鑄鋼件焊接鑄鋼件的工程性能

1、鑄鋼件焊接鑄鋼件的工程性能耐磨性鑄鋼的耐磨性與類似成分和形態(tài)的鍛鋼相似。耐腐蝕性能鑄鋼的耐腐蝕性能與相當成分的鍛鋼相似。已公布的各種狀態(tài)下的鍛造碳鋼和低合金鋼的耐腐蝕性能數(shù)據(jù)都可用于鑄鋼。耐熱性能當溫度高于480-540C時，碳鋼和低合金鋼氧化迅速，形成的氧化皮不能保護氧化皮下面的金屬不進一步氧化。如果這些鋼長期被直于這樣的高溫下，它們就會被逐漸變成氧化物。為了有效抗擊高溫下的氧化現(xiàn)象，必須使用高合金鋼?？蓹C加工性對鑄鋼件進行廣泛的車削和鉆削試驗表明，只要強度、硬度和顯微組織相當， 不同熔煉工藝生產(chǎn)的鋼，其可機加工性沒什么重大的區(qū)別，而且鍛鋼和鑄鋼間的可機加工性 也沒什么重大區(qū)別。砂型鑄件表面

2、或表皮常常迅速磨損切削刀具，這可能是因為摩擦材料粘 附在鑄件上造成的。所以，第一次切削時，進刀應足夠深，以便能切到表皮以下，或者是切削速度可以降低至母材金屬推薦切削速度的50%。顯微組織對鑄鋼可機加工性有相當大的影響。通過正火、調(diào)質(zhì)或退火，有時可使鑄鋼件可機加工性提高100%。焊接性能鑄鋼件的焊接性能與同樣成分的鍛鋼相似，焊接鑄鋼件考慮的因素與鍛鋼件相同。 使用小焊條焊接大斷面時會產(chǎn)生劇烈的淬火效應，這種效應會在緊鄰焊縫的金屬母材金屬 （在熱影響區(qū)）上形成馬氏體。這種效應甚至在低碳鋼上也會發(fā)生，它會使熱影響區(qū)的延展性減少。最大含碳量為0.2,含錳量為0.5的鑄鋼，這種效應通常要小一些。但是，很

3、重要的 一點是所有碳鋼（含碳量在0.20%以上）和空冷淬硬鋼，在用標準推薦溫度焊接之前，必須預熱，保持適當?shù)膶娱g溫度，然后，焊接以后進行熱處理，以使其產(chǎn)生足夠的延展性。為了防止碳鋼和低合金鋼產(chǎn)生裂紋，焊珠的硬度不應超過HV350，焊接后只產(chǎn)生壓應力的那些地方除外。對于限制條件比較苛刻的那些形狀而言，這一數(shù)值可能還不夠低。所有鑄件，在焊接后，基本上都進行消除應力的處理，甚至在把鑄鋼件焊接到鍛鋼上這樣的復合制作工藝也是如此。工業(yè)界對易焊鑄鋼件規(guī)定的成分方面的最大限制是0.35碳,0.70錳,0.30鉻,0.25鉬（最大） 加鎢，按照鑄鋼行業(yè)廣泛使用的消除應力處理的情況，不理想元素的總量為1.00%

4、.碳含量 每比規(guī)定的最大含量少0.01%時,多數(shù)技術(shù)規(guī)范都允許錳含量比規(guī)定的最大含錳量可增加0.04%,最后可增加至 1.00%（ASTM A27, A216, A217, A352, A487, A643 以及A757。有關(guān)焊縫質(zhì)量的控制規(guī)范是ASTME164和E390。許多焊縫之所以發(fā)生破斷，其原因并不在焊縫本身，而在緊鄰焊縫的區(qū)域。在焊縫形成時， 這一區(qū)域瞬時被加熱至熔化溫度。距焊縫距離越遠，溫度越低。這種加熱引起材料結(jié)構(gòu)方面 的變化，同時使鄰近焊縫熔敷金屬的區(qū)域變得硬而脆，因而使這一部分的韌性下降，在冷卻 過程中和冷卻以后常常發(fā)生開裂現(xiàn)象。除碳以外的某些其它合金元素，如鎳、鉬和鉻，同樣

