第6章-鑄鐵焊接課件

第6章鑄鐵焊接_6.1鑄鐵的種類及其焊接方法_6.2鑄鐵的焊接性分析_6.3鑄鐵的焊接材料及工藝_第6章鑄鐵焊接_6.1鑄鐵的種類及其焊接方法_1純鐵鑄鐵：wC%>2.11%的鐵碳合金純鑄鐵：wC%>2.11%的鐵碳合金2鑄鐵：wC%>2.11%的鐵碳合金，由工業(yè)生鐵、廢鋼等鋼鐵及其合金材料經(jīng)過高溫熔融和鑄造成型而得到工業(yè)常用鑄鐵：Fe-C-Si合金同時含有一定量Mn、雜質(zhì)元素P、S等特點：

熔點低、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)雜的機械零部件成本低，耐磨性、減振性和切削加工性能好等在汽車、農(nóng)機和機床中獲得了廣泛應(yīng)用鑄鐵：wC%>2.11%的鐵碳合金，由工業(yè)生鐵、廢鋼等鋼鐵及36.1鑄鐵的種類及其焊接方法6.1.1鑄鐵的種類按照碳在鑄鐵中存在的形式和石墨形態(tài)：白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵白口鑄鐵：C絕大部分以滲碳體（Fe3C）的形式存在

斷口呈白亮色，性質(zhì)脆硬，極少單獨使用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6.1鑄鐵的種類及其焊接方法6.1.1鑄鐵的種類按照碳在4灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵中

C基本以石墨形式存在，部分存在于珠光體中石墨形態(tài)不同→性能有較大差別力學(xué)性能：球墨鑄鐵>可鍛鑄鐵>蠕墨鑄鐵>灰鑄鐵石墨形式：球狀團絮狀蠕蟲狀片狀灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵中力學(xué)性能：球墨5球墨鑄鐵：1947年以球化劑處理高溫鐵液使石墨球化

球狀→對基體割裂作用小→力學(xué)性能大幅提高應(yīng)用僅次于灰鑄鐵灰鑄鐵：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

片狀石墨：對基體嚴(yán)重割裂作用→灰鑄鐵強度低、塑性差可鍛鑄鐵：由白口鑄鐵經(jīng)長時間石墨化退火獲得團絮狀→塑性比灰鑄鐵高退火處理時間長，成本高，應(yīng)用受限制蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀，頭部較圓比灰鑄鐵強度高、比球墨鑄鐵鑄造性能好、耐熱疲勞性能好,在工業(yè)中屬于初期推廣應(yīng)用階段球墨鑄鐵：1947年以球化劑處理高溫鐵液使石墨球化灰鑄鐵：6鑄鐵基體組織：鐵素體F、珠光體P或二者的混合物是在鋼的基體上加上石墨石墨強度很低，相當(dāng)于空洞→鋼有效承載面積↘石墨端部尖銳→嚴(yán)重應(yīng)力集中，易斷裂鑄鐵比相同組織鋼：強度低、塑性差

Q235鋼：σb=375~460MPa，伸長率21~26%灰鑄鐵：σb=100~350MPa，伸長率<0.5%球狀鑄鐵：①

鐵素體基體：σb=~400MPa，伸長率~18%

②

珠光體基體：σb=~700MPa，伸長率~2%③奧氏體+貝氏體基體：σb=860~1035MPa，伸長率7~10%鑄鐵基體組織：鐵素體F、珠光體P或二者的混合物Q235鋼：σ71、灰鑄鐵特點：斷面呈灰色、石墨呈片狀組織：碳以片狀石墨的形式存在于珠光體或鐵素體或二者混合基體中石墨：含量高且呈粗片狀→抗拉強度低含量低呈細(xì)片狀→抗拉強度高基體：純鐵素體→抗拉強度和硬度低純珠光體→抗拉強度和硬度均較高用途：機床床身、齒輪箱、皮帶輪、底座、缸體、蓋、手輪等受力不大、耐磨、減震零件1、灰鑄鐵特點：斷面呈灰色、石墨呈片狀石墨：含量高且呈粗片狀8牌號顯微組織抗拉強度/MPa硬度HBW（供參考）特點及用途舉例基體石墨HT100鐵素體粗片狀≥100≤175

強度低，用于制造對強度及組織無要求的不重要鑄件，如油底殼、蓋、鑲裝導(dǎo)軌的支柱等HT150鐵素體+珠光體較粗片狀≥150150～200

強度中等，用于制造承受中等載荷鑄件，如機床底座、工作臺等HT200珠光體中等片狀≥250170～220

強度較高，用于制造承受較高載荷耐磨鑄件，如發(fā)動機的氣缸體、液壓泵、閥門殼體、機床機身、氣缸蓋、中等壓力的液壓筒等HT250細(xì)片狀珠光體較細(xì)片狀≥250190～240HT300細(xì)片狀珠光體細(xì)小片狀≥300210～260

強度高，基體組織為珠光體，用于承受高載荷的耐磨件，如剪床、壓力機的機身、車床卡盤、導(dǎo)板、齒輪、液壓筒等HT350細(xì)片狀珠光體細(xì)小片狀≥350230～280表6-1灰鑄鐵牌號、顯微組織、力學(xué)性能及用途牌號顯微組織抗拉強度/MPa硬度HBW特點及用途舉例基體92、球墨鑄鐵液態(tài)鑄鐵澆鑄前進行球化處理可以得到我國常用的球化劑：稀土鎂合金細(xì)小圓整的石墨球?qū)w的割裂作用較小，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：具有較大的白口傾向還需進行孕育處理（添加孕育劑）

→促進石墨化過程的進行，避免出現(xiàn)萊氏體組織通過球化和孕育處理得到球狀石墨

2、球墨鑄鐵液態(tài)鑄鐵澆鑄前進行球化處理可以得到經(jīng)球化劑處理后102、球墨鑄鐵應(yīng)用：用來制造一些受力復(fù)雜，強度、韌性和耐磨性要求高的零件具有高強度與高耐磨性的珠光體球墨鑄鐵，常用來制造拖拉機或柴油機中的曲軸、連桿、凸輪軸、各種齒輪、機床的主軸、蝸桿、蝸輪、軋鋼機的軋輥、大齒輪及大型水壓機的工作缸、缸套、活塞等；具有高韌性和塑性的鐵素體球墨鑄鐵，常用來制造受壓閥門、機器底座、汽車后橋殼等。2、球墨鑄鐵應(yīng)用：用來制造一些受力復(fù)雜，強度、韌性和耐磨性要11牌號抗拉強度/MPa屈服強度/MPa伸長率（%）硬度HBW（供參考）基體顯微組織最小值QT400-1840025018130～180鐵素體QT400-1540025015130～180鐵素體QT450-1045031010160～210鐵素體QT500-75003207170～230鐵素體+珠光體QT600-36003703190～270珠光體+鐵素體QT700-27004202225～305珠光體QT800-28004802245～335珠光體或回火組織QT900-29006002280～360貝氏體或回火馬氏體表6-2球墨鑄鐵牌號、力學(xué)性能及顯微組織牌號抗拉強度/MPa屈服強度伸長率（%）硬度HBW基體顯123、可鍛鑄鐵石墨呈團絮狀由一定成分白口鑄鐵經(jīng)長時間石墨化退火獲得與灰鑄鐵相比：具有較好強度和塑性耐磨性和減振性優(yōu)于碳鋼應(yīng)用：管類零件和農(nóng)機具等3、可鍛鑄鐵石墨呈團絮狀由一定成分白口鑄鐵經(jīng)長時間石墨化退火134、蠕墨鑄鐵石墨呈蠕蟲狀生產(chǎn)方式：與球墨鑄鐵相似特點：具有比灰鑄鐵強度高、比球墨鑄鐵鑄造性能好、耐熱疲勞性能好的優(yōu)點；應(yīng)用：制造大功率柴油機氣缸蓋、電動機外殼等4、蠕墨鑄鐵石墨呈蠕蟲狀生產(chǎn)方式：與球墨鑄鐵相似特點：具有比146.1.2鑄鐵的凝固特點與石墨化鑄鐵的成分、組織及性能特點關(guān)鍵在于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或是滲碳體，或是自由狀態(tài)的碳-石墨熔融狀態(tài)的鐵液在冷卻過程中（化學(xué)成分和冷卻條件不同）：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)）也可直接析出石墨（穩(wěn)定狀態(tài)）同時，滲碳體加熱至高溫還可以分解出石墨6.1.2鑄鐵的凝固特點與石墨化鑄鐵的成分、組織及性15圖6-1

