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铸铁焊接结构应用及焊接性分析
第一章 概述
铸铁是常用的金属材料,它具有良好的铸造性、耐磨性、切削加工性、吸振性等,所以在机械制造业及其他工业部门中被广泛的应用。
但由于铸铁本身性能和显微组织的特点,很少被用作焊接结构件,然而,在铸铁件使用过程中或铸造过程中,由于种种原因,铸件经常会出现各种缺陷,例如断裂、裂纹、缩孔、未浇满以及在切削加工过程中产生的其他缺陷等。
因此经常会遇到用焊接方法修复铸件的问题。
但铸铁补焊或焊接会形成焊接过程中的激热骤冷,冶金过程的急变,会引起很多焊接问题,对于铸铁的补焊或焊接是一项急待解决的问题。
铸铁的种类很多,用的最广泛的是灰铸铁和球墨铸铁。
为了能顺利地进行各类铸铁件的焊补,必须对各类铸铁的性能、特点有充分的了解。
(详见表1.1铸铁的分类)
表1.1铸铁的分类
铸铁
按碳的析出状态和断口颜色分
灰铸铁
白口铸铁
马口铸铁
按化学成分分
普通铸铁——灰铸铁、可锻铸铁、激冷铸铁、球墨铸铁等
合金铸铁——耐磨铸铁、耐热铸铁、腐蚀铸铁等
按生产方法和组织性能分
灰铸铁
普通灰铸铁
孕育灰铸铁
可锻铸铁——黑色可锻铸铁、珠光体可锻铸铁、白心可锻铸铁
球墨铸铁
蠕墨铸铁
特种性能铸铁
耐磨铸铁——白口铸铁、冷硬铸铁、中锰球墨铸铁等
耐热铸铁——硅系耐热铸铁、铝系耐热铸铁、铝硅系耐热铸铁、铬系耐热铸铁
耐蚀铸铁——高硅耐蚀铸铁、铝耐蚀铸铁、铝硅耐蚀铸铁、铬系耐蚀铸铁
铸铁属于焊接性不良的金属材料,这主要是由于铸铁本身的特殊性决定的。
此外,铸件原来的工作条件、结构的复杂程度及对焊缝及近缝区性能的不同要求,更使铸铁补焊问题复杂化。
例如有的要求焊后能进行切削加工,有的没有此要求;有的要求补焊处颜色和母材相同;有的要求有足够的强度,有的对强度要求不高。
由此可见,铸铁的焊接,不可能以一种方法或一种措施来解决问题。
应对具体情况作具体分析,综合考虑采用焊接方法和相应的措施。
铸铁的特殊性能决定铸铁的焊接方法是多种多样的,在实际的工业生产中应用的铸铁焊接方法有焊条电弧焊、CO2气体保护焊、药芯焊丝电弧焊、气焊、手工电渣焊、火焰钎焊及火焰粉末喷熔(焊)等。
应用最广泛的焊接方法是焊条电弧焊,CO2气体保护焊和药芯焊丝电弧焊应用范围正在逐步扩大。
本书着重介绍焊条电弧焊和CO2气体保护焊。
铸铁焊接在工程中的应用越来越广,本书选取了铸铁焊接在工程应用中的实例来做详细的说明。
第二章常用铸铁的种类、性能和用途
从化学成分角度看,铸铁实际上是含碳(质量分数)为1.7%~4.0%的铁-碳-硅三元合金。
此外,还含有少量锰、硫、磷等杂质元素。
某些有特殊性能要求的铸铁,还加入镍、铬、铝、铜等合金元素。
铸铁的力学性能虽然与其化学成分有关,更大程度上与其显微组织有关。
然而,铸铁的显微组织又受其化学成分及熔铸条件、高温时冷却速度等因素的影响而变化。
碳是铸铁中的主要元素,除少量溶解于金属基体中而形成铁素体或珠光体外,大部分是以自由状态的石墨或碳化铁(渗碳体)这种化合物状态存在于金属基体中。
石墨的强度很低,碳化铁则是硬而脆的物质。
因此,铸铁组织中石墨的数量、形态、分布情况对其力学性能有很大的影响。
