第四章鑄鐵焊接

1、第四章 鑄鐵焊接前言1、優(yōu)點：成本，鑄造性能、震性能、耐磨性、切削加工性，設(shè)備簡單，廢品率較高，機械性能一般，無磁性。C-Fe 、 Mn、 Si、S、P 合金元素2. 鑄鐵應(yīng)用（機制業(yè)中應(yīng)用廣泛）50 年代 QT 應(yīng)用，更廣泛1）鑄造焊接的應(yīng)用一般鑄件廢品率，修復(fù)可降低成本、完成任務(wù)2 ）已損壞（使用過程中）的鑄鐵成品件的焊補（出裂紋使產(chǎn)品報廢）節(jié)約資金。3）零件的生產(chǎn)（ QT 件）鑄件 +鋼件（或其它金屬件）（異質(zhì)焊接） 4-1鑄鐵的種類及性能簡介（Wc2%的鐵碳合金鑄鐵）一、 分類按碳在鑄鐵中存在的狀態(tài)及形式的不同：白口（灰口、可鍛、球墨、蠕墨）鑄鐵1、白口鑄鐵 ： C 絕大多數(shù)以滲碳體（

2、 Fe3C）狀態(tài)存在，進(jìn)口呈白亮色。（無法機械加工）2、灰口鑄鐵 ：石墨以片狀存在，性能差異大（石墨存在形式不同）部分存在于珠光體中。3、可鍛鑄鐵 ：石墨以團(tuán)絮狀存在，性能差異大（石墨存在形式不同）部分存在于珠光體中。4、球墨鑄鐵 ：石墨以圓球狀存在，性能差異大（石墨存在形式不同）部分存在于珠光體中。5、蠕墨鑄鐵 ：石墨以蠕蟲狀存在，性能差異大（石墨存在形式不同）部分存在于珠光體中。綜合機械性能對比（ b、 、k）比較：球墨（次之） 可鍛 蠕墨（推廣期） 灰口（應(yīng)用最廣）二、 常用灰鐵（ HT ）情況簡介1、成分Wc： 2.7 3.5%;Si:12.7%;Mn:0.51.3%,P0.3%,S0

3、.15%.2、性能（表 10-1）改變基體中 F 及 P 相對含量，可得不同的 b；細(xì)片狀 b，純 F、 b。3、應(yīng)用：汽車、拖拉機的缸體、缸蓋、一般機床。4、C 的狀態(tài)與基體組織的決定因素： V 冷及其化學(xué)成分。（從P382圖 10-1 所示）認(rèn)真分析1）V 冷（圖 10-1 ）（ P382）2）化學(xué)成分（圖10-1、圖 10-2）三、球墨鑄鐵的情況簡介1、性能（表 10-2）2、化學(xué)成分：C：34%，Si：2 3%，Mn ：0.41.0%，PV 鑄冷），組織：共能滲碳體（白口組織）、二次滲碳體、珠光體、 E不能完全去除， 措施： V 冷，調(diào)整化學(xué)成分，增強石墨化解力，（適當(dāng)配合）異質(zhì)焊材

4、：（低碳鋼焊條）： Wc=0.7 1.0%高碳、易出現(xiàn)脆硬的馬氏體，（去白口）措施 ：防止或減弱母材中的 C 過渡到焊縫中，改變 C 的存在狀態(tài)，使焊縫不出現(xiàn)淬硬組織并具一定塑性。2）半熔化區(qū) （窄） 11501250液一固態(tài)焊后該區(qū)的組織受冷卻速度和焊縫區(qū)的化學(xué)成分影響。a、V 冷V 冷 0.6 / S液態(tài)固態(tài)（被碳所飽和的A ）7/S AM+A 殘析出二次滲碳體（共晶滲碳體 +A）珠光體（共析轉(zhuǎn)變）（形成白口）b、化學(xué)元素提高熔池中石墨化元素（C、Si、Ni 等）的含量對消除減弱半熔化區(qū)白口的形成是有利的。C、措施采用釬焊（ T）、根本上避免白口的形成。3）A 區(qū)固相線 共析溫度上眼。 8

