同濟(jì)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)鑄鐵焊接工藝

1、鑄鐵焊接工藝要點(diǎn)資料整理人：邵政涵焊件類別焊縫類別主 要 特 點(diǎn)工 藝 措 施焊 條熱規(guī)范（）備注預(yù) 熱后 熱灰口鑄鐵鑄鐵灰口鑄鐵可焊性較差，由于熔池凝固快，焊縫及近縫區(qū)極易產(chǎn)生白口及脆性馬氏體組織?；铱阼T鐵強(qiáng)度低、塑性差，由于焊接的局部不均勻加熱、快速冷卻，容易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，導(dǎo)致焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。冷焊：通過(guò)藥皮和焊芯過(guò)渡合金元素，調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分，提高焊縫石墨化能力。如適當(dāng)提高C、Si含量，添加少量Ti、Re，可加強(qiáng)焊縫石墨化，細(xì)化石墨。熱焊、半熱焊：（1）預(yù)熱和焊后緩冷能有效地防止白口和淬硬組織的產(chǎn)生。（2）提高焊縫輸入熱，采用大直徑焊條、大電流、連續(xù)焊接，降低冷卻速度。

2、石墨型鋼芯鑄鐵焊條鑄208鑄鐵芯鑄鐵焊條鑄248600700600700，然后隔熱緩冷或整體加熱隨爐冷卻。預(yù)熱可降低冷卻速度，促進(jìn)石墨化，防止白口，還可減小應(yīng)力，防止裂紋非鑄鐵（1）降低母材在焊縫中的熔合化，抑制C、S、P有害雜質(zhì)融入焊縫，減小焊縫熱輸入，縮小熱影響區(qū)的寬度。盡量使熱量不集中，以降低焊接應(yīng)力。（2）采用小直徑焊條、小電流、快速焊接，采用短段焊、斷續(xù)焊、分散焊方法，焊后錘擊，以降低焊接應(yīng)力。（3）加焊退火焊道。鑄100鑄116鑄117鑄308鑄408鑄508鑄607鑄612結(jié)422結(jié)427結(jié)507冷焊冷焊球墨鑄鐵球墨鑄鐵由于球墨鑄鐵中石墨呈球狀，提高了機(jī)械性能和抗裂性，但由于以鎂

3、作球化劑，使其白口化和淬硬傾向明顯比灰口鑄鐵大，焊縫及近縫區(qū)更易產(chǎn)生白口和脆性馬氏體組織。球墨鑄鐵強(qiáng)度高，韌性好，因此對(duì)焊接接頭的機(jī)械性能要求也高。嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)及熱規(guī)范。球墨鑄鐵焊芯焊條，其中含：C3.03.6%Si2.03.6%Mg0.100.14%Mn0.40.8%S0.03P0.10600700層溫350700正火900920，2h+730750保溫2h石墨型鋼芯鑄鐵焊條鑄238500700石棉隔熱緩冷+正火900920，2h+730750保溫2h非球墨鑄鐵鑄408鑄116鑄117200冷焊灰口鑄鐵的補(bǔ)焊工藝和操作技術(shù)（1）一 . 前言： 灰口鑄鐵是鑄鐵中的一種，灰口鑄鐵的碳以片

4、狀石墨的形式分布于鑄鐵基體中，斷面呈暗灰色，故稱灰口鑄鐵。由于片狀的石墨割裂了鑄鐵的基體組織，因此，灰口鑄鐵的抗拉強(qiáng)度低，缺乏塑性?；铱阼T鐵具有良好鑄造性和切割性能，同時(shí)由于灰口鑄鐵中石墨以片狀存在，它具有良好的耐磨性，抗震性和切削加工性并具有較高的抗壓強(qiáng)度，故在工業(yè)上運(yùn)用極為廣泛。 灰口鑄鐵目前常以鑄件的形式運(yùn)用于生產(chǎn)，由于鑄造工藝的特點(diǎn)，鑄件往往存在著各種不同程度的缺陷，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中也有許多因各種原因而損壞的鑄件。鑄鐵的焊接實(shí)際上就是對(duì)存有缺陷或者損壞的鑄件進(jìn)行補(bǔ)焊。所以鑄件補(bǔ)焊具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。1.灰口鑄鐵的焊接性能較差，在焊接時(shí)容易出現(xiàn)下列問(wèn)題1.1焊后產(chǎn)生白口組織在補(bǔ)焊灰口鑄鐵時(shí)，

