第6章 鑄鐵焊接

1、第第6章章 鑄鐵焊接鑄鐵焊接_ _6.1 鑄鐵的種類及其焊接方法鑄鐵的種類及其焊接方法_6.2 鑄鐵的焊接性分析鑄鐵的焊接性分析_6.3 鑄鐵的焊接材料及工藝鑄鐵的焊接材料及工藝_6.1 鑄鐵的種類及其焊接方法鑄鐵的種類及其焊接方法_ 6.1.1 鑄鐵的種類鑄鐵的種類_ 1、灰鑄鐵、灰鑄鐵 2、球墨鑄鐵、球墨鑄鐵 6.1.2 鑄鐵的凝固特點(diǎn)與石墨化鑄鐵的凝固特點(diǎn)與石墨化_ 6.1.3 鑄鐵焊接方法鑄鐵焊接方法_鑄鐵：鑄鐵：wC%2.11%的鐵碳合金的鐵碳合金工業(yè)常用鑄鐵：工業(yè)常用鑄鐵：Fe-C-Si合金合金 wC%=3.0%4.5%、wSi%=1.0%3.0% 同時(shí)含有一定量同時(shí)含有一定量Mn

2、、雜質(zhì)元素、雜質(zhì)元素P、S等等特點(diǎn)：熔點(diǎn)低、液態(tài)下流動性好、結(jié)晶收縮率小特點(diǎn)：熔點(diǎn)低、液態(tài)下流動性好、結(jié)晶收縮率小 便于鑄造生產(chǎn)形狀復(fù)雜的機(jī)械零部件便于鑄造生產(chǎn)形狀復(fù)雜的機(jī)械零部件 成本低，耐磨性、減振性和切削加工性能好等成本低，耐磨性、減振性和切削加工性能好等 機(jī)械制造業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用機(jī)械制造業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用鑄鐵焊接應(yīng)用：鑄鐵焊接應(yīng)用： 鑄造缺陷的焊補(bǔ)鑄造缺陷的焊補(bǔ); 已損壞的鑄鐵成品件的焊補(bǔ)已損壞的鑄鐵成品件的焊補(bǔ); 零部件的生產(chǎn)零部件的生產(chǎn)6.1 鑄鐵的種類及其焊接方法鑄鐵的種類及其焊接方法6.1.1 鑄鐵的種類鑄鐵的種類按照按照碳元素在鑄鐵中存在的形式和石墨形態(tài)：碳元素在鑄鐵中存在

3、的形式和石墨形態(tài)： 白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵 及蠕墨鑄鐵等五大類及蠕墨鑄鐵等五大類白口鑄鐵：白口鑄鐵：C絕大部分以絕大部分以滲碳體（滲碳體（Fe3C）的形式存在的形式存在 斷口呈白亮色，性質(zhì)脆硬斷口呈白亮色，性質(zhì)脆硬，極少單獨(dú)使用，極少單獨(dú)使用 是制造可鍛鑄鐵的中間品是制造可鍛鑄鐵的中間品 表層為白口鑄鐵的冷硬鑄鐵常用作軋輥表層為白口鑄鐵的冷硬鑄鐵常用作軋輥灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵中灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵中 C基本以基本以石墨形式石墨形式存在，部分存在于珠光體中存在，部分存在于珠光體中石墨形態(tài)不同石墨形態(tài)不同性能有較大差

4、別性能有較大差別灰鑄鐵：石墨呈片狀灰鑄鐵：石墨呈片狀 其成本低廉，鑄造性、加工性、減振性及金其成本低廉，鑄造性、加工性、減振性及金 屬間摩擦性均優(yōu)良，工業(yè)中應(yīng)用最廣泛屬間摩擦性均優(yōu)良，工業(yè)中應(yīng)用最廣泛 片狀石墨：對基體嚴(yán)重割裂作用片狀石墨：對基體嚴(yán)重割裂作用 灰鑄鐵強(qiáng)度低、塑性差灰鑄鐵強(qiáng)度低、塑性差可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵：由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得 石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈團(tuán)絮狀 塑性比灰鑄鐵高塑性比灰鑄鐵高球墨鑄鐵球墨鑄鐵：1947年年 以球化劑處理高溫鐵液使石墨球化以球化劑處理高溫鐵液使石墨球化 石墨呈球狀石墨呈球狀 對基體割裂作用小對基體割裂作用小力學(xué)

5、性能大幅提高力學(xué)性能大幅提高 蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀，頭部較圓，頭部較圓 具有比灰鑄鐵強(qiáng)度高、比球墨鑄鐵鑄造性能具有比灰鑄鐵強(qiáng)度高、比球墨鑄鐵鑄造性能 好、耐熱疲勞性能好的優(yōu)點(diǎn)好、耐熱疲勞性能好的優(yōu)點(diǎn) 在工業(yè)中得到一定應(yīng)用在工業(yè)中得到一定應(yīng)用鑄鐵基體組織：鑄鐵基體組織：F、P或二者的混合物或二者的混合物 是在鋼的基體上加上石墨是在鋼的基體上加上石墨 石墨強(qiáng)度很低，相當(dāng)于空洞石墨強(qiáng)度很低，相當(dāng)于空洞 鋼有效承載面積鋼有效承載面積 石墨端部尖銳石墨端部尖銳 嚴(yán)重應(yīng)力集中，易斷裂嚴(yán)重應(yīng)力集中，易斷裂鑄鐵比相同組織鋼：鑄鐵比相同組織鋼：強(qiáng)度低、塑性差強(qiáng)度低、塑性差 （見書）（見書

6、）1、灰鑄鐵、灰鑄鐵特點(diǎn)：特點(diǎn)：斷面呈灰色、石墨呈片狀斷面呈灰色、石墨呈片狀典型金相組織典型金相組織：由白色不規(guī)則塊狀：由白色不規(guī)則塊狀鐵素體鐵素體，滲碳體與，滲碳體與 鐵素體層狀分布的鐵素體層狀分布的珠光體珠光體，端部尖銳、灰色長條，端部尖銳、灰色長條 狀的狀的片狀石墨片狀石墨組成，有時(shí)含有少量的組成，有時(shí)含有少量的磷共晶磷共晶石墨：含量高且呈粗片狀石墨：含量高且呈粗片狀抗拉強(qiáng)度低抗拉強(qiáng)度低 含量低呈細(xì)片狀含量低呈細(xì)片狀抗拉強(qiáng)度高抗拉強(qiáng)度高基體：純鐵素體基體：純鐵素體抗拉強(qiáng)度和硬度低抗拉強(qiáng)度和硬度低 純珠光體純珠光體抗拉強(qiáng)度和硬度均較高抗拉強(qiáng)度和硬度均較高牌號牌號顯微組織顯微組織抗拉強(qiáng)度抗拉

7、強(qiáng)度/MPa硬度硬度 HBW（供參考）（供參考）特點(diǎn)及用途舉例特點(diǎn)及用途舉例基體基體石墨石墨HT100鐵素體鐵素體粗片狀粗片狀100175 強(qiáng)度低，用于制造對強(qiáng)度及組織無強(qiáng)度低，用于制造對強(qiáng)度及組織無要求的不重要鑄件，如油底殼、蓋、要求的不重要鑄件，如油底殼、蓋、鑲裝導(dǎo)軌的支柱等鑲裝導(dǎo)軌的支柱等HT150鐵素體鐵素體+珠光體珠光體較粗片狀較粗片狀150150200 強(qiáng)度中等，用于制造承受中等載荷強(qiáng)度中等，用于制造承受中等載荷鑄件，如機(jī)床底座、工作臺等鑄件，如機(jī)床底座、工作臺等HT200珠光體珠光體 中等片狀中等片狀250170220 強(qiáng)度較高，用于制造承受較高載荷強(qiáng)度較高，用于制造承受較高載荷

8、耐磨鑄件，如發(fā)動機(jī)的氣缸體、液耐磨鑄件，如發(fā)動機(jī)的氣缸體、液壓泵、閥門殼體、機(jī)床機(jī)身、氣缸壓泵、閥門殼體、機(jī)床機(jī)身、氣缸蓋、中等壓力的液壓筒等蓋、中等壓力的液壓筒等HT250細(xì)片狀細(xì)片狀珠光體珠光體較細(xì)片狀較細(xì)片狀250190240HT300細(xì)片狀細(xì)片狀珠光體珠光體細(xì)小片狀細(xì)小片狀300210260 強(qiáng)度高，基體組織為珠光體，用于強(qiáng)度高，基體組織為珠光體，用于承受高載荷的耐磨件，如剪床、壓承受高載荷的耐磨件，如剪床、壓力機(jī)的機(jī)身、車床卡盤、導(dǎo)板、齒力機(jī)的機(jī)身、車床卡盤、導(dǎo)板、齒輪、液壓筒等輪、液壓筒等HT350細(xì)片狀細(xì)片狀珠光體珠光體細(xì)小片狀細(xì)小片狀350230280表表6-1 灰鑄鐵牌號、顯