5、201150（無液體）a、組織： A+ 石墨已 A 化b、C 分布： T、 Wc（靠米熔化區(qū)）（原因是石墨片中的C較多向周圍 A 擴(kuò)散）c 、措施：工藝措施使該區(qū)緩冷， A析蟲石墨、避免二次區(qū) C 或 M形成V 冷一些 Fe3CV 冷 M 4 ）重結(jié)晶區(qū)（窄）780820a、組織： V 加熱，部分原始組織A，冷卻時， APV 冷，可能有M出現(xiàn)5）球化區(qū)6）母材3 、鑄件焊后的加工焊后，很多要再經(jīng)過機械加工灰口鑄鐵（ P 或 P+F），良好的加工性接頭處有白口鑄鐵（ HB600800）及 M 組織（ HB500），難加工 HV5200 ，HRC50.5。I不允許焊后用磨代替車創(chuàng)。HRC1123

6、HV160243HB160240加工易“打刀”“讓刀”磨削雖可加工，但非常慢一般認(rèn)為接頭的硬度 HB300，可機械加工，某區(qū)的強度，發(fā)生裂紋。b、白口鑄鐵收縮率 的收縮率（相親部），二區(qū)間產(chǎn)生剪應(yīng)力圖 10-8 。對薄壁焊接，冷裂紋可能發(fā)生在高熔合線稍遠(yuǎn)的 HAZ，導(dǎo)熱差， 600區(qū)域?qū)挘觿±瓚?yīng)力，微量缺陷（氣孔、灰塵）減少工件有效工作截面。防止措施：（利于防止冷裂紋）a采取工藝措施，減弱焊接接頭的應(yīng)力及防止出現(xiàn)Fe3C 及M 體預(yù)熱焊、正確的冷焊工藝（ 應(yīng)狀態(tài)）b 采用 好、 S的焊材焊接，由于 松弛焊接應(yīng)力。C 厚大件修復(fù)（口大，層數(shù)多，可用截絲焊法）2、熱裂紋a 當(dāng)焊縫為鑄鐵，焊縫對熱

7、裂不敏感（高溫石墨析出，V ， 應(yīng)）b 當(dāng)采用低碳鋼焊條與N 基鑄鐵焊條冷焊時，焊縫易出現(xiàn)屬于熱裂紋的結(jié)晶裂紋。當(dāng) 應(yīng)剝離性裂紋火口裂紋，焊縫的橫向裂紋（縫長）縱向裂紋。1）低碳鋼焊條高碳組織熱裂傾向第一層焊縫：熔合比1 1 ，Wc=0.71.0%，S、P 34焊縫表層 Wc、S、P越靠近熔合線， C、S、P促使第一層焊縫易發(fā)生熱裂紋WcV 冷M 體冷裂紋2） Ni 基鑄鐵焊條鑄鐵中含較多 S、 P、易生成低熔共晶，對熱裂紋有較大的敏感性。C、采取的措施1）冶金處理方面：調(diào)整化學(xué)成分，（含有適量的稀土C、 Co）脆性溫度區(qū)間，低熔共晶物，晶粒細(xì)化。2）正確的冷焊工藝，應(yīng)，有害雜質(zhì)。二、球墨鑄鐵

8、焊接性的特點（選擇講解）1、其白口化傾向及淬硬傾向比灰口鑄鐵大（球化劑阻礙石墨化及提高淬硬臨界冷卻速度）。2、QT 的 b、 k 比 HT高，故對焊接接頭的機械性能要求也相應(yīng)高，常要求與各強度等級 QT母材想匹配?？傊河捎阼T鐵焊材對象不同及對焊補要求不同，多種焊方，焊材、焊工藝，以適應(yīng)不同的要求。下面將納為同質(zhì)（鑄鐵型）焊縫的熔化焊，異質(zhì)（非鑄鐵型）焊縫的熔化焊及釬焊。4-3灰口鑄鐵焊接材料及工藝一、同質(zhì)（鑄鐵型）焊縫的熔化焊（電弧熱焊、氣焊、電弧冷焊工藝）一）電弧熱焊：適用于厚度 10mm 以上工件缺陷的焊補1、熱焊：將工件整體或有缺陷的局部位置預(yù)熱到600700（暗紅色）然后進(jìn)行焊接，焊

9、后進(jìn)行緩冷的鑄鐵焊補工藝。對結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛度大的工件，宜采用整體預(yù)熱（否則 殘，易出裂紋）對結(jié)構(gòu)簡單，焊接處剛度小的工件，宜用局部預(yù)熱。2、優(yōu)勢600700（ V鑄冷、為了保證焊縫石墨化，不產(chǎn)生白口組織且硬度合適，W（c+s）稍大于母材Wc+si=67.6%5、焊材鑄 248 鑄鐵芯加石墨型藥皮 6mm鑄 208 低碳鋼芯加石墨型藥皮5mm大直徑焊條，配合大電流，V 焊。為提高大型缺陷熱焊的生產(chǎn)率，發(fā)展了多根藥芯焊絲的米自動焊熱焊對 10mm厚以下薄件焊補（如汽車缸體），易燒穿氣焊： T，加熱不集中，可用于薄墮鑄件的的焊補二）氣焊1、優(yōu)點： T 火焰 熱焊時，提高石墨化能力，保證合適組織及硬度。

