Spawanie żeliwa – na czym polega, ile kosztuje, jaką spawarkę wybrać

Żeliwo ma długą historię i jest używane przez ludzi od stuleci. Żeliwo jest jednym z pierwszych stopów, których człowiek nie znalazł w postaci metali rodzimych, ale nauczył się go samodzielnie wytwarzać poprzez wytapianie rudy żelaza. Podczas procesu wytopu węgiel prawie zawsze przedostawał się do stopionego żelaza na przykład z węgli w piecu do topienia. Po stopieniu węgiel rozpuszczono w ciekłym żelazie. W stopie węgiel albo reagował chemicznie z żelazem, albo tworzył roztwór. W zależności od tego, ile węgla dostało się do stopu podczas wytapiania, żelazo uzyskano po zestaleniu. Żeliwo otrzymano, gdy nieco więcej węgla dostało się podczas wytapiania. Ludzie zauważyli, że jeśli stop zawiera dużo węgla, staje się twardszy, ale także bardziej kruchy. Z czasem rzemieślnicy nauczyli się odróżniać żeliwo od stali, a nawet, jeśli to pożądane, otrzymywać określony procent węgla w stopie. I tak też wraz z rozwojem technologii doszło spawanie żeliwa i obróbka tego metalu na różne sposoby.

Czym jest żeliwo?

   Żeliwo jest stopem złożonym z żelaza i węgla. W tym przypadku ilość węgla zawartego w żelazie wynosi od 2,11 do 6,67%. Węgiel może być cementytem lub grafitem. Żeliwo zawiera składniki chemiczne, takie jak krzem, mangan, siarka, fosfor i substancje stopowe. Negatywne właściwości żeliwa obejmują kruchość. Istnieje kilka rodzajów żeliwa, które różnią się składem chemicznym.

• Białe żeliwo – charakteryzuje się pęknięciami, które mają biały matowy kolor. Skład chemiczny białego żeliwa jest następujący: perlit, ledeburyt, cementyt. Można je opisać, jako kruche, ale solidne. Jest przetwarzane głównie w celu uzyskania odmiany plastycznej.
• Żeliwo szare – kolor pęknięcia tego rodzaju żeliwa jest szary. Żeliwo szare jest stopem składającym się z takich elementów, jak żelazo, krzem, węgiel. Skład żeliwa szarego to: mangan, fosfor, siarka. Węgiel w składzie tego żeliwa występuje w postaci grafitu. Charakteryzuje się go, jako miękki, dobrze nadający się do przetwarzania, w którym stosowane są niskie temperatury topnienia.
• Żeliwo ciągliwe – jest pochodną białego żeliwa otrzymywany przez ciągłe wyżarzanie. Istotą tego procesu jest tworzenie grafitu w postaci płatków. Podstawą składu chemicznego żeliwa sferoidalnego jest ferryt lub perlit.Ten typ uzyskuje się w wyniku przedłużonego wypalania, po czym powstaje grafit. Na właściwości materiału niekorzystnie wpływa ogrzewanie ponad 900 stopni, a także szybkość chłodzenia grafitu.

Żeliwo: temperatura topnienia

  Żeliwo nazywa się stopem żelaza, w którym oprócz tych składników w mieszaninie obecne są trwałe substancje, takie jak siarka, krzem, fosfor, mangan i domieszki. Materiał dzieli się na różne typy w zależności od stopu, który jest określony przez strukturę pęknięcia.

• Temperatura topnienia to około 1200°C, jest o około 300 ° C niższa niż czystego żelaza.
• Żeliwo szare – temperatura topnienia sięga 1260 stopni. Po wylaniu do form wzrasta do 1400 stopni.
• Białe – topi się w 1350 stopniach. Po wylaniu do form wzrasta do 1450 stopni.

  Żeliwo jest uważane za najlepszy metal do wytopu. Wysoka płynność i niską kurczliwość, sprawia, że jest bardziej wydajny w użyciu podczas odlewania. Żeliwo ma do stu różnych gatunków, wyróżnia się: fakturą, przeznaczeniem i technologią produkcji. en materiał jest bardziej delikatny niż stal.

Na czym polega spawanie żeliwa?

  Wykonanie spawania żeliwa gazowego powinno wynikać z połączenia części elementów, które mają być połączone płomieniem i prętem z metalu wypełniającego. Spawanie to służy do łączenia części metalowych, elementów niemetalicznych i stopów o różnych temperaturach topnienia, a grubość nie powinna przekraczać 30 mm. Szeroko stosuje się spawanie żeliwa łukiem elektrycznym. Dzięki łukowi elektrycznemu stopiony metal, który sam w sobie łączy różne elementy, oddziałuje z metalem elektrody, tworząc trwały szew.

