Jaký je nejlepší způsob vaření litiny?

Vlastnosti litiny. Litina je slitina železa a uhlíku (obsah uhlíku více než 2 %) a patří do skupiny špatně svařitelných kovů. Špatná svařitelnost litiny se vysvětluje vysokým obsahem uhlíku, stejně jako síry a fosforu. Obsah síry v litině je povolen do 0,15% a fosforu – do 0,5%.

Podle stavu uhlíku v litině se rozlišují dva druhy litiny: šedá a bílá. Šedá litina má při rozbití šedou barvu. Většina odlitků je vyrobena z šedé litiny. Šedá litina se snadno řeže. V bílé nebo bělené litině je veškerý uhlík v chemické kombinaci se železem ve formě cementitu (Fe3C). Cementit je velmi tvrdý a křehký, proto má bílá litina vysokou tvrdost a křehkost a nelze ji opracovávat běžnými řeznými nástroji. Při lomu má bílá litina bílou barvu. Pokud se bílá litina podrobí dlouhodobému žíhání (vaření), potom se cementit v litině rozpadne a uhlík se uvolní ve volném stavu.

Litina získaná žíháním bílé litiny se nazývá kujná. Na rozdíl od šedé litiny není v temperované litině uhlík ve formě vločkového grafitu, ale ve formě vloček. Temperovaná litina je snadno zpracovatelná řeznými nástroji a oproti šedé litině má vyšší mechanické vlastnosti, zejména tažnost a houževnatost.

Vysoce pevná a legovaná litina je široce používána v průmyslu. U tvárné litiny je uhlík ve formě nodulárního grafitu. Tato litina má vysokou pevnost v tahu (400-600 MPa), stejně jako dostatečnou tažnost. Legovaná litina na rozdíl od běžné litiny obsahuje jeden nebo více legujících prvků.

Litina se obvykle svařuje pouze při opravách a restaurátorských pracích a při opravách vad litinových odlitků. Hlavní faktory, které znesnadňují svařování litiny, jsou následující:

— tvorba trhlin v tepelně ovlivněných oblastech během procesu svařování a během ochlazování po svařování. Důvodem jsou nízké plastické vlastnosti a vznik velkých vnitřních pnutí při procesu svařování;
— během svařování je pozorováno vyhoření křemíku doprovázené výskytem vybělených zón ve svarovém kovu a v základním kovu přiléhajícím ke svaru. Vysoká tvrdost těchto zón ztěžuje následné mechanické zpracování a navíc vede ke vzniku trhlin;
— litina při zahřátí velmi rychle přechází z pevného do kapalného stavu a naopak. Tato vlastnost litiny téměř vylučuje její svařování ve stropní poloze a znesnadňuje ji v jiných polohách;
— intenzivní vyhoření uhlíku činí svar porézní. Na vznik pórovitosti má vliv i rychlý přechod litiny z kapalného do pevného skupenství, při kterém se plyny nestihnou ze svarové lázně odstranit;
— při svařování dochází k oxidaci křemíku, oxidy křemíku mají bod tání vyšší než svařovaný kov, v důsledku čehož je proces svařování obtížný;
— výrobky z litiny mají různé chemické složení a strukturu. Rozmanitost v chemickém složení a struktuře lze někdy pozorovat v různých oblastech stejného produktu. K tomu dochází, protože tenčí části litinových odlitků chladnou rychleji a vykazují částečný chlad, zatímco silnější části se ochlazují pomaleji a mají strukturu šedé litiny. Nejobtížněji se svařuje litina s hrubozrnnou strukturou. Litina s jemnozrnnou strukturou se mnohem lépe svařuje. Strukturu litiny ovlivňuje především její chemické složení.

Litinové díly, které pracují dlouhou dobu při vysokých teplotách, je téměř nemožné svařit. K tomu dochází v důsledku skutečnosti, že pod vlivem vysokých teplot (300-400 ° C a více) dochází k oxidaci uhlíku a křemíku a litina se stává velmi křehkou. Litina s oxidovaným uhlíkem a křemíkem se nazývá pálená. Špatně se svařují i ​​litinové díly, které dlouho pracovaly v kontaktu s olejem a petrolejem. V takových případech je povrch litiny jakoby nasycen olejem a petrolejem, které při svařování hoří a tvoří plyny, které přispívají ke vzniku souvislé pórovitosti svaru.