根据碳在铸铁中的存在情况,可将铸铁分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁以及可锻铸铁等数种。
某些有特殊性能要求的铸铁,基本上是在上述铸铁的基础上变化的。
表2.1列出了这些铸铁的名称、代号及国家标准号。
表2.1铸铁的名称、代号及牌号表示方法(GB/T5612-1985)
名称
代号
牌号表示方法示例
标准号
灰铸铁
HT
HT100
GB/T9439-1988
球墨铸铁
RuT
RuT400
JB/T4403-1999
球墨铸铁
QT
QT400-17
GB/T1348-1988
黑心可锻铸铁
白心可锻铸铁
珠光体可锻铸铁
KTH
KTB
KTZ
KTH300-06
KTB350-04
KTZ450-06
GB/T9440-1988
耐磨铸铁
MT
MTCu1PTi-150
MT-4
MTPCuTi25
GB/T3180-1982
JB/ZQ4304-1986
JB/GQ0033-1980
抗磨白口铸铁
抗磨球墨铸铁
KmTB
KmTQ
KmTBCr9Ni5
KmTQMn6
GB/T8263-1999
GB/T3180-1982
冷硬铸铁
LT
LTCrMoR
--
耐蚀铸铁
耐蚀球墨铸铁
ST
STQ
STSi15R
STQA15Si5
GB/T8491-1987
耐热铸铁
耐热球墨铸铁
RT
RTQ
RTCr2
RTQA16
GB/T9437-1988
奥氏体铸铁
AT
--
--
2.1白口铸铁
白口铸铁铸铁中碳以渗碳体形态存在,其断面为灰白色。
是一种良好的抗磨材料,在磨料磨损条件下工作。
白口铸铁包括普通白口铸铁、低合金白口铸铁、中合金白口铸铁、高合金白口铸铁。
普通白口铸铁中国早在春秋时代就制成了抗磨性能良好的白口铸铁,用作一些抗磨零件。
这种铸铁具有高碳低硅的特点,有较高的硬度,但很脆,适用于制造冲击载荷小的零件,一般用在犁铧、磨片、导板等方面。
生产中常采用热处理的方法来改善其性能,扩大它的应用范围。
碳对于普通白口铸铁的耐磨性能起最重要的作用,含碳量愈高,则形成的渗碳体愈多,构成大量的莱氏体,因而硬度愈高,耐磨性也就愈好。
但含碳量高,韧性则下降。
应根据零件的具体工作条件,来选择数量和分布。
通常白口铸铁的硬度与含碳量成直线关系,即HS=16.7C+13(HS-肖氏硬度;C-含碳量百分比)。
2.2灰铸铁
灰铸铁是因断面呈灰色而得名。
灰铸铁中的碳以片状石墨的形式存在于珠光体或铁素体或二者混合的基体中。
典型灰铸铁的金相组织由白色不规则块状的铁素体,渗碳体与铁素体层状分布的珠光体,端部尖锐、灰色长条的片状石墨组成,有时含有少量的磷共晶。
石墨片以不同数量和尺寸分布在基体中,对灰铸铁的力学性能产生很大影响。
石墨含量高且呈粗片状时灰铸铁抗拉强度低,石墨含量低呈细片状时,其抗拉强度高。
基体为纯铁素体时,灰铸铁抗拉强度和硬度低,以纯珠光体为基体的灰铸铁,抗拉强度和硬度均较高。
2.3球墨铸铁
用球化剂对液态铸铁浇铸前进行球化处理可以得到球墨铸铁,其石墨呈球状。
我国常用的球化剂为稀土镁合金。
细小圆整的石墨球对钢基体的割裂作用较小,在相同基体的情况下,其力学性能是所有铸铁中最高的。
由于经球化剂处理后的铁液结晶过冷倾向变大,具有较大的白口倾向,所以,还需要进行孕育处理,促进石墨化过程的进行,避免出现莱氏体组织。