5、 也會使母材產(chǎn)生空氣硬化。正是因為這些原因，所采用的合金元素數(shù)量必須有一定的限制， 除非采取一些特殊措施，如使用材料預熱到150-315C。對焊接鑄件進行焊后熱處理，或 者在650-675C的溫度使焊接鑄件加熱一定時間，可以消除熱影響區(qū)的硬度。這樣的處理 亦可消除焊接件里的應力。采用電弧焊焊接鑄鋼件時，一般最好使用優(yōu)質(zhì)厚藥皮焊條(AWS E7018型)，粒狀焊劑或CO2保護氣氛。這些焊藥里很少或根本沒有可燃材料。礦物藥皮常常用來使氫吸收控制在最低水平上，因而可以限制焊道下的裂紋。焊道數(shù)量及焊接條件的選擇與鍛鋼的焊接實踐類似。鑄件焊縫可以采用Y或x射線法進行射線探傷，以便確定焊接部分的均勻性程度

6、。最通常的缺陷是未焊透、夾渣和氣泡。在探測表面裂紋和近表面裂紋方面，磁粉探傷已是非常有用的方法。就機械性能而言，將鑄鋼與鍛鋼聯(lián)結(jié)起來的焊縫，同將鍛鋼與鍛鋼聯(lián)結(jié)起來的焊縫相比，是 一樣的。通過焊縫加工制成的多數(shù)拉伸試樣將在焊縫外面，在熱影響區(qū)發(fā)生斷裂。這并不意 味著焊縫比鑄件的基本金屬強度更高一些。為了防止在熱影響區(qū)產(chǎn)生脆性，需要有嚴加控制 的焊接技術(shù)和消除應力處理。相關(guān)標簽：鑄鋼件焊接看你是什么材質(zhì)的鑄鋼件，如果是GS20Mn5，和A3板對接，我們用的是J507，E5015使用JM-56 (ER50-6)就可以了重型鑄鋼件的焊接修復趙穎陜西省西安市9 9號信箱9室( 7 1 0 0 6 1 )

7、摘要研究了 鑄銅件(粉碎頭)產(chǎn)生裂紋、夾砂、氣孔等缺陷的原因并提出修復方案，進行了最佳 工藝參數(shù)選擇.試驗結(jié)果表明：補焊后的焊縫和母材具有同等性能.關(guān)鍵詞重型鑄鋼 件，裂紋，修復鑄鋼件在生產(chǎn)過程中由于各種原因，往往會出現(xiàn)裂紋、夾砂、氣孔等 缺陷，給鑄件造成致命的破壞而報廢。采用補焊的方法往往可以使之得到修復，并且 能達到產(chǎn)品的各項性能要求。粉碎頭是本廠為美國ATLAS公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，其材 質(zhì)美國牌號為：ASTMA148，9060級，國內(nèi)與之相近牌號為ZG27C rNiMnMo。本文在研究了粉碎頭的化學成分機械性能及缺陷產(chǎn)生原因的基礎上， 采用“小鐵研”抗裂試驗，為該類鋼的補焊提供了依據(jù)。1試驗

8、材料和試驗方法1. 1試 驗材料基本材料為2 0 mm厚的ZG27CrNiMnMo板，其機械性能（調(diào)質(zhì)） 為 o_b = 6 2 1MPa,o _s=4 14MPa，v=4 0%,0_s = 2 0%1. 2 試驗方法試板尺寸如圖1所示。采用手工焊，焊條E6015-H焊接工藝規(guī)范參數(shù) 為：焊接電流160A，焊接電源直流反接，焊接速度：打底焊v = 12.5cm/ min，其余各層v = 14.1cm/min，焊接順序見圖1。2接頭性能試驗及 結(jié)果焊后經(jīng)6 0 0，Cx5h退火處理，試樣加工成p 10 mm圓棒，做機械性 能試驗， 結(jié)果為：o_b = 6 3 9MPa，o_s=44 5MPaw=

9、5 0%，0_5 = 18%， 面彎10 0 無裂紋，焊縫硬度HB184189，母材硬度HB193195。 鉆孔取樣化學分析結(jié)果：0. 135%C，1. 14%Mm0. 38%Si，0. 4% Ni，0.009%S，0.2 0%P其余Cr。金相組織分析結(jié)果為：焊縫：塊狀 鐵素體十奧氏體分解產(chǎn)物；熱影響區(qū)：塊狀鐵素體十回火索氏體十少量針狀鐵素體； 母材：鐵素體十回火索氏體：宏觀檢查結(jié)果：焊接及熱影響區(qū)未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合、 夾渣、氣孔等缺陷。3討論分析由于本廠第一批粉碎頭采用了日317焊條焊接，該 焊條成分中含有銘，導致焊縫變硬（含有碳化銘），有一部分粉碎頭焊后局部產(chǎn)生了裂 紋，質(zhì)量達不到外商要求