9、微組織、力學(xué)性能及用途灰鑄鐵牌號、顯微組織、力學(xué)性能及用途2、球墨鑄鐵、球墨鑄鐵用球化劑對液態(tài)鑄鐵澆鑄前進(jìn)行球化處理可以得到用球化劑對液態(tài)鑄鐵澆鑄前進(jìn)行球化處理可以得到 我國常用的球化劑：我國常用的球化劑：稀土鎂合金稀土鎂合金石墨呈球狀石墨呈球狀 細(xì)小圓整的石墨球?qū)︿摶w的割裂作用較小，細(xì)小圓整的石墨球?qū)︿摶w的割裂作用較小，在相在相同基體的情況下，其力學(xué)性能是所有鑄鐵中最高的同基體的情況下，其力學(xué)性能是所有鑄鐵中最高的經(jīng)球化劑處理后的鐵液結(jié)晶：過冷傾向變大，經(jīng)球化劑處理后的鐵液結(jié)晶：過冷傾向變大， 具有較大的白口傾向具有較大的白口傾向還需進(jìn)行還需進(jìn)行孕育處理孕育處理 促進(jìn)石墨化過程的進(jìn)行，避

10、免出現(xiàn)萊氏體組織促進(jìn)石墨化過程的進(jìn)行，避免出現(xiàn)萊氏體組織基體：基體：鐵素體加珠光體混合組織鐵素體加珠光體混合組織獲得純鐵素體獲得純鐵素體經(jīng)低溫石墨化退火經(jīng)低溫石墨化退火 使珠光體分解為鐵素體和石墨使珠光體分解為鐵素體和石墨鑄態(tài)組織中還有共晶滲碳體：鑄態(tài)組織中還有共晶滲碳體： 需經(jīng)高溫石墨化和低溫石墨化二次退火才能獲得需經(jīng)高溫石墨化和低溫石墨化二次退火才能獲得 鐵素體球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵牌號牌號抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度/MPa伸長率伸長率（%）硬度硬度 HBW（供參考）（供參考）基體顯微組織基體顯微組織最小值最小值QT400-1840025018130180鐵素體鐵素體QT40

11、0-1540025015130180鐵素體鐵素體QT450-1045031010160210鐵素體鐵素體QT500-75003207170230鐵素體鐵素體+珠光體珠光體QT600-36003703190270珠光體珠光體+鐵素體鐵素體QT700-27004202225305珠光體珠光體QT800-28004802245335珠光體或回火組織珠光體或回火組織QT900-29006002280360貝氏體或回火馬氏體貝氏體或回火馬氏體表表6-2 球墨鑄鐵牌號、力學(xué)性能及顯微組織球墨鑄鐵牌號、力學(xué)性能及顯微組織3、可鍛鑄鐵、可鍛鑄鐵石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈團(tuán)絮狀由一定成分白口鑄鐵經(jīng)長時(shí)間石墨化退火獲得由

12、一定成分白口鑄鐵經(jīng)長時(shí)間石墨化退火獲得與灰鑄鐵相比：具有較好強(qiáng)度和塑性與灰鑄鐵相比：具有較好強(qiáng)度和塑性 耐磨性和減振性優(yōu)于碳鋼耐磨性和減振性優(yōu)于碳鋼 應(yīng)用：管類零件和農(nóng)機(jī)具等應(yīng)用：管類零件和農(nóng)機(jī)具等4、蠕墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵石墨呈蠕蟲狀石墨呈蠕蟲狀生產(chǎn)方式：與球墨鑄鐵相似生產(chǎn)方式：與球墨鑄鐵相似特點(diǎn)：具有比灰鑄鐵強(qiáng)度高、比球墨鑄鐵鑄造性能好、特點(diǎn)：具有比灰鑄鐵強(qiáng)度高、比球墨鑄鐵鑄造性能好、 耐熱疲勞性能好的優(yōu)點(diǎn)；耐熱疲勞性能好的優(yōu)點(diǎn)；應(yīng)用：制造大功率柴油機(jī)氣缸蓋、電動機(jī)外殼等應(yīng)用：制造大功率柴油機(jī)氣缸蓋、電動機(jī)外殼等6.1.2 鑄鐵的凝固特點(diǎn)與石墨化鑄鐵的凝固特點(diǎn)與石墨化鑄鐵的成分、組織及性能特點(diǎn)

13、關(guān)鍵在于鑄鐵的成分、組織及性能特點(diǎn)關(guān)鍵在于碳的存在形式碳的存在形式碳含量超過在鐵中溶解度：鑄鐵中便有高碳相析出碳含量超過在鐵中溶解度：鑄鐵中便有高碳相析出 或是滲碳體，或是自由狀態(tài)的碳或是滲碳體，或是自由狀態(tài)的碳-石墨石墨熔融狀態(tài)的鐵液在冷卻過程中：熔融狀態(tài)的鐵液在冷卻過程中： （化學(xué)成分和冷卻條件不同）（化學(xué)成分和冷卻條件不同）既可從液相中或高溫奧氏體中直接析出滲碳體既可從液相中或高溫奧氏體中直接析出滲碳體 （介穩(wěn)狀態(tài)）（介穩(wěn)狀態(tài)） 也可直接析出石墨（穩(wěn)定狀態(tài)）也可直接析出石墨（穩(wěn)定狀態(tài)） 同時(shí)，滲碳體加熱至高溫還可以分解出石墨同時(shí)，滲碳體加熱至高溫還可以分解出石墨圖圖6-1 鐵碳合金雙重相

14、圖鐵碳合金雙重相圖虛線：虛線：Fe-C 穩(wěn)定系相圖穩(wěn)定系相圖實(shí)線：實(shí)線：Fe-Fe3C介穩(wěn)定系介穩(wěn)定系 相圖相圖wC%=4.26%：共晶鑄鐵：共晶鑄鐵共晶反應(yīng)：共晶反應(yīng)： LA+Fe3C 或或LA+G共析反應(yīng)：共析反應(yīng)： AF+Fe3C 或或AF+G過共晶：過共晶： LFe3C（） 或或LG （）石墨化過程：石墨化過程：1）石墨化第一階段）石墨化第一階段 從過共晶鐵液中直接析出的初生（一次）石墨；從過共晶鐵液中直接析出的初生（一次）石墨； 共晶轉(zhuǎn)變過程中形成的共晶石墨；共晶轉(zhuǎn)變過程中形成的共晶石墨； 奧氏體冷卻析出二次石墨；奧氏體冷卻析出二次石墨； 一次滲碳體、共晶滲碳體和二次滲碳體在高溫下分

15、一次滲碳體、共晶滲碳體和二次滲碳體在高溫下分 解析出的石墨解析出的石墨特點(diǎn)：由于溫度較高，碳原子擴(kuò)散能力強(qiáng)，石墨化特點(diǎn)：由于溫度較高，碳原子擴(kuò)散能力強(qiáng)，石墨化 比較容易實(shí)現(xiàn)比較容易實(shí)現(xiàn)2）石墨化第二階段）石墨化第二階段 共析轉(zhuǎn)變過程中形成的共析石墨；共析轉(zhuǎn)變過程中形成的共析石墨； 共析滲碳體分解析出的石墨共析滲碳體分解析出的石墨 若第二階段石墨化能充分進(jìn)行，若第二階段石墨化能充分進(jìn)行， 鑄鐵基體將完全為鐵素體鑄鐵基體將完全為鐵素體但是由于溫度較低，一般難以實(shí)現(xiàn)但是由于溫度較低，一般難以實(shí)現(xiàn) 因此鑄鐵在鑄態(tài)下多為因此鑄鐵在鑄態(tài)下多為鐵素體加珠光體混合組織鐵素體加珠光體混合組織專門專門石墨化退火石

