畢業(yè)設(shè)計(jì)(灰鑄鐵焊接)

1、安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)灰鑄鐵的焊接性及焊接工藝研究系 別 機(jī)械工程系 專 業(yè) 焊接技術(shù)及自動(dòng)化 班 級(jí) 焊接3112班 姓 名 王委托 學(xué) 號(hào) 1203113048 20132014學(xué)年第一學(xué)期第一章 摘要工業(yè)中應(yīng)用最早的鑄鐵就是以片狀石墨存在于金屬基體中的灰鑄鐵。由于其成本低廉，并具有鑄造性、可加工性、耐磨性及減振性均優(yōu)良的特點(diǎn)。迄今是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵。20世紀(jì)80年代初，鑄鐵材料發(fā)展進(jìn)入了頂峰期，隨后，世界的鑄鐵產(chǎn)量便出現(xiàn)急劇遞減，然而鑄鐵仍是當(dāng)今金屬材料中應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)材料?；诣T鐵在結(jié)晶過程中，約有w（C）為80%的碳以石墨的形式析出，這就給灰鑄鐵帶來兩方面的特

2、點(diǎn)：一方面，由于石墨強(qiáng)度較低，且以片狀的形態(tài)存在，因此灰鑄鐵的強(qiáng)度不高，脆性較大。另一方面，由于石墨的存在，灰鑄鐵具有良好的減震性、耐磨性、切削加工性和缺口敏感性。由于共晶結(jié)晶過程中石墨化膨脹，還有減少縮松、縮孔的傾向。同時(shí)，灰鑄鐵還有較高的抗壓強(qiáng)度?；诣T鐵傳統(tǒng)的化學(xué)成分中Si/C比較低。提高Si/C比的作用是：可使連續(xù)的初析奧氏體枝晶增加，這就像混凝土中的鋼筋一樣，對(duì)灰鑄鐵起到加固的作用，可擴(kuò)大穩(wěn)定系和介穩(wěn)定系的溫度差，增加過冷度T，從而細(xì)化石墨，有效地?cái)U(kuò)大集體組織的利用率；還可降低灰鑄鐵的白口傾向，減小斷面敏感性，提高彈性模量和形變抗力。當(dāng)然，Si/C比較高，會(huì)使鐵素體增加，強(qiáng)度和硬度有所

3、降低。我國(guó)各種鑄鐵的年產(chǎn)量現(xiàn)約為800萬噸，有各種鑄造缺陷的鑄件約占鑄鐵年產(chǎn)量的10%15%，若這些鑄件工報(bào)廢,將是極大的浪費(fèi)。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)。常用的焊既接方法中手工電弧焊應(yīng)用最多。但是鑄鐵件的焊補(bǔ)極易產(chǎn)生白口和裂縫，其中產(chǎn)生白口的主要原因是冷卻速度過快和石墨元素不足；而產(chǎn)生裂縫的原因主要是焊接應(yīng)力。近年來，焊接已由一個(gè)單一的加工工藝發(fā)展成為有科學(xué)基礎(chǔ)有廣泛應(yīng)用范圍和前景的焊接工程和焊接產(chǎn)業(yè)。焊接結(jié)構(gòu)已有日新月異的發(fā)展，符合目前綠色制造和資源循環(huán)利用建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的大潮流。目前我國(guó)微電子及IT行業(yè)中的發(fā)展

4、，高強(qiáng)有色金屬、光釬、超導(dǎo)和復(fù)合材料及高分子材料的應(yīng)用，都對(duì)焊接工藝、設(shè)備和材料提出了很多新的要求，因而得到了相應(yīng)發(fā)展。第二章 灰鑄鐵的分類及其性能一、 鑄鐵分類根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形態(tài)，可將鑄鐵分為：灰鑄鐵、白口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等?；诣T鐵中的碳全部或大部以片狀石墨形態(tài)存在，因其斷口呈灰色而得名。它具有一定的力學(xué)性能和良好的加工性能，是目前使用得最多的一種鑄鐵。白口鑄鐵簡(jiǎn)稱白口鐵，其中碳除極少量溶于鐵素體外，其余都以滲碳體（Fe3C）的形態(tài)存在，斷口呈白亮色，故稱“白口”。這種鑄鐵的組織為滲碳體和共晶萊氏體，均屬脆硬相，不能進(jìn)行切削加工，故在機(jī)械工業(yè)中極少用來直接制造及其零部件，主要用

5、作煉鋼的原料或作為可鍛鑄鐵件的毛坯。球墨鑄鐵簡(jiǎn)稱球鐵，其中碳全部或大部以球狀石墨的形態(tài)存在。由于石墨呈球狀分布，就大大降低了石墨割裂金屬基體組織的作用，因此球墨鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和一定的韌性，能通過熱處理（如正火、淬火、退火等）顯著改善其力學(xué)性能，可以用來制造力學(xué)性能要求較高的鑄件，并可在一定范圍內(nèi)代替碳鋼或合金鋼來制造某些強(qiáng)度要求較高或形狀較為復(fù)雜的鑄件。可鍛鑄鐵是因其具有較高的韌性而得名，實(shí)際并不可鍛。其中碳大部分以團(tuán)絮狀石墨的形態(tài)存在，它是由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的石墨化退火而得到的。因團(tuán)絮狀石墨對(duì)金屬基體組織破壞作用小，故具有較高的強(qiáng)度和韌性，適于制造形狀復(fù)雜、受沖擊載荷的薄壁鑄件

