Liatina ako kov je pre mnohých zváračov ťažko zvariteľná, a preto sa jej zváraniu vyhýbajú. Naopak, pre niekoho sa jedná o jeho odbornú špecializáciu. Ak ste sa rozhodli prijať túto výzvu, veríme, že vám naše informácie pomôžu v prvých krokoch. Zameriame sa na zváranie bez vysokých profesionálnych nárokov. Ako teda opraviť zlomený poklop na kanalizácii?
Prečo je zváranie liatiny ťažké?
Liatina je zliatina železa s obsahom uhlíka vyšším ako 2,1%, čo je v porovnaní s oceľami až 10-krát viac. Taktiež obsahuje viac sprievodných prvkov, napríklad mangán, kremík, síru a fosfor. Práve obsah uhlíka v zliatine, ktorý sa v mieste zvárania ešte zvýši, spôsobuje vyššiu krehkosť a môže viesť k neželaným prasklinám zvaru. Špecifická je aj vysoká tekutosť zvaru, ktorá komplikuje vznik kvalitného zvaru, alebo vyhorenie uhlíka, ktoré vedie k zvýšenej tvorbe pórov.
Zváranie liatiny metódou MMA (zváranie obaľovanou elektródou)
Dá sa liatina zvárať?
Liatinové kusy, s ktorými sa najbežnejšie stretávame, sú vyrobené z takzvanej sivej liatiny a zvárať sa dajú. Rozlišujeme však niekoľko druhov liatiny podľa jej štruktúry. Tvar, veľkosť a priestorové usporiadanie uhlíkových čiastočiek vnútri materiálu ovplyvňujú aj jej vlastnosti pri zváraní.
Podľa štruktúry sa liatina delí na:
- Grafitickú, do ktorej spadá aj sivá liatina,
- Bielu.
Najbežnejšia sivá liatina je pre zváranie najvhodnejšia
Grafitické liatiny sa ďalej rozdeľujú podľa tvaru vylúčeného grafitu. Sú (a s najväčšou pravdepodobnosťou aj zostanú) rozhodujúcimi materiálmi na výrobu odliatkov. Patrí medzi ne aj sivá liatina s lupienkovým grafitom, a práve s ňou sa pravdepodobne aj vy najčastejšie stretávate.
Dobrou správou je, že sivá liatina je vďaka svojim vlastnostiam na zváranie najvhodnejšia. Má relatívne dobrú zlievateľnost, obrábateľnost, tepelnú vodivosť aj koróznu odolnosť a nízke náklady.
Biela liatina je prakticky nezvariteľná
Biela liatina má v štruktúre cementit a perlit, preto má typický biely lom, vysokú tvrdosť a dobrú odolnosť proti opotrebeniu. Biele liatiny sú veľmi tvrdé (300 až 550 HB), veľmi krehké, majú relatívne malú pevnosť a sú veľmi zle obrábateľné.
Biela liatina sa považuje za prakticky nezvariteľnú. Pri zváraní dochádza k zlomeniu, preto sa odporúča zváranie bielej liatiny ponechať na profesionálov.
Pred začatím zvárania by sme teda mali z technickej dokumentácie zistiť, s akou liatinou máme tú česť pracovať. Ak pôvod nepoznáme, zistiť druh liatiny vieme iba ťažko, jednoznačne iba laboratórnou analýzou. Ak máme čerstvý zlom, biela liatina má typickú bielu hranu. Najrozšírenejšia je však aj tak sivá liatina.
Rozdelenie druhov liatiny podľa množstva, tvaru a veľkosti grafitových čiastočiek (Zdroj: uniza.sk)
Elektródy na liatinu bez predohrevu
Najbežnejšie sa stretneme so zváraním liatiny obaľovanými elektródami, nie je teda prekvapivým krokom ich správna voľba. Práve výber elektródy môže spraviť zváranie liatiny nielen jednoduchšie, ale aj čistejšie. Obecne odporúčame používať elektródy na báze niklu. Obsah niklu v elektróde zlepšuje kujné vlastnosti vzniknutého zvaru a ak nemrzne nemusíme zváraný kus predhrievať. Môžeme sa stretnúť aj s tradičnými bezniklovými železnými elektródami, ktorým sa ale v tomto blogu venovať nebudeme.
Druhy niklových elektród na zváranie liatiny za studena
Elektródy na báze niklu Ni sa používajú na húževnaté a mäkké spoje tvrdosti cca 150 HB, ktoré sa ďalej opracovávajú. Nie sú vhodné pre sivé liatiny s vysokým obsahom fosforu a síry:
-
E Ni-Cl je elektróda na báze niklu na zváranie a opravy odliatkov z bežnej sivej liatiny, na vzájomné spájanie liatinových dielcov alebo spájanie liatinových dielcov s oceľovými. Používa sa pri zváraní za studena alebo s malým ohrevom materiálu. Elektródy obsahujúce prevažne nikel, sú lepšie zvariteľné a nikel dáva zvaru lepšiu pružnosť.
