灰鑄鐵_焊接_畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 灰鑄鐵的焊接性及焊接工藝研究 學(xué)生姓名： 呂亞東 系 別： 材料工程系 專業(yè)年級(jí)： 焊接技術(shù)及自動(dòng)化10級(jí) 指導(dǎo)教師： 徐陽(yáng) 2013年 3月 4 日摘要灰鑄鐵有良好的鑄造性能、良好的減振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。在工業(yè)使用是很廣泛的，研究灰鑄鐵的焊接可以產(chǎn)生巨大的效益。由于條件限制，在這里主要給出了灰鑄鐵的性能、灰鑄鐵的焊接性其缺陷及防治、灰鑄鐵同質(zhì)焊縫的熔焊、以及異質(zhì)焊材焊接灰鑄鐵。最后又論述了灰鑄鐵帶輪輪輻及空氣壓縮機(jī)外殼裂紋的補(bǔ)焊以幫助大家更好的理解灰鑄鐵的焊接?；诣T鐵的焊接工藝的制定主要是依據(jù)灰鑄鐵的成分、冷卻條件來確定的。一般

2、灰鑄鐵的同質(zhì)、異質(zhì)焊接及補(bǔ)焊都可以參考本文。關(guān)鍵字：灰鑄鐵，焊接性能，焊接缺陷，補(bǔ)焊，焊接工藝ABSTRACTBecause of good casting properties, good vibration damping, good abrasion resistance, good machinability, low notch sensitivity，gray cast iron is used very broad in industrial.The study of gray cast iron welding can produce huge benefits.Because

3、 of certain constrains,here gives the performance of gray cast iron, gray cast iron welding defects and prevention, homogenous weld welding of gray cast iron, as well as the heterogeneous welding consumables welding gray cast iron. And finally discusses the crack repair welding of gray cast iron pul

4、ley spokes and air compressor housing to help people better understand the welding of gray cast iron.The formulation of the gray cast iron welding process is determined based on the composition of gray cast iron, cooling conditions.Homogeneous, heterogeneous welding and repair welding of gray cast i

5、ron in general can refer to this article.Key words: gray cast iron, welding performance, weld defects,repair welding, welding process目錄第一章 緒論1第二章 灰鑄鐵的分類及其性能22.1 鑄鐵分類22.2 灰鑄鐵中碳的存在狀態(tài)及其基體組織決定于鑄件冷卻速度42.3 灰鑄鐵的性能42.4 小結(jié)5第三章 灰鑄鐵的焊性及接接焊缺陷63.1 灰鑄鐵焊接性分析63.2 焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織63.2.1 焊縫區(qū)63.2.2 半熔化區(qū)73.2.3 奧氏體區(qū)83.2.4

6、 重結(jié)晶區(qū)93.3 裂紋是易出現(xiàn)的缺陷93.3.1 冷裂紋可發(fā)生在焊縫區(qū)或熱影響區(qū)上93.3.2 熱裂紋113.4 小結(jié)11第四章 灰鑄鐵同質(zhì)（鑄鐵型）焊縫的熔焊124.1 電弧熱焊124.2 氣焊134.3 焊縫為鑄鐵型的電弧冷焊144.4 灰鑄鐵的釬焊154.5 細(xì)絲CO2氣體保護(hù)焊164.6 小結(jié)16第五章 異質(zhì)焊材焊接灰鑄鐵175.1 異質(zhì)焊縫電弧冷焊材料175.1.1 鎳基焊縫手弧焊175.1.2 銅基焊條手弧焊185.1.3 H08Mn2Si細(xì)絲CO2保護(hù)焊195.2 異質(zhì)（非鑄鐵型）焊縫的電弧冷焊工藝要點(diǎn)195.3 小結(jié)20第六章 灰鑄鐵補(bǔ)焊的工程實(shí)例226.1 灰鑄鐵帶輪輪輻的

7、補(bǔ)焊226.2 空氣壓縮機(jī)外殼裂紋的補(bǔ)焊226.3 小結(jié)23第七章 總結(jié)24參考文獻(xiàn)25致謝26第一章 緒論鑄鐵是一個(gè)龐大的家族，是W (C )> 214 的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵是 以 Fe，C ，S 為主的多元鐵合金，它的種類也很多，應(yīng)用最早的鑄鐵是碳以片狀石墨存在于金屬基體中的灰鑄鐵，它的成本低廉，并且其具有鑄造性、可加工性、耐磨性及減振性均良好的特點(diǎn)，迄今為止仍是工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的一種鑄鐵，但灰鑄鐵也有它的缺點(diǎn)，主要是力學(xué)性能不高。由于各種原因，鑄鐵成品件在使用過程中會(huì)受到損壞，出現(xiàn)裂紋等缺陷，使其報(bào)廢。若要更換新的，用鑄鐵成品件都經(jīng)過各種機(jī)械加工，價(jià)格往往較貴。特別是一些重型鑄

8、鐵成品件，如鍛造設(shè)備的鑄鐵機(jī)座一旦使用不當(dāng)而出現(xiàn)裂紋，就得停止生產(chǎn)，若要更換新的鍛造設(shè)備，不僅價(jià)格昂貴，且從訂貨、運(yùn)貨到安裝調(diào)試往往需要很長(zhǎng)時(shí)間，所要很長(zhǎng)時(shí)間處于停產(chǎn)狀態(tài)。這方面的損失是巨大的。若能用焊接方法及時(shí)修復(fù)出現(xiàn)的裂紋，所產(chǎn)生的效益是無法估量的，如何采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧煤附訉?duì)其進(jìn)行修復(fù)，這就需要了解灰鑄鐵的本身特性及其焊接性能。其焊接主要應(yīng)用于以下方面：（1）鑄造缺陷的補(bǔ)焊 很多工廠都有鑄造車間，一般鑄件廢品率都很高，采用焊接方法修復(fù)這些有鑄造缺陷的鑄件，不僅有利于及時(shí)完成生產(chǎn)任務(wù)，而且還可大大降低鑄件成本。（2）損壞鑄鐵件的補(bǔ)焊 由于各種原因，使鑄鐵在使用過程中會(huì)受到損壞，出現(xiàn)裂紋

9、等缺陷，使產(chǎn)品報(bào)廢。要更換新的，有的一時(shí)無法解決，將嚴(yán)重影響生產(chǎn)任務(wù)的完成，而且成品鑄件都是經(jīng)過機(jī)械加工的，價(jià)格往往也很貴。若能及時(shí)用焊接方法修補(bǔ)，不僅有利于生產(chǎn)任務(wù)的完成，而且可以節(jié)約大批資金。（3） 零件的生產(chǎn) 即把鑄鐵件與剛件或其他金屬件焊接起來成零部件?；诣T鐵焊接時(shí)，焊接接頭中裂紋傾向是比較大的，這主要與鑄鐵本身的性能、焊接應(yīng)力、接頭組織及化學(xué)成分有關(guān)。為防止焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋，在生產(chǎn)中主要時(shí)采取減小焊接應(yīng)力，改變焊縫合金系統(tǒng)以及限制母材中雜質(zhì)熔入焊縫等措施。第二章 灰鑄鐵的分類及其性能2.1 鑄鐵分類按碳在鑄鐵中存在的狀態(tài)及形式的不同，可將鑄鐵分為：白口鑄鐵：碳絕大部分以碳化物存在，斷口

