Сварочные электроды для чугуна — виды и особенности

Сварка чугуна — это сложный технологический процесс, который требует специального подхода из-за уникальных свойств этого материала. Чугун широко используется в промышленности для изготовления деталей машин, трубопроводов, корпусов оборудования и других конструкций благодаря своей прочности и износостойкости. Однако его свариваемость ограничена, и неправильный выбор электродов может привести к трещинам, пористости или деформациям. В этой статье мастер сварщик расскажет, какие бывают сварочные электроды для чугуна, их классификацию по методам сварки (холодной и горячей), а также ключевые характеристики и рекомендации по применению.

Особенности чугуна

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом (от 2% до 6%), а также небольшим количеством легирующих элементов, таких как кремний, марганец и фосфор. Углерод в чугуне присутствует в форме графита, что придает материалу высокую твердость, но снижает пластичность и повышает хрупкость, делая его непригодным для высоких ударных нагрузок. Существует несколько типов чугуна: серый (с пластинчатым графитом), ковкий (с хлопьевидным графитом) и высокопрочный (с шаровидным графитом), каждый из которых имеет свои нюансы при сварке.

При сварке чугун проявляет ряд проблемных свойств:

• Высокая текучесть в расплавленном состоянии, что может привести к неконтролируемому растеканию металла.
• Выделение газов (водорода, азота и других) во время горения углерода, что вызывает пористость в шве.
• Быстрое охлаждение, способствующее образованию карбидов железа и тугоплавких оксидов, которые ухудшают сплавление.
• Склонность к межкристаллитным трещинам из-за наличия графита и внутренних напряжений.
• Низкая теплопроводность, приводящая к перегреву и деформациям, а также выделению вредных веществ, таких как оксиды углерода или серы, что требует хорошей вентиляции.

Из-за этих особенностей сварка чугуна часто требует предварительной подготовки, такой как разделка кромок, удаление загрязнений и контроль температуры, чтобы избежать дефектов.

Какими должны быть электроды для сварки чугуна

Указанные особенности требуют выбора специальных марок электродов.

Ключевые требования:

• Равномерное время охлаждения металла шва и основного чугуна, чтобы избежать напряжений. 
• Соответствие содержания углерода в наплавляемом металле и чугуне для однородности структуры.
• Состав на основе меди, никеля или низколегированной стали, что повышает пластичность и коррозионную стойкость.
• Возможность работы без предварительного нагрева (для холодной сварки) или с нагревом (для горячей), с учетом типа покрытия (основное, кислое или рутиловое).
• Диаметр стержней от 2 до 6 мм для металлических электродов, или 8–20 мм для угольных и графитовых.

Электроды должны обладать стабильной дугой, легким поджигом и отделением шлака, а также обеспечивать швы с высокой плотностью и износостойкостью. Перед использованием их часто прокаливают (например, при 190–350°C в течение часа), чтобы удалить влагу и улучшить свойства. Выбор зависит от типа чугуна, толщины детали и положения сварки (нижнее, вертикальное или полупотолочное).

Электроды для холодной сварки чугуна

Холодная сварка проводится без предварительного нагрева деталей, что упрощает процесс, но требует специальных электродов. Это метод подходит для ремонта трещин, сколов и тонкостенных деталей.

Популярные марки:

• МНЧ-2. Никелемедные электроды (66% никеля, >25% меди). Применяются для серого, ковкого и высокопрочного чугуна, заварки дефектов и наплавки. Обеспечивают плотные, пластичные швы с коррозионной стойкостью, низкой твердостью и хорошей обрабатываемостью. Сварка на постоянном токе обратной полярности, короткой дугой, в нижнем, вертикальном и полупотолочном положениях. Требует прокалки при 190–210°C для толстых изделий. 
• ЦЧ-4. На основе низколегированной стали (8,6% ванадия, марганец, кремний) с основным покрытием. Используются для серого, высокопрочного и ковкого чугуна, а также сварки чугуна со сталью. Подходят для первых слоев в многослойной наплавке, ремонта неответственных конструкций. Сварка на постоянном токе, валики до 35–100 мм. Прокалка при 160–200°C.
• ОЗЧ-6. Медные электроды (>85% меди, 10% железа). Для серого и ковкого чугуна, сварки тонкостенных деталей. Высокая производительность (2,2 кг/ч при диаметре 4 мм), возможен ремонт сквозных дефектов. Сварка в вертикальном и нижнем положениях, охлаждение валиков до 100°C.
• ОЗЖН-1. Железоникелевые (48% никеля, >50% железа) с основным покрытием. Для ремонта значительных дефектов в высокопрочном и сером чугуне, первых и промежуточных слоев. Сварка короткой дугой, валики до 50 мм, охлаждение до 60°C. Прокалка при 350°C.
• ОЗЧ-2. Медные с кислым покрытием. Для серого и ковкого чугуна, наплавки и заварки дефектов. Требует прокалки при 190–210°C, охлаждения до 60°C и проковки. Сварка в нижнем и вертикальном положениях.
• ОЗЧ-4 и ОК 92.18 (аналог ESAB OK Ni-Cl). Универсальные для холодной сварки, обеспечивают износостойкие швы.

Электроды для горячей сварки чугуна

Горячая сварка подразумевает предварительный нагрев зоны шва до 200–600°C (теплый, полугорячий или горячий метод), что обеспечивает равномерный переход химического состава и минимизирует трещины. Этот метод подходит для ответственных конструкций и толстостенных деталей. Часто используются те же электроды, что и для холодной сварки (МНЧ-2, ЦЧ-4, ОЗЧ-6, ОЗЖН-1), но с нагревом. Дополнительно применяют стальные электроды с покрытием (УОНИИ, АНО), угольные или графитовые (диаметром 8–12 мм, ток 600–1000 A).

Например:

• ЦЧ-4 и ОК 92.18. Подходят для теплого метода (нагрев 250–280°C).
• ОМЧ-1. Для горячего метода.
• Медно-никелевые и стальные. Обеспечивают коррозионностойкие швы.

Сварка на постоянном или переменном токе, обратной полярности, с контролем охлаждения для избежания деформаций.

В заключении

Сварочные электроды для чугуна — это специализированные материалы, адаптированные к хрупкости и особенностям этого сплава. Для холодной сварки идеальны никелемедные и медные марки, такие как МНЧ-2 и ОЗЧ-6, позволяющие работать без нагрева, а для горячей — те же электроды с предварительным подогревом или стальные аналоги. Выбор зависит от типа чугуна, условий эксплуатации и требуемой прочности шва. Правильное использование электродов, включая прокалку, контроль длины валиков и постобработку, гарантирует долговечные соединения без дефектов. Рекомендуется консультироваться с производителями и соблюдать технику безопасности для оптимальных результатов.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Основные виды покрытия сварочных электродов