鐵碳合金雙重相圖虛線：Fe-C穩(wěn)定系相圖實線：Fe-Fe3C介穩(wěn)定系相圖wC%=4.26%：共晶鑄鐵共晶反應(yīng)：

L→A+Fe3C

或L→A+G共析反應(yīng)：

A→F+Fe3C

或A→F+G過共晶：

L→Fe3C（Ⅰ）或L→G（Ⅰ）圖6-1鐵碳合金雙重相圖虛線：Fe-C穩(wěn)定系相圖wC16石墨化過程：1）石墨化第一階段特點：由于溫度較高，碳原子擴散能力強，石墨化比較容易實現(xiàn)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：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高溫下分解析出的石墨L→G（Ⅰ）L→A+GA→F+GFe3C→G+F石墨化過程：特點：由于溫度較高，碳原子擴散能力強，石墨化從172）石墨化第二階段專門石墨化退火→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若第二階段石墨化能充分進行，→鑄鐵基體將完全為鐵素體但是由于溫度較低，一般難以實現(xiàn)因此鑄鐵在鑄態(tài)下多為鐵素體+珠光體混合組織滲碳體鐵素體珠光體P的顯微組織A→F+GFe3C（共析）→G+F2）石墨化第二階段專門石墨化退火共析轉(zhuǎn)變過程中形成的共析石18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1）化學(xué)成分促進石墨化元素、阻礙石墨化（促進白口化）元素圖6-2

合金元素對鑄鐵石墨化的影響G碳化物影響鑄鐵石墨化的主要因素：1）化學(xué)成分圖6-2合金元192）冷卻速度緩慢冷卻有利于石墨化冷卻速度：與鑄模類型、澆注溫度、鑄件壁厚及鑄件尺寸等因素有關(guān)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2）冷卻速度緩慢冷卻有利于石墨化冷卻速度：與鑄模類型、澆注溫20圖6-3

鑄件壁厚（冷卻速度）和化學(xué)成分（碳硅總量）對鑄鐵組織的影響圖6-3鑄件壁厚（冷卻速度）和化學(xué)成分（碳硅總量）216.1.3鑄鐵焊接方法焊條電弧焊、氣焊、CO2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近年來，直接將焊接用于零部件的生產(chǎn)在實際工作中的比例越來越大，主要是將球墨鑄鐵件之間、球墨鑄鐵與各種鋼件或有色金屬件之間，采用細(xì)絲CO2焊、摩擦焊、激光焊、電子束焊、電阻對焊、擴散焊等方法連接起來鑄鐵焊接應(yīng)用：①鑄造缺陷的焊補;②已損壞的鑄鐵成品件的焊補;③零部件的生產(chǎn)(把鑄件與鋼件焊接起來作成零部件)6.1.3鑄鐵焊接方法焊條電弧焊、氣焊、CO2氣保電弧22對鑄鐵焊接的要求：1）焊后焊接接頭是否進行機械加工2）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4）焊縫金屬及接頭力學(xué)性能是否要求與母材一致5）焊接成本對鑄鐵焊接的要求：23

根據(jù)被修復(fù)件的結(jié)構(gòu)剛度以及對焊補后機械加工要求的不同，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600~700℃

并在此溫度下焊接

半熱焊：焊前預(yù)熱到400℃

冷焊：焊前不預(yù)熱

焊補后緩冷→防止焊接裂紋并改善焊補區(qū)域的機械加工性能根據(jù)被修復(fù)件的結(jié)構(gòu)剛度以及對焊補后機械加工24鑄鐵電弧焊的焊縫金屬分類Fe基Ni基Cu基鑄鐵鋼球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵灰鑄鐵高釩鋼低合金鋼碳素鋼Ni-C奧氏體Ni-Fe-C奧氏體Ni-Cu-C合金Cu-Fe合金Cu-Al合金Cu-Ni-Mn合金圖6-4

鑄鐵電弧焊的焊縫金屬分類鑄鐵電弧焊的Fe基Ni基Cu基鑄鐵鋼球蠕灰高低碳NiNiNi256.2鑄鐵的焊接性分析_

6.2.1焊接接頭白口及淬硬組織_

1、焊縫區(qū)

2、半熔化區(qū)

3、奧氏體區(qū)

4、部分重結(jié)晶區(qū)

6.2.2焊接裂紋_

1、冷裂紋

2、熱裂紋

6.2.3球墨鑄鐵的焊接性特點_

6.2鑄鐵的焊接性分析_266.2鑄鐵的焊接性分析鑄鐵化學(xué)成分特點：C、Si含量高，S、P雜質(zhì)含量高灰鑄鐵力學(xué)性能特點：強度低，塑性差鑄鐵焊接性：較差

表現(xiàn)：焊接接頭容易出現(xiàn)白口及淬硬組織

容易產(chǎn)生裂紋原因：焊接加工具有冷卻速度快，焊件受熱不均勻造成較大焊接應(yīng)力等6.2鑄鐵的焊接性分析鑄鐵化學(xué)成分特點：C、Si含量高276.2.1焊接接頭白口及淬硬組織灰鑄鐵：wC%=3.0%，wSi%=2.5%焊條電弧焊

Fe-C-Si三元合金：共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變是在某一溫度區(qū)間進行的

共晶轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間：L→A+Fe3C（介穩(wěn)態(tài)）或L→A+G（穩(wěn)態(tài)）

共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間：A→F+Fe3C（介穩(wěn)態(tài)）或A→F+G（穩(wěn)態(tài)）

冷卻速度快時：A→M6.2.1焊接接頭白口及淬硬組織灰鑄鐵：wC%=3.28圖6-5灰鑄鐵焊條電弧焊焊接接頭各區(qū)域組織變化wSi%=2.5%半熔合區(qū)焊縫區(qū)熱影響區(qū)母材半熔合區(qū)圖6-5灰鑄鐵焊條電弧焊焊接接頭各區(qū)域組織變化291、焊縫區(qū)焊縫金屬冷卻速度>>鑄件在砂型中的冷卻速度焊縫成分為鑄鐵，即同質(zhì)焊縫時：焊縫主要由共晶滲碳體、二次滲碳體及珠光體，即具有萊氏體組織的白口組織白口組織：硬而脆，硬度高達(dá)500～800HB

將影響整個焊接接頭的機械加工性能，同時促進產(chǎn)生裂紋

不預(yù)熱條件下，即使增大焊接熱輸入，仍然不能完全消除白口1、焊縫區(qū)焊縫金屬冷卻速度>>鑄件在砂型中的冷卻速度焊縫成分30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、增強焊縫金屬的石墨化能力，并配合適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┦购缚p金屬緩冷，促進碳以石墨形式析出采用：熱焊或半熱焊同質(zhì)焊條：碳、硅含量高防止白口灰鑄鐵焊接同質(zhì)鑄鐵焊縫，要求：采用：熱焊或半熱焊防止白口灰鑄鐵焊接31異質(zhì)焊縫：

①低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵，盡量采用小電流，減少母材熔化量，并配合預(yù)熱等措施減緩冷卻速度，防止馬氏體相變，以獲得珠光體類型組織為主的鋼焊縫②或采用鎳基奧氏體焊條灰鑄鐵焊接異質(zhì)焊縫：灰鑄鐵焊接322、半熔化區(qū)高溫下：L+高碳γ冷卻時：共晶溫度區(qū)間L→A+共晶Fe3C繼續(xù)冷卻：A析出Fe3C(Ⅱ)