16、墨化退火 使珠光體中共析滲碳體分解使珠光體中共析滲碳體分解 獲得基體完全為鐵素體的鑄鐵獲得基體完全為鐵素體的鑄鐵影響鑄鐵石墨化的主要因素：影響鑄鐵石墨化的主要因素： 鑄鐵的化學(xué)成分和結(jié)晶及冷卻過程中的冷卻速度鑄鐵的化學(xué)成分和結(jié)晶及冷卻過程中的冷卻速度1）化學(xué)成分）化學(xué)成分 促進(jìn)石墨化元素、阻礙石墨化（促進(jìn)白口化）元素促進(jìn)石墨化元素、阻礙石墨化（促進(jìn)白口化）元素圖圖6-2 合金元素對鑄鐵石墨化的影響合金元素對鑄鐵石墨化的影響表表6-3 常用合金元素及雜質(zhì)元素對鑄鐵石墨化、組織和性能的影響常用合金元素及雜質(zhì)元素對鑄鐵石墨化、組織和性能的影響2）冷卻速度）冷卻速度緩慢冷卻有利于石墨化緩慢冷卻有利于石

17、墨化冷卻速度：與鑄模類型、澆注溫度、鑄件壁厚及鑄件冷卻速度：與鑄模類型、澆注溫度、鑄件壁厚及鑄件 尺寸等因素有關(guān)尺寸等因素有關(guān)如，同一鑄件，厚壁處為灰鑄鐵如，同一鑄件，厚壁處為灰鑄鐵 而薄壁處可能出現(xiàn)白口鑄鐵而薄壁處可能出現(xiàn)白口鑄鐵圖圖6-3 鑄件壁厚（冷卻速度）和化學(xué)成分（碳硅總量）鑄件壁厚（冷卻速度）和化學(xué)成分（碳硅總量） 對鑄鐵組織的影響對鑄鐵組織的影響6.1.3 鑄鐵焊接方法鑄鐵焊接方法焊條電弧焊、氣焊、焊條電弧焊、氣焊、CO2氣保電弧焊、手工電渣焊、氣保電弧焊、手工電渣焊、氣體火焰釬焊以及氣體火焰粉末噴焊等氣體火焰釬焊以及氣體火焰粉末噴焊等 近年來，直接將焊接用于零部件的生產(chǎn)在實(shí)際工

18、近年來，直接將焊接用于零部件的生產(chǎn)在實(shí)際工作中的比例越來越大，主要是將作中的比例越來越大，主要是將球墨鑄鐵件之間球墨鑄鐵件之間、球球墨鑄鐵與各種鋼件或有色金屬件之間墨鑄鐵與各種鋼件或有色金屬件之間，采用細(xì)絲，采用細(xì)絲CO2焊、摩擦焊、激光焊、電子束焊、電阻對焊、擴(kuò)散焊焊、摩擦焊、激光焊、電子束焊、電阻對焊、擴(kuò)散焊等方法連接起來等方法連接起來對焊接的要求：對焊接的要求：1）焊后焊接接頭是否進(jìn)行機(jī)械加工）焊后焊接接頭是否進(jìn)行機(jī)械加工2）焊縫顏色是否與母材一致）焊縫顏色是否與母材一致3）焊后接頭是否承受很大工作應(yīng)力）焊后接頭是否承受很大工作應(yīng)力4）焊縫金屬及接頭力學(xué)性能是否要求與母材一致）焊縫金屬及

19、接頭力學(xué)性能是否要求與母材一致5）焊接成本）焊接成本 根據(jù)被修復(fù)件的結(jié)構(gòu)剛度以及對焊補(bǔ)后機(jī)械加工根據(jù)被修復(fù)件的結(jié)構(gòu)剛度以及對焊補(bǔ)后機(jī)械加工要求的不同，采用焊條電弧焊或氣焊方法：要求的不同，采用焊條電弧焊或氣焊方法：熱焊：焊前將被修復(fù)鑄件整體加熱到熱焊：焊前將被修復(fù)鑄件整體加熱到600700 并在此溫度下焊接并在此溫度下焊接半熱焊：焊前預(yù)熱到半熱焊：焊前預(yù)熱到400冷焊：焊前不預(yù)熱冷焊：焊前不預(yù)熱 焊補(bǔ)后緩冷焊補(bǔ)后緩冷 防止焊接裂紋并改善焊補(bǔ)區(qū)域的機(jī)械加工性能防止焊接裂紋并改善焊補(bǔ)區(qū)域的機(jī)械加工性能鑄鐵電弧焊的鑄鐵電弧焊的焊縫金屬分類焊縫金屬分類Fe基基Ni基基Cu基基鑄鐵鑄鐵鋼鋼球球墨墨鑄鑄鐵

20、鐵蠕蠕墨墨鑄鑄鐵鐵灰灰鑄鑄鐵鐵高高釩釩鋼鋼低低合合金金鋼鋼碳碳素素鋼鋼Ni -C奧奧氏氏體體Ni -Fe -C奧奧氏氏體體Ni -Cu -C合合金金Cu -Fe合合金金Cu -Al合合金金Cu - Ni -Mn合合金金圖圖6-4 鑄鐵電弧焊的焊縫金屬分類鑄鐵電弧焊的焊縫金屬分類6.2 鑄鐵的焊接性分析鑄鐵的焊接性分析_ 6.2.1 焊接接頭白口及淬硬組織焊接接頭白口及淬硬組織_ 1、焊縫區(qū)、焊縫區(qū) 2、半熔化區(qū)、半熔化區(qū) 3、奧氏體區(qū)、奧氏體區(qū) 4、部分重結(jié)晶區(qū)、部分重結(jié)晶區(qū) 6.2.2 焊接裂紋焊接裂紋_ 1、冷裂紋、冷裂紋 2、熱裂紋、熱裂紋 6.2.3 球墨鑄鐵的焊接性特點(diǎn)球墨鑄鐵的焊接

21、性特點(diǎn)_ 6.2 鑄鐵的焊接性分析鑄鐵的焊接性分析鑄鐵化學(xué)成分特點(diǎn)：鑄鐵化學(xué)成分特點(diǎn)：C、Si含量高，含量高，S、P雜質(zhì)含量高雜質(zhì)含量高灰鑄鐵力學(xué)性能特點(diǎn)：強(qiáng)度低，塑性差灰鑄鐵力學(xué)性能特點(diǎn)：強(qiáng)度低，塑性差鑄鐵焊接性：鑄鐵焊接性：較差較差 表現(xiàn)：表現(xiàn)：焊接接頭容易出現(xiàn)白口及淬硬組織焊接接頭容易出現(xiàn)白口及淬硬組織 容易產(chǎn)生裂紋容易產(chǎn)生裂紋 原因：焊接加工具有冷卻速度快，焊件受熱不原因：焊接加工具有冷卻速度快，焊件受熱不 均勻造成較大焊接應(yīng)力等均勻造成較大焊接應(yīng)力等6.2.1 焊接接頭白口及淬硬組織焊接接頭白口及淬硬組織灰鑄鐵：灰鑄鐵：wC%=3.0%，wSi%=2.5% 焊條電弧焊焊條電弧焊 Fe

22、-C-Si三元合金：三元合金：共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變是在某一共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變是在某一 溫度區(qū)間進(jìn)行的溫度區(qū)間進(jìn)行的 共晶轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間：共晶轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間： LA+Fe3C（介穩(wěn)態(tài)）（介穩(wěn)態(tài)） 或或LA+G （穩(wěn)態(tài)）（穩(wěn)態(tài)） 共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間：共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間：AF+Fe3C （介穩(wěn)態(tài)）（介穩(wěn)態(tài)） 或或AF+G （穩(wěn)態(tài)）（穩(wěn)態(tài)） 冷卻速度快時(shí)：冷卻速度快時(shí)：AM圖圖6-5 灰鑄鐵焊條電弧焊焊接接頭各區(qū)域組織變化灰鑄鐵焊條電弧焊焊接接頭各區(qū)域組織變化焊焊接接熱熱影影響響區(qū)區(qū)wSi%=2.5%半熔合區(qū)半熔合區(qū)1、焊縫區(qū)、焊縫區(qū)焊縫金屬冷卻速度焊縫金屬冷卻速度鑄件在砂型中的冷卻速度鑄件在砂型中的冷卻速度焊

23、縫為非鑄鐵成分時(shí)：不存在白口組織問題焊縫為非鑄鐵成分時(shí)：不存在白口組織問題當(dāng)焊縫為鑄鐵成分時(shí)：具有萊氏體組織的白口鑄鐵當(dāng)焊縫為鑄鐵成分時(shí)：具有萊氏體組織的白口鑄鐵白口鑄鐵：硬而脆，硬度高達(dá)白口鑄鐵：硬而脆，硬度高達(dá)500800HB 將影響整個焊接接頭的機(jī)械加工性將影響整個焊接接頭的機(jī)械加工性 能，同時(shí)促進(jìn)產(chǎn)生裂紋能，同時(shí)促進(jìn)產(chǎn)生裂紋 不預(yù)熱條件下，即使增大焊接熱輸入，仍然不能不預(yù)熱條件下，即使增大焊接熱輸入，仍然不能完全消除白口完全消除白口同質(zhì)鑄鐵焊縫，要求：同質(zhì)鑄鐵焊縫，要求： 選擇合適的焊接材料，調(diào)整焊縫化學(xué)成分、增強(qiáng)選擇合適的焊接材料，調(diào)整焊縫化學(xué)成分、增強(qiáng)焊縫金屬的石墨化能力，并配合適