5、經(jīng)常會(huì)在熔合區(qū)生成一層白口組織。產(chǎn)生白口組織的原因是：由于母材近縫區(qū)在焊接時(shí)受到高溫加熱，當(dāng)受熱溫度860以上時(shí)，原來(lái)灰口鑄鐵中得游離狀態(tài)的石墨開始部分也熔于鐵中，溫度越高，熔于鐵中的石墨也越多。當(dāng)冷卻時(shí)，一般認(rèn)為在30-100/s的急速冷卻條件下，熔于鐵中的碳來(lái)不及以石墨形式析出，而呈滲碳體出現(xiàn)，即所謂白口。另外。在焊接熔池中的石墨化元素碳，硅等不足也是產(chǎn)生白口的主要原因。一般在窄小的高溫度熔合區(qū)內(nèi)，焊后很容易產(chǎn)生白口組織。白口組織硬而脆，使得焊縫在焊后難以機(jī)械加工，甚至?xí)?dǎo)致開裂。防止白口產(chǎn)生主要措施是適當(dāng)調(diào)整填充金屬的化學(xué)成分和冷卻速度。改善焊縫技術(shù)的化學(xué)成分，增加石墨化元素的含量，可以

6、在一定條件下防止焊縫金屬產(chǎn)生白口。例如氣焊用鑄鐵焊絲的碳，硅含量要比母材高（C3.03.8，Si3.6%-4.8%）特別是冷焊灰口鑄鐵時(shí)，焊絲中的含硅量可高達(dá)4.5焊后緩冷和延長(zhǎng)熔合區(qū)處于紅熱狀態(tài)的時(shí)間，使石墨充分析出，這是避免熔合區(qū)產(chǎn)生白口的主要工藝途徑。采取的具體措施是焊前預(yù)熱和焊后保溫。由于氣焊時(shí)冷卻速度較慢。因此。對(duì)于防止白口極為有力灰口鑄鐵的補(bǔ)焊工藝和操作技術(shù)（2）1.2 焊接街頭出現(xiàn)裂紋 裂紋是焊接灰口鑄鐵的要問(wèn)題，灰口鑄鐵焊接接頭上的裂紋可能出現(xiàn)在焊縫金屬中，也可能在基本金屬即母材上。母材的裂紋一般出現(xiàn)近縫區(qū)，可能是縱向，橫向或斜向的。由于灰口鑄鐵塑性極差，幾乎不能發(fā)生任何塑性變

7、形，而且強(qiáng)度又低，所以在焊接應(yīng)力及鑄件本身應(yīng)力（組織應(yīng)力）的共同作用下，當(dāng)局部應(yīng)力大于強(qiáng)度極限時(shí)，就產(chǎn)生裂紋。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使焊縫金屬和母材分離，即焊縫從基本金屬上脫離下來(lái)，即所謂剝離。如果焊縫強(qiáng)度較高而母材強(qiáng)度較低，或結(jié)合處產(chǎn)生白口時(shí)，由于白口鑄鐵收縮率（1.6-2.）比灰口鑄鐵收縮率（0.9-1.8）大，且塑性也差，故均產(chǎn)生剝離。焊縫金屬內(nèi)的裂紋，一般常見的是橫向裂縫，有時(shí)也有縱向及斜向裂紋，在焊縫斷口處沒有高溫氧化時(shí)常見的藍(lán)顏色。裂紋生成時(shí)常發(fā)出清脆的金屬開裂聲。通常裂紋發(fā)生在熱態(tài)焊縫金屬的暗紅色消失后，即600以下，直到焊縫與焊件整體溫度均勻化之前。最容易發(fā)生裂紋的溫度在400以下，通常這

