Este posibil sa sudam fonta, desi poate fi problematica datorita continutului ridicat de carbon. Acest continut de carbon este adesea in jur de 2-4%, ceea ce reprezinta de zece ori mai mult decat majoritatea otelurilor. Procesul de sudare face ca acest carbon sa migreze in metalul sudat si / sau in zona afectata de caldura, ducand la fragilitate / duritate ridicata. Acest lucru, la randul sau, poate duce la craparea post-sudura.
Fonta este alcatuita din diferite materiale (de obicei carbon, fier si otel) in diferite proportii, ceea ce face dificila constatarea cat de puternic este metalul cu care lucrati si cat de multa caldura poate rezista inainte de crapare. Diferitele clase de fonta includ fonta maleabila si ductila, dar cea mai frecvent utilizata este fonta gri. Cu toate acestea, poate fi dificil sa se faca diferenta dintre aceste diferite tipuri de fonta fara analize metalurgice detaliate.
In ciuda acestui fapt, fonta este un metal durabil, rezistent la uzura, folosit de secole.
Fonta sau otel carbon?
Fonta, la fel ca otelul, este un aliaj de fier si carbon. Cu toate acestea, atunci cand fonta are un continut de carbon de 2-4%, otelul necesita un continut de carbon mai mic de 2%. Acest continut de carbon confera fontei o senzatie mai aspra si o face mai fragila decat otelul. De asemenea, carbonul face din fonta un conductor slab, ceea ce inseamna ca dureaza mai mult timp pentru incalzire sau racire.
In timp ce otelul inoxidabil contine 1,2% carbon (precum si crom pentru a preveni coroziunea), otelul carbon contine 2%, plasandu-l pe varful otelului si fontei. Otelul carbon are un finisaj mat si este mult mai dur decat otelul inoxidabil, dar se poate coroda. De asemenea, este mai scump decat fonta.
Este greu de sudat?
Dupa cum sa mentionat mai sus, fonta poate fi greu de sudat, dar nu este imposibil daca utilizati tehnica corecta de sudare pentru a evita fisurile de sudura. Aceasta implica incalzirea si racirea atenta, incluzand adesea preincalzirea, alegerea corecta a tijelor de sudura si lasarea metalului sa se raceasca incet.
Majoritatea fontelor au o temperatura critica de 1450 ° F, moment in care poate aparea fisurarea. Desi materialul poate fi incalzit peste acest punct, este important sa nu mentineti aceasta caldura prea mult timp, deoarece carbonul va face ca metalul sa se micsoreze si sa se crape. Pentru a evita acest lucru, este important sa lasati materialul sa se raceasca incet dupa sudare sau ar trebui sa fie pastrat suficient de rece incat rata de racire sa nu fie importanta.
Pasi de pre-sudare pentru fonta
Exista o serie de pasi cheie care pot fi luati pentru a asigura sudarea eficienta a fontei. Acestea includ:
- Identificarea aliajului
- Curatarea piesei
- Selectarea temperaturii corecte de preincalzire
- Alegerea tehnicii corecte de sudare
1. Identificati aliajul
Fontele se sparg atunci cand sunt incalzite sau stresate, mai degraba decat intinzandu-se sau deformandu-se. Acest lucru poate fi imbunatatit prin adaugarea de aliaje diferite. Aceasta inseamna ca este util sa intelegeti cu ce tip de aliaj lucrati:
Fonta cenusie
Acesta este cel mai comun tip de fonta si este mai ductil si mai sudabil decat fonta alba (vezi mai jos). Carbonul precipita in fulgi de grafit in timpul fabricarii, fie intr-o structura cristalina de ferita, fie de perlit, dand numele acestui aliaj. Cu toate acestea, aceste fulgi de grafit pot patrunde in piscina de sudura si pot cauza fragilitate.