24、當(dāng)?shù)墓に嚧胧┦购负缚p金屬的石墨化能力，并配合適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┦购缚p金屬緩冷，縫金屬緩冷，促進(jìn)碳以石墨形式析出促進(jìn)碳以石墨形式析出采用：熱焊或半熱焊采用：熱焊或半熱焊同質(zhì)焊條：碳、硅含量高同質(zhì)焊條：碳、硅含量高防止白口防止白口2、半熔化區(qū)、半熔化區(qū)溫度范圍：溫度范圍： 11501250，固相線和液相線之間固相線和液相線之間 焊接時(shí)處于半熔化狀態(tài)焊接時(shí)處于半熔化狀態(tài)高溫下：高溫下：L+高碳高碳冷卻時(shí)：共晶溫度區(qū)間冷卻時(shí)：共晶溫度區(qū)間 LA+共晶共晶Fe3C繼續(xù)冷卻：繼續(xù)冷卻：A析出析出Fe3C() 共析溫度區(qū)間：共析溫度區(qū)間： AF+Fe3C（ AP ）最終得到：最終得到：共晶共晶Fe3C+ Fe3

25、C() +P 的白口鑄鐵的白口鑄鐵快冷：出現(xiàn)快冷：出現(xiàn) AM （固態(tài)相變）（固態(tài)相變）3、奧氏體區(qū)、奧氏體區(qū)溫度范圍：溫度范圍： 8201150 固相線與共析溫度上限之間固相線與共析溫度上限之間 只有固態(tài)相變只有固態(tài)相變 距離熔合線遠(yuǎn)近不同，即熱循環(huán)最高溫度不同，距離熔合線遠(yuǎn)近不同，即熱循環(huán)最高溫度不同，奧氏體化的溫度不同，使得碳在奧氏體中的含量產(chǎn)生奧氏體化的溫度不同，使得碳在奧氏體中的含量產(chǎn)生差別差別奧氏體區(qū)溫度較高地方：碳較多地向周圍奧氏體擴(kuò)散奧氏體區(qū)溫度較高地方：碳較多地向周圍奧氏體擴(kuò)散 使含碳量增高，同時(shí)奧氏體晶粒長大使含碳量增高，同時(shí)奧氏體晶粒長大隨后冷卻過程中：首先隨后冷卻過程中：

26、首先 A析出析出Fe3C() 而后而后 共析轉(zhuǎn)變：共析轉(zhuǎn)變： AF+Fe3C冷卻速度較慢：冷卻速度較慢：A P冷卻速度較快：冷卻速度較快：A M 使焊接接頭加工性變差使焊接接頭加工性變差奧氏體區(qū)溫度較低地方：碳向周圍奧氏體擴(kuò)散數(shù)量較奧氏體區(qū)溫度較低地方：碳向周圍奧氏體擴(kuò)散數(shù)量較 少使含碳量較低，且奧氏體晶粒較小少使含碳量較低，且奧氏體晶粒較小4、部分重結(jié)晶區(qū)、部分重結(jié)晶區(qū)溫度范圍：溫度范圍：780820 奧氏體與鐵素體雙相區(qū)奧氏體與鐵素體雙相區(qū)加熱時(shí)：母材中加熱時(shí)：母材中 P A 鐵素體晶粒長大鐵素體晶粒長大冷卻過程：再次發(fā)生固態(tài)相變，冷卻過程：再次發(fā)生固態(tài)相變， A P 快冷：出現(xiàn)快冷：出現(xiàn)

27、M最終得到：最終得到：馬氏體鐵素體馬氏體鐵素體 混合組織混合組織鑄鐵焊接特點(diǎn)：焊縫金屬的多樣化而與母材成分有鑄鐵焊接特點(diǎn)：焊縫金屬的多樣化而與母材成分有 較大差異較大差異“未完全混合區(qū)未完全混合區(qū)” ：焊縫底部焊縫底部存在，成分受母材控制存在，成分受母材控制 物理化學(xué)冶金特性：接近于半熔化區(qū)物理化學(xué)冶金特性：接近于半熔化區(qū)將未完全混合區(qū)與半熔化區(qū)合稱為將未完全混合區(qū)與半熔化區(qū)合稱為“熔合區(qū)熔合區(qū)”“熔合區(qū)熔合區(qū)”白口：白口：未完全混合區(qū)白口（石墨化元素較焊未完全混合區(qū)白口（石墨化元素較焊 縫少，冷卻時(shí)易生成白口）和半熔化區(qū)連在一起縫少，冷卻時(shí)易生成白口）和半熔化區(qū)連在一起 形成較寬的白口帶形成

28、較寬的白口帶異質(zhì)焊縫的熔合區(qū)物理化學(xué)反應(yīng)更為復(fù)雜異質(zhì)焊縫的熔合區(qū)物理化學(xué)反應(yīng)更為復(fù)雜鑄件焊補(bǔ)后機(jī)械加工：鑄件焊補(bǔ)后機(jī)械加工： 硬度硬度300HBW可以進(jìn)行機(jī)械加工可以進(jìn)行機(jī)械加工灰鑄鐵：硬度灰鑄鐵：硬度 190280HBW 焊接接頭：高硬度白口（焊接接頭：高硬度白口（500800HBW） 及馬氏體（約及馬氏體（約500HBW） 出現(xiàn)出現(xiàn)“打刀打刀”或或“讓刀讓刀”現(xiàn)象現(xiàn)象白口鑄鐵：收縮率高白口鑄鐵：收縮率高產(chǎn)生較大焊接應(yīng)力產(chǎn)生較大焊接應(yīng)力6.2.2 焊接裂紋焊接裂紋鑄鐵焊接接頭出現(xiàn)裂紋：鑄鐵焊接接頭出現(xiàn)裂紋： 承載能力大大下降承載能力大大下降 整體結(jié)構(gòu)也不能滿足致密性要求整體結(jié)構(gòu)也不能滿足致密

29、性要求 導(dǎo)致焊接失敗導(dǎo)致焊接失敗1、冷裂紋、冷裂紋（熱應(yīng)力裂紋）（熱應(yīng)力裂紋）溫度：溫度：500以下以下出現(xiàn)位置：出現(xiàn)位置：焊縫及熱影響區(qū)焊縫及熱影響區(qū)均有較大冷裂紋敏感性均有較大冷裂紋敏感性不焊接僅局部加熱至高溫，冷卻后就可能產(chǎn)生裂紋不焊接僅局部加熱至高溫，冷卻后就可能產(chǎn)生裂紋1）冷裂紋產(chǎn)生的原因）冷裂紋產(chǎn)生的原因鑄鐵型同質(zhì)焊縫：鑄鐵型同質(zhì)焊縫：出現(xiàn)：焊縫較長或焊補(bǔ)部位剛度較大時(shí)容易出現(xiàn)出現(xiàn)：焊縫較長或焊補(bǔ)部位剛度較大時(shí)容易出現(xiàn) 即使焊縫沒有白口或馬氏體組織也可能產(chǎn)生即使焊縫沒有白口或馬氏體組織也可能產(chǎn)生溫度：溫度：500以下以下伴隨：脆性斷裂的聲音伴隨：脆性斷裂的聲音冷裂紋很少在冷裂紋很少

30、在500以上產(chǎn)生的原因：以上產(chǎn)生的原因： 一方面是由于鑄鐵在較高溫度下有一定塑性一方面是由于鑄鐵在較高溫度下有一定塑性 另一方面是此時(shí)焊縫承受的焊接應(yīng)力也較小另一方面是此時(shí)焊縫承受的焊接應(yīng)力也較小鑄鐵焊縫冷裂紋的裂紋源鑄鐵焊縫冷裂紋的裂紋源：片狀石墨的尖端位置：片狀石墨的尖端位置原因：片狀石墨減小了焊縫金屬的有效承載面積原因：片狀石墨減小了焊縫金屬的有效承載面積 且尖端會造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中且尖端會造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中灰鑄鐵灰鑄鐵500以下：強(qiáng)度低、塑性差以下：強(qiáng)度低、塑性差 焊接應(yīng)力作用下焊接應(yīng)力作用下片狀石墨尖端裂紋源將穿過片狀石墨尖端裂紋源將穿過F與與P的基體的基體 窄橋向前擴(kuò)展窄橋向前擴(kuò)展