8、種在熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的共同作用下發(fā)生的裂紋稱為熱應(yīng)力裂紋。 （1） 焊前預(yù)熱和焊后緩冷的措施： 焊前將焊件整體或局部預(yù)熱和焊后緩冷不但能減少焊縫的白口傾向，并能減小焊接應(yīng)力和防止焊件開裂。 （2） 采用電弧冷焊減小焊接應(yīng)力的措施： 選用塑性較好的焊接材料，如用 鎳,銅,鎳 銅,高釩鋼等作為填充金屬，使焊縫金屬可通過(guò)塑性變形松弛應(yīng)力，防止裂紋；用細(xì)直準(zhǔn)焊條，小電流，斷續(xù)焊，分散焊的方法可減小焊縫處和基本金屬的溫度差而減小焊接應(yīng)力；通過(guò)錘擊焊縫可以消除應(yīng)力，防止裂紋。 使焊縫冷卻時(shí)能補(bǔ)受阻礙底自由收縮，從而避免用力過(guò)大而導(dǎo)致裂紋。 （3） 采用熱焊法并控制好溫度. 當(dāng)溫度高于600時(shí),由于產(chǎn)生于一

9、定的塑性變形.而使部分內(nèi)應(yīng)力得到消除,一般在600以上焊接時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋.灰口鑄鐵的補(bǔ)焊工藝和操作技術(shù)（3）三. 灰口鑄鐵的補(bǔ)焊方法: 灰口鑄鐵的補(bǔ)焊方法主要采用焊條電弧焊,氣焊,釬焊.。.按照焊件在焊前是否預(yù)熱可以把焊條電弧焊分為冷焊,半熱焊 (預(yù)熱溫度400以下)和熱焊(預(yù)熱溫度600-700). 四.灰口鑄鐵的補(bǔ)焊工藝. 4.1.1 冷焊法. 電弧焊冷焊法就是焊件在焊前不預(yù)熱,焊接過(guò)程中也不輔助加熱,因此可以加速焊補(bǔ)生產(chǎn)率,降低成本,改善勞動(dòng)條件,減少焊件因預(yù)熱時(shí)受熱不均勻而產(chǎn)生的變形和焊件已加工面的氧化.目前冷焊法正在推廣,并迅速發(fā)展.但是冷焊法在焊接后因焊縫及熱影響區(qū)的冷卻速

10、度很大,極易形成白口組織.此外因焊件受熱不均勻,常形成極大的內(nèi)應(yīng)力,會(huì)造成裂紋,在冷焊時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn): 焊前應(yīng)徹底清理油污,裂紋兩端要打上裂孔,加工的坡口形狀要保證便于焊補(bǔ)及減少焊件的熔化量. 采用鋼芯或鑄鐵芯的以外的焊條,小直徑焊條應(yīng)盡量用小的焊接電流,以減少內(nèi)應(yīng)力和熱影響區(qū)的寬度. 采用短焊道焊接法.一般每次焊10-40mm,待其充分冷卻后再焊. 采用分段倒退焊.這樣可以降低拉應(yīng)力,對(duì)防裂有好處. 每項(xiàng)焊一短焊道后,用圓頭錘沿焊逢向外錘擊. 冷焊焊條按焊后焊縫的可加工性分為兩大類:一類用于焊后不需要機(jī)械加工的鑄件,如鋼芯鑄鐵焊條(EZCQ)，只適用小型薄壁鑄件剛度不大部位的缺陷焊補(bǔ)；另一

11、類用于焊后需要機(jī)械加工的鑄件，如純鎳焊條（EZNi-1）鎳鐵鑄鐵焊條（ EZNiFe-1）鎳銅鑄鐵焊條（ENiCu-1）等。 4.1.2 熱焊法 熱焊法是在焊接前將焊件全部或局部加熱到600-700，并在焊接過(guò)程中保持一定溫度，焊后在爐中緩冷的焊接方法。用熱焊法時(shí)，焊件冷卻緩慢，溫度分布均勻，有利于消除白口組織，減少應(yīng)力，防止產(chǎn)生裂紋。但熱焊法成本高，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，焊接時(shí)勞動(dòng)條件差，因此應(yīng)盡量少用。 4.2氣焊焊補(bǔ)灰口鑄鐵的補(bǔ)焊工藝： 氣焊火焰溫度比電弧溫度低得多，因而焊件的加熱和冷卻比較緩慢，這對(duì)防止灰口鑄鐵在焊接時(shí)產(chǎn)生的白口組織和裂紋都很有利。所以用氣焊焊補(bǔ)的鑄件質(zhì)量一般比較好，因