10、亮白色，鐵素體硬而脆，很少在機(jī)械零件中應(yīng)用?；诣T鐵：碳以石墨片狀形式存在可鍛鑄鐵：碳以石墨團(tuán)絮狀形式存在球墨鑄鐵：碳以石墨圓球狀形式存在蠕墨鑄鐵：碳以石墨蠕蟲狀形式存在在相同基體組織情況下，其中以球墨鑄鐵的力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、韌性）為最高，可鍛鑄鐵次之，蠕墨鑄鐵又次之，灰鑄鐵最差。但由于灰鑄鐵成本低廉，并具有鑄造性、可加工性、耐磨性及減震性均優(yōu)良的特點(diǎn)，是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵。常用鑄鐵的化學(xué)成分鑄鐵類別化學(xué)成分(%)C SiMnSP其它灰鑄鐵2.7 3.61.02.20.51.30.150.3球墨鑄鐵3.63.92.03.20.30.80.030.1Mg殘0.030.06RE殘0.02

11、0.05可鍛鑄鐵2.42.71.41.80.50.70.10.2Cr0.06灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度及硬度的變化是由于機(jī)體組織及石墨大小、數(shù)量不同的結(jié)果。純鐵素體為基體的灰鑄鐵：強(qiáng)度、硬度最低純珠光體為基體的灰鑄鐵：強(qiáng)度、硬度較高組織成分： 鐵碳合金雙重相圖以鑄鐵中c=3.5%的亞共晶合金為例。c=3.5%的液態(tài)合金在緩慢冷卻條件下，當(dāng)冷卻至液相線的溫度首先結(jié)晶出奧氏體，由于含碳量較低的奧氏體不斷析出，促使液相成分不斷沿含碳量增加的BC線變化，到共晶溫度(1154)時(shí)，達(dá)到共晶成分剩余液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成奧氏體和共晶石墨 LCAE+G (石墨)共晶轉(zhuǎn)變后，隨溫度下降，奧氏體的成分沿ES線逐漸變化，同時(shí)

12、析出二次石墨，這些石墨沉積于共晶石墨的表面，使共晶石墨不斷長(zhǎng)大。繼續(xù)冷卻至共析溫度(738)時(shí)，剩余奧氏體成分達(dá)到共析成分，相當(dāng)于S點(diǎn)(c=0.68% )，于是發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成鐵素體和共析石墨ASFP+G (石墨)共析石墨一般沉積于共晶石墨的表面而使其生長(zhǎng)，最后得到組織是在鐵素體基體上分布著片狀石墨。2.2 灰鑄鐵中碳的存在狀態(tài)及其基體組織決定于鑄件冷卻速度鐵水以很快速度冷卻時(shí)，第一階段石墨化過程（共析溫度以上）及第二階段石墨化過程（共析溫度下）完全被抑止將得到共晶滲碳體+二次滲碳體+珠光體組織，即白口鑄鐵組織。鐵碳相圖：鐵水當(dāng)溫度冷卻到液相時(shí)，開始從液相析出（）。1147共析溫度。L+Fe

13、3C（共晶滲碳體） 溫度下降，A的飽和固溶碳量隨溫度下降而降低，因而析出二次滲碳體，此反應(yīng)持續(xù)到共析溫度。在共析反應(yīng)中，A轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。冷卻到室溫后，組織由共晶滲碳體+二次滲碳體+珠光體組成。鐵水以很慢的速度冷卻時(shí)由于滲C體是不穩(wěn)定相，而石墨是穩(wěn)定相。第一階段和第二階段石墨化過程都進(jìn)行得很充分，最后得純鐵素體的灰鑄鐵組織。若石墨化的第一階段進(jìn)行很完全，第二階段石墨化過程進(jìn)行得不完全，則得珠光體+鐵素體、灰鑄鐵。不同元素對(duì)鑄鐵石墨化及白口化的影響。2.3 灰鑄鐵的性能 灰鑄鐵中的碳以片狀石墨的形態(tài)存在于球光體或鐵素體中，或二者按不同比例混合的基體組織中，其斷口呈灰色，因此而得名。石墨的力學(xué)能力很

14、低，使金屬基本承受負(fù)荷的有效截面積減小，而且片狀石墨使應(yīng)力嚴(yán)重集中(影 響很大的是石墨片的數(shù)量、長(zhǎng)短、粗細(xì))，因而使灰鑄鐵的力學(xué)性能不高。普通灰鑄鐵的金屬基體是由珠光體與鐵索體按不同比例組成，珠光體含量越高的灰鑄鐵，其抗拉強(qiáng)度也越高，其硬度也相應(yīng)有所提高，常見灰鑄鐵的力學(xué)性能見表 1。 表 1 灰鑄鐵力學(xué)性能（GB 943988）序號(hào)牌號(hào)抗拉強(qiáng)度（MPa）1HT1001002HT1501503HT300300其化學(xué)成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)()：C：2.638；Si：1.23.0；M n：0412；P：不大于0.4；S：不大于 0 15 。這樣的化學(xué)成分及石墨在基體中存在的形成，決定了灰鑄鐵幾乎無塑性及

15、韌性。2.4 小結(jié)按碳在鑄鐵中存在的狀態(tài)及形式的不同可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵?；诣T鐵中碳的存在狀態(tài)及其基體組織決定于鑄件冷卻速度?；诣T鐵中的碳以片狀石墨的形態(tài)存在于球光體或鐵素體中，或二者按不同比例混合的基體組織中，其斷口呈灰色，因此而得名。石墨在基體中存在的形成，決定了灰鑄鐵幾乎無塑性及韌性。第三章 灰鑄鐵的焊性及接接焊缺陷3.1 灰鑄鐵焊接性分析灰鑄鐵在化學(xué)成分上的特點(diǎn)是碳高及S、P雜質(zhì)高，這就增大了焊接接頭對(duì)冷卻速度變化的敏感性及冷熱裂紋的敏感性。在力學(xué)性能上的特點(diǎn)是強(qiáng)度低，基本無塑性。焊接過程具有冷速快及焊件受熱不均勻而形成焊接應(yīng)力較大的特殊性。這些因素導(dǎo)致焊接性不良

16、。主要問題兩方面：一方面是焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織。 另一方面焊接接頭易出現(xiàn)裂紋。3.2 焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織以含碳3%，含2.5%的常用灰鑄鐵為例，分析電弧焊焊后在焊接接頭上組織變化的規(guī)律。 3.2.1 焊縫區(qū)當(dāng)焊縫成分與灰鑄鐵鑄件成分相同時(shí)，則在一般電弧焊情況下，由于焊縫冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鑄件在砂型中的冷卻速度，焊縫主要為共晶滲碳體+二次滲碳鐵+珠光體，即焊縫基本為白口鑄鐵組織。防止措施： 焊縫為鑄鐵 采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣頊p慢焊逢的冷卻速度。如：增大線能量。采用預(yù)熱或者爐中緩冷。調(diào)整焊縫化學(xué)成分來增強(qiáng)焊縫的石墨化能力?？稍黾覥、Si、Ni等元素促進(jìn)石墨化。 對(duì)焊縫石墨影響元素異質(zhì)

