Jak spawać żeliwo? Na czym polega spawanie żeliwa i czym najlepiej to robić?
Żeliwo to jeden z najstarszych i najpowszechniej wykorzystywanych stopów metali, których tworzenie człowiek samodzielnie zapoczątkował, poprzez wytapianie rudy żelaza. Podczas procesu wytapiania żelaza, najczęściej węgiel, który uczestniczył w tym procesie, przedostawał się do stopionego żelaza. Kiedy nieco więcej niż zwykle węgla dostało się do żelaza, zauważono, że powstały stop jest dużo bardziej twardy, a także bardziej kruchy – tak właśnie powstało żeliwo. Po pewnym czasie rzemieślnicy zajmujący się wytapianiem żelaza, bez trudu rozróżniali stal od żeliwa, a także nauczyli się samodzielnie uzyskiwać żeliwo, dodając odpowiednią ilość węgla do stopu żelaza. Kolejnym krokiem w rozwoju technologii było rozpoczęcie spawania żeliwa, a także różne inne metody jego obróbki. Czym tak naprawdę jest żeliwo, do czego jest wykorzystywane i jak skutecznie spawać żeliwo? Odpowiedzi na te pytania oraz dużo więcej informacji na temat spawania żeliwa znajdziecie poniżej.
Powyższa skrócona historia żeliwa nieco przybliżyła, czym jest żeliwo i jak powstało. Żeliwo to wysokowęglowy stop żelaza z węglem, o zawartości węgla od 2,11 do 6,67%. Metal ten zawiera takie składniki chemiczne jak mangan, krzem, fosfor, siarka oraz substancje stopowe, możemy jednak wyróżnić kilka rodzajów żeliwa, których skład chemiczny a co za tym idzie, parametry nieco się od siebie różnią. Są to:
Żeliwo szare – jest ono stopem krzemu, węgla i żelaza, a w jego składzie znajduje się fosfor, siarka i mangan
Żeliwo białe – składa się ono z takich chemicznych składników jak cement, ledeburyt i perlit. Jest to stop kruchy, ale solidny.
Żeliwo ciągliwe – to pochodna żeliwa białego, która powstaje w wyniku ciągłego wyżarzania. Podstawą tego rodzaju żeliwa jest perlit lub ferryt. Żeliwo ciągliwe jest uzyskiwane w wyniku długiego wypalania, kolejną postacią jest grafit.
Żeliwo jest stopem żelaza, jednak oprócz żelaza w składzie znajdują się krzem, siarka, mangan, fosfor i różne domieszki. Każde z wcześniej wyróżnionych rodzajów żeliwa, różnią się od siebie temperaturą topnienia. Przybliżona temperatura topnienia żeliwa to 1200 stopni Celsjusza, w przypadku żeliwa szarego, temperatura topnienia może sięgać 1260 stopni, po czym wzrasta nawet do 1400 stopni po wylaniu do form. Żeliwo białe charakteryzuje się najwyższą temperaturą topnienia, która wynosi 1350 stopni, po czym wzrasta do 1450 po wylaniu do form. Żeliwo jest metalem uważanym za najlepszy do wytopu, wpływ na to niska kurczliwości oraz wysoka płynność, która gwarantuje największą wydajność podczas odlewania.
Spawanie żeliwa – na czym polega?
Żeliwo uznawane jest za metal bardzo trudno spawalny, a niektóre jego gatunki takie jak żeliwo białe uznaje się za niespawalne. Trudności w spawaniu żeliwa lub brak możliwości jego wykonania wynika z wysokiej zawartości węgla oraz dużej kruchości tego materiału. Aby skutecznie zespawać żeliwo, trzeba więc dobrać odpowiednią metodę spawania do rodzaju materiału, jaki posiadamy. Potrzebne będą także odpowiednie akcesoria spawalnicze.
Jak spawać żeliwo?
Przed przystąpieniem do spawania żeliwa, należy poczynić odpowiednie przygotowania. Najważniejsze jest dokładnie oczyszczenie łączonych powierzchni oraz obszaru przylegającego do odlewu, w przeciwnym razie może dojść do powstania w spoinie porów i pęcherzy i niemetalicznych wytraceń, które osłabią spoinę. Jeżeli spawanie ma służyć naprawie pękniętego żeliwa, przed rozpoczęciem pracy należy na końcach pęknięcia wywiercić otwory o średnicy 5 mm lub nieco większe – służy to zapobieganiu powiększania pęknięcia. Wzdłuż pęknięcia musimy też stworzyć rowek spawalniczy, czyli usunąć żeliwo, po to, aby możliwe było precyzyjne manewrowanie elektrodą lub uchwytem spawalniczym. Aby wykonać skuteczne spawanie, konieczne jest dobranie odpowiedniego spoiwa, wybór spoiwa z kolei musi być dopasowany do rodzaju żeliwa, metody spawania, dopasowania kolorystyczne spoiny do odlewu, podatność spoiny na obróbkę mechaniczną. Wokół spawania żeliwa powstaje wiele wątpliwości, na przykład takich, czy możliwe jest spawanie żeliwa ze stalą. Specjaliści twierdzą, że wybierając odpowiednią elektrodę do spawania, jest to możliwe.