6、。我國(guó)上述各類逐漸的化學(xué)成分大致范圍見表2-1。由表2-1中對(duì)比可看出：灰鑄鐵中硫、磷雜質(zhì)含量最高，碳、硅含量適中，錳含量較高；球墨鑄鐵中硫、磷含量最低，有較高的碳硅含量和一定的含錳量，并且含有球化元素鎂、稀土（RE）等；可鍛鑄鐵中碳、硅、硫、磷等含量均低于灰鑄鐵。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。表2-1 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 3.61.02.20.51.3

7、0.150.3球墨鑄鐵3.63.92.03.20.30.80.030.1Mg殘0.030.06RE殘0.020.05可鍛鑄鐵2.42.71.41.80.50.70.10.2Cr0.06二、灰鑄鐵的性能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

8、力學(xué)性能見表 2-2。 表2-2 灰鑄鐵牌號(hào)與力學(xué)性能鑄鐵類型牌號(hào)b/MPaHBS不小于鐵素體灰鑄鐵HT100100175鐵素體-珠光體灰鑄鐵HT150150150200珠光體鐵素體HT200200170220HT250250190240孕育鑄鐵HT300300210260HT350350230280灰鑄鐵的力學(xué)性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關(guān)?；诣T鐵中的片狀石墨對(duì)基體的割裂嚴(yán)重，在石墨尖角處易造成應(yīng)力集中，使灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性遠(yuǎn)低于鋼，但抗壓強(qiáng)度與鋼相當(dāng)，也是常用鑄鐵件中力學(xué)性能最差的鑄鐵。同時(shí)，基體組織對(duì)灰鑄鐵的力學(xué)性能也有一定的影響，鐵素體基體灰鑄鐵的石墨片粗大，強(qiáng)度和硬度最低

9、，故應(yīng)用較少；珠光體基體灰鑄鐵的石墨片細(xì)小，有較高的強(qiáng)度和硬度，主要用來制造較重要鑄件；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵的石墨片較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵。故工業(yè)上較多使用的是珠光體基體的灰鑄鐵。三、灰鑄鐵的用途灰鑄鐵的使用性能與其化學(xué)成分和組織有密切的聯(lián)系。其主要有分為以下幾種：1.優(yōu)良的鑄造性能 由于灰鑄鐵的化學(xué)成分接近共晶點(diǎn)，所以鐵水流動(dòng)性好，可以鑄造非常復(fù)雜的零件。另外，由于石墨比容較大，使鑄件凝固時(shí)的收縮量減少，可簡(jiǎn)化工藝，減輕鑄件的應(yīng)力并可得到致密的組織。2.優(yōu)良的耐磨性和消震性石墨本身具有潤(rùn)滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，使鑄件有良好的耐磨性。此外，由于鑄件中

10、帶有硬度很高的磷共晶，又能使抗磨能力進(jìn)一步提高，這對(duì)于制備活塞環(huán)、氣缸套等受摩擦零件具有重要意義。石墨可以阻止后動(dòng)的傳播，灰鑄鐵的消夸大能力是鋼的10倍，常用來制作承受振動(dòng)的機(jī)床底座。3.較低的缺口敏感性和良好的切削加工性能灰鑄鐵中由于石墨的存在，相當(dāng)于存在很多小的缺口時(shí)表面的缺陷、缺口等幾乎沒有敏感性，因此，表面的缺陷對(duì)鑄鐵的疲勞強(qiáng)度影響較小，但其疲勞強(qiáng)度比鋼要低。由于鑄鐵中的石墨可以起斷屑作用和對(duì)刀具的潤(rùn)滑起減障作用，所以其可切削加工性能是優(yōu)良的。4.灰鑄鐵的機(jī)械性能灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性及彈性模量都低于碳素鋼，如表所示?；诣T鐵的抗壓強(qiáng)度和硬度主要取決于基體組織。灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度一般

11、比抗拉強(qiáng)度高出三四倍，這是灰鑄鐵的一種特性。因此，與其把灰鑄鐵用作抗拉零件還不如做耐壓零件更適合。這就是廣泛用作機(jī)床床身和支柱受耐壓零件的原因?；诣T鐵的牌號(hào)所對(duì)應(yīng)的特性及應(yīng)用條件如下表表2-3所示：表2-3 灰鑄鐵的牌號(hào)所對(duì)應(yīng)的特性及應(yīng)用條件牌號(hào)特性工作條件應(yīng)用舉例HT1001.減振性優(yōu)良2.鑄造性能好3.無需熱實(shí)效1.小載荷2.不要求耐磨形狀簡(jiǎn)單，不需要零件，如手柄、手輪、蓋、油盤、底板、支架等，不加工或簡(jiǎn)單加工HT1501.有一定強(qiáng)度2.減振性良好3.鑄造性能好4.鑄造應(yīng)力小，無需熱實(shí)效1.中等載荷2.摩擦面的壓力490kPa3.較弱腐蝕介質(zhì)1.一般機(jī)械零件，如支柱、軸承座容器等2.發(fā)動(dòng)機(jī)