10、焊接時一些氧化燒損。氣焊熱焊： C+Si=66.7%一般氣焊（局部加熱）：C+Si=6.87.3%4去除 SiO2（酸性氧化物），以免造成夾渣等缺陷釬劑用堿性氧化物（ Na2CO3，NaHCO3，NaNO3，K 2CO3）組成的熔劑，形成低熔點的渣，上浮去除。2Na2 co3Sio22( Na2O) SiO22CO25、焊接火焰特點宜用中性焰或弱碳化焰，用氧化焰增大C、Si 的燒損。6、加熱減應(yīng)氣焊（圖10-10）詳細(xì)介紹一般氣焊易被拉裂局部加熱兩次 600700（暗紅色）減應(yīng)區(qū)：通過加熱能減少焊縫應(yīng)力的區(qū)域。選定的原則：主要是選擇阻礙焊接過程中焊補處膨脹及收縮部位，注意調(diào)區(qū)及焊口同時加熱。三

11、）焊縫為鑄鐵型的電弧冷焊1、電弧冷焊的特點及應(yīng)用2、解決問題的措施（首要問題：防止接頭的白口問題）1）白口問題途徑：進(jìn)一步提高焊縫石墨化元素的含量（通過焊接及藥皮的調(diào)整）提高焊接熱輸入量（以 V 冷）有助消除或減少 HAZ的 M組織，（大直徑焊條、大電流連續(xù)焊）。成分：但米熔化區(qū)形成白口的敏感性比焊縫更大，更需解決?，F(xiàn)一般認(rèn)為，冷焊條件下，Wc45.5%,W3.54.5% 較理想。Si研究證明：適當(dāng)Wc，保持WSi 較為理想。原因：液態(tài)時 C的擴(kuò)散能力比硅強十倍左右。（減弱或消除半熔化區(qū)白口的形成有利）。更能減少焊縫收縮量，裂紋敏感性。Si5%對 F 固溶強化的效果，使焊縫硬度（無這個問題）焊

12、材：冷焊用鑄鐵焊條（鑄 248（鑄鐵芯 6mm以上）、鑄 208（鋼芯）藥皮中均含較多的強石墨化元素，可用更大的 I H，V 冷，獲好加工。工藝措施（焊接熱輸入，減慢 V 冷）大直徑焊條、大電流連續(xù)焊工藝，如小電流連續(xù)焊工藝， V 冷焊縫出白口，易裂、無法加工。2）焊縫裂紋問題由于焊縫為 HT 組織， b，無塑性，大電流連續(xù)焊工藝局部受熱嚴(yán)重， 應(yīng)嚴(yán)重，焊補剛度大的工件時易出裂紋。但焊補剛度不大的中、大型體，結(jié)果令人滿意。采用新型電焊條（用B，M 二次相受應(yīng)力松馳效應(yīng)提高撫裂性能。）HRC需高溫回火才可加工非加工面焊補。二、異質(zhì)（非鑄鐵型）焊縫的電弧冷焊a、局限性（ P393）1） 、 裂紋2

13、）對 V 冷冷敏感3）大電流焊鑄件不好b、二種新方向。新焊材 Wc一）異質(zhì)焊縫電弧冷焊材料及方法。1.Ni 基本條手弧焊1）Ni 作用：Ni （擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素）亦是促使石墨化元素，（其擴(kuò)散能力在液態(tài)時很強，半熔化區(qū)的白口寬度） A 及 相均能溶解較高的碳。T、少量 C由于過飽和以細(xì)小的石墨析出（故焊縫有一定, b , HV 較低）。Ni、白口寬度WNi 98% B0.05mm 白口層呈斷裂狀2）鑄 508 焊條（ Ni70%， Cu30%的蒙乃爾合金）。接頭最好的切削加工性能，但收縮率大（2%），易出裂紋。發(fā)展了純 Ni 焊條，鎳鐵焊條。3）鑄 308（純 Ni 焊條）機械性能見表 10-5