31、 焊縫止裂能力差焊縫止裂能力差形成尺寸較大貫穿焊縫金屬脆性宏觀裂紋形成尺寸較大貫穿焊縫金屬脆性宏觀裂紋2/10)(2tam式中：式中： 0平均拉伸應(yīng)力；平均拉伸應(yīng)力； t 裂紋尖端的曲率半徑；裂紋尖端的曲率半徑； a 代表內(nèi)部裂紋長度的一半；代表內(nèi)部裂紋長度的一半； m 裂紋尖端處的最大應(yīng)力裂紋尖端處的最大應(yīng)力不同石墨形態(tài)鑄鐵，裂紋敏感性不同：不同石墨形態(tài)鑄鐵，裂紋敏感性不同：原因：石墨邊緣形狀不同原因：石墨邊緣形狀不同 應(yīng)力集中程度不同，對基體組織割裂程度不同應(yīng)力集中程度不同，對基體組織割裂程度不同 造成力學(xué)性能的差異造成力學(xué)性能的差異 止裂能力也有較大差別止裂能力也有較大差別灰鑄鐵：片狀石

32、墨邊緣非常尖銳，應(yīng)力集中系數(shù)大，灰鑄鐵：片狀石墨邊緣非常尖銳，應(yīng)力集中系數(shù)大， 抗拉強(qiáng)度低，塑性差，止裂能力也差抗拉強(qiáng)度低，塑性差，止裂能力也差 冷裂紋傾向大冷裂紋傾向大球墨鑄鐵：冷裂傾向比相同組織的灰鑄鐵低球墨鑄鐵：冷裂傾向比相同組織的灰鑄鐵低蠕墨鑄鐵：冷裂傾向處于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間蠕墨鑄鐵：冷裂傾向處于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵：得到鋼焊縫低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵：得到鋼焊縫 焊縫仍具有較大冷裂紋傾向焊縫仍具有較大冷裂紋傾向異質(zhì)焊條焊接灰鑄鐵：異質(zhì)焊條焊接灰鑄鐵： 連續(xù)長焊縫產(chǎn)生橫向裂紋并發(fā)出金屬斷裂聲連續(xù)長焊縫產(chǎn)生橫向裂紋并發(fā)出金屬斷裂聲其中：其中： Ni-Cu焊縫：收縮率高

33、、熱應(yīng)力大、裂紋傾向較大焊縫：收縮率高、熱應(yīng)力大、裂紋傾向較大 高釩鋼焊縫：橫向冷裂紋高釩鋼焊縫：橫向冷裂紋 銅鋼焊縫：抗冷裂紋能力最強(qiáng)銅鋼焊縫：抗冷裂紋能力最強(qiáng)實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)： 熱應(yīng)力超過其塑性變形能力時(shí)發(fā)生突然斷裂行為熱應(yīng)力超過其塑性變形能力時(shí)發(fā)生突然斷裂行為剝離性裂紋：剝離性裂紋：產(chǎn)生：異質(zhì)材料焊接鑄鐵時(shí)產(chǎn)生：異質(zhì)材料焊接鑄鐵時(shí)位置：熔合區(qū)、熱影響區(qū)，沿焊縫與熱影響區(qū)交界擴(kuò)展位置：熔合區(qū)、熱影響區(qū)，沿焊縫與熱影響區(qū)交界擴(kuò)展斷口：呈脆斷特征斷口：呈脆斷特征原因：脆弱的母材、熱影響區(qū)及熔合區(qū)不能承受焊接時(shí)原因：脆弱的母材、熱影響區(qū)及熔合區(qū)不能承受焊接時(shí) 過大的熱應(yīng)力引起過大的熱應(yīng)力引起總結(jié)：冷裂

34、紋主要總結(jié)：冷裂紋主要受焊接應(yīng)力即熱應(yīng)力的影響受焊接應(yīng)力即熱應(yīng)力的影響，熱應(yīng)熱應(yīng) 力超過焊縫及熱影響區(qū)的塑性變形能力力超過焊縫及熱影響區(qū)的塑性變形能力，白口白口 和馬氏體和馬氏體等脆硬組織通過影響焊縫及熱影響區(qū)等脆硬組織通過影響焊縫及熱影響區(qū) 金屬的力學(xué)性能和熱應(yīng)力而金屬的力學(xué)性能和熱應(yīng)力而促進(jìn)裂紋促進(jìn)裂紋，氫的影氫的影 響不大響不大。2）防止冷裂紋的措施）防止冷裂紋的措施應(yīng)從應(yīng)從減小熱應(yīng)力減小熱應(yīng)力入手入手防止鑄鐵型防止鑄鐵型同質(zhì)焊縫同質(zhì)焊縫出現(xiàn)冷裂紋最有效的措施：出現(xiàn)冷裂紋最有效的措施： 對焊補(bǔ)工件進(jìn)行對焊補(bǔ)工件進(jìn)行整體高溫預(yù)熱整體高溫預(yù)熱（600700），），使焊縫金屬處于塑性狀態(tài)，并促

35、進(jìn)焊縫金屬石墨化，使焊縫金屬處于塑性狀態(tài)，并促進(jìn)焊縫金屬石墨化，改善組織，充分降低焊接應(yīng)力，并要求改善組織，充分降低焊接應(yīng)力，并要求焊后在相同溫焊后在相同溫度下消除應(yīng)力度下消除應(yīng)力加熱減應(yīng)區(qū)法：加熱減應(yīng)區(qū)法：緩解焊接區(qū)域的焊接應(yīng)力緩解焊接區(qū)域的焊接應(yīng)力 既可以避免高溫預(yù)熱，也能有效防止冷裂紋既可以避免高溫預(yù)熱，也能有效防止冷裂紋鑄鐵型焊縫：鑄鐵型焊縫： wC% ，并，并加入一定量合金元素加入一定量合金元素， 如如Mn（wMn=0.75%）、）、Mo（wMo= 1.17%） Cu（wCu=1.85%）等）等 使焊縫金屬在使焊縫金屬在快冷條件下高溫時(shí)能析出石墨快冷條件下高溫時(shí)能析出石墨， 較低溫度

36、下基體金屬依次發(fā)生較低溫度下基體金屬依次發(fā)生貝氏體相變貝氏體相變和和馬氏馬氏 體相變體相變 利用利用二次連續(xù)相變產(chǎn)生的應(yīng)力松弛效應(yīng)二次連續(xù)相變產(chǎn)生的應(yīng)力松弛效應(yīng)，可以有效，可以有效地防止焊縫出現(xiàn)冷裂紋地防止焊縫出現(xiàn)冷裂紋焊縫金屬二次相變產(chǎn)生應(yīng)力松弛效應(yīng)的原因焊縫金屬二次相變產(chǎn)生應(yīng)力松弛效應(yīng)的原因: 一是在相變過程中金屬塑性增加即一是在相變過程中金屬塑性增加即相變塑性相變塑性 A B、A M 明顯相變塑性現(xiàn)象；明顯相變塑性現(xiàn)象； 二是二是B和和M的比體積較的比體積較A、P及及F的的比體積比體積都大都大 相變過程中體積膨脹有利于相變過程中體積膨脹有利于松弛焊接應(yīng)力松弛焊接應(yīng)力貝氏體相變的有利作用：

37、貝氏體相變的有利作用： 伴隨其相變伴隨其相變 500250；馬氏體相變產(chǎn)生的焊縫金屬應(yīng)力松弛：馬氏體相變產(chǎn)生的焊縫金屬應(yīng)力松弛： 一般從一般從200左右至室溫左右至室溫 二次連續(xù)相變在二次連續(xù)相變在500以下整個溫度范圍的連續(xù)以下整個溫度范圍的連續(xù)有益效應(yīng)，有益效應(yīng)，使熱應(yīng)力未能達(dá)到焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度而使熱應(yīng)力未能達(dá)到焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度而避免冷裂紋避免冷裂紋異質(zhì)焊縫：異質(zhì)焊縫： 為降低熱應(yīng)力，防止冷裂紋和剝離性裂紋，要求：為降低熱應(yīng)力，防止冷裂紋和剝離性裂紋，要求： 焊縫金屬應(yīng)與鑄鐵有良好的結(jié)合性，強(qiáng)度適當(dāng)焊縫金屬應(yīng)與鑄鐵有良好的結(jié)合性，強(qiáng)度適當(dāng) 尤其是尤其是屈服強(qiáng)度低一些較為有利屈服強(qiáng)度低一