12、的進(jìn)、排氣管、機(jī)油殼等3.較輕的薄壁零件，工作壓力不大的管件4. 圓周速度612ms的帶輪HT200HT2501.強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性良好2.減振性良好3.鑄造性能較好4.一般需熱實(shí)效1.較大載荷2.摩擦壓力/490kPa3.要求韌性、抗脹性4.要求較高氣密性5.較弱腐蝕介質(zhì)1.較重要機(jī)械零件，如氣缸，襯套，齒輪，棘輪、鏈輪、飛輪，機(jī)床床身，泵殼，容器。2.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、活塞、活塞環(huán)、齒輪、齒輪室蓋等3.汽車、拖拉機(jī)的離合器殼、左右半軸殼、剎車轂等4.中壓油缸、閥體、泵體等5圓周速度1215ms的帶輪HT300HT350(HT400)1.強(qiáng)度高，耐磨2.鑄造性能差。3.白口傾向大，需熱時(shí)效

13、。1.高拉力和高彎曲力2.摩擦面壓力>1960KPa，或需表面淬火3.要求高氣密性1. 重要機(jī)械零件，如齒輪、凸輪、襯套等2.機(jī)床導(dǎo)軌，沖床、剪床、壓力機(jī)、車床和重型機(jī)床的床身、機(jī)座、主軸箱、卡盤等3.大型發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、缸套等4. 高壓油缸、水缸、泵體、閥體等5. 圓周速度2025ms 的帶輪第三章 灰鑄鐵的焊接性及焊接工藝特點(diǎn)一、 鑄鐵焊接性分析 鑄鐵焊接中灰鑄鐵的焊接最為常見?；诣T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，塑性差。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

14、些因素導(dǎo)致焊接性不良。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。二、焊接接頭的白口組織灰鑄鐵焊接時(shí)，由于熔池體積小，存在時(shí)間短，加之鑄鐵內(nèi)部的熱傳導(dǎo)作用，使得焊縫及近縫區(qū)的冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鑄件在砂型中的冷卻速度。因此，在焊接接頭的焊縫及半熔化區(qū)將會(huì)產(chǎn)生大量的滲碳體，形成白口鑄鐵組織。c為3.0%、si為2.5%的灰鑄鐵在電弧焊后其接頭的組織變化情況如圖3-1所示。焊接接頭中產(chǎn)生白口組織的區(qū)域主要是焊縫區(qū)、半熔化區(qū)和奧氏體區(qū)?，F(xiàn)在分別予以討論。1.焊縫區(qū)該區(qū)域在加熱過程中處于液相溫度以上。當(dāng)焊縫成分與灰鑄鐵鑄件（即同質(zhì)焊縫）成分相同時(shí)，則在一般電弧焊情況下

15、，由于焊縫冷卻速度很大，形成的焊縫組織為共晶滲碳體加二次滲碳鐵加珠光體，基本上為白口組織。防止措施： 焊縫為鑄鐵：一般采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣頊p慢焊逢的冷卻速度（如：增大線能量）或調(diào)整焊縫化學(xué)成分來增強(qiáng)焊縫的石墨化能力。鑄鐵中的元素按其對(duì)石墨化的影響程度排列如下： 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渡到焊縫中的碳產(chǎn)生高硬度組織的有害作用。思路是：改

16、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。2.半熔化區(qū)特點(diǎn)：該區(qū)域很窄，溫度處于液相線和固相線之間，其范圍為11501250，是固相奧氏體與部分液相并存的區(qū)域。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)白口鑄鐵的影響當(dāng)按界穩(wěn)定系轉(zhuǎn)變時(shí)，在共晶溫度區(qū)間（約1150）開始共晶轉(zhuǎn)變，析出共晶滲碳體；因共晶區(qū)間很窄，轉(zhuǎn)變很快完畢，得到萊氏體組織(即共晶滲碳體加奧氏體組織)。隨著溫度繼續(xù)降低，奧氏體會(huì)析出二次滲碳體，并在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間形成珠光體。這樣，在熔化區(qū)得到的

17、基本組織是，共晶滲碳體加二次滲碳體加珠光體。碳在鑄鐵中將全部以滲碳體的形式存在，為白口組織，若冷卻速度更快時(shí)，奧氏體還會(huì)轉(zhuǎn)變成為馬氏體的可能性，其塑性將會(huì)更差。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

18、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。（2）化學(xué)成分對(duì)半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響半熔化區(qū)與焊縫緊密相連，焊縫的化學(xué)成分對(duì)其白口層寬度也有一定的影響。高溫時(shí)，半熔化區(qū)與焊接熔池中的原子之間相互都能進(jìn)行一定程度的擴(kuò)散。焊縫中含有促進(jìn)石墨化元素較多時(shí)，相互間原子的擴(kuò)散，將有利于減少或消除半熔化區(qū)白口層；反之，當(dāng)焊縫中含有促進(jìn)石墨化元素較少（或阻礙石墨化元素較多）時(shí)，由于擴(kuò)散將會(huì)加劇半熔化區(qū)中白口組織的形成，使半熔化區(qū)的白口層增寬。3.奧氏體區(qū)該區(qū)是固態(tài)區(qū)域，其溫度范圍約為8001100。當(dāng)溫度下降時(shí)，若冷卻速度較大，奧氏體中會(huì)析出滲碳奧氏體，共析轉(zhuǎn)變時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織