17、焊縫：若采用低碳鋼焊條進(jìn)行焊接，常用鑄鐵含碳為3%左右，就是采用較小焊接電流，母材在第一層焊縫中所占百分比也將為1314，其焊縫平均含碳量將為0.7%1.0%,屬于高碳鋼（C0.6%）。這種高碳鋼焊縫在快冷卻后將出現(xiàn)很多脆硬的馬氏體。采用異質(zhì)金屬材料焊接時(shí)，必須要設(shè)法防止或減弱母材過渡到焊縫中的碳產(chǎn)生高硬度組織的有害作用。思路是：改變C的存在狀態(tài)，使焊縫不出現(xiàn)淬硬組織并具有一定的塑性，例如使焊縫分別成為奧氏體，鐵素體及有色金屬是一些有效的途徑。3.2.2 半熔化區(qū)特點(diǎn)：該區(qū)被加熱到液相線與共晶轉(zhuǎn)變下限溫度之間，溫度范圍11501250。該區(qū)處于液固狀態(tài)，一部分鑄鐵已熔化成為液體，其它未熔部分在

18、高溫作用下已轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。1）冷卻速度對(duì)半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響冷卻很快，液態(tài)鑄鐵在共晶轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變成萊氏體，即共晶滲碳體加奧氏體。繼續(xù)冷卻則為C飽和的奧氏體析出二次滲碳體。在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。由于該區(qū)冷速很快，在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，可出現(xiàn)奧氏體馬氏體的過程，并產(chǎn)生少量殘余奧氏體。其左側(cè)為亞共晶白口鑄鐵，其中白色條狀物為滲碳體，黑色點(diǎn)、條狀物及較大的黑色物為奧氏體轉(zhuǎn)變后形成的珠光體。右側(cè)為奧氏體快冷轉(zhuǎn)變成的竹葉狀高碳馬氏體，白色為殘余奧氏體。還可看到一些未熔化的片狀石墨。當(dāng)半熔化區(qū)的液態(tài)金屬以很慢的冷卻速度冷卻時(shí)，其共晶轉(zhuǎn)變按穩(wěn)定相圖轉(zhuǎn)變。最后其室溫組織由石墨+鐵素體組織組

19、成。當(dāng)該區(qū)液態(tài)鑄鐵的冷卻速度介于以上兩種冷卻速度之間時(shí)，隨著冷卻速度由快到慢，或?yàn)槁榭阼T鐵，或?yàn)橹楣怏w鑄鐵，或?yàn)橹楣怏w加鐵素體鑄鐵。影響半熔化區(qū)冷卻速度的因素有：焊接方法、預(yù)熱溫度、焊接熱輸入、鑄件厚度等因素。例：電渣焊時(shí)，渣池對(duì)灰鑄鐵焊接熱影響區(qū)先進(jìn)行預(yù)熱，而且電渣焊熔池體積大，焊接速度較慢，使焊接熱影響區(qū)冷卻緩慢，為防止半熔化區(qū)出現(xiàn)白口鑄鐵焊件預(yù)熱到650700再進(jìn)行焊接的過程稱熱焊。這種熱焊工藝使焊接熔池與HAZ很緩慢地冷卻，從而為防止焊接接頭白口鑄鐵及高碳馬氏體的產(chǎn)生提供了很好的條件。研究灰鑄鐵試板焊件、熱輸入相同時(shí)，隨板厚的增加，半熔化區(qū)冷卻速度加快。白口淬硬傾向增大。2）化學(xué)成分對(duì)

20、半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響鑄鐵焊接半熔化區(qū)的化學(xué)成分對(duì)其白口組織的形成同樣有重大影響。該區(qū)的化學(xué)成分不僅取決于鑄鐵本身的化學(xué)成分，而且焊逢的化學(xué)成分對(duì)該區(qū)也有重大影響。這是因?yàn)楹阜陞^(qū)與半熔化區(qū)緊密相連，且同時(shí)處于熔融的高溫狀態(tài)，為該兩區(qū)之間進(jìn)行元素?cái)U(kuò)散提供了非常有利的條件。某元素在兩區(qū)之間向哪個(gè)方向擴(kuò)散首先決定于該元素在兩區(qū)之間的含量梯度（含量變化）。元素總是從高含量區(qū)域向低含量區(qū)域擴(kuò)散，其含量梯度越大，越有利于擴(kuò)散的進(jìn)行。提高熔池金屬中促進(jìn)石墨化元素（C、Si、Ni等）的含量對(duì)消除或減弱半熔化區(qū)白口的形成是有利的。用低碳鋼焊條焊鑄鐵時(shí)，半熔化區(qū)的白口帶往往較寬。這是因?yàn)榘肴刍瘏^(qū)含C、Si量高于熔

21、池，故半熔化區(qū)的C、Si反而向熔池?cái)U(kuò)散，使半熔化區(qū)C、Si有所下降，增大了該區(qū)形成較寬白口的傾向。3.2.3 奧氏體區(qū)該區(qū)被加熱到共晶轉(zhuǎn)變下限溫度與共析轉(zhuǎn)變上限溫度之間。該區(qū)溫度范圍約為8201150，此區(qū)無液相出現(xiàn)該區(qū)在共析溫度區(qū)間以上，其基體已奧氏體化，加熱溫度較高的部分（靠近半熔化區(qū)），由于石墨片中的碳較多地向周圍奧氏體擴(kuò)散，奧氏體中含碳量較高；加熱較低的部分，由于石墨片中的碳較少向周圍奧氏體擴(kuò)散，奧氏體中含碳量較低，隨后冷卻時(shí)，如果冷速較快，會(huì)從奧氏體中析出一些二次滲碳體，其析出量的多少與奧氏體中含碳量成直線關(guān)系。在共析轉(zhuǎn)變快時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。冷卻更快時(shí)，會(huì)產(chǎn)生馬氏體，與

22、殘余奧氏體。該區(qū)硬度比母材有一定提高。熔焊時(shí)，采用適當(dāng)工藝使該區(qū)緩冷，可使A直接析出石墨而避免二次滲碳體析出，同時(shí)防止馬氏體形成。3.2.4 重結(jié)晶區(qū)很窄，加熱溫度范圍780820。由于電弧焊時(shí)該區(qū)加熱速度很快，只有母材中的部分原始組織可轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在隨后冷卻過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類組織。冷卻很快時(shí)也可能出現(xiàn)一些馬氏體。3.3 裂紋是易出現(xiàn)的缺陷3.3.1 冷裂紋可發(fā)生在焊縫區(qū)或熱影響區(qū)上1）焊縫處冷裂紋產(chǎn)生部位：鑄鐵型焊縫當(dāng)采用異質(zhì)焊接材料焊接，使焊逢成為奧氏體、鐵素體，銅基焊縫時(shí)，由于焊縫金屬具有較好的塑性，焊接金屬不易出現(xiàn)冷裂紋。起裂溫度：一般在400以下。原因：一方面是鑄鐵在40

23、0以上時(shí)有一定塑性；另一方面焊縫所承受的拉應(yīng)力是隨其溫度下降而增大。在400以上時(shí)焊縫所承受的拉應(yīng)力較小。產(chǎn)生原因：焊接過程中由于工件局部不均勻受熱，焊縫在冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力隨焊縫溫度的下降而增大。當(dāng)焊縫全為灰鑄鐵時(shí)，石墨呈片狀存在。當(dāng)片狀石墨方向與外加應(yīng)力方向基本垂直，且兩個(gè)片狀石墨的尖端又靠得很近，在外加應(yīng)力增加時(shí)，石墨尖端形成較大的應(yīng)力集中。鑄鐵強(qiáng)度低，400以下基本無塑性。當(dāng)應(yīng)力超過此時(shí)鑄鐵的強(qiáng)度極限時(shí)，即發(fā)生焊縫裂紋。當(dāng)焊縫中存在白口鑄鐵時(shí)，由于白口鑄鐵的收縮率比灰鑄鐵收縮率大，加以其中滲碳體性能更脆，故焊縫更易出現(xiàn)裂紋。影響因素： 與焊縫基體組織有關(guān)，焊縫中滲

24、碳體越多，焊縫中出現(xiàn)裂紋數(shù)量越多。當(dāng)焊縫基體全為珠光體與鐵素體組成，而石墨化過程又進(jìn)行得較充分時(shí)，由于石墨化過程伴隨有體積膨脹過程，可以松弛部分焊接應(yīng)力，有利于改善焊縫的抗裂性。 與焊縫石墨形狀有關(guān)粗而長(zhǎng)的片狀石墨容易引起應(yīng)力集中，會(huì)減小抗裂性。石墨以細(xì)片狀存在時(shí)，可改善抗裂性。石墨以團(tuán)絮狀存在時(shí)，焊縫具有較好的抗裂性能。 與焊補(bǔ)處剛度與焊補(bǔ)體積的大小及焊縫長(zhǎng)短有關(guān)焊補(bǔ)處剛度大，焊補(bǔ)體積大，焊縫越長(zhǎng)都將增大應(yīng)力狀態(tài)，促使裂紋產(chǎn)生。防止措施：對(duì)焊補(bǔ)件進(jìn)行整體預(yù)熱（550700）能降低焊接應(yīng)力。向鑄鐵型焊縫加入一定量的合金元素（Mn、Ni、Cu等）使焊縫金屬先發(fā)生一定量的貝氏體相變，接著又發(fā)生一定

25、量的馬氏體相變，則利用這二次連續(xù)相變產(chǎn)生的焊縫應(yīng)力松弛效應(yīng)，可較有效地防止焊縫出現(xiàn)冷裂紋。焊縫二次相變產(chǎn)生焊縫應(yīng)力松弛的原因：其一、金屬及合金在相變過程中塑性增加，這種特性稱相變塑性。其二、貝氏體與馬氏體的比容較奧氏體、珠光體及鐵素體都大，相變過程中的體積膨脹也有利于松弛焊縫應(yīng)力。加入既能改變石墨形態(tài)又能促使石墨化的元素。例如：Ca 電弧冷焊時(shí)，發(fā)現(xiàn)焊縫含一定量Ca時(shí)，既能促使焊縫石墨化，又能改變焊縫石墨狀態(tài)。焊縫中Ca為0.0027%時(shí)焊縫中C=3.89%、Si=2.85%，焊縫部分球化，另有部分蠕蟲狀石墨及少量片狀石墨，焊縫中無白口鑄鐵組織。在焊條中加入一定量Ca能改善抗冷裂性能。2）發(fā)生

26、在焊縫熱影響區(qū)的冷裂紋發(fā)生部位：含有較多滲碳體及馬氏體的HAZ，也可能發(fā)生在離熔合線稍遠(yuǎn)的HAZ。原因：在電弧冷焊情況下，在半熔化區(qū)及奧氏體區(qū)產(chǎn)生鐵素體及馬氏體等脆硬組織（白口鑄鐵的抗拉強(qiáng)度為107.8166.8Mpa，馬氏體鑄鐵的抗拉強(qiáng)度也不超過147Mpa）。當(dāng)焊接拉應(yīng)力超過某區(qū)的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在該區(qū)發(fā)生裂紋。半熔化區(qū)上白口鑄鐵的收縮率（1.6%2.3%）比其相應(yīng)的奧氏體的收縮率（0.9%1.3%）大得多。在該二區(qū)間產(chǎn)生一定的切應(yīng)力。在焊接薄壁鑄鐵件（510mm）導(dǎo)熱程度比厚壁鑄件差的多，加劇了焊接接頭的拉應(yīng)力。使冷裂紋可能發(fā)生在離熔合線稍遠(yuǎn)的熱影響區(qū)上。防止措施： 采取工藝措施來減弱焊接接

27、頭的應(yīng)力及防止焊接接頭出現(xiàn)滲碳體及馬氏體。如采用預(yù)熱焊。 采用屈服點(diǎn)較低而且有良好塑性的焊接材料焊接，通過焊縫的塑性變形松弛焊接接頭的部分應(yīng)力。 在修復(fù)厚大件的裂紋缺陷時(shí)，可在坡口兩側(cè)進(jìn)行栽絲法焊接（坡口大、焊層多、積累焊接應(yīng)力大。為防止HAZ冷裂發(fā)展成剝離性裂紋。）3.3.2 熱裂紋產(chǎn)生材質(zhì)：采用低碳鋼焊條與鎳基鑄鐵焊條冷焊時(shí)，焊縫較易出現(xiàn)屬于熱裂紋的結(jié)晶裂紋。鑄鐵型焊縫對(duì)熱裂不敏感，高溫時(shí)石墨析出過程中有體積增加，有助于減低應(yīng)力。產(chǎn)生原因：當(dāng)用低碳鋼焊條焊鑄鐵時(shí)，即使采用小電流，第一層焊縫中的熔合比也在1314，焊縫平均含碳量可達(dá)0.71.0%，鑄鐵含S、P量高，焊縫平均含S、P也較高，焊

28、接表層含C及S、P較低，越靠近熔合線，焊縫含C及S、P越高。C與S、P是促使碳鋼發(fā)生結(jié)晶裂紋的有害元素，故用低碳鋼焊條焊接鑄鐵時(shí)，第一層焊縫容易發(fā)生熱裂紋。這種熱裂紋往往隱藏在焊縫下部，從焊縫表面不易發(fā)覺。利用鎳基鑄鐵焊條焊接鑄鐵時(shí)，由于鑄鐵中含有較多的S、P，焊縫易生成低熔點(diǎn)共晶，如Ni-Ni3S2,644,Ni-Ni3P,880,故焊縫對(duì)熱裂紋有較大的敏感性。解決措施： 冶金方面：調(diào)整焊縫化學(xué)成分，使其脆性溫度區(qū)間縮小，加入稀土元素，增強(qiáng)脫S、P反應(yīng)，使晶粒細(xì)化，以提高抗熱裂性能。采用正確的冷焊工藝，使焊接應(yīng)力減低，以及使母材是的有害雜質(zhì)較少熔入焊縫。3.4 小結(jié)灰鑄鐵在化學(xué)成分上的特點(diǎn)是

29、碳高及S、P雜質(zhì)高，這就增大了焊接接頭對(duì)冷卻速度變化的敏感性及冷熱裂紋的敏感性。在力學(xué)性能上的特點(diǎn)是強(qiáng)度低，基本無塑性。焊接過程具有冷速快及焊件受熱不均勻而形成焊接應(yīng)力較大的特殊性。主要問題兩方面：一方面是焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織。另一方面焊接接頭易出現(xiàn)裂紋。焊接接頭如：焊縫區(qū)、半融化區(qū)、奧氏體區(qū)、重結(jié)晶區(qū)易出現(xiàn)白口及淬硬組織。焊縫是易出現(xiàn)的缺陷，如可發(fā)生在焊縫區(qū)或熱影響區(qū)上的冷裂紋和熱裂紋。第四章 灰鑄鐵同質(zhì)（鑄鐵型）焊縫的熔焊4.1 電弧熱焊從有關(guān)焊接歷史文獻(xiàn)中可以知道，金屬極電弧焊發(fā)時(shí)后，首先是應(yīng)用于鑄鐵件的焊補(bǔ)。當(dāng)時(shí)焊接冶金還未開始系統(tǒng)研究，人們就用與灰鑄鐵件成分基相同的鑄鐵圓棒（

30、沒有藥皮）作為焊接材料進(jìn)行鑄鐵件缺陷的焊補(bǔ)嘗試，發(fā)現(xiàn)焊后焊縫易出現(xiàn)裂紋，焊縫白口嚴(yán)重，為了解決上述問題，于是人們采取了對(duì)工件進(jìn)行整體預(yù)熱焊接的嘗試，發(fā)現(xiàn)這樣做有助于問題的解決，所以熱焊是鑄鐵焊接應(yīng)用最早的一種工藝，以后焊接工作者又不斷地完善熱焊工藝。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)行焊補(bǔ)，焊后并進(jìn)行緩冷的鑄鐵焊補(bǔ)工藝，人們稱“熱焊”。預(yù)熱的選擇：對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜（如缸體）且焊補(bǔ)處拘束度很大的焊件，宜采用整體預(yù)熱，采用局部預(yù)熱焊，會(huì)在焊補(bǔ)處產(chǎn)生高拉應(yīng)力，而不再出現(xiàn)裂紋。對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而焊補(bǔ)的地方拘束度較小的焊件，可采用局部預(yù)熱拘束度大，是指焊縫處于高拉應(yīng)力狀態(tài)中，故易裂，拘

31、束度小，是指焊補(bǔ)的地方有一定的自由膨脹及收縮的余地，焊縫受應(yīng)力小。預(yù)熱溫度不能超過共析溫度下限，否則焊后焊件因相變的結(jié)果，會(huì)引起焊件基體組織的變化，從而引起焊件力學(xué)性能的變化。電弧熱焊的優(yōu)點(diǎn)：有效地減少了焊接接頭上的溫差，而且鑄鐵由常溫完全無塑性改變?yōu)橛幸欢ㄋ苄?，灰鑄鐵在600700時(shí)，伸長(zhǎng)率可達(dá)23%，再加以焊后緩慢冷卻，焊接應(yīng)力狀態(tài)大為改善。600700預(yù)熱，石墨化過程進(jìn)行比較充分，焊接接頭有完全防止白口及淬硬組織的產(chǎn)生，從而有效地防止了裂紋。缺點(diǎn)：預(yù)熱溫度高，勞動(dòng)條件很壞，焊補(bǔ)時(shí)焊工胸前高溫烤，背后涼風(fēng)吹（電扇），身體前后溫差很大，工人容易得病。將焊件加熱到600700需消耗很多燃料，焊

32、補(bǔ)成本高，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)率低。預(yù)熱方法：一些大型拖拉機(jī)廠，汽車廠生產(chǎn)鑄件多，焊補(bǔ)量大，焊補(bǔ)要求高，常裝備有專門進(jìn)行鑄鐵熱焊的連續(xù)式煤氣加熱爐。鑄鐵焊補(bǔ)前，進(jìn)入裝有傳送帶的煤氣加熱爐，依次經(jīng)過低溫（200350）、中溫（350600）及高溫（600700）加熱，使焊件升溫緩慢而均勻，然后出爐焊補(bǔ)，焊補(bǔ)后再把焊件送入另一傳送帶，反過來由高溫區(qū)到低溫區(qū)出爐，以消除焊接應(yīng)力。一般中，小型鑄造車間及修配廠常采用地爐或磚砌的明爐加熱，燃料常用焦炭、木炭，也可用煤氣火焰及氧乙炔焰加熱。焊接材料：鑄鐵熱焊時(shí)雖采取了預(yù)熱緩冷的措施，但焊縫一般還是快于鑄鐵鐵液在砂型中的冷卻速度，為了保證焊縫石墨化，不產(chǎn)生白口組織

33、且硬度合適，焊縫中總的C、Si含量還應(yīng)稍大于母材。經(jīng)研究認(rèn)為電弧熱焊時(shí)焊縫中W（C）=3%3.8%，W（Si）=3%3.8%,W(C+Si)=6%7.6%為宜。我國(guó)目前采用的電弧熱焊焊條有兩種： 采用鑄鐵芯加石墨型藥皮，鑄248，直徑6mm以上。 采用低碳鋼芯加石墨型藥皮，鑄208，直徑5mm以下。新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)這兩種焊條均屬E2C型焊條。熱焊時(shí)采用大直徑鑄鐵芯焊條，配合采用大電流，可加快焊補(bǔ)速度，縮短焊工從事熱焊的時(shí)間，熱焊時(shí)工人愿意采用大直徑鑄鐵芯焊條。電弧熱焊主要適用于厚度大于10mm以上工件缺陷的焊補(bǔ)，若對(duì)10mm以下薄件的焊補(bǔ)，則易發(fā)生燒穿等問題。適用于鑄鐵焊接電弧焊用的藥芯焊絲。外皮由

34、低碳鋼帶制成，內(nèi)裝有石墨、硅鐵、鋁粉等石墨化劑。優(yōu)點(diǎn)：可以用較大焊接電流，熔敷率達(dá)519kg/h，15mm以上大中厚型缺陷焊接修復(fù)。4.2 氣焊應(yīng)用：氧乙炔火焰溫度（<3400）比電弧溫度（60008000）低很多，而且熱量不集中，很適于薄壁鑄件的焊補(bǔ)。優(yōu)點(diǎn)：氣焊時(shí)需用較長(zhǎng)時(shí)間才能將焊補(bǔ)處加熱到焊補(bǔ)溫度，而且其加熱面積又較大，實(shí)際上相當(dāng)于焊補(bǔ)處先局部預(yù)熱再進(jìn)行焊接的過程。在采用適當(dāng)成分的鑄鐵焊芯對(duì)薄壁件的缺陷進(jìn)行氣焊焊補(bǔ)時(shí)，由于冷速較慢，有利于石墨化過程的進(jìn)行。焊縫易得到灰鑄鐵組織，而HAZ也不易產(chǎn)生白口或其他淬硬組織。缺點(diǎn)：工件受熱面積大，焊接熱應(yīng)力較大，焊補(bǔ)剛度較大的缺陷時(shí)比熱焊更生

35、冷裂紋。4.3 焊縫為鑄鐵型的電弧冷焊電弧冷焊優(yōu)點(diǎn)：焊前對(duì)被焊補(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)過程短，焊補(bǔ)效率高。對(duì)于預(yù)熱很困難的大型鑄件或不能預(yù)熱的已加工面等情況更適于采用。易出現(xiàn)的問題：鑄鐵型焊縫的焊接熔池及其HAZ冷卻速度很快，易產(chǎn)生白口及馬氏體。焊件上的溫度場(chǎng)很不均勻，使焊縫產(chǎn)生較高的拉應(yīng)力，而灰鑄鐵的焊縫強(qiáng)度較低，基本無塑性，焊后很容易產(chǎn)生冷裂紋。解決措施：1、提高焊縫石墨化的能力。冷焊條件下焊縫中W(C)=4.0%5.5%,Si=3.5%4.5%,C+Si=7.510%，比較合適。過去一般都趨向于提高焊縫含硅量（4.5%7%）.把C控制在3%左右，通過近年來大量研究

36、工作表明，適當(dāng)提高焊縫含C量及適當(dāng)保持焊縫含Si量較為理想。原因：提高焊縫含C量對(duì)減弱與消除半熔化區(qū)白口作用比提高Si有效，因?yàn)橐簯B(tài)時(shí)，C的擴(kuò)散能力比Si強(qiáng)十倍左右。在C、Si總量一定時(shí)，提高焊縫含C量比提高焊縫含硅量更能減少焊縫收縮量，從而對(duì)降低焊縫裂紋敏感性有好處。焊縫含Si量>7.5%時(shí)，Si對(duì)鐵素體固溶強(qiáng)化，使焊縫硬度升高，C不存在這一問題。2、焊縫中加入Ca、Ba、Al等，這些微量元素的加入，可形成高熔點(diǎn)的硫化物、氧化物等，成為石墨形核的異質(zhì)核心，加速焊縫石墨化過程。3、為了防止焊接接頭上出現(xiàn)白口及淬硬組織，采取大的焊接熱輸入工藝，即采用大電流、連續(xù)焊工藝來降低焊縫冷卻速度。4

37、、（過去電弧冷焊灰鑄鐵，受傳統(tǒng)觀念束縛，一直使焊縫也成為灰鑄鐵，但灰鑄鐵石墨為片狀，片狀石墨的尖端是高應(yīng)力集中區(qū)，加以鑄鐵焊縫強(qiáng)度低，無塑性，又采用大電流連續(xù)工藝，工件局部受熱較嚴(yán)重，焊縫應(yīng)力狀態(tài)較嚴(yán)重，很易形成冷裂紋。）近期，通過冶金處理，改變焊縫石墨的形態(tài)，甚至使石墨成為球狀，并控制基體為鐵素體+珠光體，使焊縫的抗冷裂能力獲得提高。鑄鐵型焊縫電弧冷焊存在很多局限性：焊縫強(qiáng)度低、塑性差，焊補(bǔ)較大剛度缺陷時(shí)易出現(xiàn)裂紋。焊縫為鑄鐵型，由于冷速快，焊縫易出現(xiàn)白口。由于工藝要求采用大電流、連續(xù)焊，對(duì)于薄壁件缺陷的焊補(bǔ)有困難。4.4 灰鑄鐵的釬焊釬焊時(shí)母材不熔化，故對(duì)避免鑄鐵焊接接頭出現(xiàn)白口是非常有利

38、的，使接頭有優(yōu)良的加工性。此外，釬焊溫度較低，焊接接頭應(yīng)力較小，二接頭上又無白口等組織，對(duì)發(fā)生裂紋的敏感性也較小，所以研究釬焊方法來補(bǔ)焊鑄鐵很早就被人們所注意。國(guó)內(nèi)外一般都采用氧乙炔焰釬焊鑄鐵。過去一直多采用黃銅釬料，其成分為：w(Cu)53%55%，其余為Zn。這種釬料我國(guó)有定型產(chǎn)品，型號(hào)為“HL103”。 釬劑可用硼砂。黃銅釬焊鑄鐵在我國(guó)有一定的應(yīng)用。黃銅釬焊的缺點(diǎn)是：釬焊接頭強(qiáng)度偏低，一般為117.6147MPa.釬焊處呈金黃色，與母材顏色差異大。故黃銅釬焊在一些修配廠應(yīng)用還是可以的，但應(yīng)用于要求較高的新鑄鐵件缺陷的補(bǔ)焊上往往難于滿足要求。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，黃銅釬焊焊縫的本身強(qiáng)度并不低（b19

39、6MPa），而接頭破壞基本都發(fā)生在與母材連接的釬接面上，這說明接頭強(qiáng)度低主要是因釬焊接頭上擴(kuò)散過程不充分引起的，其原因是銅、鋅常溫時(shí)在鐵中的溶解度都非常微小所致。經(jīng)過對(duì)有關(guān)相圖分析，可以知道在上述黃銅的基礎(chǔ)上加入一定量的錳有利于問題的解決。因?yàn)殄i在黃銅及鐵中都有較大的溶解度，有利于釬焊接頭擴(kuò)散過程的進(jìn)行；而且錳顏色發(fā)黑，加入黃銅中有利其顏色向鑄鐵靠近。但錳加入后易形成脆性相，使釬焊焊縫塑性降低。而鎳在上述黃銅中能擴(kuò)大相區(qū)，可以消除錳的這種有害作用，同時(shí)加入鎳也有利于擴(kuò)散過程的進(jìn)行。在黃銅中加入少量的錫可提高釬料的流動(dòng)性。加入少量的鋁可防止鋅的氧化劑蒸發(fā)。近年來，我國(guó)已經(jīng)在研制出新型的錳鎳銅鋅釬

40、料及相應(yīng)的釬劑（見表6-7和表6-8），用于鑄鐵的釬焊取得較好的效果。利用上述釬料及釬劑焊鑄鐵可在700左右進(jìn)行（比一般黃銅釬焊溫度低200），可保證釬焊接頭無任何高硬度組織出現(xiàn)，釬縫硬度165199HV，熱影響區(qū)硬度200HV左右，母材（HT200）硬度201221HV，切削加工性能非常優(yōu)良，完全可以滿足流水線上任何機(jī)加工要求。釬焊接頭強(qiáng)度b196MPa，完全滿足HT200鑄鐵力學(xué)性能的要求，顏色與鑄鐵接近。我國(guó)以生產(chǎn)上述釬料與釬劑，主要用于加工面撒謊那個(gè)小缺陷焊補(bǔ)。與電弧焊、氣焊不同，釬焊前必須用機(jī)械方法將釬焊處露出金屬光澤，否則釬焊不上，這可能影響在鑄鐵釬焊上的推廣。4.5 細(xì)絲CO2氣

41、體保護(hù)焊細(xì)絲CO2氣體保護(hù)焊是短路過度過程，采用小電流、低電壓焊接，母材熔深淺；而且伴隨小電流小電壓，母材第一層的熔合比也有所減小。此外，細(xì)絲CO2氣體保護(hù)焊有一定的氧化性，對(duì)焊縫中碳的氧化燒損也能起一定作用，這些都可使焊縫含碳量得到降低。4.6 小結(jié)熱焊是鑄鐵焊接應(yīng)用最早的一種工藝，而電弧焊有是最常用的。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)行焊補(bǔ)，焊后并進(jìn)行緩冷的鑄鐵焊補(bǔ)工藝，人們稱“熱焊”。氣焊比電弧焊溫度低，而且熱量不集中，適于薄壁鑄件的焊補(bǔ)。由于工件受熱面積大，焊接熱應(yīng)力較大，焊補(bǔ)剛度較大的缺陷時(shí)比熱焊更生冷裂紋。對(duì)于預(yù)熱很困難的大型鑄件或不能預(yù)熱的已加工面

42、等情況更適于采用電弧冷焊。釬焊時(shí)母材不熔化，故對(duì)避免鑄鐵焊接接頭出現(xiàn)白口是非常有利的，使接頭有優(yōu)良的加工性。此外，釬焊溫度較低，焊接接頭應(yīng)力較小，二接頭上又無白口等組織，對(duì)發(fā)生裂紋的敏感性也較小。細(xì)絲CO2氣體保護(hù)焊有一定的氧化性，對(duì)焊縫中碳的氧化燒損也能起一定作用，這些都可使焊縫含碳量得到降低。第五章 異質(zhì)焊材焊接灰鑄鐵5.1 異質(zhì)焊縫電弧冷焊材料5.1.1 鎳基焊縫手弧焊Ni是擴(kuò)大奧氏體的元素，當(dāng)Fe-Ni合金中含Ni量超過30%時(shí)，合金凝固后一直到室溫都保持硬度較低的奧氏體組織，不發(fā)生相變。Ni、Cu為非C化物形成元素，不會(huì)與C 形成高硬度的碳化物。以Ni為主要成分的奧氏體，及a相均能溶

43、解較高的C。例：純Ni，1300，溶解2% 的C,溫度下降后會(huì)有少量C由于過飽的而以細(xì)小的石墨析出，故焊縫有一定的塑性與強(qiáng)度，且硬度較低。另外，Ni為促使石墨化元素，對(duì)減弱半熔化區(qū)白口的寬度很有利。我國(guó)目前應(yīng)用的鎳基鑄鐵焊條所用焊芯有純鎳焊芯、鎳鐵焊芯W(wǎng)(Ni)=55%,余為Fe、鎳銅焊芯W(wǎng)(Ni)=70%,余為Cu三種，所有鎳基鑄鐵焊條均采用石墨型藥皮，也就是說，藥皮中含有較多的石墨。鎳基鑄鐵焊條采用石墨型藥皮是基于以下幾點(diǎn)理由： 石墨是強(qiáng)脫氧劑，藥皮中含有適量石墨，可防止焊縫產(chǎn)生氣孔。適量C可以縮小液固相線結(jié)晶區(qū)間，也就是縮小高溫脆性溫度區(qū)間，從而有利于提高焊縫抗裂紋的能力。有利于降低半熔

44、化區(qū)中的C向焊縫擴(kuò)散的程度，進(jìn)一步降低該區(qū)白口寬度。鎳基焊條的最大特點(diǎn)是焊縫硬度較低，半熔化區(qū)白口層薄，適用于加工面焊補(bǔ)，而且鎳基焊縫的顔色與灰鑄鐵母材相接近，更利于加工面焊補(bǔ)。鎳基鑄鐵焊條價(jià)格貴，應(yīng)主要用于加工面的焊補(bǔ)，工件厚時(shí)或缺陷面積較大時(shí)，可先用鎳基焊條在坡口上堆焊兩層過渡層，中間熔敷金屬可采用其它較便宜的焊條。我國(guó)目前生產(chǎn)的鎳基鑄鐵焊條主要有下列幾種： EZNi焊條它是純鎳焊芯、石墨型藥皮的鑄鐵焊條。這種焊條的最大特點(diǎn)是：電弧冷焊焊接接頭加工性優(yōu)異。半熔化區(qū)的白口寬度一般為0.05mm左右。焊接接頭強(qiáng)度可滿足一般常用灰鑄鐵的要求。焊縫有一定塑性，伸長(zhǎng)率5%，Ni 5360%,Fe 4

45、740%. EZNiFe焊條它是NiFe合金焊芯，石墨型藥皮的鑄鐵焊條。由于鐵的固溶強(qiáng)化作用，其特點(diǎn)為：所焊焊縫及焊接接頭具有較高的抗拉強(qiáng)度。焊縫有較高的塑性，伸長(zhǎng)率10%左右。第一層焊縫受母材稀釋后的含鎳量為35%40%，具有最小的線膨脹系數(shù)。抗裂性能優(yōu)于純Ni及NiCu鑄鐵焊條。焊接接頭機(jī)械加工性比“EZNi”稍差。 EZNiCu焊條它是Ni70-Cu30合金焊芯，石墨型藥皮鑄鐵焊條，由于Ni70-Cu30的NiCu合金又稱為Monel合金，故人們常稱該焊條為蒙乃爾焊條。該焊條W(Ni)=70%,低于純Ni焊條，而高于NiFe焊條。特點(diǎn)：半熔化區(qū)白口較窄，介于純Ni焊條與NiFe焊條之間。

46、在合適的焊接工藝下，半熔化區(qū)白口寬度0.07mm左右。焊接接頭的加工性接近純鎳焊條而稍優(yōu)于NiFe焊條。由于NiCu合金收縮率較大（2%）易引起焊縫較大的內(nèi)應(yīng)力，故該焊條的抗裂性能不及鎳鐵焊條及純Ni焊條。據(jù)研究，向焊縫中加入適當(dāng)稀土后，可消除焊縫熱裂紋，使接頭強(qiáng)度與灰鑄鐵母材相匹配。5.1.2 銅基焊條手弧焊鎳基焊條的確適應(yīng)性高，但Ni價(jià)格昂貴，焊接工作者研究Cu與C不生成碳化物，也不溶解C，C以石墨形態(tài)析出，Cu有很好的塑性，Cu又是弱石墨化元素，對(duì)減少半熔化區(qū)白口也有些作用。但純Cu焊縫對(duì)熱裂紋很敏感，抗拉強(qiáng)度低，在焊縫中加入一定量的Fe,可大大提高焊縫的抗熱裂性能。原因：銅的熔點(diǎn)低（1

47、083）而鐵的熔點(diǎn)高（1530），故熔池結(jié)晶時(shí)先析出Fe的相，當(dāng)銅開始結(jié)晶時(shí)，焊縫為雙相組織。但Cu基鑄鐵焊條中含F(xiàn)e量超過30%后，則焊縫的脆性增大，容易出現(xiàn)低溫裂紋。故目前銅基鑄鐵焊條中的Cu、Fe比80：20為宜.銅基鑄鐵焊條的特點(diǎn)：（在常溫下鐵在Cu中的溶解度很?。┖缚p中的Cu與Fe是以機(jī)械混合物形式存在，焊縫以Cu為基礎(chǔ)，在其中機(jī)械地混合著少量鋼或鑄鐵的高硬度組織。第一層焊縫時(shí)，鑄鐵中的C較多地熔入焊縫中，由于Cu不溶解C，也不與C形成碳化物，C全部與焊條及母材熔化后的Fe結(jié)合，在焊縫快冷情況下，形成M、Fe3C等高硬度組織。 整個(gè)焊縫還是有較高的塑性，有較好的抗裂性。 Cu是弱石墨

48、化元素，而且其擴(kuò)散能力較弱，焊縫接頭上白口區(qū)較寬。 焊接接頭加工性不良（焊縫的Cu基很軟，M、Fe3C很硬）。 Cu鋼焊條所焊焊縫顔色與母材差別較大。5.1.3 H08Mn2Si細(xì)絲CO2保護(hù)焊采用H08Mn2Si細(xì)絲（0.61.0mm）CO2或CO2+O2氣體保護(hù)焊焊補(bǔ)灰鑄鐵在我國(guó)汽車、拖拉機(jī)修理行動(dòng)中獲得了一定的應(yīng)用。細(xì)絲CO2氣體保護(hù)焊采用小電流，低電壓焊接且屬于短路過渡過程，故有利于減少母材熔深，降低焊縫含碳量，短路過渡時(shí)，熱輸入小，有利于降低焊接應(yīng)力。母材在第一層焊縫的熔合比也有所減少。此外，CO2保護(hù)焊有一定的氧化性，對(duì)焊縫中的C的氧化燒損也能起一些作用，這些都可使焊縫含C量降低。

49、焊接規(guī)范的選擇：焊接電壓:1820V為宜，小于此限電弧過程不穩(wěn)，大于此限焊縫變寬，焊縫含C、S、P量上升，出現(xiàn)裂紋。焊速：以1012m/h為宜，1820m/h時(shí)焊縫組織變壞，馬氏體增加，34m/h時(shí)HAZ白口明顯小。 焊接電流：<85A，電流大于85A以上時(shí)，焊縫易出現(xiàn)裂紋。原因：焊接電流密度大，熔深大，母材中C、S、P向焊縫過渡多，半熔化區(qū)白口層隨電流減小而減薄。5.2 異質(zhì)（非鑄鐵型）焊縫的電弧冷焊工藝要點(diǎn) 物理準(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.做好焊前工作清除焊件及缺陷的油污（堿水、汽油擦洗，氣焊火陷清除）、鐵銹及其它雜質(zhì)，同時(shí)將缺陷預(yù)析制成適當(dāng)?shù)?/p>

50、坡口。焊補(bǔ)處油銹清除不干凈，容易使焊縫處出現(xiàn)氣孔等缺陷，對(duì)裂紋缺陷應(yīng)設(shè)法找出裂紋兩端的終點(diǎn)，然后在裂紋終點(diǎn)打上止裂孔。在保證順利運(yùn)條及熔渣上浮的前提下，宜用較窄的坡口。2.采用合適的最小電流焊接在保證電弧穩(wěn)定及焊透情況下，應(yīng)采用合適的最小電流焊接。 電流小，熔深小，鑄鐵中的C、S、P等有害物質(zhì)可少進(jìn)入焊縫，有利于提高焊縫質(zhì)量。 冷焊時(shí)，隨電流減小，在焊接速度不變的情況下減小了焊接線能量，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)HAZ寬度，其中包括減少了最易形成白口的半熔化區(qū)寬度，使白口層變得薄些。3.采用短段焊，斷續(xù)分散焊及焊后錘擊工藝焊縫越長(zhǎng)，焊縫所承受的拉應(yīng)力越大

51、，故采用短段焊有利于減低焊縫應(yīng)力狀態(tài)，減弱焊縫發(fā)生裂紋的可能性，焊后應(yīng)立即采用小錘快速錘擊處于高溫而具有較高塑性的焊縫，以松弛焊補(bǔ)區(qū)應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生。為了盡量避免焊補(bǔ)處局部溫度過高，應(yīng)力增大，應(yīng)采用斷續(xù)焊，即待焊縫附近HAZ冷卻至不燙手時(shí)（5060），再焊下一道焊縫。必要時(shí)還可采取分散焊，即不連續(xù)在一固定部位焊補(bǔ)，而換在焊補(bǔ)區(qū)的另一處焊補(bǔ)，這樣可更好地避免焊補(bǔ)處局部溫度過高，從而避免裂紋產(chǎn)生。4.大厚件多層焊焊補(bǔ)時(shí)，合理安排多層焊焊接順序，必要進(jìn)采用栽絲法。鑄鐵冷焊時(shí)，HAZ的白口區(qū)附近是最薄弱的環(huán)節(jié)，故多層焊時(shí)，由于焊接應(yīng)力大，較易發(fā)生剝離性裂紋。5.3 小結(jié) Ni是擴(kuò)大奧氏體的元素，當(dāng)

52、Fe-Ni合金中含Ni量超過30%時(shí)，合金凝固后一直到室溫都保持硬度較低的奧氏體組織，不發(fā)生相變。Ni、Cu為非C化物形成元素，不會(huì)與C 形成高硬度的碳化物。以Ni為主要成分的奧氏體，及a相均能溶解較高的C。另外，Ni為促使石墨化元素，對(duì)減弱半熔化區(qū)白口的寬度很有利。故鎳基焊縫手弧焊在異質(zhì)焊縫電弧冷焊中應(yīng)用是很廣泛的。鎳基焊條的確適應(yīng)性高，但Ni價(jià)格昂貴，焊接工作者研究Cu與C不生成碳化物，也不溶解C，C以石墨形態(tài)析出，Cu有很好的塑性，Cu又是弱石墨化元素，對(duì)減少半熔化區(qū)白口也有些作用。但純Cu焊縫對(duì)熱裂紋很敏感，抗拉強(qiáng)度低，在焊縫中加入一定量的Fe,可大大提高焊縫的抗熱裂性能。采用H08M

53、n2Si細(xì)絲（0.61.0mm）CO2或CO2+O2氣體保護(hù)焊焊補(bǔ)灰鑄鐵在我國(guó)汽車、拖拉機(jī)修理行動(dòng)中獲得了一定的應(yīng)用。細(xì)絲CO2氣體保護(hù)焊采用小電流，低電壓焊接且屬于短路過渡過程，故有利于減少母材熔深，降低焊縫含碳量，短路過渡時(shí)，熱輸入小，有利于降低焊接應(yīng)力。異質(zhì)（非鑄鐵型）焊縫的電弧冷焊工藝要點(diǎn)：物理準(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。第六章 灰鑄鐵補(bǔ)焊的工程實(shí)例6.1 灰鑄鐵帶輪輪輻的補(bǔ)焊如圖所示，灰鑄鐵帶輪輪輻“1”處發(fā)生斷裂，現(xiàn)采用氣焊進(jìn)行補(bǔ)焊。若用氣焊對(duì)斷裂處直接進(jìn)行冷焊，其接頭剛性很大，難以獲得良好的焊接質(zhì)量，故宜采用加熱減應(yīng)區(qū)法進(jìn)行焊接。該鑄件輪緣較厚，在焊接中阻礙焊縫收縮，所以加熱減應(yīng)區(qū)確定為“2”處。焊接時(shí)，先將“2”處加熱到一定溫度，當(dāng)該區(qū)溫度升高時(shí)，輪緣受熱會(huì)向外膨脹，斷裂部位的裂紋間隙也將隨之?dāng)U大；當(dāng)間隙擴(kuò)大到一定程度后，迅速將火焰移至斷裂處加熱，進(jìn)行焊接。在焊接過程中，應(yīng)間隔加熱“2”處，使