在铸造条件下获得的球墨铸铁,基体通常为铁素体+珠光体混合组织,要获得纯铁素体球墨铸铁需经低温石墨化退火,使珠光体分解为铁素体和石墨。
如果铸态组织中还有共晶渗碳体,需经高温石墨化和低温石墨化二次退火才能获得铁素体球墨铸铁。
第三章铸铁的焊接性分析
铸铁的化学成分特点是碳、硅含量高,硫、磷杂质含量高。
由于焊接加工具有冷却速度快,焊件受热不均匀造成较大焊接应力等特殊性,导致铸铁的焊接性较差,表现在焊接接头容易出现白口及淬硬组织,容易产生裂纹。
3.1灰铸铁的焊接性
灰铸铁化学成分的特点是含碳量和S、P杂质均较高,这就决定了其对焊接过程中加热和冷却的敏感性,对焊接冷裂纹和热裂纹的倾向加剧。
灰铸铁的强度低、塑性差、焊接性不良,其主要问题是焊接接头中易形成白口铸铁与高碳马氏体组织,裂纹倾向高。
3.1.1白口化和高碳马氏体组织的形成
灰铸铁熔焊时,在焊缝金属和热影响区金属组织会产生如下不利的变化。
(1)焊缝区
当焊缝的化学成分与灰铸铁母材成分相同时,如采用电弧冷焊工艺焊接,则焊缝金属的冷却速度远大于铸件的冷却速度而形成白口铸铁组织,其硬度可达600HBW左右。
当采用低碳钢药皮焊条焊接铸铁时,即使采用较低的焊接电流,母材在焊缝中的混合比也将达到25%~30%,使焊缝中平均碳的质量分数提高0.75%~0.9%。
当焊缝冷却时,则形成高碳马氏体组织,其硬度可达500HBW左右。
这些高硬度组织不仅恶化了焊接接头的切削性,而且成为引发焊接裂纹的根源。
可以采取以下办法,防止灰铸铁焊接时焊缝组织的白口化和淬硬组织的形成。
其一是采用含足够的石墨化合金元素的焊接材料,采取适当的工艺措施,降低焊缝的冷却速度,使之形成硬度适中的灰铸铁资质;其二是采用异质焊接材料,使焊缝组织为奥氏体、铁素体或塑性较好的有色金属,使焊缝内不再形成淬硬组织,并且有一定的塑性。
(2)半熔化区
铸铁焊接接头的半熔化区温度范围为1150~1250℃,即处于液相线及共晶转变下限温度之间。
电弧焊时,此区出去半熔化状态,其中一部分铸铁已熔化成液体,另一部分铸铁,则通过石墨中碳的扩散而形成碳饱和的奥氏体。
由于电弧焊的加热速度非常快,有些石墨片中的碳未能向四周完全扩散而残留细小的石墨片。
在冷却过程中,此区冷却速度最快,液态铸铁在共晶转变温度区间转变成莱氏体,即共晶渗碳体加奥氏体,继续冷却时,从奥氏体析出二次渗碳体。
在共析转变温度区间,奥氏体转变为珠光体,形成白口铸铁。
紧靠半熔化区的原固态奥氏体则转变为马氏体。
防止该区白口化和马氏体形成的主要办法是采取必要的工艺措施,最大限度地降低接头的冷却速度。
另一种办法是采用石墨化元素较多的焊接材料,也有利于消除白口化。
(3)奥氏体区
此区的加热温度范围为820~1150℃,处于共晶转变下限温度和共析转变上限温度之间,其组织为奥氏体加石墨。
加热温度较高的部分,由于石墨中的碳向周围奥氏体扩散较多,奥氏体中碳含量较高,加热温度较低的部分,碳向周围奥氏体扩散较少,则奥氏体中含碳量较低。
接头冷却过程,如果冷却速度较慢,则从奥氏体中析出二次渗碳体,渗碳体的数量与奥氏体中的碳含量成直线关系。
奥氏体转变为托氏体或珠光体。
如冷却速度较快,则转变成高碳马氏体组织。
奥氏体含碳量越高,则马氏体的硬度越高。