19、。若焊前鑄鐵的原始組織為片狀石墨加珠光體加鐵素體，因加熱溫度超過共析轉(zhuǎn)變溫度，珠光體加鐵素體就會(huì)轉(zhuǎn)變成奧氏體，并且隨著溫度的升高，石墨中也會(huì)有一部分碳溶入奧氏體。在冷卻速度較大時(shí)，該區(qū)域焊后的組織是片狀石墨加二次滲碳體加珠光體組織。因此，焊后是一種不完全石墨化的組織形態(tài)。在奧氏體區(qū)中，因其距焊縫的位置不同，各點(diǎn)的焊接熱循環(huán)也不相同，故各點(diǎn)奧氏體中碳的含量也是不一樣的；距半熔化區(qū)近的奧氏體碳的含量就高，而離半熔化區(qū)稍遠(yuǎn)的奧氏體中碳的含量低，所有其組織也是很不均勻。當(dāng)冷卻速度更快時(shí)，在該區(qū)域還可能出現(xiàn)馬氏體淬硬組織。該區(qū)焊后將比母材的硬度有一定的提高。熔焊時(shí)，采用適當(dāng)工藝使該區(qū)焊接冷卻速度減慢，延

20、長(zhǎng)半熔化區(qū)處于紅熱狀態(tài)的時(shí)間，有利于石墨的充分析出，故可實(shí)現(xiàn)半熔化區(qū)的石墨化過程。通常采用的措施是焊前預(yù)熱和焊后保溫緩冷。為了確保接頭（尤其是半熔化區(qū)）充分石墨化，焊接時(shí)預(yù)熱的溫度都比較高，一般為400700，同時(shí)還要保溫緩冷，方可完全避免白口組織的產(chǎn)生。4.重結(jié)晶區(qū)部分重結(jié)晶區(qū)很窄，加熱溫度范圍約為780820，從鐵-碳二元相圖來看，該區(qū)處于奧氏體與鐵素體雙相區(qū)。在電弧焊條件下，母材中的珠光體加熱時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，鐵素體晶粒長(zhǎng)大。冷卻過程中，再次發(fā)生固態(tài)相變，奧氏體又轉(zhuǎn)變回珠光體類型組織，快冷時(shí)會(huì)出現(xiàn)馬氏體，最終得到馬氏體鐵素體混合組織。三、灰鑄鐵的焊接工藝性鑄鐵的化學(xué)成分特點(diǎn)是碳、硅含量高，

21、硫、磷雜質(zhì)含量高，灰鑄鐵力學(xué)性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低，塑性差。由于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)力等特殊性，鑄鐵的成分和性能特點(diǎn)使得鑄鐵的焊接性較差，表現(xiàn)在焊接接頭容易出現(xiàn)白口及淬硬組織、容易產(chǎn)生裂紋。所以，在鑄造過程中也極容易出現(xiàn)缺陷，補(bǔ)焊是鑄鐵業(yè)時(shí)常要做的工作。由于灰鑄鐵的化學(xué)成份和物理性質(zhì)的特殊性，在實(shí)施補(bǔ)焊時(shí)也就不同于一般鋼材的焊接工藝。本文從分析灰鑄鐵化學(xué)成份和物理性質(zhì)入手，進(jìn)而介紹灰鑄鐵常用的補(bǔ)焊方法和補(bǔ)焊缺陷的預(yù)防。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的灰鑄鐵牌號(hào)有HT100、HT150、HT200、HT260、HT300、 HT350及HT400?；诣T鐵的焊接性能較差，如果焊接材料和工藝

22、措施選用不當(dāng)，會(huì)在焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生白口、淬硬組織和裂紋三種種嚴(yán)重缺陷，影響補(bǔ)焊的質(zhì)量。對(duì)于灰鑄鐵的補(bǔ)焊有電弧熱焊、半熱焊和冷焊三種工藝。第四章 灰鑄鐵的常用焊接方法一、 同質(zhì)焊縫（鑄鐵型）的熔焊工藝與焊接材料同質(zhì)焊縫就是鑄鐵型焊縫。它的焊條電弧焊工藝可分為熱焊（包括半熱焊）和冷焊（又稱不予熱焊）兩種。二、電弧熱焊與半熱焊鑄鐵焊接時(shí)，白口組織和冷裂紋的產(chǎn)生，主要由于熔池體積小而使冷卻速度過大造成的。針對(duì)這一問題，人們?cè)阼T鐵焊接時(shí)就最先應(yīng)用了熱焊工藝，以達(dá)到減小鑄件溫差，降低冷卻速度的目的。預(yù)熱溫度到600700稱為熱焊，預(yù)熱溫度300400稱為半熱焊。1.熱焊及半熱焊焊條電弧熱焊及半熱焊的焊條