Fonta alba
Fonta alba nu precipita carbonul ca grafit, ci il pastreaza ca carbura de fier. Microstructura cristalina de ciment din aceasta forma sau fonta este foarte dura si fragila. Fonta alba este, in general, considerata a fi nesoluabila.
Fier ductil, nodular si maleabil
Aceste fiare de fier au microstructuri sferoidale de carbon ca rezultat al proceselor lor unice de fabricatie, facandu-le mai putin fragile si mai usor de sudat.
Cel mai simplu mod de a determina cu ce tip de fier lucrati este sa verificati specificatia originala. Cu toate acestea, analiza spectrochimica va poate spune cu ce specificatie lucrati si un metalurgist cu experienta poate folosi testarea cu scanteie pentru a determina ce aliaj aveti.
Exista cateva alte modalitati de a face diferenta dintre aliaje; fierul gri va arata gri de-a lungul unui punct de fractura, in timp ce fierul alb va avea o culoare mai alba de-a lungul unei fracturi datorita cementitei pe care o contine. Cu toate acestea, fierul ductil, de exemplu, va prezenta si o fractura mai alba, dar este mult mai sudabil.
2. Curatarea piesei turnate
Este important sa curatati aliajul inainte de sudare, indepartand toate materialele de suprafata, cum ar fi vopseaua, grasimea si uleiul, acordand o atentie deosebita zonei sudurii. Incalzirea atenta si lenta a zonei de sudura pentru o perioada scurta de timp va elimina, de asemenea, orice gaz prins in zona de sudura a materialului de baza.
O trecere de sudura pe suprafata materialului va fi poroasa si va arata impuritatile care sunt inca prezente. Puteti macina si repeta aceasta trecere pentru a continua sa verificati pana cand porozitatea dispare.
3. Selectarea temperaturii corecte de preincalzire
Cel mai important factor in evitarea crapaturilor de tensiune din fonta este controlul caldurii. Acest lucru se datoreaza expansiunii termice, deoarece, atunci cand metalul se incalzeste, se extinde. Daca intregul obiect este incalzit si se extinde in acelasi timp nu se produce stres, totusi stresul se poate construi daca caldura este localizata intr-o zona mica afectata de caldura (HAZ).
Incalzirea localizata are ca rezultat o expansiune limitata, deoarece HAZ este continut de metalul de racire din jur. Diferenta termica dintre aceste calduri va determina stresul rezultat. Metalele ductile, cum ar fi otelul, pot ameliora stresul prin intindere, dar deoarece fontele au o ductilitate redusa, acestea sunt susceptibile sa se crape. Preincalzirea reduce gradientul termic dintre HAZ si corpul de turnare inconjurator, minimizand tensiunea la tractiune cauzata de sudare. Procedurile de sudare la temperaturi mai ridicate necesita temperaturi de preincalzire mai ridicate.
Preincalzirea fontei inainte de sudare incetineste viteza de racire a sudurii si a zonei inconjuratoare. Unde este posibil, incalziti toata turnarea. Temperaturile de pre-incalzire variaza de obicei intre 500-1200 ° F, dar este important sa nu incalziti peste 1400 ° F, deoarece acesta este intervalul de temperatura critic. Orice preincalzire trebuie facuta incet si uniform.
Daca nu este posibila preincalzirea suficient de fierbinte, cea mai buna alternativa este utilizarea unui proces de sudare la temperatura mai scazuta impreuna cu tije de sudura sau sarma cu punct de topire scazut.
4. Alegerea tehnicii corecte de sudare
Fonta poate fi sudata cu sau fara preincalzire, dar aceasta decizie va determina cea mai buna tehnica de sudare. Asa cum s-a mentionat mai sus, este, in general, de preferat sa folositi o pre-incalzire pentru sudarea fontei. Acolo unde acest lucru nu este posibil, este important sa pastrati metalul la rece, dar odata ce ati decis daca preincalziti sau nu, ar trebui sa ramaneti cu aceasta metoda.