如采取适当的工艺措施,将接头的冷却速度降低到足够低,可使奥氏体组织内直接析出石墨,避免二次渗碳体的析出,防止马氏体的形成。
(4)重结晶区
该区的加热温度范围在共析转变上、下限温度之间,即在780~820℃区间。
其原始组织将部分转变为奥氏体。
当接头缓慢冷却时,奥氏体转变为珠光体,快速冷却时,则可能转变为马氏体。
3.1.2焊接裂纹的产生
铸铁焊接接头中可能产生两种形式的裂纹——冷裂纹和热裂纹。
(1)冷裂纹
铸铁熔焊时,可能在焊缝及热影响区内产生冷裂纹。
当采用铸铁型焊接材料焊接时,由于焊接区加热不均匀,冷却过程中会产生相当大的收缩拉应力。
冷却到500℃以下温度时,由于铸铁强度低,塑性也相当低,如焊接应力超过这种状态下的铸铁抗拉强度,即在焊缝金属中产生冷裂纹。
当焊缝内存在白口铸铁时,更容易产生冷裂纹。
如焊缝金属的基体为灰铸铁,则石墨形态对焊缝的抗裂性有较大的影响,粗而长的片状石墨会引起应力集中,降低焊缝的抗裂性,石墨以细片状或球状存在时,则可提高抗裂性。
防止灰铸铁型焊缝最有效的办法是,将焊件进行整体预热到600~700℃,降低温度差,减弱焊接收缩应力。
也可采用加热减应力区法,降低焊接区的应力,防止裂纹的产生。
另一种办法是采用异质焊接材料焊接灰铸铁,使焊缝金属成为奥氏体、铁素体组织或铜基合金,由于这些材料的塑性较好,如采取合理的焊接工艺,则可避免焊缝金属内出现冷裂纹。
灰铸铁焊接接头热影响区的冷裂纹大多发生在马氏体组织较多的区域,但在某些焊接条件下,裂纹也可能发生在离融合线稍远,但加热温度高于600℃的热影响区内,特别是焊接薄壁铸件时,更容易产生这种热影响区冷裂纹。
防止这种裂纹的办法是,采取高温预热,可降低焊接收缩应力,避免焊接热影响区内马氏体的形成。
(2)热裂纹
当采用镍基合金焊接材料以及低碳钢药皮焊条焊接铸铁时,可能在焊缝金属内出现热裂纹。
采用镍基合金焊材焊接铸铁时,焊缝金属热裂纹形成原因,在于铸铁中较高含量的S和P混入高镍焊缝中,而形成Ni3S2硫化镍,Ni-Ni3S2共晶温度很低(644℃),镍与磷化合成Ni3P,Ni-Ni3P共晶温度也较低(880℃),这两种共晶体都促使焊缝金属的高温强度急剧下降,加之单相奥氏体焊缝晶粒粗大,低熔点共晶体易于在晶界富集,最终在焊接应力的作用下,导致焊缝金属产生热裂纹。
当采用普通低碳钢焊条焊接铸铁时,也会由于从铸铁基体中混入较多的C、S和P杂质而提高焊缝热裂纹的敏感性。
为消除镍基合金焊缝金属中的热裂纹,首先应调整焊缝金属化学成分,缩小其高温脆性温度区间,加入稀土元素,以增强焊缝金属的脱硫和脱磷冶金反应。
另外加入适量的细化晶粒的元素,有利于提高镍基焊缝金属的抗热裂性。
从焊接工艺上采取措施,采用直流正接极和较小的焊接电流,减少焊缝熔深,最大限度地降低母材的有害杂质混入焊缝金属。
3.2球墨铸铁的焊接性
球墨铸铁熔焊时所用的球化剂能增加其产生白口组织和淬硬组织的倾向,使焊缝及熔合区易出现裂纹。
其次球墨铸铁铸件多用于制造较重要的零件,常需经各种热处理工艺来提高或改善其力学性能,必然要求焊接接头的力学性能与母材相匹配,从而对球墨铸铁的焊接带来更高的要求。
因此,与灰铸铁相比,球墨铸铁的焊接性有如下特点:
(1)其白口化倾向比灰铸铁大,淬硬倾向也比灰铸铁严重。
