Czym jest żeliwo?
Żeliwo to stop żelaza z węglem, który charakteryzuje się dużą trwałością i odpornością na korozję. Te właściwości sprawiają, że żeliwo jest chętnie wykorzystywane w przemyśle do produkcji różnego rodzaju elementów, takich jak garnki, meble ogrodowe, elementy dekoracyjne, a także śruby czy włazy.
Rodzaje żeliwa
Wyróżnia się kilka podstawowych rodzajów żeliwa:
- Żeliwo białe – twarde i kruche, przetwarzane głównie w celu uzyskania odmiany plastycznej. Zawiera ledeburyt, perlit i cementyt, a z niego wykonuje się m.in. klocki hamulcowe.
- Żeliwo szare – miękkie i dobrze nadające się do przetwarzania. Składa się z żelaza, węgla (w postaci grafitu) i krzemu. Wykorzystywane jest do produkcji wanien, grzejników oraz części maszyn.
- Żeliwo połowiczne (znane również jako żeliwo pstre) – ma właściwości pośrednie między żeliwem białym a szarym. Zawiera węgiel w postaci grafitu i cementytu.
- Żeliwo stopowe – zawiera dodatki stopowe, takie jak nikiel, aluminium, krzem czy chrom, co pozwala na modyfikację jego właściwości chemicznych i fizycznych.
Właściwości żeliwa
Żeliwo jako materiał cechuje się przede wszystkim:
- Dużą trwałością i odpornością na korozję, co pozwala na jego szerokie zastosowanie w warunkach zewnętrznych.
- Zmienną twardością i kruchością, w zależności od rodzaju żeliwa (białe – twarde i kruche, szare – miękkie).
- Dobrą lub ograniczoną podatnością na przetwarzanie, zależnie od zawartości grafitu i innych składników.
- Możliwością modyfikacji właściwości poprzez wprowadzenie domieszek stopowych.
Trudności w spawaniu żeliwa
Spawanie żeliwa to proces łączenia elementów żeliwnych, który wymaga odpowiedniego przygotowania i doboru metody spawania. Wynika to z pewnych trudności związanych z właściwościami tego materiału, takimi jak duża kruchość czy wysoka zawartość węgla.
Przyczyny trudności
Główne powody problemów napotkanych przy spawaniu żeliwa to:
- Kruchość materiału, szczególnie w przypadku żeliwa białego, która sprzyja pękaniu w trakcie spawania.
- Wysoka zawartość węgla, skutkująca powstawaniem twardych i kruchych struktur w spoinie.
- Skłonność do powstawania naprężeń, wynikająca z rozszerzalności cieplnej żeliwa.
- Możliwość tworzenia się pęcherzy gazowych i jam skurczowych w spoinie.
Jak radzić sobie z trudnościami?
Aby poradzić sobie z problemami spawalniczymi żeliwa, należy:
- Wybrać odpowiednią metodę spawania, dostosowaną do rodzaju żeliwa i typu konstrukcji.
- Zastosować właściwe materiały dodatkowe (np. elektrody otulone przeznaczone do żeliwa).
- Odpowiednio przygotować powierzchnię przed spawaniem, usuwając zanieczyszczenia.
- Kontrolować ilość ciepła wprowadzanego podczas spawania, aby uniknąć przegrzania.
- Stosować zabiegi zmniejszające naprężenia spawalnicze, jak podgrzewanie wstępne i dogrzewanie.
Przygotowanie do spawania żeliwa
Kluczowe znaczenie dla powodzenia procesu spawania żeliwa ma odpowiednie przygotowanie materiału. Obejmuje ono dwa główne aspekty: usunięcie zanieczyszczeń z powierzchni oraz przygotowanie pęknięć do naprawy poprzez wywiercenie otworów.
Usuwanie zanieczyszczeń
Przed przystąpieniem do spawania należy dokładnie oczyścić łączone powierzchnie z:
- Rdzy, zgorzeliny, pozostałości farb i smarów, stosując metody mechaniczne (skrobanie, szczotkowanie) lub chemiczne (trawianie).
- Żużlu, który może zalegać w przypadku elementów odlewanych. Do jego usunięcia można użyć młotka i przecinaka.
- Grafitu (szczególnie w żeliwie szarym), którego obecność utrudnia spawanie. Grafit usuwa się przez wypalanie palnikiem gazowym.
Wywiercanie otworów w pęknięciach
W przypadku napraw pękniętych elementów żeliwnych, przed spawaniem konieczne jest:
- Rozwiercenie końców pęknięć, aby zatrzymać ich dalszą propagację w trakcie spawania.
- Wywiercenie otworów wzdłuż pęknięcia w regularnych odstępach, co ułatwia uzyskanie prawidłowego przetopu.
