Jak wygląda spawanie żeliwa?

Żeliwo to niezwykle trwały na korozję materiał, który jest chętnie wykorzystywany w wielu gałęziach przemysłu: np. W przemyśle maszynowym do produkcji korpusów maszyn, elementów silników spalinowych, do produkcji mebli ogrodowych, włazów lub elementów dekoracyjnych. Wyżej wymienione wyroby wytwarzane są w procesie odlewania. Do niedawna, spawanie tych odlewów podejmowane było wyłącznie w celach naprawczych. Obecnie spawanie stosuje się w procesach produkcyjnych do łączenia odlewów z żeliwa sferoidalnego z częściami stalowymi. Sam proces spawania żeliwa jest natomiast skomplikowany i wymaga odpowiedniej wprawy. Poniżej przedstawiamy, jak może wyglądać proces spawania, na jakie metody pracy możemy się zdecydować oraz opisujemy wszystkie niezbędne informacje wpływające na prawidłowy przebieg spawania.

Czym jest i jakie są rodzaje żeliwa?

Człowiek sam zapoczątkował tworzenie żeliwa poprzez wytapianie rudy żelaza. Samodzielne uzyskiwanie żeliwa w późniejszych czasach poszło o krok dalej – rozwój technologii umożliwił spawanie żeliwa oraz inne metody jego obróbki. Terminem żeliwa określa się wysokowęglowy stop żelaza z węglem o zawartości od 2,11 do 6,67%. Stop odlewniczy oprócz główne składnika – żelaza, powstaje również na bazie krzemu, siarki, manganu, fosforu i różnych domieszek.

Chociaż żeliwo zawiera w sobie kilka składników chemicznych, możemy wyróżnić kilka jego rodzajów, czyli:

• żeliwo białe – wyróżnia się jednocześnie trwałością i kruchością i z wyjątkiem szlifowania, nie nadaje się do obróbki mechanicznej,
• żeliwo szare – jest miękkie i nadaje się do przetwarzania, jednak właściwości szarego żeliwa zależą od postaci zastosowania grafitu,
• żeliwo sferoidalne – posiada wydzielenia węgla o kształcie zbiżonym do kuli i posiada zdecydowanie lepszą spawalność nią żeliwo szare
• żeliwo ciągliwe – ciągliwość uzyskuje się wskutek obróbki cieplnej, która nazywana jest wyżarzaniem grafityzującym,
• żeliwo stopowe – zawiera dodatki stopowe, dzięki czemu możliwe są jego modyfikacje chemiczne oraz fizyczne właściwości,
• żeliwo połowiczne (pstre) – ma właściwości pośrednie między żeliwem białym i szarym, ponieważ znajdujący się w nim węgiel występuje w postaci grafitu i cementytu.

Na czym polega spawanie żeliwa?

Żeliwo po osiągnięciu właściwej temperatury topnienia jest wlewane do form w celu nadania odpowiedniego kształtu. Metal musi stać w formie do czasu swobodnego, całkowitego ostygnięcia. Żeliwo ma w sobie wysoką zawartość węgla, dlatego chłodzenie musi być powolne – w innym wypadku może dojść do popękania.

Aby uzyskać jak najmniejszy stopień wymieszania stopiwa z materiałem żeliwa, należy podczas spawania stosować małą energię liniową. Używanie odpowiedniej energii jest niezwykle istotne, ponieważ duża zawartość węgla, krzemu, fosforu i siarki w żeliwie ma niekorzystny wpływ na właściwości spoiny i jej wadliwość.

Jaką metodą spawać żeliwo?

Proces spawania żeliwa ze względu na charakterystykę materiału i jego skład chemiczny jest trudnym procesem. Do tego zadania najczęściej wykorzystywane są dwa rodzaje maszyn.

• Spawanie elektrodami otulonymi  – W metodzie tej mamy do dyspozycji największy wybór materiałów dodatkowych
• Spawanie żeliwa metodą MAG – odbywa się na zasadzie spawania metodą MIG/ MAG, które wykorzystują łuk elektryczny prądu stałego i gwarantują dobrą jakość spoin. Samo spawanie wykonuje się elektrodą topliwą.
• Spawanie żeliwa metodą TIG – w tym przypadku wykorzystuje się elektrodę wolframową nietopliwą w osłonie gazów obojętnych. Metoda ta zapewnia osiągnięcie dobrych parametrów spawania, do którego wykorzystywany jest łuk elektryczny prądu stałego.

Jak spawać żeliwo?

Przed przystąpieniem do spania na samym początku należy odpowiednio przygotować żeliwo. Jedną z najważniejszych czynności jest usunięcie wszystkich zanieczyszczeń z powierzchni łączonych oraz przylegającego obszaru odlewu. Nieoczyszczony odlew mógłby przyczynić się do powstania niemetalicznych wtrąceń, pęcherzy oraz porów w spoinie.

Do spawania konieczne jest również dobranie odpowiedniego spoiwa, które zależy od:

• rodzaju żeliwa,
• podatności spoiny na obróbkę mechaniczną,
• metody spawania żeliwa,
• dopasowania spoiny do odlewu pod względem koloru.