  Aby zapobiec utlenianiu szwu, elektroda jest pokryta substancją ochronną, na przykład stosuje się do tego topnik lub gazy obojętne (argon, hel). Spawanie łukowe za pomocą różnych metod działania (ręcznie, na urządzeniach półautomatycznych i automatach) powoduje połączenie części z żeliwa, stali konstrukcyjnych, miedzi, aluminium i innych stopów. Temperatura topnienia zależy od węgla zawartego w materiale. Im większy, tym niższa temperatura, a płynność podczas ogrzewania jest wyższa.

Jednym z ciekawszym procesów spawania jest również spawanie plastiku. Znacząco różni się od pozostałych dzięki czemu wzbudza większe zainteresowanie, u nas dowiesz się na czym ono polega.

Jak spawać żeliwo, czyli, o czym pamiętać i metody

  Spawanie żeliwa jest trudnym, ale wykonalnym zadaniem. W większości przypadków chodzi o naprawa produktów z żeliwa, a nie połączenie żeliwa z innymi metalami. Na przykład naprawy mogą być przeprowadzane w odlewni podczas produkcji wyrobów żeliwnych lub w celu wyeliminowania wad odlewniczych wykrytych podczas obróbki. W szczególności mogą być wymagane naprawy, jeśli wywiercone otwory nie są prawidłowo ustawione. Biorąc pod uwagę kruchość większości rodzajów żeliwa, rozpad wyrobów żeliwnych nie jest rzadkością.

  Aby lepiej zrozumieć trudności związane ze spawaniem żeliwa, trzeba znać kilka jego funkcji. Wysoka zawartość węgla prowadzi do powstawania wytrąceń grafitowych. To one nadają charakterystyczny wygląd szarego żeliwa. Podczas odlewania stopione żelazo wlewa się do formy i pozostawia do stopniowego ostygnięcia. W przypadku materiałów o wysokiej zawartości węgla powolne chłodzenie zapobiega powstawaniu pęknięć. Należy o tym pamiętać podczas spawania żeliwa: podczas spawania i po nim należy pozwolić, aby produkt powoli schłodził się lub utrzymywał wystarczająco niską temperaturę.

Metody spawania żeliwa:

• Na zimno
• Na gorąco
• Rzadko stosowana – na półkorców.

Spawanie żeliwa TIG

  Jest to spawaniem żeliwa argonem za pomocą niezużywającej się elektrody wolframowej ( TIG). Istnieją trzy główne obszary spawania.

• Spawane elementy żeliwne są połączone szwem żeliwnym.
• To samo, tylko szew będzie ze stali niskostopowej.
• A ostatni to szew z metalu nieżelaznego.

  Oznacza to, że spawanie żeliwa TIG argonem można przeprowadzić przy użyciu różnych kompozycji elementów wypełniających. Należy jednak dodać, że sama technologia argonowa do spawania żeliwa musi koniecznie obejmować podgrzewanie przedmiotów obrabianych. Chociaż coraz częściej pojawiają się dodatki, dzięki którym można gotować żeliwo bez podgrzewania. Zależnie od temperatury, w jakiej części żeliwne są podgrzewane, zależą również rodzaje spawania żeliwa.

  W przypadku małych niezgodności np. niewielkie pęknięcia a także do spawania małej grubości odlewów wykorzystywana jest metoda spawania TIG z wykorzystaniem spoiwa z drutów niklowych, żelazno-niklowych oraz prętów żeliwnych. W ostatnim przypadku konieczne jest podgrzanie odlewu do takiej temperatury jak podczas spawania elektrodami otulonymi.   

Spawanie żeliwa na zimno

  Czasami, ze względu na rozmiar części lub z innych powodów, metoda spawania na gorąco może nie być możliwa. W takim przypadku część musi być chłodzona, ale nie zimna. Zaleca się podniesienie temperatury części do około 38 ° C. Na przykład, jeśli część znajduje się obok silnika, można ją uruchomić na kilka minut przed spawaniem. Jednak część musi pozostać wystarczająco chłodna, aby można ją było dotknąć gołymi rękami.

  Należy wykonywać krótkie spoiny o długości około 2-3 cm. Przy tej technice musimy pamiętać o kuciu spoiny po spawaniu. Poczekać, aż szew spawalniczy i części wystarczająco ostygną. Nie chłodzić części wodą lub sprężonym powietrzem. Można rozpocząć spawanie w innym obszarze części, podczas gdy poprzedni stygnie. Jeśli to możliwe, spawanie powinno odbywać się w jednym kierunku, a końce spoin nie powinny się zbiegać.

Spawarka do żeliwa – czym spawać?

 Proste spawanie żeliwa można wykonać przy użyciu spawarek do żeliwa MIG i TIG inwertorowych.

• Spawanie żeliwa metodą MIG/MAG można przeprowadzić przy użyciu migomatu lub półautomatu. Obie metody wykorzystują łuk elektryczny prądu przemiennego i gwarantują dobrą, jakość spoin. Spawanie wykonuje się elektrodą topliwą.
• Spawanie żeliwa TIG odbywa się tu przy wykorzystaniu elektrody wolframowej nietopliwej w osłonie gazów obojętnych. Zapewnia to osiągnięcie dobrych parametrów spawania. Wykorzystywany jest łuk elektryczny prądu stałego.

My zaś szczerze polecamy sprzęt nieco porządniejszy, a są to spawarki:

• Sherman ARC 200 C do 950 zł –
• Dedra Desti 203P do 1200 zł –
• Magnum Viper 205A do 700 zł –
• Magnum Snake 200PS do 650 zł –

Elektroda do żeliwa – jaka najlepsza?

  Aby uzyskać wysokiej, jakości spoinę podczas spawania na zimno, konieczne jest użycie specjalnych elektrod do żeliwa zawierających nikiel i / lub miedź, jako główne elementy. Nikiel rozpuszcza się w nieskończoność w żelazie, nie tworzy związków (węglików) z węglem, więc prawie nie ma strefy bielonego żeliwa, a osadzony metal ma niską twardość i może być łatwo przetwarzany. Miedź również nie tworzy związków z węglem, ale w przeciwieństwie do niklu, nie rozpuszcza się w żelazie, dlatego szew spawalniczy okazuje się niejednorodny i może obejmować żelazo wysokowęglowe o wysokiej twardości.

Istnieje wiele marek specjalnych elektrod otulonych do żeliwa na bazie miedzi i niklu: żelazo-nikiel, miedź-żelazo, żelazo-miedź-nikiel.

• Elektrody miedziowo-żelazowe:, które są prętami miedzianymi pokrytymi powłoką zawierającą proszek żelaza
• Nikiel i żelazo-nikiel:, zawierający do 90 procent lub więcej niklu
• Żelazo-miedź-nikiel

Specjalne elektrody mogą wykonywać nie tylko dolne szwy, ale także pionowe.

Ile kosztuje spawanie żeliwa?

Spawanie żeliwa na szczelność osiąga cenę od 400 złotych. Kwoty są bardzo przybliżone, do kwot za spawanie aluminium, ale trzeba pamiętać też o tym, że są to dość spokrewnione materiały.

Jak spawać żeliwo?

Dwie metody: spawanie na zimno i na gorąco

Trudność wynika z samej natury materiału: żeliwo zawiera powyżej 2,11% węgla, jest kruche i praktycznie nie odkształca się plastycznie. Gwałtowne nagrzanie i szybkie stygnięcie tworzy w strefie wpływu ciepła twarde, kruche struktury, które pękają nawet bez obciążenia. Cała technologia sprowadza się więc do kontroli ilości i szybkości odprowadzania ciepła.

Elektrody do żeliwa

Naprawa pękniętego elementu – krok po kroku

1. Zlokalizuj końce pęknięcia i nawierć je wiertłem 3-4 mm – to zatrzyma dalsze rozchodzenie się rysy.
2. Wyszlifuj rowek w kształcie litery V na całej długości pęknięcia, do około dwóch trzecich grubości ścianki.
3. Oczyść powierzchnię z oleju, farby i zanieczyszczeń – żeliwo eksploatowane w maszynach bywa mocno nasycone olejem, który trzeba wypalić lub odtłuścić.
4. Spawaj krótkimi ściegami po 20-30 mm, z przerwami na ostygnięcie do temperatury, przy której można dotknąć elementu ręką w rękawicy.
5. Młotkuj każdy ścieg zaraz po wykonaniu, jeszcze gorący – odkuwanie zmniejsza naprężenia skurczowe i ogranicza ryzyko pęknięć.
6. Studź powoli, najlepiej przykrywając element wełną mineralną lub zasypując suchym piaskiem.

Alternatywa: lutospawanie

Przy elementach, które trudno podgrzać albo których nie wolno mocno nagrzewać, sprawdza się lutospawanie mosiądzem. Proces zachodzi w temperaturze niższej niż topnienie żeliwa – materiał rodzimy pozostaje nienaruszony, a złącze powstaje przez zwilżenie powierzchni spoiwem. Wytrzymałość jest mniejsza niż przy spawaniu, ale ryzyko pęknięcia strefy wpływu ciepła praktycznie znika. Więcej o samym materiale piszemy we wpisie o spawaniu mosiądzu oraz w kompendium o mosiądzu.

Przeczytaj również

• Spawanie mosiądzu – na czym polega, jakie są rodzaje i ile kosztuje
• Spawanie TIG – na czym polega? Ile kosztuje?
• Spawanie MIG i MAG – czyli spawanie migomatem – co to jest i na czym polega

Więcej na ten temat w dziale Spawanie i spawalnictwo.