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灰铸铁的焊接性及焊接工艺研究
安徽机电职业技术学院
毕业设计
灰铸铁的焊接性及焊接工艺研究
系别机械工程系
专业焊接技术及自动化
班级焊接3112班
姓名王委托
学号1203113048
2013~2014学年第一学期
第一章摘要
工业中应用最早的铸铁就是以片状石墨存在于金属基体中的灰铸铁。
由于其成本低廉,并具有铸造性、可加工性、耐磨性及减振性均优良的特点。
迄今是工业中应用最广泛的一种铸铁。
20世纪80年代初,铸铁材料发展进入了顶峰期,随后,世界的铸铁产量便出现急剧递减,然而铸铁仍是当今金属材料中应用最为广泛的基础材料。
灰铸铁在结晶过程中,约有w(C)为80%的碳以石墨的形式析出,这就给灰铸铁带来两方面的特点:
一方面,由于石墨强度较低,且以片状的形态存在,因此灰铸铁的强度不高,脆性较大。
另一方面,由于石墨的存在,灰铸铁具有良好的减震性、耐磨性、切削加工性和缺口敏感性。
由于共晶结晶过程中石墨化膨胀,还有减少缩松、缩孔的倾向。
同时,灰铸铁还有较高的抗压强度。
灰铸铁传统的化学成分中Si/C比较低。
提高Si/C比的作用是:
可使连续的初析奥氏体枝晶增加,这就像混凝土中的钢筋一样,对灰铸铁起到加固的作用,可扩大稳定系和介稳定系的温度差,增加过冷度△T,从而细化石墨,有效地扩大集体组织的利用率;还可降低灰铸铁的白口倾向,减小断面敏感性,提高弹性模量和形变抗力。
当然,Si/C比较高,会使铁素体增加,强度和硬度有所降低。
我国各种铸铁的年产量现约为800万吨,有各种铸造缺陷的铸件约占铸铁年产量的10%~15%,若这些铸件工报废,将是极大的浪费。
采用焊接方法修复这些有缺陷的铸铁件,由于焊接成本低,不仅可获得巨大的经济效益,而且有利于及时完成生产任务。
常用的焊既接方法中手工电弧焊应用最多。
但是铸铁件的焊补极易产生白口和裂缝,其中产生白口的主要原因是冷却速度过快和石墨元素不足;而产生裂缝的原因主要是焊接应力。
近年来,焊接已由一个单一的加工工艺发展成为有科学基础有广泛应用范围和前景的焊接工程和焊接产业。
焊接结构已有日新月异的发展,符合目前绿色制造和资源循环利用建设节约型社会的大潮流。
目前我国微电子及IT行业中的发展,高强有色金属、光钎、超导和复合材料及高分子材料的应用,都对焊接工艺、设备和材料提出了很多新的要求,因而得到了相应发展。
第二章灰铸铁的分类及其性能
一、铸铁分类
根据碳在铸铁中存在的形态,可将铸铁分为:
灰铸铁、白口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。
灰铸铁中的碳全部或大部以片状石墨形态存在,因其断口呈灰色而得名。
它具有一定的力学性能和良好的加工性能,是目前使用得最多的一种铸铁。
白口铸铁简称白口铁,其中碳除极少量溶于铁素体外,其余都以渗碳体(Fe3C)的形态存在,断口呈白亮色,故称“白口”。
这种铸铁的组织为渗碳体和共晶莱氏体,均属脆硬相,不能进行切削加工,故在机械工业中极少用来直接制造及其零部件,主要用作炼钢的原料或作为可锻铸铁件的毛坯。
球墨铸铁简称球铁,其中碳全部或大部以球状石墨的形态存在。
由于石墨呈球状分布,就大大降低了石墨割裂金属基体组织的作用,因此球墨铸铁具有较高的强度和一定的韧性,能通过热处理(如正火、淬火、退火等)显著改善其力学性能,可以用来制造力学性能要求较高的铸件,并可在一定范围内代替碳钢或合金钢来制造某些强度要求较高或形状较为复杂的铸件。