METODY SVAŘOVÁNÍ Z LITINY

Litinu lze svařovat pomocí kovového nebo uhlíkového obloukového svařování, svařování plynem, termitového svařování a roztavené litiny.

V závislosti na stavu svařovaného dílu existují tři způsoby svařování litiny: za studena, za tepla a za tepla. Svařování za studena se provádí bez ohřevu svařovaných dílů, poloteplé – s plným nebo lokálním ohřevem na teplotu 300-400 °C, horké – s plným ohřevem na teplotu 600 – 800 °C. Tyto metody svařování se dělí na samostatné metody v závislosti na typu svařování, použitých elektrodách a přídavném kovu.

Volba postupu a metody svařování závisí na požadavcích na svarový spoj a v některých případech na výrobních možnostech. Při volbě způsobu svařování zohledněte nutnost mechanického zpracování svarového kovu a tepelně ovlivněné zóny po svařování, nutnost získání homogenity svarového kovu s kovem svařovaných dílů, požadavky na hustotu svaru. , jakož i zatížení, pod kterými musí svařované díly pracovat.
Svařování za studena. Tato metoda svařování má několik druhů: ocelové elektrody, ocelové elektrody se speciálním povlakem, ocelové elektrody pomocí svorníků, litinové elektrody, kombinované elektrody, měděné elektrody, monelové kovové elektrody, elektrody vyrobené z niklové austenitické litiny, plyn (acetylen-kyslíkový plamen) .
Svařování ocelovými elektrodami používá se při opravách nekritických litinových výrobků malých rozměrů s malým množstvím povrchové úpravy, které po svařování nevyžadují mechanické zpracování. Svarový spoj je strukturou heterogenní, často nemá dostatečnou hustotu a má nízkou pevnost.

Svařování elektrodami s ochrannými legujícími povlaky provádí se s okraji ve tvaru V nebo X. Aby se eliminovalo nerovnoměrné zahřívání, díly jsou svařeny v samostatných sekcích, přesazeně. Délka jednotlivých uložených úseků svaru by neměla přesáhnout 100-120 mm. Po nalepení jednotlivých sekcí se nechají vychladnout na teplotu 60 – 80 °C. Při svařování výrobků o tloušťce 8-15 mm se svařování provádí se zvětšenou šířkou vyztužení švu (obr. 1). Svařování elektrodami s povlaky OMM-5 a JC-5 lze provádět na střídavý nebo stejnosměrný proud. Nejlepších výsledků se dosáhne při svařování obalenými elektrodami U ONI-13/45. Svařování elektrodami potaženými UUNI se provádí stejnosměrným proudem s obrácenou polaritou.

Svařování pomocí čepů vyžaduje speciální přípravu výrobků pro svařování. Tato metoda se používá k obnově kritických výrobků malých i velkých rozměrů (hydraulické a vzduchové válce, rámy lisů, obráběcí stroje atd.), které pracují pod značným zatížením a nevyžadují úpravu po svařování.
Při této metodě se hrany svařovaných dílů zkosí pod úhlem 45° (pro tloušťky dílů nad 5 – 6 mm). Celkový úhel řezu by měl být 90°. Do připravených hran se vyvrtají otvory a vyříznou závity. Do otvorů jsou zašroubovány čepy z nízkouhlíkové oceli.

1. Průměr svorníků v závislosti na tloušťce svařovaných litinových dílů (viz obr. 2), mm

Tloušťka
svařované
kov

Průměr čepu

Vzdálenost mezi čepy, (viz obr. 2)

Nopy jsou uspořádány do šachovnicového vzoru (obr. 2). Mohou mít různé průměry v závislosti na tloušťce svařovaných dílů s tloušťkou svařovaných dílů do 10 mm, průměr trnů by neměl přesáhnout 6 mm. Pro větší tloušťky svařovaných dílů se průměr svorníků volí přibližně podle tabulky. 1. V tomto případě jsou do drážky instalovány svorníky o větším průměru a v blízkosti drážky jsou umístěny svorníky s menším průměrem, jak je znázorněno na Obr. 2. Výška čepů nad povrchem svařovaného kovu by měla být 0,5-1,0 průměru čepu. Před svařováním jsou čepy pevně zašroubovány do těla svařovaného kovu. Hloubka usazení čepů by měla být 1-2 násobek průměru čepu. Řezání hran může mít tvar V a X. Nejčastěji se používá drážka ve tvaru V pro polovinu tloušťky svařovaného kovu. Kov připravený ke svařování se zašroubovanými svorníky musí být očištěn od nečistot, oleje, vlhkosti a odlitků.
Svařování se provádí na stejnosměrný nebo střídavý proud pomocí elektrod s ochrannými legujícími povlaky typů E42, E42A, E50 a E50A. Při tloušťce kovu do 5 mm je průměr elektrody 3-4 mm, při tloušťce 5-10 mm je průměr elektrody 4-5 mm. Přibližný režim svařování je následující:

Průměr elektrody, mm	3	4	5
Aktuální síla, A.	90-100	130-160	180-200

Během procesu svařování se svorníky nejprve svaří kruhovými švy, poté se vyplňují oblasti mezi svařovanými svorníky. Poté se celý řízek nataví. Při provádění všech výše uvedených operací by mělo být svařování prováděno v krátkých úsecích 100-150 mm, aby se produkt příliš nezahříval. Aby se zabránilo deformaci, množství usazeného kovu by mělo být minimální, doporučuje se před svařováním upevnit tenkostěnné výrobky.

Rýže. 3. Svařování litinových dílů pomocí svorníků a kotvy

S tloušťkou kovu 10 mm. v kritických částech se doporučuje instalovat mezi svorníky kotvy z pásové nebo kruhové nízkouhlíkové oceli. Kotvy se instalují pod úhlem 45° nebo kolmo ke svaru (obr. 3), po přivaření oblastí mezi trny. Kotvy musí pevně přiléhat střední částí k nanesenému kovu a konci ke svařované části. Tloušťka kotev může být svařena neúplně. Délka kotev se bere v závislosti na šířce svařované plochy a tloušťka nebo průměr je v rozmezí 6-12 mm.

Ocelové elektrody se speciálním povlakem svařované výrobky jednoduchého tvaru, střední velikosti a hmotnosti, s tloušťkou stěny do 15 mm, pracující při malém statickém a rázovém zatížení. Svarový spoj není strukturou jednotný, ale kov svaru je složením a vlastnostmi dosti blízký šedé litině. Správným a dostatečně důkladným svařováním můžete získat těsné spojení, které lze zpracovat řezným nástrojem. Tato metoda svařování je vhodná pro svařování vad odlitků s malým množstvím nánosů.
Existuje několik složení speciálních elektrodových povlaků. Tyto povlaky se skládají převážně z grafitu, ferosilicia a mědi. V závislosti na procentuálním zastoupení určitých složek v povlaku elektrody můžete získat různé chemické složení naneseného kovu. V povlakové kompozici hraje důležitou roli ferrosilicium, které se jako grafitizátor podílí na výrobě šedé litiny. Ocelové elektrody se speciálními povlaky mají ocelovou tyč vyrobenou z nízkouhlíkového svařovacího drátu Sv-08 nebo Sv-08A. Složení nejběžnějších speciálních nátěrů je uvedeno v tabulce. 2. Režimy svařování jsou stejné jako při svařování litiny běžnými ocelovými elektrodami. Svařování litinovými elektrodami za studena se ve většině případů používá k nápravě vad v litině – malých licích pórů, vůlí, dutin a trhlin. Svarový kov lze získat chemickým složením blízkým základnímu kovu, avšak ve svarovém kovu a přilehlých oblastech je pozorováno chladnutí, což komplikuje následné obrábění.

2. Složení speciálních povlaků ocelových elektrod pro svařování litiny, %

Komponenty

1

Litina ve svém složení je slitina železa a uhlíku, která může také obsahovat nečistoty a některé legující přísady. Tento kov je široce používán v průmyslu pro výrobu různých nosných dílů a konstrukcí. V obytných budovách je většina kanalizačních stoupaček a topných radiátorů vyrobena z litiny.

Vysoký obsah uhlíku komplikuje spojování litinových dílů mezi sebou i s jinými kovy. Porušení technologických požadavků často vede k přehřátí, což znamená zvýšení křehkosti kovu. Proto, než začnete spojovat litinové konstrukce, musíte důkladně prostudovat, jak vařit litinu elektrickým svařováním, jakož i potřebné materiály a technologie pro provádění takové práce.