Suduri preincalzite
Cand utilizati o pre-incalzire, ar trebui sa utilizati o tehnica cu un curent redus pentru a minimiza stresul rezidual si amestecul. De asemenea, poate fi necesar sa sudati numai suprafete mici de aproximativ 1 inch in acelasi timp, pentru a preveni acumularea de stres. Indepartarea margelelor de sudura, cum ar fi cu un ciocan cu bile, poate fi, de asemenea, de ajutor in reducerea tensiunilor.
Odata ce sudarea este completa, lasati piesa sa se raceasca incet. Puteti ajuta la aceasta infasurand turnarea intr-o patura izolatoare sau ingropand-o in nisip uscat, incetinind ratele de racire si reducand probabilitatea de fisurare.
Suduri neincalzite
In cazul in care nu puteti preincalzi fonta, ar trebui sa pastrati partea rece (nu rece) in timpul sudarii. Ridicati temperatura de turnare la 100 ° F, dar nu ridicati niciodata la o caldura in care nu puteti pune mana pe ea, deoarece ar fi prea fierbinte.
Pastrati sudurile scurte (aproximativ 1 inch in lungime) si folositi peening dupa sudare. Lasati turnul sa se raceasca natural mai degraba decat sa aplicati aer comprimat sau apa si umpleti orice cratere. De asemenea, este recomandabil sa incercati sa depuneti margelele in aceeasi directie si sa va asigurati ca capetele margelelor paralele nu se aliniaza.
Ce tipuri de sudare puteti utiliza pentru sudarea fontei?
Exista mai multe tipuri de procedee de sudare care pot fi utilizate pentru fonta, inclusiv sudarea cu arc sau cu baston, sudarea MIG, sudurile TIG, sudarea cu oxi acetilena si sudarea cu braza. Fiecare are propriile avantaje si dezavantaje atunci cand sudeaza fonta.
1. Sudare cu arc / stick
Acest tip de sudura, cunoscut si sub numele de sudare cu arc metalic ecranat (SMAW), sudare manuala cu arc metalic (MMA sau MMAW) si sudare cu arc ecranat prin flux este considerat, in general, cel mai bun proces general pentru sudarea din fonta - cu conditia ca sudarea corecta se folosesc tije. Alegerea electrodului va depinde de aplicatie, de potrivirea necesara a culorilor si de cantitatea de prelucrare post-sudare.
Cele trei tipuri principale de umplutura pentru sudurile din fonta sunt electrozii din aliaj de nichel, electrozii din aliaj de cupru si electrozii acoperiti din fonta. Electrozii din aliaj de nichel sunt cei mai frecvent utilizati, oferind o sudura mai puternica cu un coeficient de expansiune termica mai mic, reducand astfel stresul de sudare si imbunatatind rezistenta la fisurare. Electrozii din nichel pot fi folositi si fara preincalzire. Cand folositi electrozi din cupru sau fonta, piesa de prelucrat trebuie preincalzita la 250 ° F.
In toate cazurile, arcul electric ar trebui sa fie indreptat spre piscina de sudura, mai degraba decat catre metalul de baza. Acest lucru va reduce la minimum diluarea pe masura ce metalele se topesc si se topesc. Se recomanda, de asemenea, sa utilizati cea mai mica setare de curent posibila pentru a minimiza stresul de caldura si pentru a sudura cu batul in pozitie verticala.
Aceasta metoda poate fi utilizata si pentru sudarea fontei cu otelul, deoarece otelul va accepta orice functioneaza pentru fonta
2. Sudarea MIG
Desi sudarea cu arc sau cu baston este preferabila sudarii MIG fonta, este inca posibila utilizarea MIG.
In mod ideal, sudarea MIG ar trebui sa fie efectuata cu un fir de nichel, desi poate fi utilizat si un fir de otel mai putin costisitor. Un amestec de 80% argon pana la 20% dioxid de carbon gazos va functiona pentru majoritatea aplicatiilor, desi acest lucru va provoca ruginirea sudurii in cele din urma.