尤其是同质焊缝及半熔化区更易形成白口,奥氏体区则更易出现马氏体组织。
(2)从要求焊接接头与母材等强的角度来看,由于球墨铸铁无论在强度、塑性与韧性上都比灰铸铁要高,要达到等强也远比灰铸铁困难。
3.3其他铸铁的焊接性
除了铸铁焊接的共性问题,如白口、淬硬组织、裂纹以外,不同类型的铸铁尚有其各自的焊接特点。
3.3.1蠕墨铸铁
蠕墨铸铁列入可焊铸铁范畴,其焊接性介于灰铸铁与球墨铸铁之间。
这是因为:
(1)蠕墨铸铁中作为稀土乳化剂的稀土含量低于球墨铸铁,故其白口倾向也低于球墨铸铁、但高于灰铸铁。
(2)蠕墨铸铁的力学性能低于球墨铸铁而高于灰铸铁,故焊接接头实现与母材等强的难度高于灰铸铁,但低于球墨铸铁。
3.3.2可锻铸铁
可锻铸铁中的C、Si含量低于灰铸铁,使用同质焊缝熔焊时,焊缝及半熔化区形成白口倾向更为严重,焊接性也更差,一般认为不具备同质焊缝的焊接性。
故可锻铸铁补焊多采用异质焊缝。
3.3.3白口铸铁
白口铸铁可分为普通白口铸铁和合金白口铸铁两类。
白口铸铁在各类铸铁中焊接性是最差的,这是由于其硬而脆的连续渗碳体基体所造成的,表现为“零”伸长率和仅2~3j/cm2的冲击韧度(10mm×10mm无缺口冲击试样)。
而其线收缩率则为灰铸铁的2倍(1.6%~2.3%),故在常规条件下补焊白口铸铁,裂纹往往难以避免。
而采用异质焊缝,则无法使焊缝达到与母材相同的硬度和耐磨性(为了防止裂纹,必然要使用塑性较高的焊材,由这些焊接材料焊成的异质焊缝,其硬度与耐磨性自然无法与白口铸铁相比拟)。
第四章铸铁焊接工艺和方法
4.1电弧冷焊法
冷焊因焊前不预热,焊接过程中也不加辅助热源,因此焊接工序简单,效率较高,故相对成本亦减低。
而且劳动条件较好,焊接时工件变形小。
但由于焊后焊缝金属及近缝区冷却速度较快,容易产生白口组织,影响焊后的机加工。
此外,冷焊焊补过程中由于受热不均匀,常在工件内造成较大的应力而导致产生焊接裂纹。
电弧冷焊一般采用异质焊条,如纯镍、镍铁、镍铜焊条以及低碳钢焊条等。
异质焊条电弧冷焊的工艺特点是:
采用合适的最小电流,较快焊速,短弧、短断焊(焊缝长度可为每段10~30mm),断续焊,分散焊,焊接处不烫手方能续焊下一段,每一段焊后即行锤击等以降低应力。
4.2电弧热焊法和半热焊法
热焊法是焊前将铸件整体或局部加热到600~700℃,焊接过程中保持这一温度,焊后采取缓冷措施的补焊方法。
热焊的优点是焊后焊接接头冷速缓慢,可避免出现白口及淬硬组织,保证接头有良好的切削加工性。
同时,预热可降低焊缝与母材的温差而减小接头处的热应力,防止产生焊接裂纹。
热焊多半采用铸铁型焊条,使焊缝的组织、硬度及颜色等与母材接近。
热焊法的缺点是劳动条件差,成本高,生产率低。
热焊法适用于厚壁、结构复杂、刚度较大易于出现裂纹的铸件。
热焊法可获得力学新能较好、能承受密封性及较大的载荷的焊缝。
半热焊的预热温度较低,一般为300~400℃,因此接头处冷速较热焊法快。
半热焊只有采用石墨化能力强的铸铁焊条才能获得灰口组织的焊缝。
半热焊法适用于刚度较小的铸件补焊。
4.3CO2气体保护焊法
铸铁补焊可采用细丝CO2气体保护焊,其特点是细丝熔化快,焊缝熔合比可控制的较小,能较方便地调整焊接工艺参数、控制热输入,有利于减小热应力和热影响区宽度。
