灰鑄鐵的常用焊接方法

1、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?；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。要獲得好的焊接質(zhì)量，不僅要根據(jù)補(bǔ)焊要求來(lái)正確選擇焊接材料，而且要注意掌握焊接工藝要點(diǎn)。異質(zhì)焊縫的電弧冷焊工藝要點(diǎn)可歸納為四句話(huà)：“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”。 焊前準(zhǔn)備工作很重要，通常是指清除焊件缺陷處的油污等其它雜質(zhì)，正確觀察缺陷的情況（如裂紋的長(zhǎng)度等）及將

2、缺陷制成適當(dāng)?shù)钠驴?，以備焊接。常用的鑄鐵清理方法有兩種，一種采用砂輪、鋼絲刷或扁鏟等工具的機(jī)械清理法；另一種是采用三氯乙烯、苛性鈉、汽油、丙酮等化學(xué)溶劑洗滌的化學(xué)方法。清除油污也可用火焰將鑄件分段加熱，加熱到不冒煙為止，否則焊縫易出現(xiàn)氣孔等缺陷。為防止產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，加熱溫度應(yīng)控制在400以下。關(guān)鍵詞: 加熱減應(yīng)區(qū)、灰鑄鐵、石墨形式、焊后緩冷、鑄鐵型焊縫 、淬硬組織、整體預(yù)熱Abstract Gray cast iron has good casting properties, good vibration, good wear resistance, good machining perf

3、ormance, low notch sensitivity. Gray cast iron welding, the welded joint is more inclined to crack, which mainly related to the performance of their cast iron, welding stress, joint organizations and the relevant chemical constituents. In order to prevent cracking when welding in the production of t

4、he main welding to take to reduce stress, change in weld alloy systems, as well as restrictions on impurities in materials, such as measures to melt into the weld. To obtain good welding quality, not only in accordance with the requirements of the correct choice for repairing welding material and we

5、lding technology to grasp the main points of attention. Heterogeneity of the arc weld cold welding process can be summarized in four sentences the main points: the preparatory work to do, an appropriate welding current small, short paragraphs scattered intermittent welding, welding Knock with a hamm

6、ersmall immediately after. Preparatory work before welding is very important, usually refers to removal defects Weldment oil and other impurities, the correct observation of defects (such as the length of cracks, etc.) and defects in the appropriate groove made to prepare for welding. Cast iron clea

7、n-up methods used there are two types of the use of grinding wheel, wire brush or a flat shovel and other tools of the mechanical cleaning method; the other is the use of trichlorethylene, caustic soda, gasoline, acetone and other chemicals of the chemical solvent washing. Oil can also be used to re

8、move the flame will be sub-casting heat, until heated to not smoke or weld defects such as pores easily. To prevent excessive thermal stress, the heating temperature should be controlled at below 400 . Key words: heating by the district, gray cast iron, graphite form of relief after the cold welding

9、, weld cast iron type, hardened organization, the overall pre目錄摘要IAbstractII第一章 緒論1第二章 灰鑄鐵的常用焊接方法22.1焊縫為鑄鐵型的電弧冷焊22.2鑄鐵型焊縫電弧冷焊的工藝要點(diǎn)22.3異質(zhì)焊縫的電弧冷焊2冷焊工藝3焊前準(zhǔn)備3冷焊工藝要點(diǎn)32.4厚大件多層焊的補(bǔ)焊工藝特點(diǎn)4合理安排多層焊焊接順序4必要是采用栽絲法42.5灰鑄鐵的焊接工藝4第三章 灰鑄鐵的其他焊接方法53.1 電弧熱焊及半熱焊53.1.1熱焊及半熱焊焊條53.1.2 熱焊工藝53.1.3 半熱焊工藝63.2 氣焊7氣焊焊接材料7灰鑄鐵氣焊工藝73.

10、3 灰鑄鐵的釬焊83.4細(xì)絲CO2氣體保護(hù)焊9第四章 灰鑄鐵補(bǔ)焊的工程實(shí)例104.1灰鑄鐵帶輪輪輻的補(bǔ)焊104.2 空氣壓縮機(jī)外殼裂紋的補(bǔ)焊10結(jié) 論12致 謝13參考文獻(xiàn)14附 錄15第一章 緒論 鑄鐵具有成本低，鑄造性能、減震性能、耐磨性能與切削加工性能優(yōu)良等很多優(yōu)點(diǎn)，而且熔煉設(shè)備簡(jiǎn)單，所以在機(jī)械制造業(yè)中獲得了非常廣泛的應(yīng)用?；诣T鐵中的石墨以片狀存在，應(yīng)用廣泛，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(chǎng)都有鑄造車(chē)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

11、用過(guò)程中會(huì)受到損壞，出現(xiàn)裂紋等缺陷，使產(chǎn)品報(bào)廢。要更換新的，有的一時(shí)無(wú)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(guò)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(lái)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 灰鑄鐵的常用焊接方法2.1焊縫為鑄鐵型的電弧冷焊 電弧冷焊的特點(diǎn)是焊前對(duì)被補(bǔ)焊的焊件不預(yù)熱。所以

12、電弧冷焊有很多優(yōu)點(diǎn)，焊工勞動(dòng)條件好，補(bǔ)焊成本低，補(bǔ)焊過(guò)程短，補(bǔ)焊效率高。對(duì)于預(yù)熱很困難的大型鑄件或不能預(yù)熱的以加工面等情況更適于采用冷焊。所以冷焊是一個(gè)發(fā)展方向。2.2鑄鐵型焊縫電弧冷焊的工藝要點(diǎn) 在冷焊條件下，為了防止焊接接頭上出現(xiàn)白口及淬硬組織，還應(yīng)從減慢焊接接頭的冷卻速度著手。為此應(yīng)采用大直徑焊條，大電流連續(xù)焊工藝。同質(zhì)焊縫時(shí)若采用小電流斷續(xù)焊工藝，由于冷卻速度快，焊縫易出現(xiàn)白口，焊縫易裂，切無(wú)法加工。但當(dāng)補(bǔ)焊缺陷面積小時(shí),因熔池體積過(guò)小，冷卻快，焊接接頭仍易出現(xiàn)白口。如果情況允許，可把缺陷面積適當(dāng)擴(kuò)大，則可消除白口。 焊接時(shí)，使用直流反接電源，進(jìn)行大電流、長(zhǎng)弧、由中心向邊緣連續(xù)焊接。當(dāng)

13、坡口焊滿(mǎn)后不要?；。秒娀⊙厝鄢剡吘壙拷靶鸵苿?dòng)，使焊縫堆高，一般焊縫的高度要超出工件表面5-8mm。由于電弧熱通過(guò)上層焊縫傳入半熔化區(qū)，使其在紅熱狀態(tài)延續(xù)一段時(shí)間，不僅減慢冷卻速度，有利于石墨充分析出；并延長(zhǎng)了焊縫上部半熔化區(qū)的存在時(shí)間，有利于焊縫中碳的擴(kuò)散，使白口組織減小或消除。此外，同質(zhì)焊縫冷焊時(shí)，焊后電弧應(yīng)立即覆蓋熔池，以保溫緩慢冷卻。鑄鐵型焊條電弧冷焊較電弧熱焊工藝簡(jiǎn)便，焊接成本交低，在補(bǔ)焊較大缺陷時(shí)，只要運(yùn)用工藝適當(dāng)，焊后焊縫的最高硬度不超過(guò)250HBS，加工性能好。當(dāng)補(bǔ)焊區(qū)的剛性較小時(shí)，由于焊縫能自由收縮，焊后一般不會(huì)產(chǎn)生裂紋，而且性能、顏色與母材一致。但是，由于焊縫仍為灰鑄鐵組

14、織，強(qiáng)度低、無(wú)塑性，所以采用大電流連續(xù)焊工藝，焊件局部受熱嚴(yán)重，故補(bǔ)焊大剛度缺陷時(shí)容易出現(xiàn)焊縫裂紋。但在補(bǔ)焊鋼度不大的中、大型缺陷時(shí)，可獲得滿(mǎn)意的效果。該法在機(jī)床廠(chǎng)及鑄造廠(chǎng)等中等厚度以上焊件的缺陷補(bǔ)焊上得到一定應(yīng)用。2.3異質(zhì)焊縫的電弧冷焊 異質(zhì)焊縫又稱(chēng)為非鑄鐵型焊縫。電弧冷焊是鑄鐵焊接中最常用的方法。因鑄件在焊接中不需要預(yù)熱，使焊接過(guò)程大大簡(jiǎn)化，不僅降低了焊接成本，而且使焊接操作者的工作條件得到改善。此外，它還有適應(yīng)范圍廣，可進(jìn)行全位置焊接及焊接效率高等特點(diǎn)，所以異質(zhì)焊縫電弧冷焊是一種很有前途的焊接工藝方法。異質(zhì)（非鑄鐵型）焊縫的電弧冷焊工藝要獲得好的焊接質(zhì)量，不僅要根據(jù)補(bǔ)焊要求來(lái)正確選擇焊

15、接材料，而且要注意掌握焊接工藝要點(diǎn)。異質(zhì)焊縫的電弧冷焊工藝要點(diǎn)可歸納為四句話(huà)：“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”。焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備工作很重要，通常是指清除焊件缺陷處的油污等其它雜質(zhì)，正確觀察缺陷的情況（如裂紋的長(zhǎng)度等）及將缺陷制成適當(dāng)?shù)钠驴?，以備焊接。常用的鑄鐵清理方法有兩種，一種采用砂輪、鋼絲刷或扁鏟等工具的機(jī)械清理法；另一種是采用三氯乙烯、苛性鈉、汽油、丙酮等化學(xué)溶劑洗滌的化學(xué)方法。清除油污也可用火焰將鑄件分段加熱，加熱到不冒煙為止，否則焊縫易出現(xiàn)氣孔等缺陷。為防止產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，加熱溫度應(yīng)控制在400以下。裂紋缺陷可用肉眼觀察，最好用放大鏡觀察，必要時(shí)還

16、可借助水壓試驗(yàn)、滲煤油試驗(yàn)。為了防止在焊補(bǔ)過(guò)程中裂紋擴(kuò)散，應(yīng)在離裂紋端部35mm處鉆止裂孔（58mm）。當(dāng)鑄件厚度或缺陷深度大于5mm時(shí)應(yīng)開(kāi)破口，破口表面應(yīng)盡可能平整。開(kāi)破口的原則是，在保證順利施焊及焊接質(zhì)量的前提下盡量較少破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。冷焊工藝要點(diǎn)當(dāng)采用與鑄鐵異質(zhì)的焊接材料進(jìn)行電弧冷焊時(shí)，在保證電弧穩(wěn)定及焊透情況下均采用合適的最小電流焊接。這是基于下列原因：1）電流小，溶深小，鑄鐵中的碳、硫、磷等有害物質(zhì)可少進(jìn)入焊縫，有利于提高焊縫質(zhì)量。寒風(fēng)中硫、磷多了，易出現(xiàn)熱裂紋。焊縫中碳多，對(duì)高釩焊條、普通低碳鋼焊條及二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊第一層焊縫

17、的有害作用特別明顯，這在前面以分析過(guò)了。2）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熱輸入，不僅減小了焊接應(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，其中包括減小了最易形成白口的半溶化區(qū)寬度，使白口層變得薄些。小直徑焊條更能采用小電流，故一般最好采用小直徑焊條。為了減少焊接熱輸入，以減低應(yīng)力及減少半溶化區(qū)寬度，應(yīng)適當(dāng)提高焊接速度，不作橫向擺動(dòng)。 異質(zhì)焊縫電弧冷焊時(shí)，故采用短段焊、斷續(xù)分散焊及焊后錘擊的冷焊工藝。焊縫越長(zhǎng)，焊縫所承受的拉應(yīng)以越大，故采用短段焊有利于減低焊縫應(yīng)力狀態(tài)，減少焊縫發(fā)生裂紋的可能性。采用異質(zhì)材料進(jìn)行鑄鐵冷焊時(shí)，一般每次焊縫長(zhǎng)度，薄壁件取1

18、020mm，厚壁件取3040mm。焊后應(yīng)立即用小錘快速錘擊處于高溫而具有較高塑性的焊縫，以松弛補(bǔ)焊區(qū)應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生。為了盡量降低補(bǔ)焊處的溫度，減少應(yīng)力，易待焊件冷卻至不燙手時(shí)（5060）再焊下一道焊縫，依此類(lèi)推。為了避免被焊件局部過(guò)熱以增大焊接應(yīng)力，可采用分散焊法。2.4厚大件多層焊的補(bǔ)焊工藝特點(diǎn) 當(dāng)被補(bǔ)焊的焊件較厚時(shí)，開(kāi)坡口后坡口截面積很大，都要采用多層焊。由于多層焊時(shí)焊接應(yīng)力較大，較易發(fā)生剝離性裂紋，故應(yīng)進(jìn)一步采取如下工藝措施。合理安排多層焊焊接順序 一般情況下，可按上述冷焊工藝要點(diǎn)采用如圖6-7所示的焊接順序。若先在坡口面上覆蓋一層，再按圖6-7所示的焊接順序進(jìn)行焊接，抗剝離性裂紋

19、效果更好些。必要是采用栽絲法 鑄鐵冷焊時(shí)，焊接熱影響區(qū)的白口區(qū)附近是最薄弱的環(huán)節(jié)，故多層焊接時(shí)，由于焊接接頭應(yīng)力較大，較易在該區(qū)發(fā)生剝離性裂紋。采用栽絲法（圖6-8）就是人為地使該區(qū)應(yīng)力的大部分由栽絲材料（低碳鋼）來(lái)承擔(dān)，從而防止剝離性裂紋的發(fā)生。焊接時(shí)，先繞螺釘施焊，再焊螺釘之間。必要時(shí)，為了減少焊接金屬量，減低收縮應(yīng)力，還可以在焊縫中間放入窄的低碳鋼板條，這樣做的另一個(gè)好處是提高焊接效率及節(jié)省焊條。栽絲法多用于承受較大工作應(yīng)力的厚大焊件（如大型機(jī)器器座等）的裂紋焊補(bǔ)。2.5灰鑄鐵的焊接工藝由灰鑄鐵的焊接性可知,灰鑄鐵在焊接中主要是容易產(chǎn)生白口組織和出現(xiàn)裂紋,故應(yīng)從防止上述缺陷入手,從多方面

20、考慮來(lái)選擇焊接方法和制定合理的焊接工藝. 第三章 灰鑄鐵的其他焊接方法3.1 電弧熱焊及半熱焊將焊件整體或有缺陷的局部位置預(yù)熱到600700度，然后進(jìn)行補(bǔ)焊，焊后并進(jìn)行緩冷的鑄鐵補(bǔ)焊工藝，人們稱(chēng)之為“熱焊”。預(yù)熱溫度范圍為300400度稱(chēng)為“半熱焊”。3.1.1熱焊及半熱焊焊條電弧熱焊及半熱焊的焊條均有兩種類(lèi)型，一種為鑄鐵芯石墨化鑄鐵焊條；另一種為鋼芯石墨化鑄鐵焊條。為了使填充金屬為鑄鐵成分，以保證焊縫充分石墨化，同時(shí)補(bǔ)充燒損，這類(lèi)焊條的碳，硅總量一般高于母材，w(C+Si)=6%7.6%,其中w(C)=3%3.8%,w(Si) =3%3.8%?！癦208”主要用于補(bǔ)焊厚大鑄件的缺陷,這類(lèi)焊條

21、所用焊芯為 6 12mm鑄鐵棒,外涂石墨化藥皮,這種焊條多由使用單位自制,專(zhuān)業(yè)焊條廠(chǎng)很少生產(chǎn)。鑄鐵芯焊條直徑大，可配合使用大焊接電流，以加快焊接速度，縮短工人從事熱焊的時(shí)間，有利于降低焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于鑄鐵芯焊條制造工藝較鋼芯焊條復(fù)雜，故成本高于“Z208”。“Z208”焊條采用低碳鋼焊芯，外涂強(qiáng)石墨化藥皮，焊縫為鑄鐵型。由于焊條藥皮加入了較多的強(qiáng)促進(jìn)石墨化的物質(zhì)，如硅鐵，石墨，鋁粉等，雖焊芯為低碳鋼，在熱焊及半熱焊條件下仍可保證獲得成分與組織為灰鑄鐵的焊縫。這類(lèi)焊條原材料來(lái)源豐富，生產(chǎn)制造方便，成本也較低，一般專(zhuān)業(yè)焊條廠(chǎng)均可生產(chǎn)。3.1.2 熱焊工藝電弧熱焊時(shí)，一般將鑄件整體或補(bǔ)焊區(qū)局部預(yù)

22、熱到600700度，然后再進(jìn)行焊接，焊后保溫緩冷。熱焊預(yù)熱溫度一般在700度以下，不超過(guò)鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變溫度。因?yàn)?，超過(guò)共析轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，焊后會(huì)引起鑄鐵的基體組織變化，珠光體基體中的滲碳體會(huì)在共析轉(zhuǎn)變時(shí)分解并形成石墨，使鑄件的硬度和耐磨性降；而且在石墨析出時(shí)，還伴隨著體積長(zhǎng)大，使鑄件的變形增加。再者，鑄鐵宰600700度預(yù)熱溫度下焊接，不僅有效地減小的接頭的溫差，而且鑄鐵由常溫時(shí)完全無(wú)塑性變?yōu)橛幸欢ǖ乃苄? 加之焊后緩慢冷卻, 使接頭的應(yīng)力狀態(tài)大為改善, 從而有效地防止了冷裂紋的產(chǎn)生。熱焊工藝具體如下：1）預(yù)熱 對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，由于補(bǔ)焊區(qū)剛性大，焊縫無(wú)自由膨脹收縮的余地，故宜采用整體預(yù)熱；而結(jié)構(gòu)

23、簡(jiǎn)單的鑄件，補(bǔ)焊處剛性小，焊縫有一定膨脹收縮的余地，例如鑄件邊緣的缺陷及小塊斷裂，則可采用局部預(yù)熱。整體預(yù)熱的方法一般是將鑄件整體用地爐或磚砌明爐加熱，局部預(yù)熱可用氣焊或煤氣火焰加熱。大型工廠(chǎng)中鑄件補(bǔ)焊批量大時(shí)，常裝備有專(zhuān)門(mén)進(jìn)行預(yù)熱的連續(xù)式煤氣加熱爐。鑄件補(bǔ)焊前，進(jìn)行裝有傳送帶的煤氣加熱爐，依次經(jīng)過(guò)低溫，中溫及高溫加熱，使焊件升溫緩慢而均勻，然后出爐補(bǔ)焊。補(bǔ)焊后再把焊件送入另一傳送帶，反過(guò)來(lái)由高溫區(qū)到低溫區(qū)出爐，以消除補(bǔ)焊后的殘余應(yīng)力。2）焊前清理 在進(jìn)行電弧熱焊之前，首先應(yīng)對(duì)鑄件的待焊部位進(jìn)行清理，并制好坡口。鑄件缺陷處如有油污，一般可用氧乙 火焰加熱除凈，然后根據(jù)缺陷的情況，可采用手砂輪，

24、扁鏟，風(fēng)鏟等工具進(jìn)行加工。制作坡口時(shí)應(yīng)鏟到無(wú)缺陷后再開(kāi)坡口，開(kāi)出的坡口應(yīng)是底部圓滑，上口稍大，以便于操作和保證焊接質(zhì)量。3）造型 對(duì)于邊角部位及穿透缺陷，焊前為防止熔化金屬流失，保證原定的焊縫成形， 還應(yīng)在待焊部位造型，其形狀尺寸如圖6-5所示。 造型材料可用型砂加水玻璃或黃泥。內(nèi)壁最好放置高溫的石墨片，以防止造型材料受熱溶化或下塌，并應(yīng)在焊前進(jìn)行烘干。4）焊接 焊接時(shí)，為保持預(yù)熱溫度，縮短高溫工作時(shí)間，要求在最短的時(shí)間內(nèi)焊完，故宜采用大電流，長(zhǎng)弧，連續(xù)焊。焊接電流I的確定，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式: I=（4060）d。式中d表示焊條直徑。因鑄鐵焊條藥皮中含又較多的高熔點(diǎn)難熔物質(zhì)石墨， 采用適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)弧

25、焊。將有利于藥皮的熔化以及石墨向焊縫中過(guò)渡。5）焊后緩冷 焊后要采取緩冷措施，常用保溫材料覆蓋，最好隨爐冷卻，電弧熱焊適用于中厚鑄件的大缺陷補(bǔ)焊。對(duì)于8MM以下的薄壁鑄件補(bǔ)焊理時(shí)，因容易燒穿，故不宜使用。采用電弧熱焊工藝，焊縫為鑄鐵型，力學(xué)性能基本于母材相同，顏色與母材一樣，具有良好的切削加工性，焊后殘佘應(yīng)用力小，接頭質(zhì)量高，但是，由于鑄件的預(yù)熱的溫度高，使操作者的工作條件惡化；同時(shí)加熱消耗燃料多，會(huì)使補(bǔ)焊成本增高；另外，焊接工藝復(fù)雜化，增加了生產(chǎn)周期，使生產(chǎn)效率降低。因此，電弧熱焊工藝的應(yīng)用和發(fā)展都受到了較大的限制。 半熱焊工藝 為了降低預(yù)熱溫度，改善勞動(dòng)條件，人們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)奶岣吆?/p>

26、縫的石墨化能力，采用300400攝氏度的整體或局部的預(yù)熱，用于鋼度較小的鑄件焊接，也以收到較小的效果。由于預(yù)熱溫度有一定程度的降低，與前述熱爆相比，可以使勞支條件有所改善，并可降低補(bǔ)焊成本，當(dāng)預(yù)熱溫度在400攝氏度左右時(shí)，鑄鐵的彈性變形能力略有增加，故在鑄件補(bǔ)焊處應(yīng)較小時(shí)，往往采用這種半熱焊工藝。半熱焊預(yù)熱溫度較低，鑄件在焊接時(shí)的溫度差要比熱焊條件不大，故焊接區(qū)冷焊速度將加快。因此，為了防止產(chǎn)生白口組織和裂紋，保證焊縫石墨化，焊縫中的石墨化元素含量一般時(shí)應(yīng)高于熱焊時(shí)的含量，其碳、硅總量為W（C+SI）=6.5%8.3%，其中W（C）=3.5%4.5%，W（SI）=3%3.8%。一般情況下可采用

27、“Z208”或“Z248”鑄鐵焊條。半熱焊工藝過(guò)程基本與熱焊進(jìn)相同，大電流、長(zhǎng)弧、連續(xù)焊，焊后保溫緩冷。 由于半熱焊預(yù)熱溫度比熱焊低，在加熱時(shí)鑄件的性變形不明顯，因而在補(bǔ)焊區(qū)剛性較大時(shí)，不易產(chǎn)生變形，內(nèi)應(yīng)力增在而導(dǎo)致接頭產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此，電弧半熱焊只能用于補(bǔ)焊區(qū)剛度較小或鑄件形狀簡(jiǎn)單的情況下。3.2 氣焊氧乙炔焊溫度比電弧溫度低很多，而且熱量不集中，很適于薄壁鑄件的補(bǔ)焊。一般氣焊時(shí)，需要較長(zhǎng)時(shí)才能將補(bǔ)焊處加熱到補(bǔ)焊溫度，而且加熱面積又較大，實(shí)際上相當(dāng)于補(bǔ)焊處先局部預(yù)熱再進(jìn)行焊接的過(guò)程。故在采用適當(dāng)成分的鑄鐵焊芯對(duì)薄壁件缺陷進(jìn)行氣焊補(bǔ)焊理，由于冷卻速度較慢，有利于石墨化過(guò)程的進(jìn)行，焊縫易得到

28、灰鑄鐵組織，而焊接熱影響區(qū)也不易產(chǎn)生白口或其他淬硬組織。但由于一般氣焊時(shí)加熱時(shí)間長(zhǎng)，焊任件受熱面積較大，焊接熱應(yīng)力較大，故補(bǔ)焊高度較大的缺陷時(shí)，比熱焊容易發(fā)生冷裂紋，所以一般氣焊主要適用于剛度較小的薄壁件的缺陷補(bǔ)焊。對(duì)剛度大的薄壁件缺陷補(bǔ)焊時(shí)，為了減接焊接應(yīng)力，防止裂紋出現(xiàn)，宜采用焊件整體預(yù)熱的氣焊熱焊進(jìn)行。預(yù)熱溫度為600700攝氏度，焊后應(yīng)采取緩冷措施。由于熱焊具有能量消耗大，勞動(dòng)條件大等缺點(diǎn)，焊接工作者又探索成功了較簡(jiǎn)便宜的“加熱減應(yīng)區(qū)”的氣焊方法，對(duì)某些剛度較大的缺陷的補(bǔ)焊也獲得了成功。氣焊焊接材料 灰鑄鐵氣焊時(shí)焊縫冷卻速度較快，為提高焊縫石墨化能力，保證焊縫有合適的組織及硬度，其焊絲

29、中碳、硅含量應(yīng)較熱焊時(shí)較高。氣焊過(guò)程中焊絲中的碳及硅都有一些氧化燒損，故焊縫中實(shí)際含碳、硅量較焊絲有一定降低。氣焊熱焊時(shí)焊縫w(C+Si)總量約為6%，相當(dāng)于電弧熱焊時(shí)的況。一般氣焊時(shí)，焊縫中w(C+Si)總量約為7%。鑄鐵氣焊焊絲成分如表6-4所示。鑄鐵氣焊焊接時(shí)，由于硅易氧化而生成酸性氧化物SiO2，其熔點(diǎn)較鑄鐵熔點(diǎn)為高，粘度較大，流動(dòng)性不好，妨礙焊接過(guò)程的正常進(jìn)行，而且易使焊縫造成夾渣等缺陷，故應(yīng)設(shè)法去除。去除的辦法是加入以堿性氧化物為主所組成的熔劑，使其結(jié)成低熔點(diǎn)的渣，而容易浮到熔池表面上便于清除。我國(guó)焊接鑄鐵所有氣焊溶劑的統(tǒng)一牌號(hào)為“CJ201”，其主要成分為Na2CO3,NaHCO

30、3,H3BO3,呈堿性，熔點(diǎn)較低，易潮解。除外購(gòu)?fù)?，氣焊熔劑也可自制?；诣T鐵氣焊工藝氣焊前要對(duì)鑄件進(jìn)行清理，其焊前清理和準(zhǔn)備工作基本與焊條電弧焊相同。制備坡口一般可采用機(jī)械方法。當(dāng)鑄件斷面很小或不能用機(jī)械方法開(kāi)坡口時(shí)，也可用氧氣切割直接開(kāi)出坡口。氣焊時(shí)，應(yīng)根據(jù)鑄件厚度適當(dāng)選用較大焊碼的焊炬及焊嘴，以提高火焰能率，增大加熱速度。氣焊火焰一般應(yīng)選用中性焰或弱碳化焰，不能用氧化焰。因?yàn)?，氧化氣氛?huì)使熔池中碳，硅等元素?zé)龘p增加，影響焊縫的石墨化過(guò)程。為防止熔池金屬流失，在焊接中應(yīng)盡量保持水平位置。鑄件焊后可自然冷卻，但注意不要放在空氣流通的地方加速冷卻，否則會(huì)促使白口及裂紋產(chǎn)生。一般較小的鑄件氣焊時(shí)，

31、凡是缺陷位于邊角和剛度較小的地方，可用冷焊方法。其特點(diǎn)是不用單獨(dú)預(yù)熱，僅依靠焊炬的火焰在坡口周?chē)M(jìn)行預(yù)熱后即可熔化施焊，焊后自然緩冷一般就可得到無(wú)裂紋缺陷的接頭。但是，當(dāng)缺陷位于鑄鐵中央，接頭剛度較大或鑄件形狀較復(fù)雜時(shí)，采用冷焊的效果往往不好，應(yīng)采用預(yù)熱溫度為600700攝氏度的熱焊法，或者是“加熱剪應(yīng)區(qū)”法焊接。采用加熱減應(yīng)區(qū)法是氣焊鑄鐵的常用方法，這種方法又叫“對(duì)稱(chēng)加熱焊”，用這種方法在焊接前，要在鑄件上選定加熱后可使接頭應(yīng)力減小的部位，該部位稱(chēng)為“感應(yīng)區(qū)”，減應(yīng)區(qū)一般是阻礙焊接區(qū)膨脹和收縮的部位。如圖66所示，在焊接時(shí)，先將減應(yīng)區(qū)加熱到一定的溫度，便其膨脹伸長(zhǎng)；要補(bǔ)焊的裂紋處寬度也將會(huì)隨

32、之增大；這時(shí)對(duì)補(bǔ)焊處進(jìn)行焊接，并應(yīng)保持減應(yīng)區(qū)處于較高的溫度。焊接后減應(yīng)區(qū)與焊縫同時(shí)緩冷，接頭和減應(yīng)區(qū)將沿同一方向自由收縮，故使焊接應(yīng)力減小，降低了其產(chǎn)生裂紋的傾向。由以上分析可見(jiàn)，加熱減應(yīng)區(qū)焊接的關(guān)鍵是選取減應(yīng)區(qū)。在選取減應(yīng)區(qū)時(shí)還應(yīng)注意，該區(qū)的變形應(yīng)對(duì)鑄件其他部位無(wú)不良影響。根據(jù)鑄件的狀態(tài)和需要，加熱減應(yīng)區(qū)可選擇一處，也可選擇兩處或多處。減應(yīng)區(qū)的加熱，應(yīng)根據(jù)鑄件的狀態(tài)靈活運(yùn)用。例如，補(bǔ)焊薄壁鑄件，接頭冷卻速度較快時(shí)，應(yīng)首先對(duì)減應(yīng)區(qū)加熱，并在焊接中保持加熱溫度；而有些鑄件形態(tài)不太復(fù)雜，接頭焊后不會(huì)馬上出現(xiàn)裂紋，為保證減應(yīng)區(qū)與焊接區(qū)同時(shí)收縮，可在焊接接近終了時(shí)才對(duì)減應(yīng)區(qū)進(jìn)行加熱。有時(shí)為了方便操作及

33、加熱，可使用兩把焊炬，一把用于焊接，另一把則用于加熱減應(yīng)區(qū)，其效果會(huì)更好。采用加熱減應(yīng)區(qū)法焊接鑄件，具有熱焊的特點(diǎn)。與熱焊相比，該法焊接效率高，勞動(dòng)條件好，其焊接成本也較低。但是，這種氣焊方法對(duì)工藝要求也比較嚴(yán)格，減應(yīng)區(qū)的選擇也頗為麻煩，故對(duì)焊接操作者要求很高。另外，這種方法也不適于全位置焊接。 隨著加熱減應(yīng)區(qū)法的發(fā)展與完善，使過(guò)去某些采用整體預(yù)熱方可補(bǔ)焊的鑄件，可用較簡(jiǎn)便的加熱減應(yīng)區(qū)法所代替。所以，這種方法在農(nóng)機(jī)、汽車(chē)修理、制造部門(mén)得到了推廣應(yīng)用。加熱減應(yīng)區(qū)法，有時(shí)也可和焊條電弧焊聯(lián)用，采取氧乙炔焰加熱減應(yīng)區(qū)與電弧冷焊相配合，也能收到滿(mǎn)意的效果。3.3 灰鑄鐵的釬焊釬焊時(shí)母材不熔化，故對(duì)避免

34、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(wú)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(lái)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(guò)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(chǎng)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(mǎn)足要求。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，黃銅釬

35、焊焊縫的本身強(qiáng)度并不低（b196MPa），而接頭破壞基本都發(fā)生在與母材連接的釬接面上，這說(shuō)明接頭強(qiáng)度低主要是因釬焊接頭上擴(kuò)散過(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)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(lái)，我

36、國(guó)已經(jīng)在研制出新型的錳鎳銅鋅釬料及相應(yīng)的釬劑（見(jiàn)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(wú)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(mǎn)足流水線(xiàn)上任何機(jī)加工要求。釬焊接頭強(qiáng)度b196MPa，完全滿(mǎn)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

37、上的推廣。3.4細(xì)絲CO2氣體保護(hù)焊 細(xì)絲CO2氣體保護(hù)焊是短路過(guò)度過(guò)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。第四章 灰鑄鐵補(bǔ)焊的工程實(shí)例4.1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

38、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(guò)程中，應(yīng)間隔加熱“2”處，使之接頭同時(shí)收縮。焊后在室內(nèi)自然緩冷。由于加熱減應(yīng)區(qū)使鑄件輪緣的拘束作用降低，故接頭裂紋傾向減小。采用加熱減應(yīng)區(qū)法焊接時(shí)，要做到既要降低應(yīng)力，又要使加熱變形不超過(guò)允許范圍。如上例帶輪焊接，減應(yīng)區(qū)加熱溫度越高，則輪輻斷裂處的間隙就越大，焊后接頭處的應(yīng)力就會(huì)越?。坏?，會(huì)使輪輻的膨脹量過(guò)大，不能縮回原來(lái)的位置。這相當(dāng)于被焊輪輻增長(zhǎng)，不僅會(huì)造成輪緣不圓，還可能會(huì)使相鄰的薄弱處（如“3”和“4”處）應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生斷裂。4.2 空氣壓縮機(jī)外殼裂紋的補(bǔ)焊

39、某礦山坑口的空氣壓縮機(jī)外殼產(chǎn)生裂紋，現(xiàn)采用異質(zhì)焊縫電弧冷焊進(jìn)行補(bǔ)焊。工件壁厚為4045mm，裂紋形態(tài)為外殼邊緣起約長(zhǎng)650mm穿透裂紋。焊前分析：工件的金相組織是以珠光體+鐵素體為基本的灰鑄鐵，內(nèi)部組織粗大。由于焊件在使用過(guò)程中承受動(dòng)載，屬于疲勞裂紋。因裂紋長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)的剛度大，體積較大，不宜搬運(yùn)，又是冬季施焊，所以補(bǔ)焊困難較大。如采用氣焊熱焊、電弧熱焊，焊件受熱面積大，焊后殘余應(yīng)力大，且焊件預(yù)熱困難。如采用鑄鐵型焊縫電弧冷焊，因結(jié)構(gòu)鋼度較大易產(chǎn)生裂紋。比較各種方案，最后確定采用異質(zhì)焊縫電弧冷焊。含前準(zhǔn)備：清除焊接區(qū)油污等雜質(zhì)，裂紋前端8mm止裂孔，開(kāi)V形坡口，坡口角度60度。焊接工藝的制定：由試

40、板焊接實(shí)驗(yàn)得知，EZNiFe(Z308)焊條焊縫金屬的屈服強(qiáng)度較高，焊接鋼度較大的鑄件時(shí)易產(chǎn)生剝離裂紋。所以采用價(jià)格較貴的EZNi(Z308)焊條打底焊過(guò)渡層，然后采用價(jià)格較低的EZNiFe(Z408)焊條焊填充層。焊打底焊道和坡口兩側(cè)的過(guò)渡層用直徑3.2mm的EZNi(Z308)焊條，焊接電流為90105A，采用快速短弧焊，短段、斷續(xù)、分散焊的冷焊工藝，每段焊縫不超過(guò)30mm，焊后立即錘擊焊道。含填充層用直徑4mm，多層多道焊，焊道越窄越好。最后蓋面焊道高出焊件表面2mm，趁熱錘擊焊道并將高出部分砸平。結(jié)論目前 ,世界灰鑄鐵的年產(chǎn)量為 3386余萬(wàn)噸 ,我國(guó)年產(chǎn)約 630萬(wàn)噸1 。而灰鑄鐵件

41、的返修率一般是35 %左右 ,所以需要經(jīng)過(guò)焊補(bǔ)修復(fù)的灰鑄鐵件數(shù)量相當(dāng)可觀。我國(guó)各種鑄鐵的年產(chǎn)量現(xiàn)約為800萬(wàn)噸，有各種鑄造缺陷的鑄件約占鑄鐵年產(chǎn)量的10%15%，即通常所說(shuō)的廢品率為10%15%，若這些鑄件工報(bào)廢，以1997年鑄鐵平均價(jià)格計(jì)算 ，其損失每年高達(dá)10億元以上。采用焊接方法修復(fù)這些有缺陷的鑄鐵件，由于焊接成本低，不僅可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且有利于及時(shí)完成生產(chǎn)任務(wù)灰鑄鐵使用一般焊材冷焊時(shí) ,容易在焊縫和半熔化區(qū)出現(xiàn)白口和淬硬組織 ,熱焊工藝則能耗大 ,勞動(dòng)條件差 ,生產(chǎn)率低。灰鑄鐵使用一般焊材冷焊時(shí) ,容易在焊縫和半熔化區(qū)出現(xiàn)白口和淬硬組織 ,熱焊工藝則能耗大 ,勞動(dòng)條件差 ,生產(chǎn)

42、率低。裂紋通常發(fā)生在焊縫和熱影響區(qū)，產(chǎn)生的原因是鑄鐵的抗拉強(qiáng)度低，塑性很差（400以下基本無(wú)塑性），而焊接應(yīng)力較大，且接頭存在白口組織時(shí)，由于白口組織的收縮率更大，裂紋傾向更加嚴(yán)重，甚至可使整條焊縫沿熔合線(xiàn)從母材上剝離下來(lái)。防止裂紋的主要措施有：采用純鎳或銅鎳焊條、焊絲，以增加焊縫金屬的塑性；加熱減應(yīng)區(qū)以減小焊縫上的拉應(yīng)力；采取預(yù)熱、緩冷、小電流、分散焊等措施減小焊件的溫度差。 參考文獻(xiàn)1金屬材料焊接 機(jī)械工業(yè)出版社2熱處理 工程出版社3 信息網(wǎng)4焊接方法 北京理工大學(xué)出版社附錄 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

43、能上的特點(diǎn)是強(qiáng)度低，基本無(wú)塑性。焊接過(guò)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。焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織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﹣?lái)減慢焊逢的冷卻速度。如：增大線(xiàn)能量。調(diào)整焊縫化學(xué)成分來(lái)增強(qiáng)焊縫的石墨化能力。異質(zhì)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(guò)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