灰口鑄鐵冷焊工藝

一、調(diào)查分析

鑄鐵是含碳量大于2％的鐵碳合金，工業(yè)用的鑄鐵除含鐵和碳之外，還含有一定量的硅、錳元素以及硫磷雜質(zhì)。為了改善鑄鐵的某些性能時(shí)常有目的地加入某些合金元素。

通常按碳在鑄鐵中存在的狀態(tài)及形式的不同，一般將鑄鐵分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵五類。其中，灰口鑄鐵制造成本低，鑄造性能好，減震性和耐磨性良好，切削加工性能優(yōu)良，所以灰口鑄鐵應(yīng)用非常廣泛。但是在應(yīng)用過(guò)程中由于種種原因，產(chǎn)品會(huì)受到損壞并出現(xiàn)裂紋等缺陷，使其報(bào)廢，若能及時(shí)用焊接方法修復(fù)，不僅有利于生產(chǎn)，而且可以節(jié)約大量資金。因此，灰口鑄鐵的補(bǔ)焊工藝在日常生產(chǎn)中將會(huì)得到廣泛使用。

二、狀況分析

1、鑄鐵的組織性能分析

灰口鑄鐵的組織相當(dāng)于在鋼的基體上分布片狀石墨夾雜，由于石墨的強(qiáng)度較低，這就相當(dāng)于在鋼的基體中有許多孔洞和裂紋，破壞了基體的連續(xù)性，并且在外力的作用下，裂紋尖端處容易引起應(yīng)力集中而產(chǎn)生破壞。因此，灰口鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度都很低，塑性和沖擊韌性幾乎為零，當(dāng)基體組織相同時(shí)，其石墨越多，片越粗大，分布越不均勻，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和塑性越低。由于片狀石墨對(duì)灰口鑄鐵有著決定性影響，即使基體組織從珠光體改變?yōu)殍F素體，也只會(huì)降低強(qiáng)度而不會(huì)增加塑性和韌性，因此，在日常生產(chǎn)中，應(yīng)用最廣泛的灰口鑄鐵為珠光體鑄鐵。在下面的補(bǔ)焊工藝介紹中，主要針對(duì)珠光體灰口鑄鐵進(jìn)行介紹。

2、灰口鑄鐵冷焊工藝特點(diǎn)和存在的問(wèn)題

灰口鑄鐵冷焊的特點(diǎn)是焊前對(duì)需焊補(bǔ)的工件不預(yù)熱，焊工勞動(dòng)條件好，焊補(bǔ)成本低，焊補(bǔ)過(guò)程短，焊補(bǔ)效率高。所以電弧冷焊鑄鐵是一個(gè)發(fā)展方向，但它也存在許多局限性，如焊縫強(qiáng)度低，塑性差，焊補(bǔ)剛性較大時(shí)易出現(xiàn)裂紋。此外，由于冷卻速度快，焊縫很容易出現(xiàn)白口現(xiàn)象和大面積的淬硬組織。

灰口鑄鐵補(bǔ)焊存在兩方面問(wèn)題：一方面，焊接易出現(xiàn)白口及淬硬組織、塑性極差且難以進(jìn)行機(jī)加工；另一方面，焊接接頭易出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致補(bǔ)焊失敗甚至工件的報(bào)廢。灰口鑄鐵的化學(xué)成分和力學(xué)性能決定其焊接性很差。因此，一般灰口鑄鐵的焊接加工僅用于鑄鐵缺陷焊補(bǔ)和損壞鑄件的修復(fù)。

3、選材及原因

為解決以上問(wèn)題，通過(guò)實(shí)踐和分析證明鎳基焊條能使焊縫不出現(xiàn)淬硬組織且使焊縫有較高的塑性和韌性。鎳是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，當(dāng)Fe-Ni合金中含鎳量超過(guò)30%時(shí)，合金凝固后一直到室溫都保持硬度較高的奧氏體組織，不發(fā)生相變，所以鎳基焊條形成的焊縫有一定的塑性和強(qiáng)度,且硬度較低。同時(shí)，鎳為促使石墨化元素,其擴(kuò)散能力很強(qiáng)，對(duì)減弱半熔化區(qū)白口的寬度很有利。有人系統(tǒng)研究了焊條不同含鎳量對(duì)白口區(qū)寬度的影響，其結(jié)果是當(dāng)焊縫含鎳量為50%時(shí)，可減低到0.1mm，當(dāng)焊縫含鎳量為98%時(shí)，可減低到0.05mm，而且白口呈斷續(xù)狀，故采用鎳基焊條可減弱白口現(xiàn)象，提高焊縫強(qiáng)度和塑性，改善焊縫接頭加工性，所以在冷焊灰口鑄鐵時(shí)盡量采用鎳基鑄鐵焊條，如鎳基182焊條其焊縫具有較高力學(xué)性能。

