Metody spawania żeliwa. Jak i czym spawać żeliwo?

listopada 4, 2024
Spawalnictwo
0 polubienia
330 odsłony
0 komentarze

Spawanie żeliwa jest jednym z bardziej wymagających procesów spawalniczych, głównie ze względu na specyficzne właściwości tego materiału. Żeliwo, mimo swojej wytrzymałości na ściskanie i odporności na korozję, charakteryzuje się dużą kruchością. To sprawia, że jest podatne na pękanie w trakcie spawania. Właściwe podejście do tego procesu wymaga solidnej wiedzy, odpowiedniego sprzętu oraz wyboru właściwej techniki spawania.

Co to jest żeliwo? Rodzaje żeliwa

Żeliwo to stop żelaza i węgla, z zawartością węgla przekraczającą 2%. Oprócz tych dwóch głównych składników, żeliwo zawiera także inne pierwiastki, takie jak krzem, fosfor, mangan i siarka, które wpływają na jego właściwości. Z tego powodu żeliwo występuje w kilku odmianach, z których każda ma specyficzne właściwości, wpływające na sposób, w jaki powinno być spawane.

Żeliwo białe jest wyjątkowo twarde i kruche, co sprawia, że praktycznie nie nadaje się do klasycznego spawania. Z kolei żeliwo szare, zawierające wolny grafit, jest bardziej plastyczne i dlatego najczęściej spotykane w przemyśle. Żeliwo ciągliwe, uzyskane w procesie długotrwałego wyżarzania, charakteryzuje się zwiększoną plastycznością, co ułatwia proces spawania, szczególnie metodą na zimno. Żeliwo sferoidalne, które posiada kuliste wtrącenia grafitu, jest łatwiejsze do spawania, ma lepszą wytrzymałość na rozciąganie i stosowane jest w przemyśle maszynowym. Żeliwo stopowe, wzbogacone dodatkami stopowymi, takimi jak nikiel czy chrom, jest odporne na korozję i ścieranie, jednak dodane pierwiastki mogą obniżyć jego spawalność, co wymaga ostrożnego podejścia.

Jak przygotować żeliwo do spawania?

Przygotowanie żeliwa do spawania to jeden z najważniejszych etapów procesu. Nawet najlepsza technika spawalnicza nie przyniesie pożądanych rezultatów, jeśli powierzchnia materiału nie zostanie odpowiednio przygotowana. Niezależnie od wybranej techniki spawania żeliwa, należy zadbać o usunięcie wszelkich zanieczyszczeń, rdzy oraz innych pozostałości, które mogłyby wpłynąć na jakość połączenia. Dokładne oczyszczenie powierzchni żeliwa eliminuje ryzyko powstawania pęcherzy, porów i wtrąceń niemetalicznych w spoinie, które mogłyby osłabić połączenie.

Jak spawać pęknięte żeliwo? W przypadku spawania pękniętego żeliwa, należy wywiercić otwory na końcach pęknięcia. To zabezpieczenie minimalizuje ryzyko dalszego rozwoju uszkodzenia i umożliwia kontrolowanie kierunku rozwoju pęknięć. Po zabezpieczeniu pęknięcia otworami warto przygotować rowek spawalniczy, co pozwala na precyzyjniejsze manewrowanie elektrodą lub uchwytem spawalniczym oraz umożliwia głębsze wtopienie spoiwa w materiał.

Techniki spawania żeliwa

Spawanie żeliwa można przeprowadzać na kilka sposobów, zależnie od rodzaju materiału i wymagań co do trwałości oraz wytrzymałości połączenia. Każda z technik – spawanie na gorąco, na zimno oraz lutospawanie – ma swoje specyficzne zalety i ograniczenia.

Jak spawać żeliwo na gorąco?

Spawanie na gorąco jest jedną z najtrudniejszych technik łączenia żeliwa, wymagającą precyzyjnej kontroli temperatury oraz doświadczenia spawacza. Aby uniknąć pęknięcia żeliwa, materiał należy podgrzać do około 700°C, co pozwala na uniknięcie nagłych zmian temperatury, które mogłyby spowodować naprężenia prowadzące do pękania. Proces podgrzewania musi być przeprowadzany powoli, z zaleceniem nie przekraczania tempa 100°C na godzinę. W trakcie spawania stosuje się prąd stały o wysokim natężeniu, co pozwala na utrzymanie stabilnego łuku.

Po zakończeniu spawania żeliwo jest powoli chłodzone, aby umożliwić równomierne kurczenie się materiału, co minimalizuje ryzyko powstawania naprężeń i pęknięć. W zależności od specyfiki materiału i charakterystyki połączenia, żeliwo można dodatkowo pokryć warstwą ochronną z wapna lub kredy, aby zapobiec utlenianiu się powierzchni.

Jak spawać żeliwo na zimno?

Spawanie na zimno jest najczęściej stosowaną metodą spawania żeliwa, zwłaszcza do naprawy pęknięć w dużych odlewach. W przeciwieństwie do spawania na gorąco, proces odbywa się w temperaturze około 60-70°C, co pozwala uniknąć nadmiernego nagrzewania i ryzyka uszkodzenia struktury materiału. Spawanie na zimno wymaga zastosowania niskich parametrów prądowych oraz krótkich spoin o długości 20-30 mm. Po każdorazowym ułożeniu odcinka spoiny należy przerwać pracę i delikatnie opukać spoinę młotkiem, co pomaga w usunięciu naprężeń oraz poprawia wytrzymałość połączenia.