可锻铸铁是因其具有较高的韧性而得名,实际并不可锻。
其中碳大部分以团絮状石墨的形态存在,它是由一定成分的白口铸铁经长时间的石墨化退火而得到的。
因团絮状石墨对金属基体组织破坏作用小,故具有较高的强度和韧性,适于制造形状复杂、受冲击载荷的薄壁铸件。
我国上述各类逐渐的化学成分大致范围见表2-1。
由表2-1中对比可看出:
灰铸铁中硫、磷杂质含量最高,碳、硅含量适中,锰含量较高;球墨铸铁中硫、磷含量最低,有较高的碳硅含量和一定的含锰量,并且含有球化元素镁、稀土(RE)等;可锻铸铁中碳、硅、硫、磷等含量均低于灰铸铁。
在相同基体组织情况下,其中以球墨铸铁的力学性能(强度、塑性、韧性)为最高,可锻铸铁次之,蠕墨铸铁又次之,灰铸铁最差。
但由于灰铸铁成本低廉,并具有铸造性、可加工性、耐磨性及减震性均优良的特点,是工业中应用最广泛的一种铸铁。
表2-1常用铸铁的化学成分
铸铁类别
化学成分ω(%)
C
Si
Mn
S
P
其它
灰铸铁
2.7~3.6
1.0~2.2
0.5~1.3
﹤0.15
﹤0.3
—
球墨铸铁
3.6~3.9
2.0~3.2
0.3~0.8
﹤0.03
﹤0.1
Mg残0.03~0.06
RE残0.02~0.05
可锻铸铁
2.4~2.7
1.4~1.8
0.5~0.7
﹤0.1
﹤0.2
Cr﹤0.06
二、灰铸铁的性能性能
灰铸铁中的碳以片状石墨的形态存在于球光体或铁素体中,或二者按不同比例混合的基体组织中,其断口呈灰色,因此而得名。
石墨的力学能力很低,使金属基本承受负荷的有效截面积减小,而且片状石墨使应力严重集中(影响很大的是石墨片的数量、长短、粗细),因而使灰铸铁的力学性能不高。
普通灰铸铁的金属基体是由珠光体与铁索体按不同比例组成,珠光体含量越高的灰铸铁,其抗拉强度也越高,其硬度也相应有所提高,常见灰铸铁的力学性能见表2-2。
表2-2灰铸铁牌号与力学性能
铸铁类型
牌号
σb/MPa
HBS
不小于
铁素体灰铸铁
HT100
100
≤175
铁素体-珠光体灰铸铁
HT150
150
150~200
珠光体铁素体
HT200
200
170~220
HT250
250
190~240
孕育铸铁
HT300
300
210~260
HT350
350
230~280
灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。
灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重,在石墨尖角处易造成应力集中,使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢,但抗压强度与钢相当,也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。
同时,基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响,铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大,强度和硬度最低,故应用较少;珠光体基体灰铸铁的石墨片细小,有较高的强度和硬度,主要用来制造较重要铸件;铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大,性能不如珠光体灰铸铁。
故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。