Zváranie liatinového poklopu elektródami OK 92.18 Ni-Cl od výrobcu ESAB
Elektródy na báze niklu a železa (Ni-Fe) sa používajú, ak je potrebná vyššia pevnosť alebo na spájanie ocele a sivej liatiny alebo na spoje sivej liatiny s vysokým obsahom fosforu P a síry S. Vyznačujú sa relatívne dobrou opracovanosťou zvaru. V praxi sa používajú menej.
- E NiFe-CI je elektróda pre zváranie sivej liatiny a liatinových dielcov s oceľou bez predhrevu so zlepšenými vlastnosťami, vyššou pevnosťou a odolnosťou voči vzniku trhlín. Aj pre liatiny s guľkovým grafitom GJS (GGG) a diely temperovanej liatiny GJMB (GTS).
- E NiFe-Cl-A - elektróda pre zváranie a opravy dielcov zo sivej a tvárnej liatiny za studena, ako sú bloky motorov, odliatky strojových zariadení, čerpadlá...
Zváranie so zváracím invertorom MOST Ponte a zváracími elektródami ESAB
Elektródy na báze niklu a medi (Ni-Cu) sa používajú iba výnimočne v prípade, ak sa opracované miesto nemá farebne líšiť od liatiny. Zabezpečujú veľmi dobrú opracovateľnosť zvaru. NiCl poskytuje zvarový kov typu Monel. Používa sa na zváranie sivej, tvárnej aj temperovanej liatiny za studena alebo s miernym ohrevom.
Príprava a čistenie liatiny pred zváraním
Pred zváraním liatiny treba venovať náležitú pozornosť čisteniu. Keďže výrobky z liatiny sú často masívne kusy, ktoré sa denne používajú aj niekoľko rokov, nie je výnimočné značné zašpinenie aj od oleja. Je dobré vedieť, že aj po hrubom vyčistení môže byť prvý zvar zapórovaný. Aby sme odstránili prebytočnú vlhkosť zachytenú v póroch materiálu, môžeme zvárané miesto predohriať.
Liatinu ohrievame na vysokú teplotu. Každopádne použitím kvalitných elektród postačuje predohrev na nižšiu teplotu. Pokiaľ sa liatina zvára v zime, treba ju predohriať na minimálne 50 °C až 100 °C. Predhrievanie kovu pred zváraním je povinný postup pre materiály, ktoré sú citlivé na zmeny teploty alebo zložitejšie kusy. Zabráni sa tak deformácii materiálu.
Porovnanie liatinového poklopu pred a po zváraní obalovanou elektródou MMA
Brúsenie liatiny a povrchová úprava
Povrchovú úpravu si vyžadujú všetky druhy liatiny. Zvarenec brúsime po celej dĺžke, je vhodné spraviť si úkos, vznikne tak viac priestoru pre zvar a môže byť hlbší.
Brúsenie liatiny fíbrovým kotúčom 782C CUBITRON II 3M
Na povrchovú úpravu liatiny budeme špecializované kotúče hľadať ťažko. Použiť môžeme fíbrový kotúč 782C od 3M alebo brúsne kotúče rady Silver. Obe brusivá majú precízne tvarované keramické zrno, ktoré prinieslo revolúciu, aká zatiaľ nemá konkurenciu. Prinášajú niekoľkonásobne väčšiu brúsnu rýchlosť a dlhšiu životnosť v porovnaní s bežnými brúsivami. Pri jednorazových prácach teda oceníme väčšie pohodlie pri brúsení, pri dlhodobejšom používaní sú aj finančne výhodnejšie. Viac o týchto kotúčoch a porovnaní patentovaného keramického zrna 3M s iným kvalitným brusivom sa dočítate aj v našom blogu.
Na dôkladné dočistenie môžeme použiť kotúčovú kefu z vlnitého drôtu s počtom otáčok od 4500 za minútu. Tieto nástrojové kefy s trnom sú vhodné na odstránenie prachu, nečistôt, odhrotovanie aj leštenie.
Dočistenie liatiny kotúčovou kefou z vlnitého drôtu MOST
Predhrievanie a chladenie liatiny pri zváraní
Liate železo je oproti oceli krehkejšie. Má horšiu schopnosť sa ohýbať, rozťahovať a kuť. Taktiež je náchylné na teplotné rozdiely, ktoré môžu viesť k jeho prasknutiu. Pri zváraní vzniká vysoká, úzko lokalizovaná teplota, ktorá spôsobuje veľké teplotné gradienty. Z toho dôvodu sa vo všeobecnosti odporúča zváraný kus predhriať. Zohriatie vedie ku rovnomernejším zmenám v materiáli. Tomuto kroku sa v mnohých situáciách môžeme vyhnúť využitím niklových elektród.
Po zváraní je z rovnakých dôvodov vhodné pomalé chladnutie zváraného kusu. Tak ako pri zohrievaní, aj rýchle schladenie môže viesť k prasklinám zvarenca. Niektoré technologické postupy vyžadujú, aby sa pozváraný kus dal do temperovaných pecí s pomalým znižovaním teploty. U väčšiny aplikácií stačí nechať voľne kus vychladnúť, bez prudkého schladenia vodou alebo vzduchom.