Jeśli spawanie żeliwa ma na celu naprawdę pęknięcia, przed przystąpieniem do pracy należy wywiercić otwory o średnicy minimum 5 mm, które zapobiegną powiększania pęknięcia. Konieczne jest również stworzenie rowka spawalniczego wzdłuż pęknięcia, aby możliwe było precyzyjne manewrowanie elektrodą do żeliwa lub uchwytem spawalniczym.

Spawanie żeliwa na gorąco – przygotowanie

Spawanie żeliwa może się odbywać na kilka różnych metod, a jedną z nich jest spawanie na gorąco. Ten rodzaj obróbki żeliwa jest stosowany do odlewów bardzo wymagających i trudnych pod względem struktury i kształtu odlewu. Gorące spawanie żeliwa rozpoczyna się od podgrzania materiału do temperatury 700°C i utrzymania tej temperatury przez cały czas spawania, z czego odlew trzeba pokryć gęstym roztworem wapna lub kredy. Ma to na celu zapobieganie utleniania się powierzchni. Dopiero bezpośrednio przed spawaniem roztwór należy usunąć drucianą szczotką.

Podgrzewanie powinno być powolne nie szybsze niż 100°C/h. Jest to niezbędny proces, który pozwala uniknąć popękania żeliwa w wyniku nagłego działania zbyt wysokiej temperatury. Sam proces ogrzewania najczęściej odbywa się na palenisku opalanym węglem drzewnym lub gazem.

Przebieg spawania na gorąco

Spawanie żeliwa na gorąco wykonuje się prądem stałym o bardzo wysokim natężeniu, a zalecaną pozycją pracy jest pozycja podolna. Najczęściej wykorzystuje się metodę MMA do spawania żeliwa. Najlepszym wyborem będzie elektroda nierdzewna o odpowiednio dobranych do materiału parametrach. Spawanie żeliwa MMA na gorąco za sprawą stopiwa mieszającego się z odlewem umożliwia uzyskanie mniejszego wtopienia.

Spawanie żeliwa na zimno

Spawanie żeliwa może również odbywać się w zupełnie przeciwnych warunkach, niż spawanie na gorąco. Metoda spawania żeliwa na zimno odbywa się w przypadku łączenia dużych i ciężkich odlewów lub w sytuacji, gdy możliwy jest wzrost wartości części odlewu i spoiny. Proces spawania żeliwa w tym przypadku odbywa się w temperaturze zaledwie 60-70°C. Temperatura od około 100 mm od jeziorka spawalniczego wynosi z kolei około 30-40°C. Spawanie na zimno może być wykonane metodą MMA, MIG, MAG lub TIG i nie wymaga wcześniejszego podgrzania stopu.

Aby temperatura odlewu nie przekroczyła wskazanej wartości, na urządzeniu spawalniczym konieczne jest ustawienie najniższych parametrów prądowych. Zaleca się również, aby poszczególne odcinki spoiny nie przekroczyły długości 20-30 mm. Pierwszy odcinek spoiny zawsze należy umieścić na środku pęknięcia, kolejne na jego końcach, a proces ciągle powtarzać naprzemiennego, do momentu, gdy całość pęknięcia zostanie zapełniona.

Po każdorazowym ułożeniu odcinka spoiny trzeba przerwać pracę, a nałożony odcinek delikatnie przekuć młotkiem. Do spawania żeliwa na zimno najczęściej wykorzystuje się spoiwa niklowe, niklowo-miedziane, niklowo-żelazne, a czasem nawet spoiwa stalowe.

Lutospawanie żeliwa

Kolejną metodą spawania żeliwa jest metoda lutospawania. Opiera się na łączeniu materiału spoiwem na osnowie miedzi. Ponieważ temperatura topnienia miedzi jest niższa, niż temperatura topnienia odlewu żeliwnego, podczas lutospawania materiał jest nagrzewany palnikiem tlenowo-acetylenowym, natomiast spawanie wykonywane jest metodą MAG lub TIG.
Do gazowego spawania wykorzystuje się spoiwa mosiężne oraz topniki typu boraksowego. Lutowanie łukowe MAG z kolei wymaga wykorzystania spoiw brązowych i gazu osłonowego, który jest mieszanką argonu, niewielkiej ilości tlenu oraz dwutlenku węgla.

FAQ:

1. Jak spawać żeliwo w prawidłowy sposób?

Pierwszą zasadą przy spawaniu żeliwa jest solidne przygotowanie. Aby prawidłowo wykonać pracę, należy najpierw wziąć pod uwagę takie czynniki jak podatność spoiny na mechaniczną obróbkę, rodzaj spajanego żeliwa oraz metodę spawania.

2. Jaka jest temperatura topnienia żeliwa?

W zależności od rodzaju żeliwa temperatura spawania znacząco się różni. Żeliwo ma temperaturę topnienia o ok. 300 stopni niższą od stopionego żelaza, czyli jest to wysokość 1200°C. Żeliwo białe natomiast topnienie w 1350°C, a żeliwo szare w 1260°C.

3. Jak wygląda spawanie żeliwa elektrodą?

Spawanie żeliwa najczęściej jest wykonywane metodą MMA czyli elektrodą otuloną, oraz TIG. Elektroda do żeliwa powinna być wysokostopowa-austenityczna, z odpowiednio dobranymi do materiału parametrami. Żeliwo można również spawać łukowo, elektrodami otulonymi EŻO.