三、灰铸铁的用途
灰铸铁的使用性能与其化学成分和组织有密切的联系。
其主要有分为以下几种:
1.优良的铸造性能
由于灰铸铁的化学成分接近共晶点,所以铁水流动性好,可以铸造非常复杂的零件。
另外,由于石墨比容较大,使铸件凝固时的收缩量减少,可简化工艺,减轻铸件的应力并可得到致密的组织。
2.优良的耐磨性和消震性
石墨本身具有润滑作用,石墨掉落后的空洞能吸附和储存润滑油,使铸件有良好的耐磨性。
此外,由于铸件中带有硬度很高的磷共晶,又能使抗磨能力进一步提高,这对于制备活塞环、气缸套等受摩擦零件具有重要意义。
石墨可以阻止后动的传播,灰铸铁的消夸大能力是钢的10倍,常用来制作承受振动的机床底座。
3.较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能
灰铸铁中由于石墨的存在,相当于存在很多小的缺口时表面的缺陷、缺口等几乎没有敏感性,因此,表面的缺陷对铸铁的疲劳强度影响较小,但其疲劳强度比钢要低。
由于铸铁中的石墨可以起断屑作用和对刀具的润滑起减障作用,所以其可切削加工性能是优良的。
4.灰铸铁的机械性能
灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性及弹性模量都低于碳素钢,如表所示。
灰铸铁的抗压强度和硬度主要取决于基体组织。
灰铸铁的抗压强度一般比抗拉强度高出三四倍,这是灰铸铁的一种特性。
因此,与其把灰铸铁用作抗拉零件还不如做耐压零件更适合。
这就是广泛用作机床床身和支柱受耐压零件的原因。
灰铸铁的牌号所对应的特性及应用条件如下表表2-3所示:
表2-3灰铸铁的牌号所对应的特性及应用条件
牌号
特性
工作条件
应用举例
HT100
1.减振性优良
2.铸造性能好
3.无需热实效
1.小载荷
2.不要求耐磨
形状简单,不需要零件,如手柄、手轮、盖、油盘、底板、支架等,不加工或简单加工
HT150
1.有一定强度
2.减振性良好
3.铸造性能好
4.铸造应力小,无需热实效
1.中等载荷
2.摩擦面的压力﹤490kPa
3.较弱腐蚀介质
1.一般机械零件,如支柱、轴承座容器等
2.发动机的进、排气管、机油壳等
3.较轻的薄壁零件,工作压力不大的管件
4.圆周速度6~12m/s的带轮
HT200
HT250
1.强度、耐磨性、耐热性良好
2.减振性良好
3.铸造性能较好
4.一般需热实效
1.较大载荷
2.摩擦压力/490kPa
3.要求韧性、抗胀性
4.要求较高气密性
5.较弱腐蚀介质
1.较重要机械零件,如气缸,衬套,齿轮,棘轮、链轮、飞轮,机床床身,泵壳,容器。
2.发动机缸体、缸盖、活塞、活塞环、齿轮、齿轮室盖等
3.汽车、拖拉机的离合器壳、左右半轴壳、刹车毂等
4.中压油缸、阀体、泵体等
5圆周速度12~15m/s的带轮
HT300
HT350
(HT400)
1.强度高,耐磨
2.铸造性能差。
3.白口倾向大,需热时效。
1.高拉力和高弯曲力
2.摩擦面压力>1960KPa,或需表面淬火
3.要求高气密性
1.重要机械零件,如齿轮、凸轮、衬套等
2.机床导轨,冲床、剪床、压力机、车床和重型机床的
床身、机座、主轴箱、卡盘等
3.大型发动机缸体、缸盖、缸套等
4.高压油缸、水缸、泵体、阀体等
5.圆周速度20~25m/s的带轮
第三章灰铸铁的焊接性及焊接工艺特点
一、铸铁焊接性分析
铸铁焊接中灰铸铁的焊接最为常见。