38、些較為有利，并具有較好的塑性，并具有較好的塑性 和較低的硬度和較低的硬度鋼焊縫：冷裂紋主要受母材高含碳量影響鋼焊縫：冷裂紋主要受母材高含碳量影響采取冶金措施：降低第一層焊縫含碳量采取冶金措施：降低第一層焊縫含碳量 鋼焊縫具有合適鋼焊縫具有合適wV/wC 純鐵素體基體上彌散分布細(xì)小純鐵素體基體上彌散分布細(xì)小 V4C3的鋼焊縫的鋼焊縫鎳基或銅基焊材鎳基或銅基焊材 焊縫為塑性良好的非鐵合金焊縫為塑性良好的非鐵合金 對冷裂紋不敏感對冷裂紋不敏感 常采用常采用 “短段焊短段焊”、“斷續(xù)焊斷續(xù)焊”等工藝措施等工藝措施 或小規(guī)范焊接或小規(guī)范焊接白口及馬氏體等脆硬組織對冷裂紋的不利影響解決：白口及馬氏體等脆硬

39、組織對冷裂紋的不利影響解決：冶金：冶金：鑄鐵焊縫鑄鐵焊縫增加增加C、Si含量配以緩冷促進(jìn)石墨化含量配以緩冷促進(jìn)石墨化 異質(zhì)焊縫異質(zhì)焊縫采用塑性良好的非鐵合金材料采用塑性良好的非鐵合金材料工藝：工藝：預(yù)熱焊預(yù)熱焊方法方法防止焊接接頭冷裂紋防止焊接接頭冷裂紋2、熱裂紋、熱裂紋出現(xiàn)：出現(xiàn)：焊縫焊縫 結(jié)晶裂紋結(jié)晶裂紋鑄鐵焊縫鑄鐵焊縫： 由于鐵液凝固過程中析出石墨，體積膨脹，且流由于鐵液凝固過程中析出石墨，體積膨脹，且流動性好，動性好，不會產(chǎn)生熱裂紋不會產(chǎn)生熱裂紋采用低碳鋼焊條或鎳基鑄鐵焊材：采用低碳鋼焊條或鎳基鑄鐵焊材： 有較大熱裂紋傾向有較大熱裂紋傾向特點(diǎn)：沒有開裂聲特點(diǎn)：沒有開裂聲 宏觀：表面因?yàn)?/p>

40、高溫氧化形成的宏觀：表面因?yàn)楦邷匮趸纬傻乃{(lán)紫色特征藍(lán)紫色特征 微觀：沿一次奧氏體晶界開裂的沿晶斷口形貌微觀：沿一次奧氏體晶界開裂的沿晶斷口形貌 并存在高溫液態(tài)薄膜拉開后回縮的皺褶并存在高溫液態(tài)薄膜拉開后回縮的皺褶低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵：低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵： 1）焊縫焊縫wC%高高 2）FeS-Fe 低熔點(diǎn)共晶低熔點(diǎn)共晶形成焊縫底部熱裂紋甚至宏觀熱裂紋形成焊縫底部熱裂紋甚至宏觀熱裂紋鎳基焊縫：鎳基焊縫： 1）母材）母材S、P雜質(zhì)多，熔入鎳基雜質(zhì)多，熔入鎳基A焊縫金屬后，焊縫金屬后， 形成形成Ni-Ni3S2和和Ni-Ni3P低熔點(diǎn)共晶低熔點(diǎn)共晶 2）鎳基焊縫凝固后為較粗大單相奧氏體柱狀晶）鎳基

41、焊縫凝固后為較粗大單相奧氏體柱狀晶凝固過程中易使低熔點(diǎn)共晶在凝固過程中易使低熔點(diǎn)共晶在A晶間連續(xù)分布，晶間連續(xù)分布， 促進(jìn)熱裂紋形成促進(jìn)熱裂紋形成特點(diǎn)：沿奧氏體特點(diǎn)：沿奧氏體晶間開裂晶間開裂，屬于典型的結(jié)晶裂紋，屬于典型的結(jié)晶裂紋影響因素：低熔點(diǎn)共晶物的數(shù)量多少及其熔點(diǎn)高低，影響因素：低熔點(diǎn)共晶物的數(shù)量多少及其熔點(diǎn)高低， 焊縫合金系統(tǒng)及其結(jié)晶溫度區(qū)間的大小焊縫合金系統(tǒng)及其結(jié)晶溫度區(qū)間的大小研究表明：研究表明： 1）增加焊縫硫、磷含量）增加焊縫硫、磷含量抗熱裂紋性能明顯下降抗熱裂紋性能明顯下降 2）調(diào)節(jié)焊縫金屬中碳、硅、鈷、稀土等合金元素）調(diào)節(jié)焊縫金屬中碳、硅、鈷、稀土等合金元素 含量，可得到抗

42、熱裂紋性能較佳的合金系統(tǒng)含量，可得到抗熱裂紋性能較佳的合金系統(tǒng)圖圖6-6 碳對鎳鐵型焊縫金屬熱裂紋的影響碳對鎳鐵型焊縫金屬熱裂紋的影響Vbl：產(chǎn)生熱裂紋的臨界：產(chǎn)生熱裂紋的臨界 變形速率變形速率Vbl值越大值越大焊縫金屬抗熱裂紋性能越好焊縫金屬抗熱裂紋性能越好wC%=2.38%：Vbl最大最大焊縫抗熱裂紋性能最佳焊縫抗熱裂紋性能最佳C-Fe-Ni三元合金相圖：三元合金相圖： 焊縫焊縫 wC=2.38%：合金處于：合金處于共晶成分共晶成分 凝固溫度區(qū)間最窄，焊縫金屬晶粒細(xì)小凝固溫度區(qū)間最窄，焊縫金屬晶粒細(xì)小 又：晶間的又：晶間的S、P偏析較少偏析較少焊縫金屬的抗熱裂紋性能好。焊縫金屬的抗熱裂紋性

43、能好。 wC 2.38%：焊縫金屬為過共晶：焊縫金屬為過共晶 偏離共晶成分越遠(yuǎn)，凝固溫度區(qū)間越大，偏離共晶成分越遠(yuǎn)，凝固溫度區(qū)間越大， 奧氏體晶粒粗化，晶間奧氏體晶粒粗化，晶間S、P偏析加劇，偏析加劇， 低熔點(diǎn)共晶相對增多低熔點(diǎn)共晶相對增多抗熱裂紋性能下降抗熱裂紋性能下降 稀土元素釔對鎳鐵性鑄鐵焊條的焊縫金屬抗熱裂紋稀土元素釔對鎳鐵性鑄鐵焊條的焊縫金屬抗熱裂紋性能有明顯影響：性能有明顯影響：適量：提高抗熱裂紋性能適量：提高抗熱裂紋性能 釔具有較強(qiáng)脫釔具有較強(qiáng)脫S、脫、脫P(yáng)作用作用 使奧氏體晶間低熔點(diǎn)共晶物減少使奧氏體晶間低熔點(diǎn)共晶物減少 細(xì)化晶粒、促使石墨呈球狀析出，細(xì)化晶粒、促使石墨呈球狀析

44、出， 改善焊縫金屬力學(xué)性能改善焊縫金屬力學(xué)性能過量：釔在晶間偏析，與鎳或鐵形成低熔點(diǎn)共晶過量：釔在晶間偏析，與鎳或鐵形成低熔點(diǎn)共晶 惡化焊縫抗熱裂紋性能惡化焊縫抗熱裂紋性能6.2.3 球墨鑄鐵的焊接性特點(diǎn)球墨鑄鐵的焊接性特點(diǎn)球墨鑄鐵焊接性特點(diǎn)：球墨鑄鐵焊接性特點(diǎn)：1）球化劑有增大鐵液結(jié)晶過冷度、阻礙石墨化和促進(jìn)球化劑有增大鐵液結(jié)晶過冷度、阻礙石墨化和促進(jìn) AM的作用的作用2）由于球墨鑄鐵的力學(xué)性能遠(yuǎn)比灰鑄鐵好，特別是以）由于球墨鑄鐵的力學(xué)性能遠(yuǎn)比灰鑄鐵好，特別是以 鐵素體為基體的球墨鑄鐵，塑性和韌性很好，對焊鐵素體為基體的球墨鑄鐵，塑性和韌性很好，對焊 接接頭的力學(xué)性能要求相應(yīng)提高接接頭的力學(xué)