共析溫度區(qū)間：A→F+Fe3C（A→P

）最終得到：共晶Fe3C+Fe3C(Ⅱ)+P的白口鑄鐵快冷：出現(xiàn)A→M

（固態(tài)相變）溫度范圍：1150～1250℃，固相線和液相線之間

焊接時處于半熔化狀態(tài)2、半熔化區(qū)高溫下：L+高碳γ最終得到：共晶Fe3C+Fe333、奧氏體區(qū)溫度范圍：820～1150℃固相線與共析溫度上限之間只有固態(tài)相變

距離熔合線遠(yuǎn)近不同，即熱循環(huán)最高溫度不同，奧氏體化的溫度不同，使得碳在奧氏體中的含量產(chǎn)生差別奧氏體區(qū)溫度較高地方：碳較多地向周圍奧氏體擴散使含碳量增高，同時奧氏體晶粒長大奧氏體區(qū)溫度較低地方：碳向周圍奧氏體擴散數(shù)量較少使含碳量較低，且奧氏體晶粒較小隨后冷卻過程中：首先A析出Fe3C(Ⅱ)

而后共析轉(zhuǎn)變：A→F+Fe3C冷卻速度較慢：A→P冷卻速度較快：A→M使焊接接頭加工性變差3、奧氏體區(qū)溫度范圍：820～1150℃固相線與共析溫度上限344、部分重結(jié)晶區(qū)溫度范圍：780～820℃奧氏體與鐵素體雙相區(qū)加熱時：母材中P→A

鐵素體晶粒長大冷卻過程：再次發(fā)生固態(tài)相變，A→P快冷：出現(xiàn)M最終得到：馬氏體＋鐵素體混合組織4、部分重結(jié)晶區(qū)溫度范圍：780～820℃奧氏體35鑄鐵焊接特點：焊縫金屬的多樣化而與母材成分有較大差異“熔合區(qū)”白口：未完全混合區(qū)白口（石墨化元素較焊縫少，冷卻時易生成白口）和半熔化區(qū)連在一起形成較寬的白口帶異質(zhì)焊縫的熔合區(qū)物理化學(xué)反應(yīng)更為復(fù)雜鑄鐵焊接特點：焊縫金屬的多樣化而與母材成分有“熔合區(qū)”白口：366.2.2焊接裂紋1、冷裂紋（熱應(yīng)力裂紋）鑄鐵焊接的常見缺陷鑄鐵焊接接頭出現(xiàn)裂紋：承載能力大大下降整體結(jié)構(gòu)也不能滿足致密性要求→導(dǎo)致焊接失敗溫度：500℃以下出現(xiàn)位置：焊縫及熱影響區(qū)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6.2.2焊接裂紋1、冷裂紋（熱應(yīng)力裂紋）鑄鐵焊接的常見371）冷裂紋產(chǎn)生的原因鑄鐵型同質(zhì)焊縫：出現(xiàn)：焊縫較長或焊補部位剛度較大時容易出現(xiàn)即使焊縫沒有白口或馬氏體組織也可能產(chǎn)生溫度：500℃以下伴隨：脆性斷裂的聲音冷裂紋很少在500℃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另一方面是此時焊縫承受的焊接應(yīng)力也較小1）冷裂紋產(chǎn)生的原因鑄鐵型同質(zhì)焊縫：冷裂紋很少在500℃以上38式中：σ0—平均拉伸應(yīng)力；

ρt—裂紋尖端的曲率半徑；

a—代表內(nèi)部裂紋長度的一半；

σm—裂紋尖端處的最大應(yīng)力1）冷裂紋產(chǎn)生的原因鑄鐵焊縫冷裂紋的裂紋源：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且尖端會造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中灰鑄鐵500℃以下：強度低、塑性差焊接應(yīng)力作用下→片狀石墨尖端裂紋源將穿過F與P的基體窄橋向前擴展焊縫止裂能力差→形成尺寸較大貫穿焊縫金屬脆性宏觀裂紋式中：σ0—平均拉伸應(yīng)力；1）冷裂紋產(chǎn)生的原因鑄鐵焊縫391）冷裂紋產(chǎn)生的原因不同石墨形態(tài)鑄鐵，裂紋敏感性不同：原因：石墨邊緣形狀不同

①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②止裂能力也有較大差別灰鑄鐵：片狀石墨邊緣非常尖銳，應(yīng)力集中系數(shù)大，抗拉強度低，塑性差，止裂能力也差→冷裂紋傾向大球墨鑄鐵：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1）冷裂紋產(chǎn)生的原因不同石墨形態(tài)鑄鐵，裂紋敏感性不同：灰鑄鐵40焊縫冷裂紋傾向低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵：得到鋼焊縫，容易出現(xiàn)馬氏體或二次滲碳體，焊縫仍具有較大冷裂紋傾向異質(zhì)焊條焊接灰鑄鐵：連續(xù)長焊縫產(chǎn)生橫向裂紋并發(fā)出金屬斷裂聲其中：

Ni-Cu焊縫：收縮率高、熱應(yīng)力大、裂紋傾向較大高釩鋼焊縫：橫向冷裂紋銅鋼焊縫：抗冷裂紋能力最強實質(zhì)：熱應(yīng)力超過其塑性變形能力時發(fā)生突然斷裂行為焊縫冷裂紋傾向低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵：得到鋼焊縫，容易出現(xiàn)馬氏41焊縫冷裂紋傾向異質(zhì)焊縫的剝離性裂紋：鋼焊縫、鎳基焊縫力學(xué)性能比鑄鐵母材好，但收縮率大，造成焊縫底部或熱影響區(qū)裂紋，嚴(yán)重時使焊縫金屬與母材分離。位置：熔合區(qū)、熱影響區(qū)，沿焊縫與熱影響區(qū)交界擴展斷口：呈脆斷特征原因：脆弱的母材、熱影響區(qū)及熔合區(qū)不能承受焊接時過大的熱應(yīng)力引起總結(jié)：冷裂紋主要受焊接應(yīng)力即熱應(yīng)力的影響，熱應(yīng)力超過焊縫及熱影響區(qū)的塑性變形能力，白口

和馬氏體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)力而促進裂紋，氫的影響不大。焊縫冷裂紋傾向異質(zhì)焊縫的剝離性裂紋：鋼焊縫、鎳基焊縫力學(xué)性能422）防止冷裂紋的措施

對焊補工件進行整體高溫預(yù)熱（600～700℃），使焊縫金屬處于塑性狀態(tài)，并促進焊縫金屬石墨化，改善組織，充分降低焊接應(yīng)力，并要求焊后在相同溫度下消除應(yīng)力。防止鑄鐵型同質(zhì)焊縫出現(xiàn)冷裂紋最有效的措施

加熱減應(yīng)區(qū)法：在焊前和焊接過程中，利用氣體火焰加熱焊件的選定位置，在焊縫冷卻過程巾能使焊縫金屬比較自由的收縮，有利于減少焊接熱應(yīng)力。既可以避免高溫預(yù)熱，也能有效防止冷裂紋應(yīng)從減小熱應(yīng)力入手2）防止冷裂紋的措施對焊補工件進行整體高溫預(yù)熱（600～432）防止冷裂紋的措施使焊縫中石墨以球狀或蠕蟲狀析出，提高焊縫金屬的力學(xué)性能，避免片狀石墨造成的應(yīng)力集中和脆化。調(diào)節(jié)鑄鐵焊縫成分①鑄鐵型焊縫：

wC%↗，并加入一定量合金元素，如Mn(wMn=0.75%)、Mo（wMo=1.17%）、Cu（wCu=1.85%）等→使焊縫金屬在快冷條件下高溫時能析出石墨，較低溫度下基體金屬依次發(fā)生貝氏體相變和馬氏體相變利用二次連續(xù)相變產(chǎn)生的應(yīng)力松弛效應(yīng)，可以有效地防止焊縫出現(xiàn)冷裂紋。2）防止冷裂紋的措施使焊縫中石墨以球狀或蠕蟲狀析出，提442）防止冷裂紋的措施調(diào)節(jié)鑄鐵焊縫成分應(yīng)力松弛效應(yīng)一是在相變過程中金屬塑性增加即相變塑性