23、均有兩種類型，一種為鑄鐵芯石墨化鑄鐵焊條（Z248）；另一種為鋼芯石墨化鑄鐵焊條(Z208)。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，這類焊條的碳硅總量一般高于母材，w(C+Si)=6%8%,其中w(C)=3%3.8%,w(Si) =3%3.8%。“Z208”主要用于補(bǔ)焊厚大鑄件的缺陷,這類焊條所用焊芯為6 12mm鑄鐵棒,外涂石墨化藥皮,這種焊條多由使用單位自制,專業(yè)焊條廠很少生產(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”?！癦208”焊條采用低

24、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。這類焊條原材料來源豐富，生產(chǎn)制造方便，成本也較低，一般專業(yè)焊條廠均可生產(chǎn)。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)熱到600700，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以下，不超過鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變溫度。因?yàn)?，超過共析轉(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

25、，鑄鐵在600700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)完全無塑性變?yōu)橛幸欢ǖ乃苄裕ㄆ渖扉L(zhǎng)率=2%3%）, 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。由于熱焊預(yù)熱溫度高及緩慢冷卻，焊接接頭石墨化充分，故也能完全防止白口及淬硬組織產(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，焊縫無自由膨脹收縮的余地，故宜采用整體預(yù)熱；而結(jié)構(gòu)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

26、廠中鑄件補(bǔ)焊批量大時(shí)，常裝備有專門進(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，反過來由高溫區(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，一般可用氧乙炔火焰加熱除凈，然后根據(jù)缺陷的情況，可采用手砂輪、扁鏟、風(fēng)鏟等工具進(jìn)行加工（鏟、磨）。制作坡口時(shí)應(yīng)鏟（磨）到無缺陷后再開坡口，開出的坡口應(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

27、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4-1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。圖4-1 熱焊補(bǔ)焊區(qū)造型示意圖a)中間缺陷焊補(bǔ) b)邊角缺陷焊補(bǔ)（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)弧焊。將有利于藥皮的熔化以及石墨向焊縫中過渡。（5）焊后緩冷 焊后要采取緩冷措施，常用保溫材料覆蓋（如石棉灰

28、等），最好隨爐冷卻，電弧熱焊適用于中厚（10以上）鑄件的大缺陷補(bǔ)焊。對(duì)于8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。3.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)奶岣吆缚p的石墨化能力，采用300400的整體或局部的預(yù)熱，用于鋼度較小的鑄件焊接，也以

29、收到較好的效果。由于預(yù)熱溫度有一定程度的降低，與前述熱焊相比，可以使勞動(dòng)條件有所改善，并可降低補(bǔ)焊成本，當(dāng)預(yù)熱溫度在400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“Z208”或“Z248”鑄鐵焊條。半熱焊工藝過程基本與熱焊時(shí)相同，即大電流、長(zhǎng)弧、連續(xù)焊，

30、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)鑄件的塑性變形不明顯，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)力增大而導(dǎo)致接頭產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此，電弧半熱焊只能用于焊補(bǔ)區(qū)剛度較小或鑄件形狀簡(jiǎn)單的情況下。三、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。1.鑄鐵型焊條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

31、。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)白口組織，焊縫易裂，且無法加工。但當(dāng)補(bǔ)焊缺陷面積小時(shí),因熔池體積過小，冷卻快，焊接接頭仍易出現(xiàn)白口組織。如果情況允許，可把缺陷面積適當(dāng)擴(kuò)大，則可消除白口組織。焊接時(shí)，要采用大直徑焊條，使用直流反接電源（也可試用交流電源），進(jìn)行大電流、長(zhǎng)弧、連續(xù)施焊。其焊接電流的選擇可參照表4-1.電弧長(zhǎng)度約810，由中心向邊緣連續(xù)焊接。當(dāng)坡口焊滿后不要?；。秒娀⊙厝鄢剡吘壙拷靶鸵苿?dòng)（圖4-2a），使焊縫堆高。由于電弧熱通過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；并且延長(zhǎng)了焊縫上部半熔化區(qū)的存在時(shí)間

32、，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)，一般焊縫的高度要超出工件表面58mm，其焊后焊面形狀如圖4-2b所示。焊后電弧應(yīng)立即覆蓋熔池，以保溫緩慢冷卻。表4-1 鑄鐵型焊條冷焊電流選擇焊條直徑/58焊接電流/A250350380600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)，焊后焊縫加工性能好，其最高硬度不超過250HBS。當(dāng)補(bǔ)焊區(qū)的剛性較小時(shí)，由于焊縫能自由收縮，焊后一般都不會(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織，強(qiáng)度低而無塑性；當(dāng)采用大電流連續(xù)焊工藝時(shí)，使鑄件局部受熱嚴(yán)重，在焊接大剛度鑄件缺

33、陷時(shí)焊接區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力較大，故容易產(chǎn)生裂紋。但對(duì)一些大中型鑄件端部缺陷的補(bǔ)焊，收到了很好的效果。該法在一些機(jī)床廠及鑄造廠中得到一定的推廣應(yīng)用。4.異質(zhì)（非鑄鐵）焊縫的焊條電弧冷焊異質(zhì)焊縫又稱為非鑄鐵型焊縫。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，使焊接工藝過程大大簡(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，它還具有適應(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發(fā)展前途的焊接工藝方法。（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