In cele din urma, desi se poate folosi sarma de lipire, nu este recomandat pentru metalele care vor avea incarcari sau impact, deoarece creeaza o sudura slaba.
3. Sudare TIG
Sudarea TIG poate oferi o sudura puternica si curata pe fonta, desi sarma de nichel este singura optiune real viabila pentru aceasta metoda, facandu-l o procedura costisitoare. Cu gazul, firul si setarile corecte, este posibil sa sariti etapele de pre si postincalzire si sudarea la rece. La fel ca in toate sudurile TIG, calitatea sudurii finite este in mare masura determinata de priceperea sudorului.
Aflati mai multe despre sudarea TIG
4. Sudarea cu oxi-acetilena
La fel ca in cazul sudarii cu arc, oxi acetilena foloseste un electrod, dar mai degraba decat un arc generat de curent electric, acest proces foloseste torta oxi acetilena pentru energia de sudare. Cand sudati fonta cu aceasta metoda, puteti utiliza electrozi de cupru zinc sau fier.
Este important sa nu lasati fonta sa se oxideze in timpul sudarii, deoarece acest lucru va duce la pierderea de siliciu si la crearea fierului alb in sudura. Ca si in cazul sudarii cu arc, tija ar trebui sa fie topita direct in piscina de sudura pentru a minimiza gradientii de temperatura.
Deoarece sudarea cu gaz este mai lenta si are o temperatura mai mica a flacarii decat la sudarea cu arc, acest proces evita de obicei problema migratiei carbonului. Cu toate acestea, aceasta caldura mai mica poate face sudarea componentelor mari mai dificile si este, de asemenea, un proces lent.
Aflati mai multe despre sudarea cu oxi acetilena
5. Sudare prin sudare
Sudarea prin sudare poate fi utilizata pentru sudarea pieselor din fonta, deoarece are un impact minim asupra metalului de baza in sine. Din nou, o tija de umplutura este utilizata pentru acest proces, cu exceptia faptului ca adera la suprafata fierului, mai degraba decat sa se dilueze intr-un bazin de sudura datorita punctului de topire inferior al umpluturii.
Ca si in cazul altor tehnici, curatarea suprafetei este importanta prin sudarea cu bratare. Un flux poate fi utilizat pentru a preveni formarea de oxizi, prin promovarea umectarii, curatarea suprafetei si permiterea umplerii sa curga peste metalul de baza.
Este posibila si lipirea TIG, utilizand un amperaj mai mic pentru a incalzi piesa de prelucrat evitand in acelasi timp topirea fontei. Invelisul de gaz argon al lanternei protejeaza zona de lipire, ceea ce inseamna ca nu este necesar sa se utilizeze fluxul ca la oxifuel.
Aflati mai multe despre sudarea cu sarma
Care tije de sudura pot fi utilizate?
Dupa cum sa mentionat mai sus, alegerea tijei de sudura este importanta pentru sudarea fontei, desi majoritatea expertilor ar recomanda utilizarea tijelor de nichel.
Lansetele de nichel includ un flux specializat cu un grad ridicat de grafit pentru a minimiza migratia carbonului in zona de metal sudata si zona afectata de caldura. Cele doua tipuri de tije de nichel sunt:
1. 99% tije de nichel
Acesti electrozi sunt mai scumpi decat alte optiuni, dar ofera si cele mai bune rezultate. 99% tije de nichel produc suduri care pot fi prelucrate si functioneaza cel mai bine pe piese turnate cu un continut scazut sau mediu de fosfor. Aceste tije de nichel pur produc un depozit de sudura moale si maleabil.
