第十一章鑄鐵的焊接

1、第十一章鑄鐵的焊接 主編第一節(jié)鑄鐵的種類(lèi)、性能與焊接性一、鑄鐵的種類(lèi)及性能特點(diǎn) 鑄鐵按碳在鑄鐵中的存在形式分為灰鑄鐵(全部是G)、白口鑄鐵(全部是Fe3C)和麻口鑄鐵(G+Fe3C)；按石墨的形態(tài)分為普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵及可鍛鑄鐵；按化學(xué)成分分為普通鑄鐵和合金鑄鐵。二、鑄鐵的焊接性 灰鑄鐵的應(yīng)用最為廣泛，這里主要以灰鑄鐵的焊接性來(lái)進(jìn)行分析。常用的普通灰鑄鐵化學(xué)成分為：wC=27%35%，wSi=10%27%，wMn=05%12%，wS015%，wP03%。其特點(diǎn)是碳及硫、磷雜質(zhì)含量高，這就增大了焊接接頭對(duì)冷卻速度變化的敏感性及對(duì)冷熱裂紋的敏感性。并且鑄鐵強(qiáng)度低，基本無(wú)塑性。其焊接時(shí)的

2、主要問(wèn)題是焊接接頭易出現(xiàn)白口組織和裂紋。第一節(jié)鑄鐵的種類(lèi)、性能與焊接性1.焊接接頭的白口組織 在鑄鐵焊接時(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，在焊接接頭中的焊縫及半熔化區(qū)將會(huì)產(chǎn)生大量的滲碳體，形成白口組織。(1)焊縫區(qū)白口組織鑄鐵焊接時(shí)，由于所用焊接材料不同，焊縫材質(zhì)有兩種類(lèi)型：一種是鑄鐵成分；另一種是非鑄鐵(鋼、鎳、鎳鐵、鎳銅或銅鐵高釩鋼等)成分。(2)半熔化區(qū)白口組織該區(qū)域很窄，是固相奧氏體與部分液相并存的區(qū)域，溫度為11501250，石墨全部溶解于奧氏體。第一節(jié)鑄鐵的種類(lèi)、性能與焊接性 當(dāng)焊縫為鑄鐵成分時(shí)

3、，如果冷卻速度太快，半熔化區(qū)與焊縫區(qū)一樣，會(huì)產(chǎn)生白口組織。當(dāng)焊縫為非鑄鐵成分時(shí)，由于一般都是冷焊，半熔化區(qū)的冷卻速度必然很快，該區(qū)的白口組織也必然出現(xiàn)，只不過(guò)隨所用焊條的不同(鋼、鈍鎳、鎳鐵、鎳銅或銅鐵焊條等)或焊接工藝不同，白口組織帶的寬度有差別。目前鑄鐵冷焊用的“Z308”純鎳焊條，引起的白口組織帶很窄，且為間斷出現(xiàn)。1)改變焊縫化學(xué)成分，主要是增加焊縫的石墨化元素含量或使焊縫成為非鑄鐵組織。2)減緩冷卻速度，延長(zhǎng)半熔合區(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)半熔合區(qū)的石墨化過(guò)程。2.焊接接頭裂紋第一節(jié)鑄鐵的種類(lèi)、性能與焊接性灰鑄鐵焊接接頭的裂紋主要是冷裂紋，其產(chǎn)生原因有以下幾

4、方面：1)灰鑄鐵本身強(qiáng)度較低，塑性更差，承受塑性變形的能力幾乎為零，因此容易引起開(kāi)裂。2)由于焊接過(guò)程對(duì)焊件來(lái)說(shuō)，屬于局部加熱和冷卻，焊件必然產(chǎn)生焊接應(yīng)力，焊接應(yīng)力的存在是導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的又一重要原因。3)焊接接頭的白口組織又硬又脆，不能產(chǎn)生塑性變形，容易引起開(kāi)裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使焊縫及熱影響區(qū)交界整個(gè)界面開(kāi)裂而分離。3.防止裂紋的措施 防止裂紋產(chǎn)生，主要是通過(guò)減小焊接應(yīng)力，并調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，使其具有一定的塑性。第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝一、同質(zhì)焊縫的焊條電弧焊 同質(zhì)焊縫指焊后形成鑄鐵型焊縫。它的焊條電弧焊工藝分為熱焊(包括半熱焊)和冷焊兩種。1.熱焊及半熱焊 針對(duì)灰鑄鐵焊接時(shí)白口組織和冷裂紋的問(wèn)題，

5、人們最先采用了熱焊及半熱焊工藝，以達(dá)到減小鑄件溫度，降低接頭冷卻速度的目的。熱焊一般預(yù)熱溫度為600700，半熱焊預(yù)熱溫度為300400。(1)熱焊及半熱焊焊條熱焊及半熱焊的焊條有兩種類(lèi)型：一種是鑄鐵芯石墨化鑄鐵焊條(Z408)，主要用于焊補(bǔ)大厚度鑄件的缺陷；另一種是低碳鋼芯石墨化鑄鐵焊條(Z208)，外涂強(qiáng)石墨化藥皮。第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝(2)熱焊工藝電弧熱焊時(shí)，一般將鑄件整體或焊補(bǔ)區(qū)局部預(yù)熱到600700，然后再進(jìn)行焊接，焊后保溫緩冷。1)預(yù)熱。2)焊前清理。3)造型。造型材料可用型砂加水玻璃或黃泥，內(nèi)壁最好放置耐高溫的石墨片，并在焊前進(jìn)行烘干。4)焊接。5)焊后緩冷。圖11-1熱焊焊補(bǔ)