灰铸铁在化学成分上的特点是碳高及S、P杂质高,这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及冷热裂纹的敏感性。
在力学性能上的特点是强度低,塑性差。
焊接过程具有冷速快及焊件受热不均匀而形成焊接应力较大的特殊性。
这些因素导致焊接性不良。
主要问题两方面:
一方面是焊接接头易出现白口及淬硬组织,另一方面焊接接头易出现裂纹。
二、焊接接头的白口组织
灰铸铁焊接时,由于熔池体积小,存在时间短,加之铸铁内部的热传导作用,使得焊缝及近缝区的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度。
因此,在焊接接头的焊缝及半熔化区将会产生大量的渗碳体,形成白口铸铁组织。
ωc为3.0%、ωsi为2.5%的灰铸铁在电弧焊后其接头的组织变化情况如图3-1所示。
焊接接头中产生白口组织的区域主要是焊缝区、半熔化区和奥氏体区。
现在分别予以讨论。
1.焊缝区
该区域在加热过程中处于液相温度以上。
当焊缝成分与灰铸铁铸件(即同质焊缝)成分相同时,则在一般电弧焊情况下,由于焊缝冷却速度很大,形成的焊缝组织为共晶渗碳体加二次渗碳铁加珠光体,基本上为白口组织。
防止措施:
焊缝为铸铁:
一般采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度(如:
增大线能量)或调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。
铸铁中的元素按其对石墨化的影响程度排列如下:
异质焊缝:
若采用低碳钢焊条进行焊接,常用铸铁含碳为3%左右,就是采用较小焊接电流,母材在第一层焊缝中所占百分比也将为1/3~1/4,其焊缝平均含碳量将为0.7%~1.0%,属于高碳钢(C>0.6%)。
这种高碳钢焊缝在快冷却后将出现很多脆硬的马氏体。
采用异质金属材料焊接时,必须要设法防止或减弱母材过渡到焊缝中的碳产生高硬度组织的有害作用。
思路是:
改变C的存在状态,使焊缝不出现淬硬组织并具有一定的塑性,例如使焊缝分别成为奥氏体,铁素体及有色金属是一些有效的途径。
2.半熔化区
特点:
该区域很窄,温度处于液相线和固相线之间,其范围为1150~1250℃,是固相奥氏体与部分液相并存的区域。
该区处于液固状态,一部分铸铁已熔化成为液体,其它未熔部分在高温作用下已转变为奥氏体。
(1)冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响
当按界稳定系转变时,在共晶温度区间(约1150℃)开始共晶转变,析出共晶渗碳体;因共晶区间很窄,转变很快完毕,得到莱氏体组织(即共晶渗碳体加奥氏体组织)。
随着温度继续降低,奥氏体会析出二次渗碳体,并在共析转变温度区间形成珠光体。
这样,在熔化区得到的基本组织是,共晶渗碳体加二次渗碳体加珠光体。
碳在铸铁中将全部以渗碳体的形式存在,为白口组织,若冷却速度更快时,奥氏体还会转变成为马氏体的可能性,其塑性将会更差。
其左侧为亚共晶白口铸铁,其中白色条状物为渗碳体,黑色点、条状物及较大的黑色物为奥氏体转变后形成的珠光体。
右侧为奥氏体快冷转变成的竹叶状高碳马氏体,白色为残余奥氏体。
还可看到一些未熔化的片状石墨。
当半熔化区的液态金属以很慢的冷却速度冷却时,其共晶转变按稳定相图转变。
最后其室温组织由石墨+铁素体组织组成。
当该区液态铸铁的冷却速度介于以上两种冷却速度之间时,随着冷却速度由快到慢,或为麻口铸铁,或为珠光体铸铁,或为珠光体加铁素体铸铁。
影响半熔化区冷却速度的因素有:
焊接方法、预热温度、焊接热输入、铸件厚度等因素。
(2)化学成分对半熔化区白口铸铁的影响
半熔化区与焊缝紧密相连,焊缝的化学成分对其白口层宽度也有一定的影响。
高温时,半熔化区与焊接熔池中的原子之间相互都能进行一定程度的扩散。
焊缝中含有促进石墨化元素较多时,相互间原子的扩散,将有利于减少或消除半熔化区白口层;反之,当焊缝中含有促进石墨化元素较少(或阻碍石墨化元素较多)时,由于扩散将会加剧半熔化区中白口组织的形成,使半熔化区的白口层增宽。
3.奥氏体区
该区是固态区域,其温度范围约为800~1100℃。
当温度下降时,若冷却速度较大,奥氏体中会析出渗碳奥氏体,共析转变时奥氏体转变为珠光体组织。
若焊前铸铁的原始组织为片状石墨加珠光体加铁素体,因加热温度超过共析转变温度,珠光体加铁素体就会转变成奥氏体,并且随着温度的升高,石墨中也会有一部分碳溶入奥氏体。
在冷却速度较大时,该区域焊后的组织是片状石墨加二次渗碳体加珠光体组织。
因此,焊后是一种不完全石墨化的组织形态。
在奥氏体区中,因其距焊缝的位置不同,各点的焊接热循环也不相同,故各点奥氏体中碳的含量也是不一样的;距半熔化区近的奥氏体碳的含量就高,而离半熔化区稍远的奥氏体中碳的含量低,所有其组织也是很不均匀。
当冷却速度更快时,在该区域还可能出现马氏体淬硬组织。
该区焊后将比母材的硬度有一定的提高。
熔焊时,采用适当工艺使该区焊接冷却速度减慢,延长半熔化区处于红热状态的时间,有利于石墨的充分析出,故可实现半熔化区的石墨化过程。
通常采用的措施是焊前预热和焊后保温缓冷。
为了确保接头(尤其是半熔化区)充分石墨化,焊接时预热的温度都比较高,一般为400~700℃,同时还要保温缓冷,方可完全避免白口组织的产生。
4.重结晶区
部分重结晶区很窄,加热温度范围约为780~820℃,从铁-碳二元相图来看,该区处于奥氏体与铁素体双相区。
在电弧焊条件下,母材中的珠光体加热时转变为奥氏体,铁素体晶粒长大。
冷却过程中,再次发生固态相变,奥氏体又转变回珠光体类型组织,快冷时会出现马氏体,最终得到马氏体+铁素体混合组织。
三、灰铸铁的焊接工艺性
铸铁的化学成分特点是碳、硅含量高,硫、磷杂质含量高,灰铸铁力学性能特点是强度低,塑性差。
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,铸铁的成分和性能特点使得铸铁的焊接性较差,表现在焊接接头容易出现白口及淬硬组织、容易产生裂纹。
所以,在铸造过程中也极容易出现缺陷,补焊是铸铁业时常要做的工作。
由于灰铸铁的化学成份和物理性质的特殊性,在实施补焊时也就不同于一般钢材的焊接工艺。
本文从分析灰铸铁化学成份和物理性质入手,进而介绍灰铸铁常用的补焊方法和补焊缺陷的预防。
目前国内生产的灰铸铁牌号有HT100、HT150、HT200、HT260、HT300、HT350及HT400。
灰铸铁的焊接性能较差,如果焊接材料和工艺措施选用不当,会在焊缝和热影响区产生白口、淬硬组织和裂纹三种种严重缺陷,影响补焊的质量。
对于灰铸铁的补焊有电弧热焊、半热焊和冷焊三种工艺。
第四章灰铸铁的常用焊接方法
一、同质焊缝(铸铁型)的熔焊工艺与焊接材料
同质焊缝就是铸铁型焊缝。
它的焊条电弧焊工艺可分为热焊(包括半热焊)和冷焊(又称不予热焊)两种。
二、电弧热焊与半热焊
铸铁焊接时,白口组织和冷裂纹的产生,主要由于熔池体积小而使冷却速度过大造成的。
针对这一问题,人们在铸铁焊接时就最先应用了热焊工艺,以达到减小铸件温差,降低冷却速度的目的。