34、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。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

35、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。（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)

36、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（1083）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中的溶解度很小）焊縫中的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

37、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。（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。焊接規(guī)范的選擇：焊接電壓:1820V為宜

38、，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。（4）冷焊工藝要點(diǎn)要獲得好的焊接質(zhì)量，不僅取決于正確選擇焊接材料，而且要掌握正確的工藝措施。因?yàn)椴活A(yù)熱，采用異質(zhì)焊條進(jìn)行電弧冷焊的主要工藝特點(diǎn)是：采用小焊接電流“短斷、分散、斷續(xù)” 焊接。并且注意焊接順序，在焊后及時(shí)錘擊焊道，以減小應(yīng)力防止裂紋。采用較小的焊接電流，

39、可減小溶深，使母材中的碳、硫、磷等雜質(zhì)進(jìn)入熔池?cái)?shù)量減少，而減小了焊縫的熱裂傾向，也有利于防止冷裂紋的產(chǎn)生，改善接頭加工性能。在焊接過程中，每次熄弧后，應(yīng)立即用帶球面的小錘錘擊焊道，使焊縫表面出現(xiàn)小麻坑，產(chǎn)生局部塑性變形，可松弛焊補(bǔ)區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力。五、氣焊氣焊火焰溫度比電弧焊低得多，其加熱速度緩慢，加熱范圍較寬，焊縫的冷卻速度也較低，因此，進(jìn)行氣焊，實(shí)際上相當(dāng)于局部預(yù)熱，接近于電弧熱焊或半熱焊情況，有利于石墨化過程。但是，由于加熱速度緩慢且加熱時(shí)間長(zhǎng)。使焊接效率降低，同時(shí)也使焊接應(yīng)力增大，故用氣焊焊接剛性較大的鑄件時(shí)，接頭產(chǎn)生裂紋的傾向增大。所以鑄鐵的氣焊一般只用剛度較小的薄壁鑄件焊接時(shí)可不預(yù)熱。

40、對(duì)剛度大的鑄件，宜采用整體或局部預(yù)熱的熱焊法。而有些剛性較大的鑄件，可用“加熱減應(yīng)區(qū)”的氣焊方法。1.氣焊焊接材料 灰鑄鐵氣焊時(shí)，所用的氣焊焊絲成分見表4-2。其中1號(hào)焊絲的碳硅含量較低，適用于熱焊；2號(hào)焊焊絲碳硅含量較高，適用于冷焊。鑄鐵在氣焊時(shí)，因其硅量較高，熔池冶金反應(yīng)過程中硅容易被氧化，會(huì)形成難溶的酸性氧化SiO2，其熔點(diǎn)約為1713，使熔渣粘度增大而流動(dòng)性變差，影響焊接過程的正常進(jìn)行，還容易造成焊縫夾渣等缺陷。因此，氣焊鑄鐵時(shí)一般要在熔池中加入適量的堿形成熔點(diǎn)較低的熔渣，浮于熔池表面而被清除。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,NaHCO3,

41、H3BO3呈堿性，熔點(diǎn)較低，易潮解。除外購?fù)?，氣焊熔劑也可按?-3自制（1號(hào)為CJ201配方）。2.灰鑄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)械方法開坡口時(shí)，也可用氧氣切割直接開出坡口。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

42、裂紋產(chǎn)生。一般較小的鑄件氣焊時(shí)，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圍進(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的熱焊法，或者是“加熱減應(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，該部位稱為“減應(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)；

43、要補(bǔ)焊的裂紋處寬度也將會(huì)隨之增大；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，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)

44、行加熱。有時(shí)為了方便操作及加熱，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)、汽車修理、制造部門得到了推廣應(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，也能收到滿意的效果。六、灰鑄鐵的釬焊鑄鐵釬

45、焊時(shí)，母材本身不熔化，可避免接頭產(chǎn)生白口組織；并且由于釬料熔點(diǎn)較低，加熱溫度也隨之降低，使焊接應(yīng)力減小，故不容易產(chǎn)生裂紋。因此，釬焊接頭加 工優(yōu)良，產(chǎn)生缺陷傾向小，用于鑄鐵焊接有一定的優(yōu)越性。鑄鐵常用的是氧乙炔釬焊。最常用的釬料是銅鋅釬料“HL103”，他的含銅量wcu53%55%（余量為鋅），熔點(diǎn)為885890。釬料一般采用硼砂，也可用硼砂50%加 50%硼酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。由于鑄鐵中有石墨存在，并且含硅量高以及鑄件表面常有夾 砂，故其釬焊性比鋼差。鑄鐵釬焊時(shí)，除了要清理油污、雜質(zhì)外，還應(yīng)采用弱氧化焰，在釬焊前將鑄件坡口表面的石墨燒去，以形成大量的孔隙。在釬焊中采用弱氧化焰，還可在釬料熔池表面