12、氣焊成為補(bǔ)焊鑄鐵的常用方法。但氣焊與焊條電弧焊相比，焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度高，焊件變形較大，焊補(bǔ)大型鑄件時(shí)難以焊透。但由于氣焊鑄件的質(zhì)量較好，易切削加工，使許多工廠中的中小型灰口鑄件，還是較多用氣焊焊補(bǔ)?；铱阼T鐵的補(bǔ)焊工藝和操作技術(shù)（4）4.2.1 焊前準(zhǔn)備 在焊件清除完畢后,檢查缺陷.焊件上的缺陷可起碼接觀察,也可用10-20倍的放大鏡查找. 裂紋找出后,在裂紋的兩端鉆直徑4-6mm的 裂孔,以防止裂紋擴(kuò)展.焊接灰口鑄鐵時(shí)可選用鑄鐵焊絲,絲401A或絲401B. 焊接時(shí)氣焊熔劑選用氣劑201,鑄鐵氣焊熔劑熔點(diǎn)為650成堿性,能將鑄鐵氣焊時(shí)產(chǎn)生的二氧化硅(熔點(diǎn)為1350)變?yōu)橐兹鄣柠}類.鑄鐵用氣焊熔劑

13、進(jìn)行灰口鑄鐵補(bǔ)焊時(shí),應(yīng)選擇較大號(hào)的焊炬,以提高焊接頭焰效率,有利于氣孔夾渣等缺陷.焊嘴孔徑可根據(jù)焊補(bǔ)處的壁厚確定。. 灰口鑄鐵的補(bǔ)焊工藝和操作技術(shù)（5）4.2.5 操作技術(shù): 在氣焊過(guò)程中,必須選用中性焰或弱碳化焰;在焊接結(jié)束時(shí)可用碳化焰使焊縫緩冷,這樣可以減少碳和硅的燒損,消除過(guò)厚的氧化膜,防止白口冷硬現(xiàn)象;當(dāng)消除缺陷的底部或開坡口時(shí)可用氧化焰.焊接時(shí),在要基本金屬熔化后再加入焊絲,以防止熔合不良;發(fā)現(xiàn)熔池中有小氣孔和白亮點(diǎn)夾雜物時(shí),可以往熔池中加入少量氣焊熔劑,有助于消除平渣,但氣焊熔劑不宜加入過(guò)多,否則反而容易產(chǎn)生夾渣,氣孔;適當(dāng)加大火焰的功率,提高熔池鐵水溫度,有利于氣體及雜質(zhì)浮起,因

14、而能減少氣孔,夾渣;操作時(shí)應(yīng)注意火焰始終蓋住熔池;加入焊絲時(shí),經(jīng)常用焊絲輕輕攪動(dòng)熔池,促使氣體,熔渣浮出;焊補(bǔ)將完畢時(shí)應(yīng)使焊縫稍高于焊件表面,并用焊絲刮去雜質(zhì)較多的表層面.由于表層內(nèi)含雜質(zhì)較多,冷卻后硬度較高,所以,刮去表面層可提高焊縫的切削性能. 當(dāng)補(bǔ)焊被焊區(qū)剛性較大或補(bǔ)焊石積較大,以及材質(zhì)較差,組織疏松的鑄件時(shí),可采用熱焊.焊后用石棉布或炭灰將鑄件蓋好,使焊縫緩慢冷卻,以防止產(chǎn)生裂紋和白口組織. 五 結(jié)論 灰口鑄鐵采取合理的焊補(bǔ)工藝,可使焊件獲得較好的切削性和致密性.所以灰口鑄鐵焊補(bǔ)只要焊補(bǔ)工藝得當(dāng),白口組織和裂紋的產(chǎn)生球墨鑄鐵的焊接工藝如下：氣焊 焊絲采用型號(hào)為RZCQ型球墨鑄鐵焊絲（牌