10、，外商在進行返修后，將返修費用從貨款中扣回使本廠蒙受 了巨大損失。第二批粉碎頭由筆者負責補焊工藝工作，對該鋼種可焊性進行了分析，并 預先計算了焊接工藝參數(shù)，規(guī)定了嚴格的操作程序。3. 1可焊性分析根據(jù)國際焊接 學會（IIW）推薦的碳當量計算公式計算出ZG27CrNiMnM o的碳當量為： C_cq（下限）=0.519%，C_eq（上限）=0.815%，取其平均值 為C_eq（平均）=0.6 6 7 %。由此可知該鋼屬于高淬硬傾向的鋼種，而粉碎 頭最小壁厚大于40mm，屬于大厚板三維應力狀態(tài)，焊后拘束應力很大。因此，Z G27CrNiMnMo可焊性很差，在補焊過程中必須采取焊前預熱，焊后消除應

11、力的措施。3. 2焊接材料的選擇鑄鋼件補焊區(qū)及熱影響區(qū)的組織及性能在很大程度上 取決于焊接材料。為了保證焊縫的力學性能與母材匹配，焊縫成分力求與母材相近， 但為了防止焊縫有較大的熱裂傾向，焊縫含碳量應比母材稍低一些。參閱有關(guān)資料后， 決定采用手工電弧焊工藝方法，選用p4mmE6015-H高韌超低氫焊條。該焊 條熔敷金屬的化學成分和機械性能為：0 . 1%C0.8%Mn，0.8%Si，0.6%1.2%Ni，0.10%0.40%Mo，V0. 035%s，620MPa，o_0.2500MP a，6_5 17%。擴散氫 在熔敷金屬中易產(chǎn)生白點，形成裂紋源，采用超低氫焊條，嚴格控制了熔敷金屬中的 擴散氫

12、含量（1.5mL/100g）避免了白點產(chǎn)生。3.3焊接工藝參數(shù)的確定（1） t_8/5和預熱溫度丁_0的確定據(jù)有關(guān)文獻介紹，低合金高強鋼不產(chǎn)生裂紋 的冷卻時間t_8/5下限值為7 s?？紤]到實際預熱溫度的偏差、焊件厚度、導熱 能力、拘束度以及在焊接過程中防止出現(xiàn)裂紋等因素，應將t8/s提高至21s。 另據(jù)文獻介紹，板厚在4 06 0 mm時，預熱溫度下限值為2 0 0 C，而據(jù)重型 行業(yè)標準中推薦的公式：T0=C_eqx 100 x360 （C）計算，得T 0 = 2 4 0.1 2 ?？紤]到將工件由爐內(nèi)吊至施焊現(xiàn)場有一段時間，這段時間內(nèi)有 溫降。因此，取T_ 0 = 2 5 0，C（2 ）焊

13、接電流、電壓、焊速的確定根據(jù)前西德鋼 鐵學會1979年公布的鋼鐵材料技術(shù)指導文件進行計算，假設埋弧焊熱效翹=1, 則在三維傳導條件下，有：式中t_ 8 / 58 0 05 0 0 C的冷卻時間，sn 焊接方法中相對于埋弧焊的相對熱效率E線能量，J/cmT_0施焊時的預 熱溫度，CF_3一一焊縫形狀系數(shù)相對熱效率為：埋弧焊n=1.0，堿性焊條手工 焊n=0.8，鈦型焊條手工焊q=0.9，co_2氣保護焊n=0.85。焊縫形 狀系數(shù)F_3的取值見下表。本產(chǎn)品取n= 0.8，F(xiàn)_3 = 0.9，T_0 = 25 0C，t_8/5 = 21，代入（1）式后得，E=2 4 5 3 8 J/cm。眾所周