2. 55% tije de nichel
Mai putin costisitoare decat tijele de 99%, acestea sunt, de asemenea, prelucrabile si sunt frecvent utilizate pentru reparatii cu sectiuni groase. O expansiune coeficienta mai mica inseamna ca acestea produc mai putine fisuri de linie de fuziune decat tija de 99%. Aceste tije de fero-nichel sunt ideale pentru sudarea fontei cu otelul.
Sunt disponibile optiuni mai putin costisitoare, cum ar fi tijele din otel, desi acestea nu sunt la fel de eficiente ca tijele din nichel:
3. Tije de otel
Tijele de otel ofera cea mai ieftina optiune dintre cele trei si sunt cele mai bune pentru reparatii si umplere simple. Electrozii din otel produc suduri dure, care necesita o macinare suplimentara pentru finisare si nu sunt prelucrabile. Cu toate acestea, in ciuda acestor dezavantaje, tijele din otel pot tolera piesele turnate care nu sunt complet curate si sunt mai usor de utilizat pentru procesele de arc.
Finisare
Sudurile din fonta pot fi finisate prin aplicarea de solicitari de compresiune (peening) si prin incalzire post-sudare.
Peening
Pe masura ce o sudura se raceste si se contracta, aceasta determina cresterea tensiunii, ducand la fisuri de sudura, daca este permis sa ajunga la un punct critic. Sansele de fisurare pot fi reduse prin aplicarea tensiunii de compresie, care se opune tensiunii de tractiune asociata cu racirea. Stresul compresiv este aplicat prin descuamare (folosind un ciocan cu bila pentru a produce lovituri moderate), care deformeaza cordonul de sudura in timp ce este inca moale. Cu toate acestea, peeningul trebuie utilizat numai cu metal de sudura relativ ductil.
Incalzire post-sudura
Lasati fonta sa se raceasca prea repede poate duce la stres si fisuri. Procesul de racire poate fi incetinit prin utilizarea materialelor izolante sau prin aplicarea periodica a caldurii. Unele metode includ plasarea piesei de prelucrat intr-o patura izolatoare, plasarea in nisip uscat sau chiar punerea peste un cuptor cu lemne si lasarea metalului sa se raceasca pe masura ce focul se stinge.
Sfaturi si preocupari suplimentare privind sudarea
Exista cativa factori suplimentari care trebuie luati in considerare atunci cand sudati fonta:
Etansarea fisurilorFisurile mici tind sa apara alaturi chiar si atunci cand se urmeaza o procedura buna in timpul sudarii fontei. Daca aveti nevoie de o turnare etansa la apa, puteti elimina scurgerile utilizand un compus de etansare care sa previna ruginirea in timpul functionarii.
Reparati folosind metoda StuddingRepararea unor pauze majore la piesele turnate mari poate fi realizata prin gaurirea si apasarea gaurilor peste suprafetele care au fost tesite pentru a primi metalul de sudura reparator. Insurubati suruburile de otel in orificiile filetate, asigurandu-va ca 3/16 ”(5 mm) la ¼” (6 mm) ale stiftului este deasupra suprafetei. Sudati incet si cu precizie stifturile in loc si acoperiti intreaga suprafata a pauzei cu un depozit de sudura bun. Acest depozit va permite sudarea celor doua parti ale fisurii laolalta. Aceasta tehnica poate oferi, de asemenea, rezistenta sporita in sudurile din fonta.
Concluzie
Este posibil sa sudam fonta, dar trebuie facuta folosind tehnicile corecte si cu grija pentru a evita craparea. Majoritatea metodelor de sudare necesita curatarea suprafetei materialului, iar fonta beneficiaza de incalzirea pre si post-sudare, precum si de racirea atenta.
TWI are zeci de ani de expertiza in toate aspectele legate de sudare si imbinare, inclusiv lucrul cu otel turnat. Va rugam sa ne contactati, mai jos, daca aveti intrebari si simtiti ca va putem ajuta cu proiectul dumneavoastra.
contactus@twi.co.uk