елементи, які містяться у чавунах, поділяють на дві групи :
графіти затори (сприяють графітизації) — С, Si, Al, Ni, Co, Cu;
підбілювачі (затримують графітизацію і сприяють утворенню цементиту FезС) — S, V, Cr, Sn, Mo, Mn.
Низька пластичність чавунів призводить до появи тріщин і напруг при зварюванні. Ці напруги можуть бути внутрішніми, які виникають при нерівномірному нагріванні та охолодженні, й зовнішніми, які виникають від перенавантажень при експлуатації виробу.
Ще однією трудністю зварювання є схильність чавуну гартуватись при швидкому охолодженні. На загартованих ділянках чавун стає твердим (800 НВ) і не піддається механічній обробці. Утворення гартованих структур супроводжується появою напруг та утворенням тріщин. Питома густина загартованої мікроструктури (мартенсит) значно нижча питомої густини заліза й ця різниця призводить до виникнення напруг і тріщин між зернами.
Здатність чавуну до відбілювання при швидкому охолодженні призводить доутворення від біленого шару на металі шва та основному металі. Цей шар має низьку пластичність і під впливом розтягувальної сили, яка утворюється при охолодженні, разом із наплавленим металом відколюється від основного металу або спричинює утворення тріщин.
Чавуни не мають тістоподібного стану при переході від рідкого стану в твердий, що утруднює його зварювання в різних просторових положеннях. Швидкий перехід з рідкого стану в твердий та низька температура плавлення (1142°) призводять до утворення пop. Тому гази (CO і СО2) не встигають виділитись з металу.
Відмінність чавунних виробів за хімічним складом, термічною обробкою й будовою потребує використання різних технологій та способів зварювання. Високоміцні і ковкі чавуни (дрібнозернисті) зварюються краще сірих. Дрібнозернисті сірі зварюються краще крупнозернистих. Погано зварюються чорні чавуни, які на зломі мають крупнозернисту структуру темного кольору. Такі чавуни називають графітними, бо в них увесь вуглець знаходиться у вигляді вільного графіту.
Розрізняють такі способи зварювання чавуну:
холодне (без попереднього підігріву);
гаряче (з підігрівом до 600-700°С);
напів-гаряче (з підігрівом до 300-400°С).
Найкращі результати дає гаряче зварювання. При цьому зменшується швидкість охолодження металу, що забезпечує повну графітизацію металу шва та відсутність відбілювання в біля шовній зоні, а також виключає можливість появи зварних напруг.
Спосіб холодного зварювання потребує менших затрат, але при накладанні валика на холодну поверхню чавуну внаслідок швидкого відводу тепла в біля шовній зоні утворюються відбілені ділянки, а метал шва стає крихким.
Найпоширеніше зварювання чавуну плавким електродом, неплавким вугільним електродом, газовим зварюванням. У якості присаджувального металу використовують низько вуглецеву сталь, чавун і кольорові метали.
Автор: І.В.Гуменюк і О.Ф.Іваськів
Книга: Технологія електродугового зварювання