Druhy litiny

Složení litiny zahrnuje nejen uhlík (2-6%) a železo, ale také mangan (až 1%), křemík (3%), fosfor, síra, jakož i legovací přísady – hliník, vanad, chrom, hořčík, nikl a některé další složky. Jsou to legující látky, které dodávají materiálu tvrdost, pevnost a tažnost v závislosti na jeho použití.

Elektrické svařování litiny se provádí v závislosti na tvaru a množství uhlíku, který je v kovu jako grafit nebo cementit. Podle těchto ukazatelů je litina rozdělena do následujících typů:

• Bílá litina má světlý lomový povrch, protože uhlík v tomto kovu je formou cementitu. Zpracování takového materiálu je obtížné kvůli jeho vysoké tvrdosti.
• V šedé litině je uhlík ve formě grafitu. Lomová plocha kovu je šedá. Tento typ litiny lze snadno zpracovat na kov a má dobré odlévací vlastnosti.
• Tepelným zpracováním bílé litiny se stává kujný kov, který je široce používán ve strojírenství.
• Poloviční litina obsahuje uhlík ve formě cementitu a grafitu. Tento poměr dává kovu vysokou odolnost proti opotřebení.
• Sférický grafit dává litině vysokou pevnost. Vysokopevnostní litina se používá pro výrobu vysoce kvalitních olejových a vodních potrubí.

Vlastnosti svařování litiny

Před odpovědí na otázku, zda je možné vařit litinu elektrickým svařováním, je nutné porozumět vlastnostem technologického procesu spojování kovu. Litina je svou strukturou a mnoha fyzikálními vlastnostmi slitinou, která v omezené míře podléhá procesu svařování.

Při elektrickém svařování litiny doma musíte věnovat pozornost následujícím potížím tohoto procesu:

• Vytvoření vysoce kvalitního švu je komplikováno tekutým charakterem slitiny litiny.
• Nedodržení teplotních podmínek svařování vede k přehřívání litiny. Tím dochází k vyhoření uhlíku ve svarové lázni a tím ke zvýšení tvorby pórů.
• Také vysoká teplota elektrického oblouku přispívá k bělení litiny v místě svařování. Tento efekt v důsledku heterogenity kovové struktury vede k praskání švu.
• Během procesu svařování je litina schopna oxidovat, čímž vzniká žáruvzdorný oxid, jehož bod tavení je mnohem vyšší než u výchozího materiálu.

Aby se předešlo všem těmto potížím při svařování litiny, je nutné zodpovědně přistupovat ke správné volbě provozního režimu.

Příprava litiny pro svařování

Před svařováním litiny elektrickým svařováním je nutné připravit okraje spojovaných ploch. Předčištění povrchu lze provést buď ručně, nebo elektrickým nářadím s nástavcem s kovovými štětinami.

Dále musíte rozhodně oříznout hrany na holý kov, protože svařování litiny elektrickým svařováním v domácích dílnách je mnohem obtížnější než ocel.

Vadné oblasti litiny se řežou podle následujících pravidel:

• řezání se provádí přísně podél trhliny;
• neprůchozí trhliny se vyvrtají vrtákem a poté se odříznou na základní materiál;
• v závislosti na tloušťce kovu jsou průchozí trhliny řezány ze dvou nebo jedné strany;
• Na těsně umístěné trhliny se doporučuje navařit záplatu, která by měla překrýt defekt o 15-20 mm na všech stranách.

Po očištění povrchu a oříznutí hran je potřeba spoj důkladně odmastit acetonem nebo rozpouštědlem.

Základní metody svařování litiny

Litinu můžete vařit buď elektrickým svařováním nebo v prostředí inertního plynu. Druhý způsob se používá především pro spojování heterogenních kovů. Svařování plynem se nejčastěji používá k provádění oprav na kanalizačních potrubích a také k restaurování dílů automobilů.

Litinu je možné vařit elektrickým svařováním buď horkou metodou s předehříváním obrobků, nebo metodou za studena bez ohřevu spoje. Svařování za tepla je technologicky složitější než spojování za studena, proto je jeho použití v domácích podmínkách nevhodné.