46、形成一層氧化鋅膜，以減少熔池中鋅的氧化和蒸發(fā)。近年來，我國(guó)已經(jīng)在研制出新型的錳鎳銅鋅釬料及相應(yīng)的釬劑（見表4-4和表4-5），用于鑄鐵的釬焊取得較好的效果。第五章 灰鑄鐵的焊接裂紋及預(yù)防灰鑄鐵屬脆性金屬材料，抗裂能力差，在焊接應(yīng)力的作用下焊接接頭很容易開裂。灰鑄鐵在補(bǔ)焊時(shí)，接頭所產(chǎn)生的裂紋多為低溫裂紋，屬冷裂紋范疇；而在某些焊接條件下也可能產(chǎn)生熱裂紋。一、冷裂紋焊接時(shí)產(chǎn)生這種裂紋的溫度一般在400以下，多發(fā)生在焊縫和熱影響區(qū)影響區(qū)以上。1.冷裂紋產(chǎn)生的主要因素a.灰鑄鐵強(qiáng)度低，塑性幾乎為零，無塑性變形能力；b.焊件上受到不均勻的加熱和冷卻，產(chǎn)生熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力。焊件上溫差大，這些應(yīng)力也愈大。、

47、c.焊接接頭上產(chǎn)生了白口組織和淬硬組織，這些組織比灰鑄鐵還脆，尤其白口組織，不能塑性變形，最易開裂。2.焊縫上的冷裂紋主要決定于焊縫金屬的性質(zhì)（1）鑄鐵型（同質(zhì)）焊縫是否產(chǎn)生冷裂紋決定于焊縫的組織。當(dāng)焊縫中有白口鑄鐵時(shí)容易開裂，因白口鑄鐵的收縮率大于母材的收縮率，憨厚產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，白口鑄鐵無法承受大的收縮應(yīng)力。焊縫中滲碳體量越多，越容易產(chǎn)生裂紋；但焊縫的基體為鐵索體或珠光體，而石墨化過程進(jìn)行的較充分時(shí)，焊縫就不易產(chǎn)生裂紋。因?yàn)槭^程伴隨著體積膨脹，可以松弛部分收縮應(yīng)力。這是能導(dǎo)致開裂的原因主要是石墨的形態(tài)及其分布，粗而長(zhǎng)的片狀石墨筆細(xì)而短的片狀石墨容易開裂，如果焊縫中的石墨呈團(tuán)絮狀或

48、球狀，則具有較好的抗裂性能。（2）非鑄鐵型（異質(zhì)）焊縫是否產(chǎn)生冷裂紋決定于焊縫金屬的塑性和焊接工藝的合理配合。當(dāng)焊縫為奧氏體、鐵素體或鎳基、銅基的焊縫時(shí)，由于較好的塑形而不易產(chǎn)生冷裂紋；當(dāng)采用低碳鋼或其他合金焊條做鑄鐵電弧冷汗時(shí)，第一層焊縫因母材（灰鑄鐵）的熔入而變成高碳鋼，快速冷卻時(shí)就會(huì)產(chǎn)生淬硬組織高低馬氏體，容易產(chǎn)生冷裂紋。3.熱影響區(qū)上的冷裂紋在電弧冷焊灰鑄鐵時(shí)，影響區(qū)上容易產(chǎn)生冷裂紋。前已述及熱影響區(qū)內(nèi)的半熔化區(qū)（溫度范圍為1150-1250）及奧氏體區(qū)（溫度范圍為820-1150）在快速冷卻時(shí)就容易產(chǎn)生滲碳體和馬氏體淬硬組織，當(dāng)焊接應(yīng)力超過了它們的強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋。裂紋多為縱向分布

49、，且常出現(xiàn)在半熔化區(qū)與奧氏體交界處，沿界面開裂，會(huì)造成整個(gè)焊縫金屬剝離下來。焊縫為碳鋼時(shí)，半熔合區(qū)為白口組織，奧氏體區(qū)位石墨化不完全的半白口組織或馬氏體組織。焊縫的收速率約為2.17%，半熔化區(qū)約為2.3%，奧氏體區(qū)約為1.1%，冷卻過程中收縮率不同的三個(gè)部分之間，必然產(chǎn)生很大的剪切應(yīng)力，當(dāng)超過材料的抗剪強(qiáng)的時(shí)，就會(huì)沿界面裂開，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生整個(gè)焊縫剝離。厚壁鑄件冷卻時(shí)，由于坡口深，須多層焊，積累的焊接應(yīng)力也容易產(chǎn)生焊縫剝離；對(duì)于同質(zhì)焊縫，如果焊縫強(qiáng)度高，如采用高釩鑄鐵焊條，焊接時(shí)不采取減少焊接應(yīng)力的措施的話，也容易產(chǎn)生焊縫的剝離。4.防止冷裂紋的措施減小焊接接頭的應(yīng)力和避免焊接接頭出現(xiàn)滲碳體和馬