焊接材料用直径为0.8~1mm的H08Mn2SiA,故焊缝金属是低碳钢组织。
焊接工艺参数常采用小焊接电流、快速焊和较大的气体流量,一般焊接电流不大于100A、电弧电压不大于20V,气体流量为8~10L/min。
可用于灰铸铁及球墨铸铁、可锻铸铁的补焊,但焊缝颜色与母材不同,半熔化区硬度仍偏高,不易进行切削加工。
4.4焊条电弧焊用铸铁焊条
铸铁补焊用焊条电弧焊焊条,按所焊得的焊缝金属可分为同质焊条和异质焊条两大类。
同质焊条所焊得的焊缝金属味铸铁型,异质焊条为非铸铁型。
按焊条的金属特点分,则有铜基焊缝焊条,镍基焊缝焊条、钢基焊缝焊条,铸铁焊缝焊条等。
一些常用铸铁补焊焊条的特点及适用范围简介如下:
1.Z100 低碳钢芯、氧化性药皮铸铁焊条。
药皮含有多量赤铁矿、大理石等强氧化性物质,故可通过氧化反应降低焊缝中的碳含量,但焊缝仍属高碳钢组织,熔化区附近白口带较宽,故焊缝仍易发生裂纹,切削加工性不良,适用于对致密性要求不高,焊后不进行切削加工的,受力较小的铸件缺陷补焊。
2.Z122Fe 低碳钢芯、钛钙型药皮铸铁焊条。
药皮中含有一定量的碳铁粉,在小输入焊接时,焊缝中碳的质量分数约0.48~0.56%。
属中碳钢组织,硬度较高,难以加工,但脱渣容易,焊缝成型较美观。
主要用于铸件非加工面缺陷补焊。
3.Z422 属结构钢焊条。
虽然是低碳钢焊芯,但焊接时由于母材的溶入,其焊缝为高碳钢组织,易出现马氏体等淬硬组织,熔合区附近硬而脆,故不能进行切削加工,在收缩应力作用下易出现裂纹。
冷焊时应采用小的焊接电流、短道焊,焊后立刻进行锤击等工艺措施。
主要用于承载不大、要求不高,不进行切削加工的铸件缺陷补焊。
4.Z116、Z117 低碳钢焊芯、低氢型药皮的高钒铸铁焊条。
钒的加入可提高焊缝强度、塑性及抗裂性。
单层焊缝硬度不高,但熔合区白口带仍较宽。
施焊前应将工件预热到300~450℃,可缓和白口倾向,焊缝具有一定的加工性。
适用于薄壁铸件非加工面缺陷的补焊。
5.Z208 低碳钢芯、石墨化型铸铁焊条。
药皮含有硅铁、石墨、铝粉,可向焊缝过度石墨化元素,使焊缝成为铸铁成分和组织。
一般要求焊前将工件预热至400℃左右。
施焊时应采用大电流,慢焊速,较长的焊接电弧,连续焊接,焊后缓冷。
6.Z238 低碳钢芯、石墨化型药皮,含有一定量的球化剂的球墨铸铁焊条。
焊接工艺不当时易出现白口组织。
施焊时要求将工件预热到500℃左右,焊后缓冷。
经适当热处理后接头处可进行切削加工。
7.Z248 是铸铁芯、石墨型药皮的铸铁焊条。
药皮具有较强的石墨化能力,采用合适的焊接工艺,不预热焊焊缝亦可进行切削加工。
对厚壁铸件缺陷的补焊,应选用大直径焊条,较大的焊接电流,其焊缝组织、性能可接近中等强度的铸铁母材,焊缝颜色也与母材接近。
是灰铸铁件补焊时常用的焊条。
8.Z258 铸铁芯、强石墨化药皮的球墨铸铁焊条,药皮中的镁或钇稀土球化剂具有较强的球化作用。
焊条直径粗的可达10mm,特别适用于球墨铸铁厚壁铸件缺陷的补焊。
9.Z268 纯镍焊丝、石墨化药皮的铸铁焊条。
药皮中含有多量的脱氧剂、孕育剂和适量的球化剂。
故焊缝区白口倾向较小,焊缝有一定的强度、塑性及抗裂性。
是一种通用性较强的焊条,可用于各类铸铁件缺陷的补焊。
厚件补焊时宜预热到200~350℃.