14、知：對于 4mm 焊條，U=2 83 2V，取 U=28v；I = 140170A， 取I = 150A ；代入（2）式，則焊接速度v = 14.1cm/min。所以ZG 27CrNiMnM o的焊接工藝參數(shù)為:U=2832V，I = 140170A， v = 1 4.1cm/min4補焊工藝方案4.1焊前準備（1）焊前通過磨削或 機械加工等方法將缺陷清除，若采用碳弧氣刨或氣割清除，則鑄件預熱2 5 0 C左右， 補焊區(qū)應修磨平整，并徹底清除坡口及其周圍2 0 mm以內(nèi)的粘砂、油、水、銹等臟 物。（2）為防止裂紋擴展，可在裂紋兩端鉆直徑不小于10 mm的孔后再開坡口，坡 口形式為U形或圓形，見

15、圖2（a = 1015，R = 68 mm）。（3 ）整體預 熱至2 5 0 C，并在距補焊區(qū)75100mm處進行測溫。（4 ）禁止在空氣對流的 場所進行補焊，環(huán)境溫度不低于10C（5）焊條用4mmE6015-H用前經(jīng)3 8 0 Cx2h烘焙，或按焊條說明書烘焙，焊條烘焙后放在100150C恒溫箱 中保溫，隨用隨取。5補焊5.1由有經(jīng)驗的焊工進行操作，盡可能在水平位置施焊， 防止未焊透及弧坑裂紋產(chǎn)生。補焊連續(xù)進行，不得不中斷時，應采取保溫措施。5. 2 焊接電流：平焊時14 017 0A，立焊及仰焊時130160A，焊接電源直 流反接。5.3補焊時，焊條不應擺動過大，缺陷較大時應分段、交錯焊接

16、，采用短 弧、窄焊道、多層焊，焊完各層的每道焊縫后，應用風鏟（圓平頭）或榔頭進行錘擊 以減少焊接應力。5.4補焊過程中若發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，應徹底清除后方可繼續(xù)補焊。 5.5同一部位的補焊次數(shù)不能多于三次，調(diào)質(zhì)處理后的補焊次數(shù)不應多于兩次，超 過上述規(guī)定，須經(jīng)有關(guān)部門認可方可進行補焊。5.6焊后將焊縫打磨平整。8焊后熱 處理及檢驗粉碎頭焊后應進行消除應力熱處理，熱處理工藝曲線見圖3。焊后對焊縫 進行宏觀檢查，不得有裂紋、未焊透、未熔合等缺陷，否則應返修，直至合格。首批 樣件按ASMESE-7 0 9和ASTM第三章NB 2 5 7 7逐件進行磁粉探傷，不 允許線狀和圓狀顯示，其值不大于0.7 6

17、2 mm（ 0. 0 3 0 in）,深度不大于6. 3 5mm（0.25in）。超聲波探傷按A.I.OA100Rev。進行，結(jié)果 均合格。7結(jié)論（1）采用計算確定的焊接工藝規(guī)范參數(shù)補焊，所焊、的產(chǎn)品質(zhì)量均 合格。（2）用E6015H補焊ZG27CrNiMnMo可使焊縫性能與母材相 同，而用R3 17焊條則不行。參考文獻|1周順深.低合金耐熱鋼.上海人民出版 社，1 9 7 6. 2張文鉞.金屬熔焊原理及工藝（上）.機械工業(yè)出版社，1 9 8 0. 3 周振豐.金屬熔焊原理及工藝（下）.機械工業(yè)出版社，1981.4曾樂.焊接工程 學.新時代出版社，1 9 8 6. 5焊接材料產(chǎn)品樣本.機械工業(yè)

18、出版社，1 9 8 7. 6 鈴木春義.焊接金屬學.機械工業(yè)出版社，1 9 8 2. 7焊工手冊.機械工業(yè)出版社，9 7 5.8中部焊接振興會.現(xiàn)場焊接技術(shù)，河北人民出版社，1 9 8 2 .重型鑄 鋼件的焊接修復趙穎重型鑄鋼件，裂紋，修復研究了鑄銅件（粉碎頭）產(chǎn)生裂紋、 夾砂、氣孔等缺陷的原因并提出修復方案，進行了最佳工藝參數(shù)選擇.試驗結(jié)果表明： 補焊后的焊縫和母材具有同等性能. 1周順深.低合金耐熱鋼.上海人民出版社，1 9 7 6. 2張文鉞.金屬熔焊原理及工藝（上）.機械工業(yè)出版社，1 9 8 0.3周振豐.金 屬熔 焊原理及工藝（下）.機械工業(yè)出版社，19 8 1.4曾樂.焊接工程學.新時代 出版社，1 9 8 6.