Indukčný ohrev liatiny
Najčastejšie sa stretneme s tradičným ohrevom plameňom. V niektorých dielňach sa už využíva bezpečnejší a efektívnejší indukčný ohrev a nedá nám ho nespomenúť. Indukciu je možné použiť aj na liatinu, ale treba pri nej spozornieť. Práve výhody indukcie – úzko zameraný rýchly ohrev, sa pri liatine stáva rizikom prasknutia. Je dôležité dbať na pomalší ohrev a slabší výkon. Naopak veľmi výhodné môže byť využitie odporového ohrevu. Ten je nielen bezpečnejší, ale vďaka termočlánku nám prináša výhodu presne riadenej teploty ohrevu. Vďaka tomu vieme zabezpečiť riadené chladenie aj s teplotným profilom, a to aj mimo pecí.
Predohrev liatiny horákom na nahrievanie Castoline s kartušou
Postup pri zváraní liatiny
Pri zváraní liatiny platí jedna dôležitá zásada - neponáhľať sa. Vzhľadom na tekutosť roztavenej liatiny volíme polohy zhora. Po zafixovaní si zvolíme záchytné body a následne zvárame krátke úseky dlhé 3 – 5 cm, s tým, že sa začína na jednej strane, pokračuje na druhej a nakoniec spravíme zvar v strede. Ďalej pokračujeme na miestach medzi zvarmi a postupne zvary striedame a postupne vypĺňame po celej dĺžke. Týmto spôsobom opäť predchádzame veľkému zahrievaniu na jednom mieste a tým možným prasklinám. V prípade použitia klasických elektród je nutný predohrev (napr. pomocou nahrievacieho horáka Castoline). S elektródami na báze niklu je možné zvárať aj bez predohrevu, prípadne s predohrevom na nižšiu teplotu.
Ochranné pomôcky pri zváraní liatiny
-
Filtroventilačná polomaska
Polomaska úplne pokrýva ústa a oblasť nosa, spolu s filtračnou jednotkou spĺňa najvyšší štandard na ochranu dýchacích ciest TH3. To znamená, že sa odfiltruje 99,8% všetkých škodlivých častíc, ako sú aerosóly a pary. Výdychový ventil obsahuje silikónovú membránu. Masku odporúčame ako ochranu pri brúsení a ostatnej povrchovej úprave.
-
Ochranné okuliare
Rovnako užitočné pri brúsení a povrchových úpravách sú ochranné okuliare, ktoré chránia vaše oči pred prípadnými znečisteniami a zraneniami.
-
Nehorľavý pracovný odev
Pri brúsení aj pri samotnom zváraní je vždy na prvom mieste bezpečnosť. Tá sa týka nielen ochrany očí a dýchacích ciest, je nevyhnutné chrániť sa najlepšie podľa našich možností. Spoľahlivou ochranou pri brúsení aj zváraní je napríklad nehorľavá pracovná blúza obšitá nehorľavými vláknami.
Nehorľavý zváračský oblek MOST Quench
-
Zváračská kukla
Pri zváraní liatiny dbajte na výber kvalitnej zváračskej kukly. Sortiment kukiel je široký a vy si môžete zvoliť takú, ktorá najlepšie spĺňa vaše požiadavky. Automatický filter, reálne farby, moderná optická technológia, externé tlačidlo brúsenia a mnohé ďalšie parametre rozhodujú o kvalite, úrovni zvárania a vašej bezpečnosti. Pre najvyššiu ochranu vhodnú najmä pri dennom zváraní odporúčame zvoliť filtroventilačnú masku s odsávaním. Chráni nielen vaše oči, ale poskytuje aj najvyššiu ochranu dýchacích ciest.
Zváranie liatiny s ochrannými pomôckami MOST a filtroventilačnou polomaskou Optrel Swiss AIR
Je možné TIG zváranie liatiny?
Aj keď sa najčastejšie stretneme so zváraním liatiny obaľovanými elektródami - metódou MMA, vo svojej podstate je možné ju zvárať všetkými zváracími metódami – MMA, TIG aj MIG/MAG. Oproti metódam MIG a TIG, ktorých zváranie produkuje v mieste zvaru veľa tepla rýchlym tempom, má metóda MMA pomalší proces ohrievania. Opäť sa tak vyhýbame tepelnému stresu, ktorý môže poškodiť materiál.
Pri niektorých aplikáciách môže byť potrebné vyhnúť sa rozstreku z dôvodu funkčnosti zváraného dielu. V tom prípade sa MMA a MAG zváraniu radšej vyhneme. Radi vám na dopyt objednáme TIG drôty na zváranie liatiny, no tieto práce však odporúčame prenechať špecialistovi.
Použité zdroje:
Žilinská univerzita, Katedra materiálového inžinierstva - http://kmi2.uniza.sk/wp-content/uploads/2020/01/4_Liatiny-1.pdf
Janka U.