Svařování plynem

Svařování litiny v oblaku ochranného plynu slouží k vytvoření vysokopevnostního svaru, kterého je dosaženo za předpokladu malého průniku kovu. Na konečném výsledku práce jsou zvláště důležité praktické zkušenosti svářeče, stejně jako volba správného režimu pro vytvoření svaru.

Proces svařování plynem se doporučuje provádět se dvěma hořáky. V tomto případě jeden hořák zajišťuje předehřívání spoje a druhý taví drát a přímo svařuje litinové díly. Chlazení svařovaných dílů musí probíhat pomalu, proto se často používá zakrytí výrobků vrstvou písku nebo azbestu.

Svařování litiny za tepla

Svařování litinových výrobků s předehříváním hran spojované plochy se nejčastěji provádí v průmyslových podnicích. Ohřev obrobků lze provádět v inertních pecích a také pomocí různých speciálních hořáků.

Zahřátí místa svařování na 600–650 ℃ eliminuje možnost pnutí a přehřátí kovu v místě spojování.

Technologie svařování je následující:

1. Provádí se předběžná příprava místa připojení.
2. Výrobek je umístěn tak, aby bylo možné svařovat se švem v nižší poloze.
3. Svařovací stroj je nakonfigurován pro práci s přímou polaritou. Síla proudu při svařování litiny je nastavena mnohem vyšší než při svařování oceli.
4. Část se zahřeje na teplotu 300–600 stupňů.
5. Během procesu vytváření švu musí být svarová lázeň naplněna roztaveným kovem. Doporučuje se míchat kapalnou taveninu špičkou elektrody.
6. Po dokončení svařování je lepší nechat výrobek v chladící peci, nebo jej zakrýt tepelně izolačním materiálem. Pomalé chlazení litiny je klíčem ke kvalitnímu spojení.

Svařování litiny horkou metodou je samozřejmě považováno za pracnou práci, ale to jsou podmínky, které umožňují získat svar bez vad a vysoké kvality.

Metoda svařování za studena

V případech, kdy nejsou na svar kladeny vysoké nároky, lze litinu svařovat elektrickým svařováním doma, a to buď za studena, nebo s mírným ohřevem.

Technologické vlastnosti studeného svařování jsou následující:

1. Svařovací stroj je nastaven na minimální výkon, který je přípustný pro určitou tloušťku elektrody, aby se zabránilo přehřátí kovu.
2. Svařování se provádí proudem s obrácenou polaritou.
3. Svar musí být proveden v úsecích 30-50 mm.
4. Přehřátí spoje se zabrání přestávkami nebo šachovnicovým chodem švu.
5. Při vícevrstvém svařování musí být každý šev zatlučen.

Kvalita litinového spoje zcela závisí na správné volbě elektrod.

Litinové elektrody

Litinu můžete vařit elektrickým svařováním, buď litinovou elektrodou, nebo s výrobky obsahujícími nikl nebo měď. Uhlík se s těmito neželeznými kovy neslučuje, takže ve svaru nevzniká bílá litina. Nejčastěji se svařování s takovými elektrodami provádí v několika fázích s přestávkou na chlazení.

Pro elektrické svařování litinových výrobků se používají následující litinové elektrody:

• OZCh-2 a OZCh-6 – elektrody na bázi mědi a železa, které se používají pro svařování šedé nebo tvárné litiny;
• OZZHN-1 – tato třída obsahuje železo a nikl, velmi účinná pro vysokopevnostní litinu;
• MNCh-2 – tyto výrobky obsahují měď, nikl a železo a jsou vhodné pro svařování všech druhů litiny.

Základy bezpečnosti svařování

Svářečské práce spadají do kategorie zvýšeného ohrožení zdraví svářeče. Proto je dodržování bezpečnostních opatření při svařování litiny předpokladem pro provádění prací.

Mezi hlavní bezpečnostní opatření patří:

• všechny práce musí být prováděny s použitím osobních ochranných prostředků (maska, rukavice, speciální oblek a obuv);
• Svařovací práce musí být prováděny v dobře větraném prostoru;
• Svařovací zařízení musí být udržováno v dobrém stavu;
• Elektrické zařízení musí být spolehlivě uzemněno.

Litina patří mezi kovy, které se obtížně svařují. Proto před zahájením procesu spojování litinových výrobků je nutné pečlivě prostudovat hlavní nuance vysoce kvalitního výkonu takové práce.