45、性能要求相應(yīng)提高焊接接頭中白口鑄鐵：使沖擊韌度值大幅度下降焊接接頭中白口鑄鐵：使沖擊韌度值大幅度下降 對強(qiáng)度和塑性有較大不良影響對強(qiáng)度和塑性有較大不良影響出現(xiàn)白口鑄鐵部位容易萌生裂紋，促進(jìn)形成焊接冷裂紋出現(xiàn)白口鑄鐵部位容易萌生裂紋，促進(jìn)形成焊接冷裂紋奧奧-貝球墨鑄鐵焊接性：比普通球墨鑄鐵更差貝球墨鑄鐵焊接性：比普通球墨鑄鐵更差1）鑄鐵）鑄鐵wSi%高高 奧奧-貝球墨鑄鐵基體貝球墨鑄鐵基體中貝氏體是中貝氏體是wC%很低的單相很低的單相 組織，不含碳化物，故又稱之為組織，不含碳化物，故又稱之為貝氏體鐵素體貝氏體鐵素體 貝氏體鐵素體在相變過程中：貝氏體鐵素體在相變過程中： 排出排出C 周圍周圍A w

46、C%=1.5% 為焊接為焊接HAZ 奧氏體區(qū)形成高碳馬氏體奧氏體區(qū)形成高碳馬氏體 提供條件提供條件2）有些）有些含有少量合金元素含有少量合金元素 奧氏體區(qū)淬硬傾向更大奧氏體區(qū)淬硬傾向更大6.3 鑄鐵的焊接材料及工藝鑄鐵的焊接材料及工藝_ 6.3.1 灰鑄鐵的焊接材料及工藝特點(diǎn)灰鑄鐵的焊接材料及工藝特點(diǎn)_ 1、同質(zhì)焊縫電弧熱焊、同質(zhì)焊縫電弧熱焊 2、氣焊、氣焊 3、手工電渣焊、手工電渣焊 4、異質(zhì)焊縫電弧冷焊、異質(zhì)焊縫電弧冷焊 5、灰鑄鐵的釬焊與噴焊、灰鑄鐵的釬焊與噴焊 6.3.2 球墨鑄鐵的焊接工藝特點(diǎn)球墨鑄鐵的焊接工藝特點(diǎn)_ 1、氣焊、氣焊 2、同質(zhì)焊縫電弧焊、同質(zhì)焊縫電弧焊 3、異質(zhì)焊縫電

47、弧焊、異質(zhì)焊縫電弧焊 6.3.3 其他鑄鐵的焊接特點(diǎn)其他鑄鐵的焊接特點(diǎn)_ 1、奧、奧-貝球墨鑄鐵貝球墨鑄鐵 2、蠕墨鑄鐵焊接、蠕墨鑄鐵焊接 3、白口鑄鐵焊接、白口鑄鐵焊接 6.3 鑄鐵的焊接材料及工藝鑄鐵的焊接材料及工藝焊接方法：電弧熱焊和不預(yù)熱焊、氣焊、手工電渣焊焊接方法：電弧熱焊和不預(yù)熱焊、氣焊、手工電渣焊 以及氣體火焰釬焊或噴焊以及氣體火焰釬焊或噴焊焊接材料：同質(zhì)焊條、異質(zhì)焊條、銅基釬料及鎳基或焊接材料：同質(zhì)焊條、異質(zhì)焊條、銅基釬料及鎳基或 鐵基噴焊粉鐵基噴焊粉 其中，焊條：鐵基合金、鎳基合金其中，焊條：鐵基合金、鎳基合金 及銅基合金三大類及銅基合金三大類6.3.1 灰鑄鐵的焊接材料及工

48、藝特點(diǎn)灰鑄鐵的焊接材料及工藝特點(diǎn)1、同質(zhì)焊縫（鑄鐵型）電弧熱焊、同質(zhì)焊縫（鑄鐵型）電弧熱焊電弧熱焊：將鑄鐵件電弧熱焊：將鑄鐵件預(yù)熱預(yù)熱到到600700，然后在，然后在塑性狀塑性狀 態(tài)下進(jìn)行焊接態(tài)下進(jìn)行焊接，焊接溫度不低于，焊接溫度不低于500400，為防，為防 止焊接過程中開裂，止焊接過程中開裂，焊后焊后立即進(jìn)行立即進(jìn)行消除應(yīng)力處理消除應(yīng)力處理及及 緩冷緩冷的鑄鐵焊補(bǔ)工藝。的鑄鐵焊補(bǔ)工藝。預(yù)熱：結(jié)構(gòu)復(fù)雜且焊補(bǔ)處拘束度大預(yù)熱：結(jié)構(gòu)復(fù)雜且焊補(bǔ)處拘束度大整體預(yù)熱；整體預(yù)熱； 結(jié)構(gòu)簡單、拘束度較小結(jié)構(gòu)簡單、拘束度較小大范圍局部預(yù)熱大范圍局部預(yù)熱高溫預(yù)熱作用：高溫預(yù)熱作用：1）減小了焊接區(qū)域的溫差）減小

49、了焊接區(qū)域的溫差2）使母材從常溫?zé)o塑性狀態(tài)變?yōu)榫哂幸欢ㄋ苄裕┦鼓覆膹某責(zé)o塑性狀態(tài)變?yōu)榫哂幸欢ㄋ苄?大大減小了熱應(yīng)力，避免開裂大大減小了熱應(yīng)力，避免開裂高溫預(yù)熱高溫預(yù)熱+焊后緩冷焊后緩冷 使焊縫和半熔化區(qū)石墨化較為充分使焊縫和半熔化區(qū)石墨化較為充分 焊接接頭可以完全避免白口及淬硬組織產(chǎn)生焊接接頭可以完全避免白口及淬硬組織產(chǎn)生使用合適成分焊條：使用合適成分焊條： 焊接接頭硬度與母材相近，有優(yōu)良加工性，力學(xué)焊接接頭硬度與母材相近，有優(yōu)良加工性，力學(xué)性能、顏色與母材一致性能、顏色與母材一致半熱焊：預(yù)熱溫度在半熱焊：預(yù)熱溫度在300400時(shí)稱為半熱焊時(shí)稱為半熱焊優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）改善焊工勞動條件，降低焊

50、補(bǔ)成本）改善焊工勞動條件，降低焊補(bǔ)成本2）對防止焊接熱影響區(qū)出現(xiàn)）對防止焊接熱影響區(qū)出現(xiàn)M及熔合區(qū)白口較有效及熔合區(qū)白口較有效 改善接頭加工性改善接頭加工性不利：鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊補(bǔ)處剛度較大時(shí)不利：鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊補(bǔ)處剛度較大時(shí) 局部半熱焊會增大熱應(yīng)力，促使產(chǎn)生裂紋局部半熱焊會增大熱應(yīng)力，促使產(chǎn)生裂紋為保證焊縫石墨化，防止白口：為保證焊縫石墨化，防止白口：電弧熱焊電弧熱焊焊縫中焊縫中C、Si總量應(yīng)稍高于母材總量應(yīng)稍高于母材 wC%=3.0%3.8% wSi%= 3.0%3.8%半熱焊半熱焊wC%=3.5%4.5% wSi%= 3.0%3.8% 類別類別名稱名稱型號型號焊條及藥芯焊絲熔敷金屬或焊

51、絲主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）焊條及藥芯焊絲熔敷金屬或焊絲主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）備注備注CSiMnSPFeNiCu鑄鐵鑄鐵同質(zhì)同質(zhì)焊條焊條灰鑄鐵灰鑄鐵焊條焊條EZC2.04.0 2.56.5 0.750. 100.15余余球墨鑄鐵球墨鑄鐵焊條焊條EZCQ3.24.2 3.24.0 0.80球化劑球化劑0.040.15%鎳基鎳基鑄鐵鑄鐵焊條焊條純鎳純鎳鑄鐵鑄鐵焊條焊條EZNi-12.02.51.00.038.090EZNi-24.02.5852.5Al1.0%EZNi-3Al 1.0%3.0%鎳鐵鎳鐵鑄鐵鑄鐵焊條焊條EZNiFe-1余余4560Al1.0%EZNiFe-2Al 1.0%3.0

52、%EZNiFeMn1.010143545Al1.0%鎳銅鑄鐵鎳銅鑄鐵焊條焊條EZNiCu-10.350.550.752.30.0253.06.06070 2535EZNiCu-25060 3545鎳鐵銅鑄鎳鐵銅鑄鐵焊條鐵焊條EZNiFeCu2.02.01.50.03余余4560410表表6-4 鑄鐵焊條及焊絲（鑄鐵焊條及焊絲（GB/T 10044-2006）類別類別名稱名稱型號型號焊條及藥芯焊絲熔敷金屬或焊絲主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）焊條及藥芯焊絲熔敷金屬或焊絲主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）備注備注CSiMnSPFeNiCu其他其他鑄鐵鑄鐵焊條焊條純鐵及碳純鐵及碳鋼焊條鋼焊條EZFe-10.04

53、0.100.60.0100.015余余焊芯焊芯成分成分EZFe-20.100.030.0300.030高釩焊條高釩焊條EZV0.250.701.500.040.04V 8%13%鑄鐵鑄鐵同質(zhì)同質(zhì)焊絲焊絲灰鑄鐵灰鑄鐵焊絲焊絲RZC-13.23.5 2.73.00.600.750.100.500.75RZC-23.54.5 3.03.80.300.800.50RZCH3.23.5 2.02.50.500.700.200.401.21.6Mo0.250.45%球墨鑄鐵球墨鑄鐵焊絲焊絲RZCQ-13.24.0 3.23.80.100.400.0150.050.5Ce 0.20球化劑球化劑0.04%0.