三、對(duì)策及方法

1、過(guò)渡搭橋法

此種焊接方法就是在母材兩側(cè)先焊過(guò)渡層，再焊中間填充焊縫。它主要適用于大厚件的焊補(bǔ)工作,若填充量過(guò)大，中間可用J507焊條適當(dāng)代替，這樣可減少焊縫中氧、硫、磷和碳的含量，既保證了焊縫的強(qiáng)度又降低了焊材成本，防止裂紋發(fā)生。若坡口角度較小時(shí),可全用鎳基182直接焊接完成。

2、生根補(bǔ)焊法

此種補(bǔ)焊方法主要用于工件相對(duì)較薄，焊縫填充量不大的工件。焊條最好全部用鎳基182焊條，焊接時(shí)應(yīng)由里到外逐層焊接，也就是先將坡口內(nèi)焊滿，再焊兩側(cè)圓孔，最后焊兩孔之間焊縫。

3、栽樁補(bǔ)焊法

此種方法補(bǔ)焊主要用于應(yīng)力相對(duì)集中或裂紋無(wú)法清理干凈的焊縫。栽樁可用碳鋼來(lái)承擔(dān)，焊接時(shí)可先繞栽樁焊接,然后再焊栽樁之間，這樣既可提高焊接效率，又可節(jié)省焊條，焊栽樁時(shí)可用J507焊條。

4、鉚接補(bǔ)焊法

此種焊接方法主要用于工作應(yīng)力較大，工件相對(duì)較厚的焊縫，如大型機(jī)器的底座等工件。鉚釘可用碳鋼承擔(dān)，焊鉚釘時(shí)可用J507焊條焊接，主焊縫仍舊用鎳基182焊條。焊接時(shí)先將坡口內(nèi)焊滿，最后焊鉚釘，使鉚釘和坡口內(nèi)焊縫形成一個(gè)整體焊縫。

四、 工藝要求

1、做好焊前準(zhǔn)備工作

首先要清理工件及缺陷上的油污和其它雜質(zhì)，確定裂紋的長(zhǎng)度和深度,必要時(shí)要用堿水、汽油或火焰清理污物,確保坡口內(nèi)無(wú)雜質(zhì)，從而降低焊縫內(nèi)的含磷硫量，減少開裂傾向。為防止焊接過(guò)程裂紋擴(kuò)展，應(yīng)在裂紋端部3-5mm處鉆止裂孔(∮5-∮8)，開坡口的原則為盡量減少坡口角度及母材的熔化量，以降低焊接應(yīng)力及焊縫中碳、硫量,防止裂紋發(fā)生。

2、采用小電流小規(guī)范焊接

在保證電弧穩(wěn)定及焊透的情況下，應(yīng)采用合適的最小電流焊接，電流小使得溶深也較小，鑄鐵中的碳、硫、磷等有害雜質(zhì)可少進(jìn)入焊縫，有利于提高焊縫質(zhì)量。同時(shí)，隨著電流減小，在焊接速度不變的情況下，減小了焊縫線能量,不僅減少了焊接應(yīng)力，使焊接接頭出現(xiàn)裂紋的傾向減小，而且也減小了整個(gè)熱影響區(qū)寬度，其中也包括減小了最易形成白口的半熔化區(qū)的寬度，使白口層變薄，所以最好采用小直徑焊條，提高焊接速度且不做橫向擺渡。

3、采用分段分層斷續(xù)分散焊接

焊縫越長(zhǎng)，焊縫所承受的拉應(yīng)力越大，故采用短焊縫有利于減低焊縫應(yīng)力狀態(tài)，減弱焊縫發(fā)生裂紋的可能性，一般每次焊縫長(zhǎng)度為30-50mm。為了降低焊補(bǔ)處的溫度，減少應(yīng)力，宜待工件冷卻至不燙手時(shí)(50～60℃)再焊下一道焊縫。此外，也可用分散焊法。相對(duì)于較厚的焊件時(shí)，采用多層焊接可以有效地提高焊縫金屬的性能，這主要是由于后一層對(duì)前一層焊縫具有附加熱處理的作用，從而改善了焊縫固態(tài)相變的組織。

4、錘擊焊縫表面

錘擊焊縫表面既能改善后層焊縫的結(jié)晶組織，也能改善前層焊縫的固態(tài)相變組織。因?yàn)殄N擊焊縫可使前一層焊縫(或坡口表面)不同程度的晶粒破碎，使后層焊縫在凝固時(shí)晶粒細(xì)化,這樣逐層錘擊焊道就可以改善整個(gè)焊縫的組織性能。此外，錘擊焊道也產(chǎn)生塑性變形而降低殘余應(yīng)力，從而提高焊縫的韌性和疲勞性能。所以錘擊是改善焊道組織和性能最簡(jiǎn)單有效的方法。

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