15、號(hào)HS402），熔劑采用CJ201?；鹧娌捎眠€原焰，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件或大鑄件須采用熱焊，預(yù)熱溫度600700，焊后緩冷。焊后鑄件可進(jìn)行兩種熱處理：正火：隨爐升至900920保溫12h，出爐空冷。退火：隨爐升至900920保溫12h，隨爐冷至550，保溫1h，出爐空冷。手弧焊 采用同質(zhì)焊縫時(shí)，焊條可選用型號(hào)為EZCQ鐵基球墨鑄鐵焊條，目前有兩種牌號(hào)，一是鑄鐵芯強(qiáng)石墨化型，焊條直徑為410mm，牌號(hào)為Z258；二是低碳鋼芯強(qiáng)石墨化焊條，牌號(hào)為Z238，焊前應(yīng)將焊件預(yù)熱至500左右，焊后保溫緩冷，經(jīng)退火焊補(bǔ)處有可能進(jìn)行切削加工（硬度200HBS）。焊接時(shí)采用大電流、連續(xù)焊工藝，焊接電流可按焊條直徑的3

16、660倍選取。采用異質(zhì)焊縫時(shí)，焊條選用EZNiFe（Z408）和EZV（Z116、Z117）。焊接時(shí)應(yīng)遵守冷焊焊接工藝，焊后能進(jìn)行切削加工，但焊縫有一定的熱裂傾向?？慑戣T鐵的焊接工藝由于可鍛鑄鐵中的碳、硅含量比灰鑄鐵低，異質(zhì)焊縫熔焊時(shí)焊縫及半熔化區(qū)形成白口傾向更為嚴(yán)重。這是可鍛鑄鐵焊接性突出的問(wèn)題。黃銅釬焊 焊絲為HS221，釬劑為100%的脫水硼砂，用氧乙炔焰加熱焊補(bǔ)表面至900930（亮紅色），焊絲端頭也加熱至發(fā)紅，然后蘸上少許硼砂開始焊補(bǔ)。為防止鋅的蒸發(fā)，采用弱氧化焰。焊嘴與熔池表面距離控制在815mm。焊后用火焰適當(dāng)?shù)募訜岷缚p周圍。對(duì)于焊補(bǔ)區(qū)剛性較大的部位，焊后輕輕錘擊焊縫，可減小裂紋

17、傾向。黃銅釬焊可用于可鍛鑄鐵加工面的焊補(bǔ)。電弧冷焊 用E4303、E5016、EZV和不銹鋼焊條。施焊時(shí)采用小電流、多層焊，用于焊后不加工的場(chǎng)合。如果焊后需要加工，可用2mm以下的奧氏體不銹鋼焊條或鎳基鑄鐵焊條，進(jìn)行不移動(dòng)電弧的定位焊，每次焊接時(shí)間縮短至1s，以剛?cè)酆蠟橐?。用這樣的定位焊鋪滿坡口底部以后，再用電弧冷焊工藝填滿坡口。蠕墨鑄鐵的焊接工藝蠕墨鑄鐵除含有C、Si、Mn、S、P等元素外，還含有少量稀土蠕化劑，但其稀土含量比球墨鑄鐵低，故焊接接頭形成白口的傾向比球墨鑄鐵的小、比灰鑄鐵大，力學(xué)性能高于灰鑄鐵而低于球墨鑄鐵，抗拉強(qiáng)度為300500MPa，為1%6%。氣焊 焊絲牌號(hào)為HS403，熔劑采用CJ201，用中性焰焊接，焊件焊前預(yù)熱650，焊后所得焊縫蠕化率達(dá)60%70%，基本組織為鐵素體加珠光體，無(wú)滲碳體出現(xiàn)，最高硬度為230HBS，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度為370MPa，為1.7%，基本與母材相匹配。同質(zhì)焊縫的電弧冷焊 采用