A→B、A→M明顯相變塑性現(xiàn)象；二是B和M的比體積較A、P及F的比體積都大相變過程中體積膨脹有利于松弛焊接應(yīng)力貝氏體相變的有利作用：伴隨其相變500℃~250℃；馬氏體相變產(chǎn)生的焊縫金屬應(yīng)力松弛：從200℃左右至室溫二次連續(xù)相變在500℃以下整個溫度范圍的連續(xù)有益效應(yīng)，使熱應(yīng)力未能達(dá)到焊縫金屬的抗拉強度而避免冷裂紋2）防止冷裂紋的措施調(diào)節(jié)鑄鐵焊縫成分應(yīng)力松弛效應(yīng)一45②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：

采用屈服點較低而且有良好塑性的焊接材料焊接時，較易通過焊縫的塑性變形而松弛焊接接頭的部分應(yīng)力，有利于防止冷裂紋的產(chǎn)生。鎳基或銅基焊材

——焊縫為塑性良好的非鐵合金對冷裂紋不敏感②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：鎳462）防止冷裂紋的措施白口及馬氏體等脆硬組織對冷裂紋的不利影響解決：冶金：鑄鐵焊縫增加C、Si含量配以緩冷促進石墨化

異質(zhì)焊縫采用塑性良好的非鐵合金材料工藝：預(yù)熱焊方法→防止焊接接頭冷裂紋2）防止冷裂紋的措施白口及馬氏體等脆硬組織對冷裂紋的不利影響472、熱裂紋

鑄鐵焊縫：由于鐵液凝固過程中析出石墨，體積膨脹，且流動性好，焊縫對熱裂紋不敏感；采用低碳鋼焊條或鎳基焊材：焊縫易出現(xiàn)屬于熱裂紋的結(jié)晶裂紋2、熱裂紋鑄鐵焊縫：采用低碳鋼焊條或鎳基焊材：482、熱裂紋

①低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵：

1）焊縫wC%高

2）S、P含量高，形成FeS-Fe低熔點共晶——形成焊縫底部熱裂紋甚至宏觀熱裂紋特點：沒有開裂聲宏觀：表面因為高溫氧化形成的藍(lán)紫色特征微觀：沿一次奧氏體晶界開裂的沿晶斷口形貌并存在高溫液態(tài)薄膜拉開后回縮的皺褶2、熱裂紋①低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵：特點：沒有開裂聲492、熱裂紋②鎳基焊條焊接灰鑄鐵：

1）S、P含量高，形成Ni-Ni3S2

和Ni-Ni3P低熔點共晶2）鎳基焊縫凝固后形成粗大的單相奧氏體柱狀晶

防止措施：調(diào)節(jié)焊縫金屬中碳、硅、鈷、稀土等合金元素含量，可得到抗熱裂紋性能較佳的合金系統(tǒng)①

如WC=2.38%，合金處于共晶成分，抗熱裂性最佳；②適量的稀土元素釔提高抗熱裂紋性能釔具有較強脫S、脫P作用→使奧氏體晶間低熔點共晶物減少細(xì)化晶粒、促使石墨呈球狀析出2、熱裂紋②鎳基焊條焊接灰鑄鐵：防止措施：①如WC=2.50總之，灰鑄鐵焊接時，焊接接頭中裂紋傾向比較大，這主要與鑄鐵本身的性能、焊接應(yīng)力、接頭組織及其化學(xué)成分有關(guān)。為防止鑄鐵焊接時產(chǎn)生裂紋，在生產(chǎn)中主要采取減小焊接應(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?？傊诣T鐵焊接時，焊接接頭中裂紋傾向比較大，516.2.3球墨鑄鐵的焊接性特點1）球化劑有增大鐵液結(jié)晶過冷度、阻礙石墨化和促進

A→M的作用，鑄鐵焊縫及半熔化區(qū)更容易出現(xiàn)白口鑄鐵，奧氏體區(qū)則更容易出馬氏體M組織，從而容易產(chǎn)生冷裂紋；2）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，對焊接接頭的力學(xué)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對強度和塑性有較大不良影響。6.2.3球墨鑄鐵的焊接性特點1）球化劑有增大鐵液結(jié)晶526.3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_

1、同質(zhì)焊縫電弧熱焊

2、氣焊

3、手工電渣焊

4、異質(zhì)焊縫電弧冷焊

5、灰鑄鐵的釬焊與噴焊

6.3.2球墨鑄鐵的焊接工藝特點_

1、氣焊

2、同質(zhì)焊縫電弧焊

3、異質(zhì)焊縫電弧焊

6.3.3其他鑄鐵的焊接特點_

1、奧-貝球墨鑄鐵

2、蠕墨鑄鐵焊接

3、白口鑄鐵焊接6.3鑄鐵的焊接材料及工藝_536.3鑄鐵的焊接材料及工藝焊接材料：鐵基合金、鎳基合金、銅基合金焊條；銅基釬料及鎳基或鐵基噴焊粉。6.3鑄鐵的焊接材料及工藝焊接材料：鐵基合金、鎳基合金546.3.1灰鑄鐵的焊接材料及工藝特點1、同質(zhì)焊縫電弧熱焊和半熱焊電弧熱焊：將鑄鐵件預(yù)熱到600～700℃，然后在塑性狀態(tài)下進行焊接，焊接溫度不低于500～400℃，為防止焊接過程中開裂，焊后立即進行消除應(yīng)力處理及

緩冷的鑄鐵焊補工藝。適用于>10mm以上的中厚鑄件的大缺陷補焊。預(yù)熱：結(jié)構(gòu)復(fù)雜且焊補處拘束度大——整體預(yù)熱；結(jié)構(gòu)簡單、拘束度較小——大范圍局部預(yù)熱6.3.1灰鑄鐵的焊接材料及工藝特點1、同質(zhì)焊縫電弧熱焊551、同質(zhì)焊縫電弧熱焊高溫預(yù)熱作用：1）減小了焊接區(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苄浴蟠鬁p小了熱應(yīng)力，避免開裂高溫預(yù)熱+焊后緩冷使焊縫和半熔化區(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1、同質(zhì)焊縫電弧熱焊高溫預(yù)熱作用：高溫預(yù)熱+焊后緩冷561、同質(zhì)焊縫電弧半熱焊半熱焊：預(yù)熱溫度在300～400℃時稱為半熱焊優(yōu)點：1）改善焊工勞動條件，降低焊補成本2）較有效地防止焊接熱影響區(qū)出現(xiàn)M及熔合區(qū)白口→改善接頭加工性不利：鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊補處剛度較大時局部半熱焊會增大熱應(yīng)力，促使產(chǎn)生裂紋適用于補焊區(qū)剛度較小或鑄件形狀較簡單的情況1、同質(zhì)焊縫電弧半熱焊半熱焊：預(yù)熱溫度在300～400℃時稱576.3.1灰鑄鐵的焊接材料及工藝特點1、同質(zhì)焊縫電弧熱焊和半熱焊為保證焊縫石墨化，防止白口：電弧熱焊——焊縫中C、Si總量應(yīng)稍高于母材

wC%=3.0%~3.8%wSi%=3.0%~3.8%半熱焊——wC%=3.5%~4.5%wSi%=3.0%~3.8%焊條類型：EZCEZCZ248：鑄鐵焊芯外涂石墨型藥皮Z208：H08低碳鋼焊芯外涂強石墨型藥皮6.3.1灰鑄鐵的焊接材料及工藝特點1、同質(zhì)焊縫電弧熱焊58類別名稱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)）（%）備注CSiMnSPFeNiCu鑄鐵同質(zhì)焊條灰鑄鐵焊條EZC2.0~4.02.5~6.5≤0.75≤0.10≤0.15余——球墨鑄鐵焊條EZCQ3.2~4.23.2~4.0≤0.80球化劑0.04~0.15%鎳基鑄鐵焊條純鎳鑄鐵焊條EZNi-1≤2.0≤2.5≤1.0≤0.03—≤8.0≥90—EZNi-2≤4.0≤2.5≥85≤2.5Al≤1.0%EZNi-3Al1.0%~3.0%鎳鐵鑄鐵焊條EZNiFe-1余45~60Al≤1.0%EZNiFe-2Al1.0%~3.0%EZNiFeMn≤1.010~1435~45Al≤1.0%鎳銅鑄鐵焊條EZNiCu-10.35~0.55≤0.75≤2.3≤0.0253.0~6.060~7025~35EZNiCu-250~6035~45鎳鐵銅鑄鐵焊條EZNiFeCu≤2.0≤2.0≤1.5≤0.03余45~604~10表6-4鑄鐵焊條及焊絲（GB/T10044-2006）類別名稱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59類別名稱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)）（%）備注CSiMnSPFeNiCu其他鑄鐵焊條純鐵及碳鋼焊條EZFe-1≤0.04≤0.10≤0.6≤0.010≤0.015余——焊芯成分EZFe-2≤0.10≤0.03≤0.030≤0.030高釩焊條EZV≤0.25≤0.70≤1.50≤0.04≤0.04V8%~13%鑄鐵同質(zhì)焊絲灰鑄鐵焊絲RZC-13.2~3.52.7~3.00.60~0.75≤0.100.50~0.75——RZC-23.5~4.53.0~3.80.30~0.80≤0.50——RZCH3.2~3.52.0~2.50.50~0.700.20~0.401.2~1.6—Mo0.25~0.45%球墨鑄鐵焊絲RZCQ-13.2~4.03.2~3.80.10~0.40≤0.015≤0.05≤0.5Ce≤0.20球化劑0.04%~0.10%RZCQ-23.5~4.23.5~4.20.50~0.80≤0.03≤0.10——鎳基藥芯焊絲ET3ZNiFe≤2.0≤1.03.0~5.0≤0.03—45~60≤2.5Al≤1.0%鎳基氣體保護焊焊絲ERZNi≤1.0≤0.75≤2.5≤0.03≤0.4≥90≤4.0ERZNiFeMn≤0.50≤1.010~14余34~45≤2.5Al≤1.0%類別名稱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60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圖6-7缺陷造型示意圖a)較大缺陷b)邊角缺陷造型材料：型砂加水玻璃或黃泥，內(nèi)壁放置耐高溫的石墨片1）焊前準(zhǔn)備：清理、開坡口

對于較大缺陷或邊角缺陷，防止熔化金屬流失，保證原定的焊縫成型，需焊前造型。電弧熱焊工藝：焊前準(zhǔn)備、預(yù)熱、焊接、焊后緩冷及圖6-7缺612）預(yù)熱：結(jié)構(gòu)復(fù)雜的焊件，宜采用整體加熱；結(jié)構(gòu)簡單的焊件，宜采用局部加熱；預(yù)熱溫度一般600～700℃，不超過鑄鐵的共析溫度，具體根據(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。注意：控制加熱速度→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2）預(yù)熱：結(jié)構(gòu)復(fù)雜的焊件，宜采用整體加熱；結(jié)構(gòu)簡單623）焊接：從缺陷中心引弧，逐漸向外擴展，連續(xù)焊接將缺陷焊滿焊補過程中為保持預(yù)熱溫度，要求在最短的時間內(nèi)焊完，故宜采用大電流、長弧、連續(xù)焊4）焊后緩冷：常用保溫材料覆蓋，最好隨爐冷卻重要鑄件焊補后馬上入爐進行消除應(yīng)力熱處理，保溫一段時間后隨爐冷卻焊接電流與焊條直徑經(jīng)驗公式：

I=（40～50）d

式中d－焊條直徑（mm）3）焊接：從缺陷中心引弧，逐漸向外擴展，連續(xù)焊接將缺陷焊滿焊63同質(zhì)焊條不預(yù)熱焊：采用灰鑄鐵芯焊條（如Z248）不預(yù)熱焊：

優(yōu)點：成本低，焊接條件改善，焊補周期短不足：容易產(chǎn)生白口及淬硬組織，裂紋傾向較大焊接材料：加入孕育作用的合金元素，如Ca、Al、Ba等促進石墨化，防止白口焊接工藝：大電流、慢速、往復(fù)運條連續(xù)焊，降低焊縫冷卻速度采用：分段焊或加熱減應(yīng)區(qū)法→減小熱應(yīng)力不預(yù)熱焊：

優(yōu)點：成本低，焊接條件改善，焊補周期短不足：容易產(chǎn)生白口及淬硬組織，裂紋傾向較大同質(zhì)焊條不預(yù)熱焊：采用灰鑄鐵芯焊條（如Z248）不預(yù)熱焊：焊642、氣焊電弧熱焊及半熱焊主要適用于>10mm以上的中厚鑄件的大缺陷補焊。薄壁鑄件的焊補適合氣焊氧乙炔火焰溫度比電弧溫度低很多，需要很長時間才能將焊補處加熱到熔化溫度，使得受熱面積較大，相當(dāng)于局部預(yù)熱焊接條件，很適合薄壁鑄件的焊補。2、氣焊電弧熱焊及半熱焊主要適用于>10mm以上的中厚鑄件65氣焊的特點：1）冷卻速度慢，有利于石墨化過程的進行，焊縫易獲得灰鑄鐵組織，HAZ區(qū)也不易產(chǎn)生白口及淬硬組織；2）加熱時間長，被焊件受熱面積大，焊接熱應(yīng)力較大，

有一定裂紋傾向。適用于：拘束度小的薄壁件缺陷的焊補拘束度大時：宜采用整體預(yù)熱的氣焊熱焊法預(yù)熱溫度為600～700℃，焊后緩冷氣焊的特點：1）冷卻速度慢，有利于石墨化過程的進行，焊縫易獲66類別名稱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)）（%）備注CSiMnSPFeNiCu鑄鐵同質(zhì)焊絲灰鑄鐵焊絲RZC-13.2~3.52.7~3.00.60~0.75≤0.100.50~0.75余——RZC-23.5~4.53.0~3.80.30~0.80≤0.50——RZCH3.2~3.52.0~2.50.50~0.700.20~0.401.2~1.6—Mo0.25~0.45%氣焊焊接材料：氣焊過程中焊絲的Si和C都有一些氧化燒損，為提高焊縫石墨化能力，保證焊縫有合適的組織和硬度，焊絲中的Si、C含量較熱焊時應(yīng)高一些。w（C+Si）%=6.0%適用于熱焊氣焊w（C+Si）%=7.0%普通氣焊類別名稱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67焊縫夾渣：2Na2CO3+SiO2=2（Na2O）·SiO2+2CO2↑成因：鑄鐵氣焊焊接時，Si易氧化，形成SiO2酸性氧化物，熔點高(1713℃)，粘度較大，流動性不好。去除：加入以堿性氧化物(Na2CO3

、K2CO3、NaHCO3)為主要組成的熔劑，使其互相結(jié)合成為低熔點的熔渣，浮到熔池表面，便于清除。焊縫夾渣：2Na2CO3+SiO2=2（Na2O）·68氣焊焊接工藝：焊前清理與準(zhǔn)備工作與焊條電弧焊相同較小的邊角缺陷或剛度較小時，可用冷焊。加熱減應(yīng)區(qū)法：在焊件上選定一處或幾處加熱后可使應(yīng)力減小的部位，作為所謂“減應(yīng)區(qū)”，焊前及焊接過程中，對其進行加熱和保溫，以降低或轉(zhuǎn)移焊接接頭拘束應(yīng)力；焊后同步冷卻，加熱部位與焊接處一起收縮，從而減小焊接應(yīng)力，防止裂紋。拘束度較大部位裂紋的焊補：氣焊焊接工藝：焊前清理與準(zhǔn)備工作與焊條電弧焊相同加熱減應(yīng)區(qū)69加熱減應(yīng)區(qū)法：關(guān)鍵：正確選擇“減應(yīng)區(qū)”，以及對其加熱、保溫和冷卻的控制選擇原則：使減應(yīng)區(qū)主變形方向與焊縫金屬冷卻收縮方向一致焊前：對減應(yīng)區(qū)加熱能使缺陷位置獲得最大張開位移，加熱溫度不應(yīng)超過鑄鐵的相變溫度，600～700℃較好。焊后：使減應(yīng)區(qū)與焊補區(qū)域同步冷卻加熱減應(yīng)區(qū)法：焊前：對減應(yīng)區(qū)加熱能使缺陷位置獲得最大張開位移70加熱減應(yīng)區(qū)氣焊法修復(fù)發(fā)動機缸蓋裂紋①焊前：A、B、C三處同步加熱②T≈600℃：對C繼續(xù)加熱使之熔化并形成坡口以保證焊透③

A、B兩處T↗→650℃：開始對C處焊接④焊后：三處同步冷卻結(jié)果：可獲得良好焊補質(zhì)量不會出現(xiàn)裂紋焊補位加熱減應(yīng)區(qū)氣焊法修復(fù)發(fā)動機缸蓋裂紋①焊前：A、B、C三處同步714、電弧冷焊（1）鑄鐵型焊縫的電弧冷焊電弧冷焊：焊前不預(yù)熱優(yōu)點：焊工工作條件好，工藝簡便，焊接成本較低。是鑄鐵焊接的發(fā)展方向問題：焊接接頭易產(chǎn)生白口及淬硬組織解決途徑：1）適當(dāng)提高焊縫中的C、Si含量，有利于石墨化；2）提高焊接熱輸入，采用大直徑焊條、大電流連續(xù)焊工藝，以減慢焊接接頭的冷卻速度，有助于消除或減少M組織。4、電弧冷焊（1）鑄鐵型焊縫的電弧冷焊電弧冷焊：焊前不預(yù)熱問72（2）異質(zhì)焊縫（非鑄鐵型）電弧冷焊電弧冷焊焊接鑄鐵異質(zhì)焊縫是最常用的焊接方法異質(zhì)焊縫冷焊主要是通過調(diào)整焊縫化學(xué)成分的方法，以改善接頭的組織和性能。異質(zhì)焊縫（2）異質(zhì)焊縫（非鑄鐵型）電弧冷焊電弧冷焊焊接鑄鐵異質(zhì)焊縫是731）鋼基焊縫及焊接材料鋼基鑄鐵焊條：降低含C量，以獲得鋼焊縫類別名稱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)）（%）備注CSiMnSPFeNiCu其他鑄鐵焊條純鐵及碳鋼焊條EZFe-1≤0.04≤0.10≤0.6≤0.010≤0.015余——焊芯成分EZFe-2≤0.10≤0.03≤0.030≤0.030高釩焊條EZV≤0.25≤0.70≤1.50≤0.04≤0.04V8%~13%EZFe-1：純鐵焊芯氧化性藥皮鑄鐵焊條EZFe-2：低碳鋼焊芯鐵粉型鑄鐵焊條——焊接接頭的白口、淬硬組織和裂紋問題沒有解決1）鋼基焊縫及焊接材料鋼基鑄鐵焊條：降低含C量，以獲得鋼焊縫74EZV：低碳鋼焊芯、低氫型藥皮高釩鑄鐵焊條不足：焊縫底部形成一條主要由碳化釩顆粒組成的高硬度帶狀組織，半熔化區(qū)白口較寬→焊接接頭加工性差用于：只能用于非加工面缺陷的焊補加V目的：利用V具有較強的形成碳化物能力，使C和V形成高度彌散分布的VC質(zhì)點，分布于鐵素體基體中。由于焊縫中C的存在形式得到改變，增加了焊縫的塑性，可避免白口組織和淬硬組織的產(chǎn)生，提高了抗裂能力。焊縫：σb=558～588MPa，δ=28～36%，滿足要求EZV：低碳鋼焊芯、低氫型藥皮高釩鑄鐵焊條不足：焊縫底部形成75H08Mn2SiA細(xì)絲CO2氣體保護焊：不足：接頭加工性不好用于：非加工面缺陷的焊補焊絲：H08Mn2SiA細(xì)絲（Φ0.8～Φ1.0mm）氣體：CO2或CO2+O2氣體工藝：小電流（＜85A）、低電壓（18～20V）和較快焊接速度（10～12m/h）→減少母材熔化量，降低焊縫含碳量和焊接應(yīng)力不足：接頭加工性不好用于：非加工面缺陷的焊補焊絲：H08Mn2SiA細(xì)絲（Φ0.8～Φ1.0mm）氣體：CO2或CO2+O2氣體工藝：小電流（＜85A）、低電壓（18～20V）和較快焊接速度（10～12m/h）→減少母材熔化量，降低焊縫含碳量和焊接應(yīng)力H08Mn2SiA細(xì)絲CO2氣體保護焊：不足：接頭加工性不好762）鎳基焊縫及焊接材料鎳基焊縫：應(yīng)用非常廣泛石墨化元素，高溫下可溶解較多CT↘→部分過飽和碳以石墨形式析出石墨析出伴隨體積膨脹→降低焊接應(yīng)力，防止焊接熱影響區(qū)冷裂紋

Ni向半熔化區(qū)擴散→縮小白口寬度、改善焊接接頭加工性，適用于加工面缺陷的焊補Ni：奧氏體形成元素，與鐵完全互溶

wNi%>30%：得到硬度較低單相奧氏體組織較強石墨化元素，對減弱半熔化區(qū)白口層很有利2）鎳基焊縫及焊接材料鎳基焊縫：77類別名稱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)）（%）備注CSiMnSPFeNiCu鎳基鑄鐵焊條純鎳鑄鐵焊條EZNi-1≤2.0≤2.5≤1.0≤0.03—≤8.0≥90—EZNi-2≤4.0≤2.5≥85≤2.5Al≤1.0%EZNi-3Al1.0%~3.0%鎳鐵鑄鐵焊條EZNiFe-1余45~60Al≤1.0%EZNiFe-2Al1.0%~3.0%EZNiFeMn≤1.010~1435~45Al≤1.0%鎳銅鑄鐵焊條EZNiCu-10.35~0.55≤0.75≤2.3≤0.0253.0~6.060~7025~35EZNiCu-250~6035~45鎳鐵銅鑄鐵焊條EZNiFeCu≤2.0≤2.0≤1.5≤0.03余45~604~10類別名稱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781）純鎳鑄鐵焊條EZNi-1（Z308），焊芯為純鎳

優(yōu)點：采用小電流焊接時，接頭半熔化區(qū)的白口層最小，并呈斷續(xù)分布，機械加工性好。焊縫為奧氏體加點狀石墨，硬度低，塑性較好，抗熱裂紋性能較好。缺點：含鎳量最高，價格貴(約為低碳鋼焊條的30倍),不適合大量使用。鎳基焊條1）純鎳鑄鐵焊條EZNi-1（Z308），焊芯為純鎳鎳基焊79

2）鎳鐵鑄鐵焊條EZNiFe-1（Z408）

焊芯為鎳鐵合金（Ni～55%,Fe～45％）

優(yōu)點：鎳鐵焊縫具有較高的強度，塑性較好，適合焊接強度較高的鑄鐵，線膨脹系數(shù)小，抗裂性能好。在鎳基焊條中價格最便宜，應(yīng)用最多。缺點：含鎳量較低，半熔化區(qū)的白口比純鎳焊條寬，接頭硬度也較高，機械加工性能稍差，但仍能加工。鎳基焊條2）鎳鐵鑄鐵焊條EZNiFe-1（Z408）鎳基焊條80

3）鎳銅鑄鐵焊條EZNiCu-1（Z508）

焊芯為鎳銅合金（Ni～70%,Cu～30％）

特點：焊縫強度在鎳基焊條中最低，接頭加工性與純鎳焊條相近。但是鎳銅合金的收縮率大，焊縫的裂紋傾向較大，鎳銅焊條在鎳基焊條中性能最差，成本比鎳鐵焊條高，逐漸被鎳鐵焊條所取代。鎳基焊條3）鎳銅鑄鐵焊條EZNiCu-1（Z508）鎳基焊條81銅基焊條銅芯鐵粉焊條（Z607):Cu：Fe~80:20，藥皮為低氫型銅芯鐵皮焊條（Z612）：銅包鋼芯、鈦鈣型藥皮鑄鐵焊條。銅與碳不形成碳化物，也不溶解碳，而且銅的強度低、塑性很好，銅基焊縫金屬的固相線溫度低，這些特性對防止焊接接頭冷裂紋及熔合區(qū)剝離性裂紋很有利。加Fe可細(xì)化α銅晶粒，進一步提高抗熱裂紋性能。銅基焊條銅芯鐵粉焊條（Z607):銅與碳不形成碳82(4)異質(zhì)焊縫電弧冷焊工藝

使用異種焊接材料進行鑄鐵電弧冷焊時，在保證焊縫金屬成形與母材熔合良好的前提下，盡量用小規(guī)格焊條和小規(guī)范施焊，并采用短弧焊、短段焊、斷續(xù)焊、分散焊及焊后立即錘擊焊縫等工藝措施，適當(dāng)提高焊接速度，不作橫向擺動，并注意選擇合理的焊接方向和順序，來降低焊接應(yīng)力，減小半熔化區(qū)和熱影響區(qū)寬度，改善接頭的加工性及防止裂紋產(chǎn)生，并采用退火焊道降低焊縫的淬硬性開裂傾向?！岸潭螖嗬m(xù)分散焊，較小電流熔深淺，每錘擊消應(yīng)力，退火焊道前段軟”焊接方向和順序：應(yīng)本著從拘束度大的部位→拘束度小的部位焊接的原則。(4)異質(zhì)焊縫電弧冷焊工藝使用異種焊接材料進行鑄83

當(dāng)鑄鐵件的缺陷尺寸較大、情況復(fù)雜、焊補難度大時，可以采用鑲塊焊補法、栽絲焊補法及墊板焊補法等特殊焊補技術(shù)。圖6-11灰鑄鐵缸體側(cè)壁裂紋的焊補缺陷3由多個交叉裂紋組成，如逐個焊補，則難以避免出現(xiàn)焊接裂紋。圖6-12鑲塊焊補法

a)凹形低碳鋼板鑲塊b)平板低碳鋼板鑲塊①可以將該缺陷整體加工掉，按尺寸準(zhǔn)備一塊厚度較薄的低碳鋼板。焊前將低碳鋼板沖壓成凹形。②用平板在其中間切割一條窄縫，目的是降低拘束度。焊補時低碳鋼板容易變形，利于緩解焊接應(yīng)力，防止焊接裂紋，此即鑲塊焊補法。按順序分段焊接，最后焊好中間的切縫，保證缸體壁的水密性。當(dāng)鑄鐵件的缺陷尺寸較大、情況復(fù)雜、焊補難度84圖6-13栽絲焊補法栽絲焊補法問題：厚壁鑄鐵件大尺寸缺陷焊補時，需要開坡口進行多層焊，這樣將導(dǎo)致焊接應(yīng)力積累。由于焊補量大，為了降低成本采用鋼基焊縫時，焊縫金屬強度高，收縮率大，容易產(chǎn)生剝離性裂紋，使焊補失敗。解決措施：栽絲焊補法先在母材坡口表面鉆螺紋，擰入鋼質(zhì)螺釘，露出部分與焊縫金屬成一體，將焊縫金屬與鑄鐵母材連接起來，通過螺釘分擔(dān)部分應(yīng)力，既防止焊接裂紋，又提高了焊補區(qū)域的承載能力。要領(lǐng)：先繞螺釘焊接，再焊螺釘之間；螺釘根部與母材要焊住，螺釘盡可能少熔化圖6-13栽絲焊補法栽絲焊補法問題：厚壁鑄鐵件大尺寸缺陷焊85墊板焊補法坡口尺寸更大時，甚至可以在坡口內(nèi)放入低碳鋼板，用焊縫強度高、抗裂性好的鑄鐵焊條（如EZNiFe、EZV焊條）將鑄鐵母材和低碳鋼板焊接起來，稱之為墊板焊補法。優(yōu)點：大大減少焊縫金屬量，有利于降低焊接應(yīng)力，防止裂紋，還節(jié)省了大量焊接材料，縮短焊補工期。墊板焊補法坡口尺寸更大時，甚至可以在坡口內(nèi)放入低碳鋼板，用焊865.灰鑄鐵的釬焊與噴焊釬焊：采用釬焊方法焊補鑄鐵缺陷，母材不熔化，故對避免灰鑄鐵焊接接頭出現(xiàn)白口是非常有利的，使接頭具有優(yōu)良的加工性能。此外，釬焊溫度較低，焊接接頭應(yīng)力較小，而接頭上又無白口組織，對發(fā)生裂紋的敏感性也較小。使用銅基釬料，氧乙炔火焰作熱源，對加工面鑄造缺陷進行焊補。5.灰鑄鐵的釬焊與噴焊釬焊：采用釬焊方法焊補鑄鐵缺陷，母材875.灰鑄鐵的釬焊與噴焊釬料：1)銅鋅釬料BCu62ZnNiMnSi-R（HL104）少量硅在弱氧化焰作用下很快生成SiO2，與釬劑形成低熔點的硅酸鹽，覆蓋在液態(tài)釬料表面，阻礙鋅的蒸發(fā)，減小對人體的危害。焊接接頭強度偏低，焊縫硬度低，顏色與母材差別大，釬焊時加熱溫度900℃，超過灰鑄鐵的共析溫度，快冷下熱影響區(qū)會出現(xiàn)M或B，影響接頭加工性。5.灰鑄鐵的釬焊與噴焊1)銅鋅釬料BCu62ZnNiMn885.灰鑄鐵的釬焊與噴焊2)

Cu-Zn-Mn-Ni釬料

為了改善銅鋅釬料釬焊灰鑄鐵的接頭性能，大幅度增加Mn和Ni的含量，發(fā)展了Cu-Zn-Mn-Ni釬料。加Mn和Ni：利用這兩種元素在Cu和Fe中的固溶度均較大的性質(zhì)，可以提高液態(tài)釬料在灰鑄鐵表面的潤濕性，促進釬料成分向灰鑄鐵中擴散，從而提高接頭強度。另外，還可以降低釬焊溫度，有助于防止熱影響區(qū)高硬度組織，并使釬縫變灰白色，接近灰鑄鐵顏色。用Cu-Zn-Mn-Ni釬料釬焊灰鑄鐵HT200，接頭最高硬度<230HBW,σb≥600MPa。5.灰鑄鐵的釬焊與噴焊加Mn和Ni：利用這兩種元素在Cu和89

采用氧乙炔火焰粉末噴焊可修復(fù)鑄鐵件在機械加工中出現(xiàn)的小缺陷。噴焊粉：F103為鎳基噴焊粉，噴焊層硬度為20～30HRC，加工性良好，顏色接近母材。F302為鐵基噴焊粉，可用于已淬火機床床身導(dǎo)軌面缺陷的修復(fù)，噴焊層與導(dǎo)軌面硬度相當(dāng)。噴焊采用氧乙炔火焰粉末噴焊可修復(fù)鑄鐵件在機械加工906.3.2球墨鑄鐵的焊接工藝特點氣焊、電弧焊球墨鑄鐵由于含有球化劑，加劇了焊縫和半熔化區(qū)液相金屬的過冷傾向，促進形成白口鑄鐵。球化劑元素還增加奧氏體的穩(wěn)定性，促進奧氏體區(qū)形成馬氏體組織。因此，球墨鑄鐵的焊接性比灰鑄鐵差。球墨鑄鐵的力學(xué)性能遠(yuǎn)比灰鑄鐵好，對焊接接頭的力學(xué)性能要求相應(yīng)提高。6.3.2球墨鑄鐵的焊接工藝特點氣焊、電弧焊球墨鑄鐵由于911．氣焊

氣焊具有火焰溫度低、焊接區(qū)加熱及冷卻緩慢的特點，對降低焊接接頭的白口及淬硬組織形成傾向有利。另外，可以減少球化劑的蒸發(fā)，有利于保證焊縫獲得球墨鑄鐵組織。焊絲RZCQ-1RZCQ-2均含球化劑輕稀土鎂合金Y基重稀土合金1．氣焊氣焊具有火焰溫度低、焊接區(qū)加熱及冷卻緩慢的922.電弧焊同質(zhì)焊縫（球墨鑄鐵型）

球墨鑄鐵焊條：

問題：1）很難獲得石墨穩(wěn)定球化的焊縫；電弧溫度很高，球化元素容易蒸發(fā)、氧化，難以過渡到熔池中2）球化劑都有增大白口傾向，在石墨球化的同時促進焊縫白口。冶金：焊條中加入采用C、Si、Al、Ca、Ba、Ce等強脫氧或脫硫元素，既可穩(wěn)定球化，白口傾向也大大降低。Z258：鑄鐵焊芯外涂強石墨化藥皮EZCQZ238：低碳鋼焊芯外涂強石墨化藥皮工藝：500℃以上預(yù)熱，焊后保溫緩冷2.電弧焊Z258：鑄鐵焊芯外涂強石墨化藥皮EZCQZ23932）異質(zhì)焊縫（非球墨鑄鐵型）電弧焊

球墨鑄鐵同質(zhì)焊縫電弧焊時，焊接材料價格較低，但一般要求高溫預(yù)熱?？梢詫⒁恍┝W(xué)性能好的灰鑄鐵異質(zhì)焊接材料用于球墨鑄鐵電弧冷焊，例如鎳鐵鑄鐵焊條和高釩鑄鐵焊條。鎳鐵鑄鐵焊條：

抗熱裂紋性能較好，但力學(xué)性能不足高釩鑄鐵焊條：細(xì)小的碳化釩起到彌散強化作用，提高焊縫金屬的力學(xué)性能，但白口鑄鐵層較寬，接頭加工性能較差2）異質(zhì)焊縫（非球墨鑄鐵型）電弧焊鎳鐵鑄鐵焊條：高釩鑄鐵焊條94

思考題1.工業(yè)上常用的鑄鐵有哪幾種？簡述碳在每種鑄鐵中的存在形式和石墨形態(tài)有何不同，對力學(xué)性能各有什么影響？2.分析影響鑄鐵型焊縫組織的主要因素有哪些？3.分析灰鑄鐵電弧焊焊接接頭形成白口與淬硬組織的區(qū)域特點、原因及危害。4.分析灰鑄鐵同質(zhì)焊縫產(chǎn)生冷裂紋的原因及防止措施。5.說明用鎳基鑄鐵焊條電弧冷焊鑄鐵時，焊縫易產(chǎn)生熱裂紋的原因及防止措施。6.比較分析三種鎳基鑄鐵焊條的特點。7.球墨鑄鐵焊接性特點是什么？焊接過程中應(yīng)采用什么樣的工藝措施？思考題958.簡述采用鑄鐵同質(zhì)焊條對焊接工藝有何要求？9.說明鑄鐵異質(zhì)焊縫焊條電弧冷焊工藝要點“短段斷續(xù)分散焊，較小電流熔深淺，每段錘擊消應(yīng)力，退火焊道前段軟”的具體內(nèi)容。10.某氣缸體側(cè)壁（非加工面）在使用過程中出現(xiàn)6條裂紋，如圖6-11所示，圖中3所標(biāo)示的4條小裂紋比較密集。缸體材料為灰鑄鐵，壁厚為12mm，請擬定焊修方案（包括焊接材料選擇與焊接工藝制定）。8.簡述采用鑄鐵同質(zhì)焊條對焊接工藝有何要求？96第6章鑄鐵焊接_6.1鑄鐵的種類及其焊接方法_6.2鑄鐵的焊接性分析_6.3鑄鐵的焊接材料及工藝_第6章鑄鐵焊接_6.1鑄鐵的種類及其焊接方法_97純鐵鑄鐵：wC%>2.11%的鐵碳合金純鑄鐵：wC%>2.11%的鐵碳合金98鑄鐵：wC%>2.11%的鐵碳合金，由工業(yè)生鐵、廢鋼等鋼鐵及其合金材料經(jīng)過高溫熔融和鑄造成型而得到工業(yè)常用鑄鐵：Fe-C-Si合金同時含有一定量Mn、雜質(zhì)元素P、S等特點：

熔點低、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)雜的機械零部件成本低，耐磨性、減振性和切削加工性能好等在汽車、農(nóng)機和機床中獲得了廣泛應(yīng)用鑄鐵：wC%>2.11%的鐵碳合金，由工業(yè)生鐵、廢鋼等鋼鐵及996.1鑄鐵的種類及其焊接方法6.1.1鑄鐵的種類按照碳在鑄鐵中存在的形式和石墨形態(tài)：白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵白口鑄鐵：C絕大部分以滲碳體（Fe3C）的形式存在

斷口呈白亮色，性質(zhì)脆硬，極少單獨使用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6.1鑄鐵的種類及其焊接方法6.1.1鑄鐵的種類按照碳在100灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵中

C基本以石墨形式存在，部分存在于珠光體中石墨形態(tài)不同→性能有較大差別力學(xué)性能：球墨鑄鐵>可鍛鑄鐵>蠕墨鑄鐵>灰鑄鐵石墨形式：球狀團絮狀蠕蟲狀片狀灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵中力學(xué)性能：球墨101球墨鑄鐵：1947年以球化劑處理高溫鐵液使石墨球化

球狀→對基體割裂作用小→力學(xué)性能大幅提高應(yīng)用僅次于灰鑄鐵灰鑄鐵：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

片狀石墨：對基體嚴(yán)重割裂作用→灰鑄鐵強度低、塑性差可鍛鑄鐵：由白口鑄鐵經(jīng)長時間石墨化退火獲得團絮狀→塑性比灰鑄鐵高退火處理時間長，成本高，應(yīng)用受限制蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀，頭部較圓比灰鑄鐵強度高、比球墨鑄鐵鑄造性能好、耐熱疲勞性能好,在工業(yè)中屬于初期推廣應(yīng)用階段球墨鑄鐵：1947年以球化劑處理高溫鐵液使石墨球化灰鑄鐵：102鑄鐵基體組織：鐵素體F、珠光體P或二者的混合物是在鋼的基體上加上石墨石墨強度很低，相當(dāng)于空洞→鋼有效承載面積↘石墨端部尖銳→嚴(yán)重應(yīng)力集中，易斷裂鑄鐵比相同組織鋼：強度低、塑性差

Q235鋼：σb=375~460MPa，伸長率21~26%灰鑄鐵：σb=100~350MPa，伸長率<0.5%球狀鑄鐵：①

鐵素體基體：σb=~400MPa，伸長率~18%

②

珠光體基體：σb=~700MPa，伸長率~2%③奧氏體+貝氏體基體：σb=860~1035MPa，伸長率7~10%鑄鐵基體組織：鐵素體F、珠光體P或二者的混合物Q235鋼：σ1031、灰鑄鐵特點：斷面呈灰色、石墨呈片狀組織：碳以片狀石墨的形式存在于珠光體或鐵素體或二者混合基體中石墨：含量高且呈粗片狀→抗拉強度低含量低呈細(xì)片狀→抗拉強度高基體：純鐵素體→抗拉強度和硬度低純珠光體→抗拉強度和硬度均較高用途：機床床身、齒輪箱、皮帶輪、底座、缸體、蓋、手輪等受力不大、耐磨、減震零件1、灰鑄鐵特點：斷面呈灰色、石墨呈片狀石墨：含量高且呈粗片狀104牌號顯微組織抗拉強度/MPa硬度HBW（供參考）特點及用途舉例基體石墨HT100鐵素體粗片狀≥100≤175

強度低，用于制造對強度及組織無要求的不重要鑄件，如油底殼、蓋、鑲裝導(dǎo)軌的支柱等HT150鐵素體+珠光體較粗片狀≥150150～200

強度中等，用于制造承受中等載荷鑄件，如機床底座、工作臺等HT200珠光體中等片狀≥250170～220

強度較高，用于制造承受較高載荷耐磨鑄件，如