- Sfazowanie krawędzi pęknięcia (dla grubszych elementów) pod kątem około 60-70 stopni.
Metody spawania żeliwa
Spawanie żeliwa można prowadzić różnymi metodami, zależnie od rodzaju materiału, kształtu i grubości elementów oraz wymagań odnośnie wytrzymałości złącza. Do najważniejszych technik należą: spawanie na zimno, na gorąco oraz lutospawanie.
Spawanie na zimno
Jest to metoda naprawy ciężkich odlewów w temperaturze poniżej 100°C, bez podgrzewania wstępnego. Charakteryzuje się:
- Krótkim czasem spawania i niską temperaturą procesu (max. 70°C), aby uniknąć zmian struktury żeliwa.
- Stosowaniem krótkich spoin (jedno- lub dwuwarstwowych) oraz przerw między ściegami w celu redukcji naprężeń.
- Używaniem specjalnych elektrod o wysokiej wytrzymałości i niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej.
Spawanie na gorąco
To technika stosowana głównie do spawania grubościennych elementów żeliwnych metodą MMA lub MIG/MAG. Polega na:
- Podgrzaniu wstępnym odlewu do temperatury 300-400°C (żeliwo szare) lub 600-700°C (żeliwo białe).
- Powolnym spawaniu elektrodami zasadowymi lub drutem proszkowym, z zachowaniem niskiej temperatury międzyściegowej.
- Stopniowym stygnięciu złącza razem z całym przedmiotem w celu uniknięcia kruchości.
- Wyżarzaniu odprężającym spawanego elementu w celu usunięcia naprężeń spawalniczych.
Lutospawanie żeliwa
Lutospawanie to metoda łączenia elementów żeliwnych za pomocą spoiwa na osnowie miedzi (mosiądze lub brązy). Proces ten:
- Przebiega w temperaturze niższej niż przy tradycyjnym spawaniu (poniżej temperatury topnienia żeliwa).
- Wymaga starannego przygotowania powierzchni łączonych (dokładne oczyszczenie, stosowanie topników).
- Pozwala uniknąć przegrzania i nadtopienia materiału rodzimego, dzięki czemu nie zmienia jego struktury.
- Daje połączenia o dobrej szczelności i wytrzymałości, odporne na korozję.
Sprzęt do spawania żeliwa
Do spawania żeliwa można wykorzystywać różne urządzenia, w zależności od wybranej metody i skali projektu spawalniczego. Trzy główne typy sprzętu to półautomaty spawalnicze MIG/MAG (migomaty), spawarki elektrodowe (MMA) oraz urządzenia do spawania TIG.
Rodzaje spawarek
| Typ urządzenia | Opis | Zastosowanie w spawaniu żeliwa |
|---|---|---|
| Migomat | Półautomat spawalniczy do spawania drutem w osłonie gazów (MIG/MAG). Podaje drut elektrodowy w sposób ciągły, jednocześnie dozując gaz osłonowy. | Może być używany do spawania żeliwa metodą na gorąco, razem z drutem proszkowym przeznaczonym do tego materiału. Sprawdza się szczególnie przy większych i powtarzalnych projektach. |
| Spawarka MMA | Umożliwia ręczne spawanie elektrodami otulonymi (MMA). Jest urządzeniem prostym i uniwersalnym. | Podstawowy sprzęt do spawania żeliwa elektrodami, zarówno metodą na zimno, jak i na gorąco. Dobrze sprawdza się przy mniejszych naprawach. |
| Spawarka TIG | Służy do spawania nietopliwą elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych (TIG). Pozwala uzyskać wysoką jakość spoin. | Może być wykorzystywana do precyzyjnego spawania cienkich elementów żeliwnych (do 3 mm grubości), jak również do napawania przetopowego w celu utwardzenia powierzchni. |
Zalecane modele spawarek
Wybierając sprzęt do spawania żeliwa, warto zwrócić uwagę na parametry takie jak moc, prąd spawania, cykl pracy oraz dostosowanie do metody spawania. Przykładowe rekomendowane modele to:
- SHERMAN DIGITALMIG 200 DUAL PULS – kompaktowy migomat z możliwością spawania prądem pulsującym, nadający się do spawania żeliwa metodą na gorąco.
- MAGNUM SNAKE 235 MMA – przenośna spawarka MMA o mocy 235A, odpowiednia do ręcznego spawania żeliwa elektrodami otulonymi.
Poradniki zakupowe sugerują kierowanie się przeznaczeniem (amatorskie/profesjonalne), budżetem oraz dodatkowymi funkcjami (np. Hot Start, Arc Force dla MMA). Dla zaawansowanych projektów spawania żeliwa polecane są urządzenia inwerterowe z elektroniczną regulacją parametrów.