预热温度到600℃~700℃称为热焊,预热温度300℃~400℃称为半热焊。
1.热焊及半热焊焊条
电弧热焊及半热焊的焊条均有两种类型,一种为铸铁芯石墨化铸铁焊条(Z248);另一种为钢芯石墨化铸铁焊条(Z208)。
为了使填充金属为铸铁成分,以保证焊缝充分石墨化,同时补充烧损,这类焊条的碳硅总量一般高于母材,w(C+Si)=6%~8%,其中w(C)=3%~3.8%,w(Si)=3%~3.8%。
“Z208”主要用于补焊厚大铸件的缺陷,这类焊条所用焊芯为6~12mm铸铁棒,外涂石墨化药皮,这种焊条多由使用单位自制,专业焊条厂很少生产。
铸铁芯焊条直径大,可配合使用大焊接电流,以加快焊接速度,缩短工人从事热焊的时间,有利于降低焊工的劳动强度。
由于铸铁芯焊条制造工艺较钢芯焊条复杂,故成本高于“Z208”。
“Z208”焊条采用低碳钢焊芯,外涂强石墨化药皮,焊缝为铸铁型。
由于焊条药皮加入了较多的强促进石墨化的物质,如硅铁,石墨,铝粉等,虽焊芯为低碳钢,在热焊及半热焊条件下仍可保证获得成分与组织为灰铸铁的焊缝。
这类焊条原材料来源丰富,生产制造方便,成本也较低,一般专业焊条厂均可生产。
2.热焊工艺
电弧热焊时,一般将铸件整体或补焊区局部预热到600~700℃,然后再进行焊接,焊后保温缓冷。
热焊预热温度一般在700℃以下,不超过铸铁的共析转变温度。
因为,超过共析转变温度时,焊后会引起铸铁的基体组织变化,珠光体基体中的渗碳体会在共析转变时分解并形成石墨,使铸件的硬度和耐磨性降;而且在石墨析出时,还伴随着体积长大,使铸件的变形增加。
再者,铸铁在600~700℃预热温度下焊接,不仅有效地减小的接头的温差,而且铸铁由常温时完全无塑性变为有一定的塑性(其伸长率δ=2%~3%),加之焊后缓慢冷却,使接头的应力状态大为改善,从而有效地防止了冷裂纹的产生。
由于热焊预热温度高及缓慢冷却,焊接接头石墨化充分,故也能完全防止白口及淬硬组织产生。
热焊工艺具体如下:
(1)预热对结构复杂的铸件,由于补焊区刚性大,焊缝无自由膨胀收缩的余地,故宜采用整体预热;而结构简单的铸件,补焊处刚性小,焊缝有一定膨胀收缩的余地,例如铸件边缘的缺陷及小块断裂,则可采用局部预热。
整体预热的方法一般是将铸件整体用地炉或砖砌明炉加热,局部预热可用气焊或煤气火焰加热。
大型工厂中铸件补焊批量大时,常装备有专门进行预热的连续式煤气加热炉。
铸件补焊前,进行装有传送带的煤气加热炉,依次经过低温,中温及高温加热,使焊件升温缓慢而均匀,然后出炉补焊。
补焊后再把焊件送入另一传送带,反过来由高温区到低温区出炉,以消除补焊后的残余应力。
(2)焊前清理在进行电弧热焊之前,首先应对铸件的待焊部位进行清理,并制好坡口。
铸件缺陷处如有油污,一般可用氧乙炔火焰加热除净,然后根据缺陷的情况,可采用手砂轮、扁铲、风铲等工具进行加工(铲、磨)。
制作坡口时应铲(磨)到无缺陷后再开坡口,开出的坡口应是底部圆滑,上口稍大,以便于操作和保证焊接质量。
(3)造型对于边角部位及穿透缺陷,焊前为防止熔化金属流失,保证原定的焊缝成形,还应在待焊部位造型,其形状尺寸如图4-1所示。
造型材料可用型砂加水玻璃或黄泥。
内壁最好放置高温的石墨片,以防止造型材料受热溶化或下塌,并应在焊前进行烘干。
图4-1热焊补焊区造型示意图
a)中间缺陷焊补b)边角缺陷焊补
(4)焊接焊接时,为保持预热温度,缩短高温工作时间,要求在最短的时间内焊完,故宜采用大电流,长弧,连续焊。
焊接电流I的确定,可根据经验公式:
I=(40~60)d。