14、其白口寬度在所有冷焊焊條中是最小的。HB 30%，焊縫脆性，易出低溫裂紋Cu：Fe=80:20(常用 Cu 基鑄鐵焊條 )焊縫中 Cu 與 Fe 以機械混合物存在焊第一層時， C 較多地熔入焊縫， V 冷，形成 M+Fe3 C2) 焊縫組成及性能以 Cu 為基礎(chǔ)，機械地混合少量鋼成鑄鐵的高硬度組織，其較高的塑性，較好的抗裂性能。6 達(dá) 147N/mm2(Cu 花鐵粉焊條 )其中可用于 H 下焊補3) 應(yīng)用：主要用于修理行業(yè)中非加工面鑄鐵件的焊補 (Cu 為弱墨化元素，擴(kuò)散能力較弱，接頭白口區(qū)較寬， Cu 基軟， M 與 Fe3C 硬，加工性不變 )4) 焊條形式 (P397)3、高釩焊條手弧焊

15、鑄 116鑄 117交流電直流電1) V 的作用金屬學(xué)知識可知，當(dāng) V/C 比合適時，不僅可得純鐵素體基體，而且 VC 以彌散狀分布于基體上，該鋼 好， b 足夠， HV 不高。由圖 10-16 可知 (P398)，當(dāng) Wc=1%時，焊縫 Wv 需 1%才能獲鐵素體加彌散狀碳化釩組織 (V 4C3)第一層焊縫 (低碳焊條 )中： Wc=0.7-1.0%。圖 10-17，為Wv 對第一層焊縫硬度的影響。當(dāng) V 量不足，不能結(jié)合全部C，在急速冷卻條件下，第一層縫會出現(xiàn)M 、托氏體及V 4C3 的混合組織。 (高硬組織 )第一層焊縫 Wv 必須保證 7-8%以上，加上母材的稀釋作用，多層焊Wv一般為

16、10-12%。2) 焊條成分焊芯H08鑄116(交流電源)藥皮，加足量的釩鐵鑄117(直流電源 )焊縫含 Si：0.50.7%，否則 降低 , 抗裂性降低。3) 高釩焊條焊縫性能： (好)b 可達(dá) 558588N/mm3可達(dá) 28-36%硬度過 HB230高塑性及抗裂性能，不易出氣孔。4) 金相組織綜合成上窄的黑帶 (V4C3 顆粒 )，V 從焊縫母材(V 為強硫化物形成元素 )C 母材熔液5) 缺點：與普低鋼焊條防焊焊縫的膠縮率相近， s 高，焊補面積很大，焊縫層數(shù)很多時， HAZ 可能有剝離性裂紋。4、細(xì)絲 H08Mn2S ； CO 2 保護(hù)焊 (0.69-1.0mm)短路過渡過程， (小

17、電流，低電壓焊接，熔深淺)IH 、V H 第一層熔合比CO2 保護(hù)焊有氧化性， C 有燒損， Wc主要從焊接的工藝規(guī)范上保證焊接的質(zhì)量(P399)二) 異質(zhì) (非鑄鐵型 )焊縫的弧冷焊工藝特點：四句話：“準(zhǔn)備工作要做好，焊接電流適當(dāng)小，短段斷續(xù)分散焊，焊后立即小錘敲。”1、做好焊前準(zhǔn)備工作去除工件及缺陷上的油污等其它雜質(zhì)，正確觀察缺察情況，及將缺陷制成適當(dāng)?shù)钠驴?，以備焊接?) 堿水刷洗，汽油擦洗，火焰清除 (否則氣孔 )2) 裂紋缺陷觀系：肉眼，放大鏡，可借助水壓，滲煤油試驗。3) 為防止裂紋擴(kuò)張，端部 3-5mm 鉆止裂孔 (5-8mm)4) 開坡口原則：保證順利施焊及質(zhì)量前提下盡量減少坡口角度及母材的熔化量，降低焊接應(yīng)力， S、P、防裂紋。2、采用合適的最少電流焊接P399下面 2 點采用小直徑焊條3、采用短段焊、連續(xù)分散焊及焊后鍾擊工藝1)原因：焊縫越長， 拉裂紋可能性2)工藝：一般 10-20mm(薄件 )；30-40mm(原件 )4焊后立即錘擊(快速 )處于高溫而且較高塑性的焊縫，松馳工件冷致 50-60（不燙手再焊下一道焊縫多層 泵大件工藝特點 (開大坡口 ) 應(yīng)，易發(fā)生剝離性裂紋。a、合理安排多層焊焊接順序(