Использование углеродного порошка в кузнечной сварке

19.05.2025

Температурный интервал эффективного соединения сталей с содержанием углерода до 0,25% составляет 1250–1300 °C. При более высоком содержании необходим точный контроль нагрева до 1150–1200 °C, чтобы избежать пережога или выгорания примесей.

Используемый порошок изготавливается из предварительно прокаленного древесного угля, просеянного до фракции менее 0,5 мм. Крупные частицы неравномерно распределяются по поверхности кромок, препятствуют плотному прилеганию и образуют пустоты.

Для равномерной подачи материала рекомендуется применять плоскую металлическую ложку с прямоугольной формой площадки. Углерод следует посыпать тонким слоем, покрывая всю зону предстоящего соединения непосредственно перед выходом заготовки из горна.

Наносить порошкообразный материал удобнее всего при помощи сухой кисти из металлической щетины с жестким ворсом. При использовании такой щетки удается добиться равномерного распределения по кромке.

Для лучшего удержания порошка на вертикальных поверхностях мастер может увлажнить стык при помощи горячего раствора буры. Состав должен иметь температуру около 60 °C, концентрация — не менее 20 г на 100 мл воды. Раствор наносится за 2–3 секунды до распределения порошка.

Чтобы поддержать постоянство температуры в горне, следует использовать термометр сопротивления, рассчитанный на 1500 °C, с выносным зондом длиной от 200 мм. В угольных горнах с ручным дутьем эффективнее применять боковой поддув. Его размещают на 40 мм ниже уровня колосниковой решетки, с наклоном 15–20°.

При этом горячие газы обволакивают заготовку, создавая равномерный нагрев по всей длине. Расход топлива должен быть согласован с объёмом заготовок: на каждый килограмм металла — не менее 1,5 кг угля при постоянной подаче воздуха.

Чтобы избежать стекания порошка с горизонтальных поверхностей, кузнецы прибегают к предварительному нагреву до 600–700 °C перед нанесением. Поверхность при такой температуре обеспечивает оптимальное сцепление с углеродным покрытием. При сварке сложных стыков внахлёст желательно наносить дополнительный слой буры поверх порошка, чтобы связать его с поверхностью металла при дальнейшем нагреве. Такой двойной подход способствует формированию устойчивого сварочного слоя.

Плотность нанесения углерода зависит от формы соединения. Для прямых швов толщина слоя не должна превышать 0,2 мм. В случае работы с заготовками сложной формы допускается увеличение слоя до 0,3 мм, чтобы компенсировать нестабильность контакта.

Однако превышение этих значений приводит к образованию включений и занижает прочностные характеристики зоны соединения. После завершения сварки обязательно проверяют участок на предмет включений. Для этого поверхность шва зачищают вручную при помощи шлифовального камня зернистостью 60–80.

Нагрев в горне должен проводиться с учётом соотношения толщины деталей. Если одна из частей в 1,5–2 раза толще другой, она закладывается ближе к центру очага. При этом более тонкий элемент располагается сбоку, где температура ниже на 100–150 °C. Такое размещение позволяет синхронизировать прогрев обеих частей, не допуская пережога кромок. Если используется подача воздуха с регулируемым клапаном, скорость регулируется так, чтобы не выдувать нанесённый порошок. При диаметре сопла 20 мм оптимальное давление воздуха — до 0,05 МПа.

В случае соединения низколегированных сталей с содержанием хрома до 0,8% и марганца до 1% состав порошка дополняют молотой известью в пропорции 4:1. Это снижает вероятность образования тугоплавких окислов и улучшает текучесть шлаковой смеси. Известь просеивают до фракции менее 0,25 мм и тщательно перемешивают с углеродом непосредственно перед нанесением. Смесь должна быть сухой, без комков, иначе она плохо прилипает к заготовке.

При сварке массивных конструкций применяют многослойное нанесение углеродного состава. Первый слой накладывают на предварительно нагретую деталь, затем производится повторный нагрев до 1000 °C, после чего наносится второй.

Между нанесениями должно проходить не более 60 секунд. При превышении этого интервала слой теряет сцепление с поверхностью, а повторный нагрев вызывает отслоение. Для соединений длиной более 150 мм подобная схема позволяет получить прочный и плотный шов без включений.

Особое внимание уделяется состоянию самого горна. Колосниковая решетка должна быть очищена от шлака после каждого цикла, иначе поступающий воздух будет распределяться неравномерно, что вызовет локальный перегрев или недостаточную температуру в зонах контакта.

Толщина слоя угля при работе с заготовками сечением от 30 мм должна составлять не менее 100 мм от решетки до верхнего слоя топлива. При меньшем слое нарушается равномерность прогрева и снижается эффективность использования углеродного покрытия.

Работа с сыпучими материалами требует соблюдения определенной последовательности. Сначала прогревают металл до вишнёвого цвета, затем равномерно распределяют состав, не допуская скапливания в углублениях.

Подобные зоны создают очаги перегрева и выгорания при последующем подъёме температуры. После нанесения заготовка возвращается в очаг и доводится до полного сварочного жара. Только в этом состоянии обеспечивается нужное взаимодействие углерода с поверхностью и предотвращается окисление.

Температуру внутри горна контролируют косвенно по цвету: светло-жёлтый соответствует 1100–1200 °C, белый — около 1300 °C. Для соединения низкоуглеродистых сталей выбирается жёлто-белое свечение.

В случае недостаточного прогрева шов будет рыхлым, а при избыточной температуре может начаться выгорание серы и фосфора. Эти элементы понижают пластичность соединения, делая его хрупким при охлаждении.

Для зачистки шва после сварки предпочтительнее использовать напильник с насечкой №1 или шлифовальный круг зерном P60. При обработке выявляют наличие тёмных включений, сигнализирующих о неравномерном распределении порошка. В таких зонах следует повторить прогрев с новым составом и дополнительным проковкой до устранения дефектов.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев