灰口鑄鐵冷焊工藝

灰口鑄鐵冷焊工藝

一(yī / yì ／yí)、調查分析

鑄鐵是(shì)含碳量大(dà)于(yú)2％的(de)鐵碳合金，工業用的(de)鑄鐵除含鐵和(hé / huò)碳之(zhī)外，還含有一(yī / yì ／yí)定量的(de)矽、錳元素以(yǐ)及硫磷雜質。爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)改善鑄鐵的(de)某些性能時(shí)常有目的(de)地(dì / de)加入某些合金元素。

通常按碳在(zài)鑄鐵中存在(zài)的(de)狀态及形式的(de)不(bù)同，一(yī / yì ／yí)般将鑄鐵分爲(wéi / wèi)白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵五類。其中，灰口鑄鐵制造成本低，鑄造性能好，減震性和(hé / huò)耐磨性良好，切削加工性能優良，所以(yǐ)灰口鑄鐵應用非常廣泛。但是(shì)在(zài)應用過程中由于(yú)種種原因，産品會受到(dào)損壞并出(chū)現裂紋等缺陷，使其報廢，若能及時(shí)用焊接方法修複，不(bù)僅有利于(yú)生産，而(ér)且可以(yǐ)節約大(dà)量資金。因此，灰口鑄鐵的(de)補焊工藝在(zài)日常生産中将會得到(dào)廣泛使用。

二、狀況分析

1、鑄鐵的(de)組織性能分析

灰口鑄鐵的(de)組織相當于(yú)在(zài)鋼的(de)基體上(shàng)分布片狀石墨夾雜，由于(yú)石墨的(de)強度較低，這(zhè)就(jiù)相當于(yú)在(zài)鋼的(de)基體中有許多孔洞和(hé / huò)裂紋，破壞了(le／liǎo)基體的(de)連續性，并且在(zài)外力的(de)作用下，裂紋尖端處容易引起應力集中而(ér)産生破壞。因此，灰口鑄鐵的(de)抗拉強度和(hé / huò)疲勞強度都很低，塑性和(hé / huò)沖擊韌性幾乎爲(wéi / wèi)零，當基體組織相同時(shí)，其石墨越多，片越粗大(dà)，分布越不(bù)均勻，鑄鐵的(de)抗拉強度和(hé / huò)塑性越低。由于(yú)片狀石墨對灰口鑄鐵有着決定性影響，即使基體組織從珠光體改變爲(wéi / wèi)鐵素體，也(yě)隻會降低強度而(ér)不(bù)會增加塑性和(hé / huò)韌性，因此，在(zài)日常生産中，應用最廣泛的(de)灰口鑄鐵爲(wéi / wèi)珠光體鑄鐵。在(zài)下面的(de)補焊工藝介紹中，主要(yào / yāo)針對珠光體灰口鑄鐵進行介紹。

2、灰口鑄鐵冷焊工藝特點和(hé / huò)存在(zài)的(de)問題

灰口鑄鐵冷焊的(de)特點是(shì)焊前對需焊補的(de)工件不(bù)預熱，焊工勞動條件好，焊補成本低，焊補過程短，焊補效率高。所以(yǐ)電弧冷焊鑄鐵是(shì)一(yī / yì ／yí)個(gè)發展方向，但它也(yě)存在(zài)許多局限性，如焊縫強度低，塑性差，焊補剛性較大(dà)時(shí)易出(chū)現裂紋。此外，由于(yú)冷卻速度快，焊縫很容易出(chū)現白口現象和(hé / huò)大(dà)面積的(de)淬硬組織。

灰口鑄鐵補焊存在(zài)兩方面問題：一(yī / yì ／yí)方面，焊接易出(chū)現白口及淬硬組織、塑性極差且難以(yǐ)進行機加工；另一(yī / yì ／yí)方面，焊接接頭易出(chū)現裂紋，導緻補焊失敗甚至工件的(de)報廢。灰口鑄鐵的(de)化學成分和(hé / huò)力學性能決定其焊接性很差。因此，一(yī / yì ／yí)般灰口鑄鐵的(de)焊接加工僅用于(yú)鑄鐵缺陷焊補和(hé / huò)損壞鑄件的(de)修複。

3、選材及原因

爲(wéi / wèi)解決以(yǐ)上(shàng)問題，通過實踐和(hé / huò)分析證明鎳基焊條能使焊縫不(bù)出(chū)現淬硬組織且使焊縫有較高的(de)塑性和(hé / huò)韌性。鎳是(shì)擴大(dà)奧氏體區的(de)元素，當Fe-Ni合金中含鎳量超過30%時(shí)，合金凝固後一(yī / yì ／yí)直到(dào)室溫都保持硬度較高的(de)奧氏體組織，不(bù)發生相變，所以(yǐ)鎳基焊條形成的(de)焊縫有一(yī / yì ／yí)定的(de)塑性和(hé / huò)強度,且硬度較低。同時(shí)，鎳爲(wéi / wèi)促使石墨化元素,其擴散能力很強，對減弱半熔化區白口的(de)寬度很有利。有人(rén)系統研究了(le／liǎo)焊條不(bù)同含鎳量對白口區寬度的(de)影響，其結果是(shì)當焊縫含鎳量爲(wéi / wèi)50%時(shí)，可減低到(dào)0.1mm，當焊縫含鎳量爲(wéi / wèi)98%時(shí)，可減低到(dào)0.05mm，而(ér)且白口呈斷續狀，故采用鎳基焊條可減弱白口現象，提高焊縫強度和(hé / huò)塑性，改善焊縫接頭加工性，所以(yǐ)在(zài)冷焊灰口鑄鐵時(shí)盡量采用鎳基鑄鐵焊條，如鎳基182焊條其焊縫具有較高力學性能。

三、對策及方法

1、過渡搭橋法

此種焊接方法就(jiù)是(shì)在(zài)母材兩側先焊過渡層，再焊中間填充焊縫。它主要(yào / yāo)适用于(yú)大(dà)厚件的(de)焊補工作,若填充量過大(dà)，中間可用J507焊條适當代替，這(zhè)樣可減少焊縫中氧、硫、磷和(hé / huò)碳的(de)含量，既保證了(le／liǎo)焊縫的(de)強度又降低了(le／liǎo)焊材成本，防止裂紋發生。若坡口角度較小時(shí),可全用鎳基182直接焊接完成。

2、生根補焊法

此種補焊方法主要(yào / yāo)用于(yú)工件相對較薄，焊縫填充量不(bù)大(dà)的(de)工件。焊條最好全部用鎳基182焊條，焊接時(shí)應由裏到(dào)外逐層焊接，也(yě)就(jiù)是(shì)先将坡口内焊滿，再焊兩側圓孔，最後焊兩孔之(zhī)間焊縫。

3、栽樁補焊法

此種方法補焊主要(yào / yāo)用于(yú)應力相對集中或裂紋無法清理幹淨的(de)焊縫。栽樁可用碳鋼來(lái)承擔，焊接時(shí)可先繞栽樁焊接,然後再焊栽樁之(zhī)間，這(zhè)樣既可提高焊接效率，又可節省焊條，焊栽樁時(shí)可用J507焊條。

4、鉚接補焊法

此種焊接方法主要(yào / yāo)用于(yú)工作應力較大(dà)，工件相對較厚的(de)焊縫，如大(dà)型機器的(de)底座等工件。鉚釘可用碳鋼承擔，焊鉚釘時(shí)可用J507焊條焊接，主焊縫仍舊用鎳基182焊條。焊接時(shí)先将坡口内焊滿，最後焊鉚釘，使鉚釘和(hé / huò)坡口内焊縫形成一(yī / yì ／yí)個(gè)整體焊縫。

四、 工藝要(yào / yāo)求

1、做好焊前準備工作

首先要(yào / yāo)清理工件及缺陷上(shàng)的(de)油污和(hé / huò)其它雜質，确定裂紋的(de)長度和(hé / huò)深度,必要(yào / yāo)時(shí)要(yào / yāo)用堿水、汽油或火焰清理污物,确保坡口内無雜質，從而(ér)降低焊縫内的(de)含磷硫量，減少開裂傾向。爲(wéi / wèi)防止焊接過程裂紋擴展，應在(zài)裂紋端部3-5mm處鑽止裂孔(∮5-∮8)，開坡口的(de)原則爲(wéi / wèi)盡量減少坡口角度及母材的(de)熔化量，以(yǐ)降低焊接應力及焊縫中碳、硫量,防止裂紋發生。

2、采用小電流小規範焊接

在(zài)保證電弧穩定及焊透的(de)情況下，應采用合适的(de)最小電流焊接，電流小使得溶深也(yě)較小，鑄鐵中的(de)碳、硫、磷等有害雜質可少進入焊縫，有利于(yú)提高焊縫質量。同時(shí)，随着電流減小，在(zài)焊接速度不(bù)變的(de)情況下，減小了(le／liǎo)焊縫線能量,不(bù)僅減少了(le／liǎo)焊接應力，使焊接接頭出(chū)現裂紋的(de)傾向減小，而(ér)且也(yě)減小了(le／liǎo)整個(gè)熱影響區寬度，其中也(yě)包括減小了(le／liǎo)最易形成白口的(de)半熔化區的(de)寬度，使白口層變薄，所以(yǐ)最好采用小直徑焊條，提高焊接速度且不(bù)做橫向擺渡。

3、采用分段分層斷續分散焊接

焊縫越長，焊縫所承受的(de)拉應力越大(dà)，故采用短焊縫有利于(yú)減低焊縫應力狀态，減弱焊縫發生裂紋的(de)可能性，一(yī / yì ／yí)般每次焊縫長度爲(wéi / wèi)30-50mm。爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)降低焊補處的(de)溫度，減少應力，宜待工件冷卻至不(bù)燙手時(shí)(50～60℃)再焊下一(yī / yì ／yí)道(dào)焊縫。此外，也(yě)可用分散焊法。相對于(yú)較厚的(de)焊件時(shí)，采用多層焊接可以(yǐ)有效地(dì / de)提高焊縫金屬的(de)性能，這(zhè)主要(yào / yāo)是(shì)由于(yú)後一(yī / yì ／yí)層對前一(yī / yì ／yí)層焊縫具有附加熱處理的(de)作用，從而(ér)改善了(le／liǎo)焊縫固态相變的(de)組織。

4、錘擊焊縫表面

錘擊焊縫表面既能改善後層焊縫的(de)結晶組織，也(yě)能改善前層焊縫的(de)固态相變組織。因爲(wéi / wèi)錘擊焊縫可使前一(yī / yì ／yí)層焊縫(或坡口表面)不(bù)同程度的(de)晶粒破碎，使後層焊縫在(zài)凝固時(shí)晶粒細化,這(zhè)樣逐層錘擊焊道(dào)就(jiù)可以(yǐ)改善整個(gè)焊縫的(de)組織性能。此外，錘擊焊道(dào)也(yě)産生塑性變形而(ér)降低殘餘應力，從而(ér)提高焊縫的(de)韌性和(hé / huò)疲勞性能。所以(yǐ)錘擊是(shì)改善焊道(dào)組織和(hé / huò)性能最簡單有效的(de)方法。

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