Metody spawania żeliwa
Istnieje kilka metod spawania żeliwa:
spawanie żeliwa na zimno
spawanie żeliwa na gorąco
lutospawanie żeliwa
Spawanie żeliwa na gorąco
Spawanie żeliwa na gorąco stosuje się do naprawy odlewów bardzo wymagających i trudnych pod względem stałości kształtu oraz struktury. Podczas spawania na gorąco pierwszym etapem jest podgrzanie materiału do temperatury 700 stopni Celsjusza. Odlew należy pokryć gęstym roztworem wapna lub kredy – ma to zapobiec utlenianiu się powierzchni. Bezpośrednio przed spawaniem roztwór usuwa się drucianą szczotką. Podgrzewanie wstępne powinno odbywać się w temperaturze nieprzekraczającej 100 stopni C na godzinę po to, aby nie doprowadzić do popękania żeliwa w wyniku nagłego działania zbyt wysokiej temperatury. Ogrzewanie najczęściej odbywa się na palenisku opalanym węglem drzewnym lub gazem, ewentualnie małe elementy można podgrzewać płomieniem acetylenowo-tlenowym. Spawanie na gorąco wykonywane jest prądem stałym o wysokim natężeniu, wskazana pozycja do spawania żeliwa to pozycja podolna. Najczęściej wykonywane jest spawanie żeliwa tigiem, czyli spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie gazu obojętnego. Nie zaleca się spawać żeliwa zwykłą elektrodą, rekomenduje się spawanie żeliwa elektrodą nierdzewną o odpowiednio dobranych do materiału parametrach. Czasami stosowane jest też do spawania żeliwa metodą łukową z wykorzystaniem elektrod otulonych EZO. Spawanie żeliwa TIG na gorąco pozwala na uzyskanie mniejszego wtopienia, dzięki temu, że stopiwo miesza się z odlewem.
Spawanie żeliwa na zimno
Kolejną metodą spawania żeliwa jest spawanie żeliwa na zimno. Metoda ta najczęściej wykorzystywana jest do łączenia dużych i ciężkich odlewów, a także wtedy, gdy możliwy jest wzrost twardości części odlewu lub spoiny. Spawanie na zimno odbywa się w temperaturze około 60-70 st. C, z kolei około 100 mm od jeziorka spawalniczego temperatura wynosi około 30-40 st. C. Metoda ta nie wymaga wcześniejszego podgrzewania stopu. Spawanie na zimno wykonywane jest metodą MMA, MIG MAG, lub TIG.
Zatem, jak spawać żeliwo migomatem? Przede wszystkim spawanie żeliwa na zimno wymaga ustawienia na urządzeniu spawalniczym najniższych parametrów prądowych, aby temperatura odlewu nie przekroczyła 70 st. C. Najlepiej, aby poszczególne odcinki spoiny nie przekraczały długości 20-30 mm. Pierwszy odcinek spoiny trzeba umiejscowić na środku pęknięcia, kolejne na jego końcach, a następne wykonywać naprzemiennie, aż do zapełnienia całości pęknięcia. Podczas spawania żeliwa na zimno, po każdorazowym ułożeniu odcinka spoiny, należy przerwać pracę i nałożony odcinek delikatnie przekuć młotkiem. Do spawania żeliwa na zimno wykorzystywane są spoiwa niklowe, niklowo-miedziane, nikolo-żelazowe, czasami stalowe, które są dość drogie. W tym wypadku spawanie żeliwa cenę ma dość wysoką, ze względu właśnie na wysoki koszt spoiwa.
Lutospawanie żeliwa
Jeszcze jedną dostępną metodą spawania żeliwa jest lutospawanie. Opiera się ono na łączeniu materiału spoiwem na osnowie miedzi. Temperatura topnienia miedzi jest bowiem niższa niż temperatura topnienia odlewu żeliwnego. Podczas lutospawania materiał nagrzewany jest palnikiem tlenowo-acetylenowym, spawanie natomiast wykonywane jest metodą MAG lub TIG. Do gazowego lutospawania stosowane są spoiwa mosiężne oraz topniki typu boraksowego. Z kolei lutospawanie łukowe MAG wymaga wykorzystania spoiw brązowych oraz gazu osłonowego będącego mieszanką argonu, oraz niewielkiej ilości tlenu i dwutlenku węgla.