10.Z308 纯镍焊芯、强石墨化型铸铁焊条。
焊得的焊缝强度、塑性、抗裂性、可加工性均较好,熔合区附近白口层薄而断续分布。
焊接时应采用小焊接电流、短弧、分段焊接,并配以焊后立刻锤击焊缝以进一步消除应力。
可用于各类铸铁件的补焊。
一些壁薄、结构复杂,要求加工的重要铸件上的表面小缺陷补焊常采用此焊条,但其价格较贵。
11.Z408 镍铁合金焊芯、石墨化型药皮的铸铁焊条。
焊得的焊缝具有较高的强度和塑性。
线胀系数比纯镍焊条小,故焊接时收缩应力小,从而减小了裂纹倾向。
焊缝熔合区附近白口层薄且断续分布,加工性能也较好。
可用于灰铸铁、球墨铸铁、其他合金铸铁件缺陷的补焊。
12.Z508 镍铜合金焊芯、强石墨化型药皮的铸铁焊条。
镍的质量分数为70%,又称蒙乃尔焊条。
用这种焊条焊条焊成的焊缝金属具有一定的塑性,可加工性良好,熔合区附近白口层较薄且断续分布。
但焊缝收缩率较大,故在冷却过程中收缩应力也较大,其抗裂性能不及纯镍焊条。
且焊接接头强度不高,为78~167MPa,低于HT200灰铸铁。
故宜用于强度要求不高的灰铸铁加工面缺陷的补焊。
由于含镍量较高,故价格较贵。
13.Z607 是以纯铜为焊芯、低氢型药皮的铸铁焊条。
药皮中含有较多的低碳铁粉,焊缝组织是铜铁机械混合物。
铜的低强度及良好塑性,使焊缝具有较好的抗裂性,有利于降低焊接接头应力,故在补焊较大缺陷时也不容易产生剥离裂纹。
但焊缝强度较低,在冷速较快时出现马氏体、索氏体等淬硬组织,故焊缝加工性不良,颜色也与铸铁不同,由于优良的抗裂性,故适用于刚度较大的大部件非加工面缺陷的补焊。
第五章工程实例
5.1减速箱箱体裂纹的补焊(HT200,MAG-C)
(1)材料 HT200
(2)缺陷 裂纹长500mm
(3)焊接方法 CO2气体保护冷焊
(4)焊丝 Φ0.6~1.0mm,H08Mn2Si焊丝。
(5)工艺 用砂轮在裂纹处开V形坡口,采用多层多道分段焊,每层焊道厚度不大于3mm,每段长度约30mm,焊后锤击焊缝。
窄焊道,电弧不作摆动。
近缝区母材温度控制在60℃以下。
先焊坡口两侧面,然后再填满。
电弧电压18~20V,焊接电流60~90A;CO2气体压力0.2~0.3MPa;流量8~10L/min;焊丝伸出长度为8~10mm。
(6)结果分析 容和良好,补焊后运行正常。
5.2球墨铸铁气缸的焊条电弧焊
(1)工况 QT600-3球墨铸铁气缸重约2.5t,壁厚28mm,。
缺陷位于缸体与冷却水层之间的钢壁上,有砂眼、裂纹和缺肉,是在整个缸体加工基本完成时才发现的。
(2)补焊工艺
1)缺肉与砂眼的补焊 缺肉是用一块略小于缺肉的球板,开坡口后补焊上。
砂眼则用Z408堆焊一层封住。
焊后均未出现新的缺陷。
2)裂纹的补焊 考虑到对焊接材料有强度要求,以及焊后有加工要求而选择Z408焊条。
因工作压力不足0.15MPa,故可不焊透。
补焊分两步完成。
先用跳焊法堆焊裂纹边缘,每段长约40mm。
裂纹不能封死,以免被拉裂。
堆焊一段后即施锤击。
与此同时,将已开好坡口的两条<30mm的横向裂纹一次焊满。
第二步是在已堆焊的底层上将裂纹封口,先封住端部,在向裂纹另一侧堆焊,并回到同侧裂纹边缘收弧。
然后再从裂纹处起弧,焊向另一侧。
焊接采用Φ4mm焊条,130~150A焊接电流(电流大小应适中)。
(3)结果分析 补焊后无裂纹,水压试验合格,气缸工作正常。
参考文献
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2、陈裕川.现代焊接生产实用手册.机械工业出版社.2005(3):
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3、杜国华.实用工程材料焊接手册.机械工业出版社.2004(9):
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4、王大志.焊接技术与焊接工艺问答.机
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