54、10%RZCQ-23.54.2 3.54.20.500.800.030.10鎳基藥芯焊絲鎳基藥芯焊絲ET3ZNiFe2.01.03.05.0 0.034560 2.5Al1.0%鎳基氣體鎳基氣體保護(hù)焊焊絲保護(hù)焊焊絲ERZNi1.00.752.50.030.4904.0ERZNiFeMn 0.501.01014余余3445 2.5Al1.0%電弧熱焊工藝：焊前準(zhǔn)備、預(yù)熱、焊接、焊后緩冷及電弧熱焊工藝：焊前準(zhǔn)備、預(yù)熱、焊接、焊后緩冷及 加工等過程加工等過程1）焊前準(zhǔn)備：清理、開坡口）焊前準(zhǔn)備：清理、開坡口 尺寸較大或位于鑄件邊角缺陷，焊前造型尺寸較大或位于鑄件邊角缺陷，焊前造型圖圖6-7 缺陷造型

55、示意圖缺陷造型示意圖a) 較大缺陷較大缺陷 b) 邊角缺陷邊角缺陷造型作用：防止鐵液流失，增大焊補(bǔ)金屬體積，減緩焊補(bǔ)區(qū)造型作用：防止鐵液流失，增大焊補(bǔ)金屬體積，減緩焊補(bǔ)區(qū) 冷卻速度冷卻速度2）預(yù)熱：溫度根據(jù)鑄鐵件體積、壁厚、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、）預(yù)熱：溫度根據(jù)鑄鐵件體積、壁厚、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、 缺陷位置及加熱條件等因素來確定缺陷位置及加熱條件等因素來確定 注意：控制加熱速度注意：控制加熱速度 使鑄鐵件溫度均勻，減小熱應(yīng)力使鑄鐵件溫度均勻，減小熱應(yīng)力 防止加熱過程中出現(xiàn)裂紋防止加熱過程中出現(xiàn)裂紋焊接電流與直徑經(jīng)驗(yàn)公式：焊接電流與直徑經(jīng)驗(yàn)公式： I=（4050）d 式中式中 d焊條直徑（焊條直徑（mm）3

56、）焊接：從缺陷中心引弧，逐漸向外擴(kuò)展，連續(xù)焊接）焊接：從缺陷中心引弧，逐漸向外擴(kuò)展，連續(xù)焊接 將缺陷焊滿將缺陷焊滿 焊補(bǔ)過程中保持預(yù)熱溫度焊補(bǔ)過程中保持預(yù)熱溫度4）焊后：保溫緩冷）焊后：保溫緩冷 重要鑄件焊補(bǔ)后馬上入爐進(jìn)行消除應(yīng)力熱處重要鑄件焊補(bǔ)后馬上入爐進(jìn)行消除應(yīng)力熱處 理，保溫一段時(shí)間后隨爐冷卻理，保溫一段時(shí)間后隨爐冷卻不預(yù)熱焊：不預(yù)熱焊：特點(diǎn)：焊接熔池及熱影響區(qū)冷卻速度快特點(diǎn)：焊接熔池及熱影響區(qū)冷卻速度快 易產(chǎn)生白口及脆硬組織、焊接接頭裂紋傾向大易產(chǎn)生白口及脆硬組織、焊接接頭裂紋傾向大解決：解決：1）焊接材料：）焊接材料： 提高焊條藥皮石墨化能力提高焊條藥皮石墨化能力使焊縫含有較高使焊縫

57、含有較高C、Si 加入多元少量有孕育作用合金元素：加入多元少量有孕育作用合金元素：Ca、Ba、Al 形成高熔點(diǎn)硫化物、氧化物質(zhì)點(diǎn)，作為石墨形成高熔點(diǎn)硫化物、氧化物質(zhì)點(diǎn)，作為石墨 異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)，促進(jìn)石墨化異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)，促進(jìn)石墨化 使用具有貝氏體和馬氏體連續(xù)相變松弛應(yīng)力效應(yīng)使用具有貝氏體和馬氏體連續(xù)相變松弛應(yīng)力效應(yīng)的焊條的焊條2）冶金：）冶金： 焊時(shí)改變石墨形態(tài)：片狀焊時(shí)改變石墨形態(tài)：片狀蠕蟲狀、球狀蠕蟲狀、球狀 使基體為：使基體為：F+P組織組織 提高焊縫抗冷裂紋性能提高焊縫抗冷裂紋性能同質(zhì)焊條不預(yù)熱焊：采用灰鑄鐵芯焊條（如同質(zhì)焊條不預(yù)熱焊：采用灰鑄鐵芯焊條（如Z248） 大電流、慢速、往復(fù)運(yùn)條

58、連續(xù)焊，焊縫高出母材大電流、慢速、往復(fù)運(yùn)條連續(xù)焊，焊縫高出母材5mm以上，利用強(qiáng)大電弧熱延長焊縫及熔合區(qū)以上，利用強(qiáng)大電弧熱延長焊縫及熔合區(qū)1200800停留時(shí)間并減慢冷卻速度，形成一個停留時(shí)間并減慢冷卻速度，形成一個小范圍局部小范圍局部熱焊熱焊采用：分段焊或加熱減應(yīng)區(qū)法采用：分段焊或加熱減應(yīng)區(qū)法 減小熱應(yīng)力減小熱應(yīng)力2、氣焊、氣焊電弧熱焊及半熱焊：壁厚電弧熱焊及半熱焊：壁厚10mm鑄件上缺陷的焊補(bǔ)鑄件上缺陷的焊補(bǔ)氣焊：薄壁件宜用氣焊：薄壁件宜用 氧乙炔火焰溫度比電弧溫度低很多，而且熱量不氧乙炔火焰溫度比電弧溫度低很多，而且熱量不集中，需要很長時(shí)間才能將焊補(bǔ)處加熱到熔化溫度，集中，需要很長時(shí)間

59、才能將焊補(bǔ)處加熱到熔化溫度，使得受熱面積較大，使得受熱面積較大，相當(dāng)于局部預(yù)熱焊接條件相當(dāng)于局部預(yù)熱焊接條件特點(diǎn)：特點(diǎn)：1）冷卻速度慢，焊縫容易獲得灰鑄鐵組織，焊接）冷卻速度慢，焊縫容易獲得灰鑄鐵組織，焊接HAZ 容易避免白口及淬硬組織容易避免白口及淬硬組織2）被焊件受熱面積大，焊接熱應(yīng)力較大，）被焊件受熱面積大，焊接熱應(yīng)力較大，有一定裂紋有一定裂紋 傾向傾向適用于：拘束度小的薄壁件缺陷的焊補(bǔ)適用于：拘束度小的薄壁件缺陷的焊補(bǔ)拘束度大時(shí)：整體預(yù)熱的氣焊熱焊法拘束度大時(shí)：整體預(yù)熱的氣焊熱焊法 預(yù)熱溫度為預(yù)熱溫度為600700，焊后緩冷，焊后緩冷類別類別名稱名稱型號型號焊條及藥芯焊絲熔敷金屬或焊絲

60、主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（焊條及藥芯焊絲熔敷金屬或焊絲主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）備注備注CSiMnSPFeNiCu鑄鐵鑄鐵同質(zhì)同質(zhì)焊絲焊絲灰鑄鐵灰鑄鐵焊絲焊絲RZC-1 3.23.5 2.73.0 0.600.750.100.500.75余余RZC-2 3.54.5 3.03.8 0.300.800.50RZCH 3.23.5 2.02.5 0.500.700.200.401.21.6Mo0.250.45%RZC-1：w（C+Si）%=6.0% 適用于熱焊適用于熱焊RZC-2：石墨化元素含量提高：石墨化元素含量提高 適用于不預(yù)熱氣焊適用于不預(yù)熱氣焊 與與CJ201氣焊熔劑配合使用氣焊熔劑配