式中d表示焊条直径。
因铸铁焊条药皮中含又较多的高熔点难熔物质石墨,采用适当的长弧焊。
将有利于药皮的熔化以及石墨向焊缝中过渡。
(5)焊后缓冷焊后要采取缓冷措施,常用保温材料覆盖(如石棉灰等),最好随炉冷却,电弧热焊适用于中厚(﹥10㎜以上)铸件的大缺陷补焊。
对于8㎜以下的薄壁铸件补焊理时,因容易烧穿,故不宜使用。
采用电弧热焊工艺,焊缝为铸铁型,力学性能基本于母材相同,颜色与母材一样,具有良好的切削加工性,焊后残佘应用力小,接头质量高。
但是,由于铸件的预热的温度高,使操作者的工作条件恶化;同时加热消耗燃料多,会使补焊成本增高;另外,焊接工艺复杂化,增加了生产周期,使生产效率降低。
因此,电弧热焊工艺的应用和发展都受到了较大的限制。
3.半热焊工艺
为了降低预热温度,改善劳动条件,人们在实践中发现,适当的提高焊缝的石墨化能力,采用300~400℃的整体或局部的预热,用于钢度较小的铸件焊接,也以收到较好的效果。
由于预热温度有一定程度的降低,与前述热焊相比,可以使劳动条件有所改善,并可降低补焊成本,当预热温度在400℃左右时,铸铁的弹性变形能力略有增加,故在铸件补焊处应较小时,往往采用这种半热焊工艺。
半热焊预热温度较低,铸件在焊接时的温度差要比热焊条件不大,故焊接区冷焊速度将加快。
因此,为了防止产生白口组织和裂纹,保证焊缝石墨化,焊缝中的石墨化元素含量一般时应高于热焊时的含量,其碳、硅总量为W(C+Si)=6.5%~8.3%,其中W(C)=3.5%~4.5%,W(Si)=3%~3.8%。
一般情况下可采用“Z208”或“Z248”铸铁焊条。
半热焊工艺过程基本与热焊时相同,即大电流、长弧、连续焊,焊后保温缓冷。
由于半热焊预热温度比热焊低,在加热时铸件的塑性变形不明显,因而在补焊区刚性较大时,不易产生变形,内应力增大而导致接头产生裂纹等缺陷。
因此,电弧半热焊只能用于焊补区刚度较小或铸件形状简单的情况下。
三、焊缝为铸铁型的电弧冷焊
电弧冷焊的特点是焊前对被补焊的焊件不预热。
所以电弧冷焊有很多优点,焊工劳动条件好,补焊成本低,补焊过程短,补焊效率高。
对于预热很困难的大型铸件或不能预热的以加工面等情况更适于采用冷焊。
所以冷焊是一个发展方向。
1.铸铁型焊条电弧冷焊的工艺要点
在冷焊条件下,为了防止焊接接头上出现白口及淬硬组织,还应从减慢焊接接头的冷却速度着手。
为此应采用大直径焊条,大电流连续焊工艺。
同质焊缝时若采用小电流断续焊工艺,由于冷却速度快,焊缝易出现白口组织,焊缝易裂,且无法加工。
但当补焊缺陷面积小时,因熔池体积过小,冷却快,焊接接头仍易出现白口组织。
如果情况允许,可把缺陷面积适当扩大,则可消除白口组织。
焊接时,要采用大直径焊条,使用直流反接电源(也可试用交流电源),进行大电流、长弧、连续施焊。
其焊接电流的选择可参照表4-1.电弧长度约8~10㎜,由中心向边缘连续焊接。
当坡口焊满后不要停弧,用电弧沿熔池边缘靠近砂型移动(图4-2a),使焊缝堆高。
由于电弧热通过上层焊缝传入半熔化区,使其在红热状态延续一段时间,不仅减慢冷却速度,有利于石墨充分析出;并且延长了焊缝上部半熔化区的存在时间,有利于焊缝中碳的扩散,使白口组织减小或消除。
此外,同质焊缝冷焊时,一般焊缝的高度要超出工件表面5~8mm,其焊后焊面形状如图4-2b所示。
焊后电弧应立即覆盖熔池,以保温缓慢冷却。
表4-1铸铁型焊条冷焊电流选择
焊条直径
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