50、氏體是防止灰鑄鐵冷裂紋的基本措施。a鑄鐵型焊縫時(shí)，焊前預(yù)熱，焊后緩冷。這樣既可減小焊接應(yīng)力又能避免白口等脆性組織的產(chǎn)生。b非鑄鐵型焊縫時(shí)，選用好焊縫具有良好塑性的焊接材料，這樣可以松弛焊接應(yīng)力。c再焊補(bǔ)厚大鑄鐵件時(shí)，采取開窄坡口、內(nèi)填板等措施以減小焊縫體積，減小焊接應(yīng)力；也可以焊前在坡口內(nèi)載絲，以分散焊接應(yīng)力。d在工藝上采用短段焊、斷續(xù)分散焊和焊后錘擊焊縫等手段可以減小焊接應(yīng)力。二、熱裂紋灰鑄鐵的焊接熱裂紋主要出現(xiàn)在焊縫上。鑄鐵型焊縫對(duì)熱裂紋不敏感，因?yàn)楹缚p高溫時(shí)石墨析出，使體積增加，有助于減小焊接應(yīng)力，在非鑄鐵型焊縫中，如果用碳鋼焊條，則焊縫極易產(chǎn)生熱裂紋，用鎳基焊條時(shí)也有一定的熱裂傾向。1

51、.產(chǎn)生熱裂紋的主要因素用低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵的第一層焊縫最容易發(fā)生熱裂紋，因?yàn)樽鳛槟覆牡幕诣T鐵其碳、硫和磷含量高，熔入第一層焊縫的量較多使鋼質(zhì)焊縫平均含碳、硫和磷增加，而碳、硫和磷是碳鋼發(fā)生結(jié)晶裂紋的有害元素。所以第一層焊縫產(chǎn)生熱裂紋機(jī)率最大。用鎳基焊條焊接時(shí)，也因母材熔入焊縫使硫、磷有害元素增加，易生成低熔共晶物，如NiNi3S5的共晶溫度為644，NiNi3P的共晶溫度為880，故鎳基焊縫也有熱裂傾向。2.熱裂紋的防止防止焊縫金屬產(chǎn)生熱裂紋的途徑是從冶金處理和焊接工藝兩方面采取措施。在冶金方面，通過調(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)脫硫、去磷能力以減少晶間低溶物質(zhì)；

52、是晶粒細(xì)化等。在工藝方面要正確制定冷焊操作工藝使焊接應(yīng)力降低和使母材熔入焊縫中的比例（既熔合比）盡可能小。第六章 灰鑄鐵的焊接檢驗(yàn)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)貫穿整個(gè)焊接過程，包括焊前、焊接過程中和焊后成品檢驗(yàn)三個(gè)階段。一、 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)的內(nèi)容和要求 1.焊前檢驗(yàn) 焊前檢驗(yàn)是指焊件投產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行的檢驗(yàn)工作，是焊接檢驗(yàn)的第一階段，其目的是預(yù)先防止和減少焊接時(shí)產(chǎn)生缺陷的可能性。包括的項(xiàng)目有： 檢驗(yàn)焊接基本金屬、焊絲、焊條的型號(hào)和材質(zhì)是否符合設(shè)計(jì)或規(guī)定的要求； 檢驗(yàn)其他焊接材料，如埋弧自動(dòng)焊劑的牌號(hào)、氣體保護(hù)焊保護(hù)氣體的純度和配比等是否符合工藝規(guī)程的要求 對(duì)焊接工藝措施進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證焊接能順利進(jìn)行； 檢驗(yàn)焊接坡口的

53、加工質(zhì)量和焊接接頭的裝配質(zhì)量是否符合圖樣要求； 檢驗(yàn)焊接設(shè)備及其輔助工具是否完好，接線和管道聯(lián)接是否合乎要求； 檢驗(yàn)焊接材料是否按照工藝要求進(jìn)行去銹、烘干、預(yù)熱等； 對(duì)焊工操作技術(shù)水平進(jìn)行鑒定； 檢驗(yàn)焊接產(chǎn)品圖樣和焊接工藝規(guī)程等技術(shù)文件是否齊備。 2.焊接生產(chǎn)過程中的檢驗(yàn)焊接過程中的檢驗(yàn)是焊接檢驗(yàn)的第二階段，由焊工在操作過程中，其目的是為了防止由于操作原因或其他特殊因索的影響而產(chǎn)生的焊接缺陷，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并加以解決。包括：檢驗(yàn)在焊接過程中焊接設(shè)備的運(yùn)行情況是否正常；對(duì)焊接工藝規(guī)程和規(guī)范規(guī)定的執(zhí)行情況； 焊接夾具在焊接過程中的夾緊情況是否牢固； 操作過程中可能出現(xiàn)的未焊透、夾渣、氣孔、燒穿等焊接缺陷等； 焊接接頭質(zhì)量的中間檢驗(yàn)，如厚壁焊件的中間檢驗(yàn)等。焊前檢驗(yàn)和焊接過程中檢驗(yàn)，是防止產(chǎn)生缺陷、避免返修的重要環(huán)節(jié)。盡管多數(shù)焊接缺陷可以通過返修來消除，但返修要消耗材料、能源、工時(shí)、增加產(chǎn)品成本。通常返修要求采取更嚴(yán)格的工藝措施，造成工作的麻煩，而返修處可能產(chǎn)生更為復(fù)雜的