Do spawania na zimno stosuje się spoiwa niklowe, niklowo-miedziane lub żelazowo-niklowe. Spoiwa te charakteryzują się dobrą elastycznością i są w stanie dostosować się do właściwości mechanicznych żeliwa, minimalizując ryzyko pękania materiału. Spawanie na zimno jest mniej pracochłonne niż na gorąco i stanowi rozwiązanie bardziej ekonomiczne, choć jego efektywność może być niższa przy skomplikowanych połączeniach.

Lutospawanie żeliwa

Lutospawanie żeliwa polega na połączeniu materiału spoiwem na bazie miedzi, które topi się w niższej temperaturze niż samo żeliwo. W procesie lutospawania, materiał nagrzewa się za pomocą palnika acetylenowo-tlenowego, który zapewnia równomierne nagrzewanie, a spawanie odbywa się metodą MAG lub TIG. Lutospawanie jest szczególnie przydatne w przypadkach, gdy połączenie musi być precyzyjne, ale niekoniecznie wytrzymałe na ekstremalne obciążenia.

Technika ta jest często stosowana w sytuacjach, gdy nadtapianie powierzchni żeliwa mogłoby osłabić jego strukturę. Spoiwa mosiężne oraz topniki boraksowe są najczęściej stosowane przy lutospawaniu gazowym, podczas gdy do lutospawania łukowego wykorzystuje się spoiwa brązowe i gaz osłonowy będący mieszanką argonu z niewielką ilością tlenu i dwutlenku węgla.

Jaka spawarka do żeliwa?

Wybór odpowiedniego sprzętu jest ważny dla osiągnięcia trwałych i estetycznych połączeń. Dla bardziej precyzyjnych spoin, szczególnie przy metodach na zimno i na gorąco, doskonałym wyborem są inwertory TIG, które umożliwiają precyzyjne sterowanie prądem oraz stabilność łuku. Spawarki MIG-MAG, zwane również migomatami, są półautomatycznymi urządzeniami spawalniczymi, które łatwiej opanować początkującemu. Migomat do żeliwa sprawdza się przy mniejszych projektach oraz mniej wymagających odlewach. Spawarki MMA, stosowane do spawania żeliwa elektrodami otulonymi, pozwalają na elastyczne podejście do różnych rodzajów żeliwa i metod spawania, szczególnie przy spawaniu na gorąco.

Należy pamiętać o zastosowaniu odpowiedniego spoiwa – niklowe, niklowo-miedziane lub żelazowo-niklowe są preferowane, ze względu na ich wytrzymałość i elastyczność. Spoiwa te można dostosować do właściwości żeliwa, co zapewnia wyższą trwałość połączeń i pozwala zminimalizować ryzyko uszkodzeń.

Czym spawać żeliwo? Drut do żeliwa, elektrody do żeliwa

Spoiwa niklowe, charakteryzujące się dobrą elastycznością, są najlepsze do metod na zimno. Dzięki swojej plastyczności mogą dostosować się do właściwości mechanicznych żeliwa, co pozwala na minimalizowanie naprężeń oraz ogranicza ryzyko pękania materiału. Spoiwa niklowo-miedziane, które umożliwiają lepsze dopasowanie kolorystyczne do odlewu, są stosowane głównie przy lutospawaniu.

Dodatkowo, spoiwa mosiężne oraz topniki boraksowe wykorzystuje się w przypadku lutospawania gazowego. Lutospawanie łukowe wymaga z kolei spoiw brązowych, a jako gaz osłonowy najlepiej sprawdza się mieszanka argonu z niewielkim dodatkiem tlenu oraz dwutlenku węgla.

Producenci w kartach charakterystyki podają zwykle do jakiego typu żeliwa materiał jest przeznaczony i do jakiego typu procesu.

Spawanie żeliwa w praktyce

Aby osiągnąć optymalne wyniki, warto stosować się do pewnych standardów. Przy spawaniu żeliwa na zimno konieczne jest stosowanie krótkich spoin, aby ograniczyć wzrost temperatury w materiale i zmniejszyć ryzyko pękania. Każdą spoinę warto opukać młotkiem w trakcie stygnięcia, co pomaga usunąć naprężenia i wzmacnia wytrzymałość połączenia. Natomiast przy spawaniu na gorąco kluczowe jest stopniowe podgrzewanie i chłodzenie materiału – zbyt gwałtowne zmiany temperatury mogą prowadzić do powstawania wewnętrznych naprężeń.

Tak samo w przypadku metody na gorąco, konieczne jest stopniowe podgrzewanie i chłodzenie żeliwa. Tempo podgrzewania nie powinno przekraczać 100°C na godzinę, a temperatura końcowa musi być dostosowana do specyficznych właściwości materiału. W trakcie procesu spawania na gorąco warto stosować otuliny wapienne, aby chronić powierzchnię żeliwa przed utlenianiem, a po zakończeniu spawania żeliwo należy stopniowo schładzać, najlepiej w tempie 50°C na godzinę.