6、區(qū)造型示意圖a)中間缺陷焊補(bǔ)b)邊角缺陷焊補(bǔ)第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝(3)半熱焊工藝半熱焊采用300400整體或局部預(yù)熱。 半熱焊由于預(yù)熱溫度低，鑄件焊接時(shí)的溫差比熱焊條件下大，故焊接區(qū)的冷卻速度加快，易產(chǎn)生白口組織。為了防止白口組織及裂紋的產(chǎn)生，焊縫中石墨化元素含量應(yīng)高于熱焊時(shí)的含量，一般情況下可采用“Z208”或“Z248”焊條。半熱焊工藝過(guò)程基本與熱焊時(shí)相同，即大電流、長(zhǎng)弧、連續(xù)焊，焊后保溫緩冷。第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝2.電弧冷焊 電弧冷焊即焊前不預(yù)熱，焊接過(guò)程中不輔助加熱。它是在提高焊縫石墨化能力的基礎(chǔ)上，采用大直徑焊條、大焊接線(xiàn)能量的連續(xù)焊工藝，以增加熔池存在時(shí)間，達(dá)到降低接頭冷卻速度

7、、防止白口組織產(chǎn)生的目的。這種方法用于中厚度以上鑄件的一般大缺陷焊補(bǔ)，基本上可以避免白口組織產(chǎn)生，獲得較好的效果。(1)電弧冷焊焊條電弧冷焊時(shí)由于焊縫冷卻速度較快，為了防止出現(xiàn)白口組織，同質(zhì)焊縫冷焊焊條的石墨化元素碳、硅的含量應(yīng)比熱焊焊條高。圖11-2鑄鐵型焊條冷焊焊前準(zhǔn)備示意圖a)缺陷狀況b)型槽形狀及尺寸第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝(2)冷焊工藝要點(diǎn)1)焊前清理及坡口制備。2)造型。3)焊接。圖11-3鑄鐵型焊條冷焊示意圖第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝二、異質(zhì)焊縫的焊條電弧冷焊 異質(zhì)焊縫即焊后形成非鑄鐵焊縫。電弧冷焊由于焊前不需預(yù)熱，簡(jiǎn)化了焊接工藝過(guò)程，改善了操作者的工作條件，具有適應(yīng)范圍廣、可進(jìn)行全位

8、置焊接及焊接效率高的特點(diǎn)，因此，它是一種很有發(fā)展前途的焊接方法。1.異質(zhì)焊縫電弧冷焊焊條 我國(guó)目前已發(fā)展了多種系列的非鑄鐵型焊縫鑄鐵焊條，可參看GBT100442006鑄鐵焊條及焊絲。常用鑄鐵焊條的性能及用途見(jiàn)表11 1。第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝表11-1常用鑄鐵焊條的性能及主要用途第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝2.異質(zhì)焊縫的電弧冷焊工藝 異質(zhì)焊縫電弧冷焊的質(zhì)量，不僅取決于正確地選擇焊接材料，而且要采取正確的工藝措施，否則，會(huì)因工藝措施不當(dāng)而促使裂紋、白口等缺陷產(chǎn)生，影響接頭的加工性能和使用性能。(1)焊前清理焊前應(yīng)將鑄件缺陷周?chē)臍埩粜蜕啊⒂臀矍宄蓛簟?2)坡口制備電弧冷焊焊補(bǔ)裂紋缺陷時(shí)，坡口常用U

9、形，也有用V形的，U形比V形的熔合比小。(3)焊接采用短段、斷續(xù)施焊。圖11-4裂紋缺陷的坡口a)未裂透缺陷坡口b)裂透缺陷坡口第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝1)多層焊，采用圖11-5的焊接順序，以減小焊接應(yīng)力。 2)當(dāng)母材材質(zhì)差、焊縫強(qiáng)度高時(shí)，或工件受力大，要求強(qiáng)度高時(shí)，可采用栽釘焊法。3)坡口內(nèi)裝加強(qiáng)筋條，如圖11-7所示。圖11-5鑄鐵多層焊順序圖11-6栽釘焊法示意圖圖11-7裝加強(qiáng)筋焊法第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝4)當(dāng)鑄件上有多道交叉裂紋，不便逐條補(bǔ)焊時(shí)，可采用鑲塊焊補(bǔ)法。5)當(dāng)焊補(bǔ)較大的缺陷時(shí)，為了節(jié)約價(jià)格昂貴的鎳基焊條或高釩焊條，可在第一或第一、二層采用鎳基焊條或高釩焊條，以后各層用低碳鋼焊

10、條焊滿(mǎn)，這種方法稱(chēng)為組合焊接法，如圖11-8所示。圖11-8組合焊接法第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝三、灰鑄鐵的氣焊 氣焊時(shí)由于氧乙炔焰的溫度比電弧焊低得多，而且火焰分散，熱量不集中，焊接加熱時(shí)間長(zhǎng)，焊補(bǔ)區(qū)加熱體積大，焊后冷卻速度緩慢，有利于焊接接頭的石墨化過(guò)程。然而，由于加熱時(shí)間長(zhǎng)，局部區(qū)域過(guò)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致加熱區(qū)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，容易引起裂紋。因此，氣焊鑄鐵時(shí)，對(duì)剛度較小的薄壁鑄件可不預(yù)熱；對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜或剛度較大的焊件，應(yīng)采用整體或局部預(yù)熱的熱焊法；有些剛度較大的鑄件，可采用“加熱減應(yīng)區(qū)”法施焊。第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝1.氣焊焊接材料(1)焊絲為了保證氣焊的焊縫處不產(chǎn)生白口組織，并有良好的切削加工性，鑄

11、鐵焊絲成分應(yīng)有高的含碳量和含硅量，常用的焊絲RZC1，由于碳、硅含量較低，適用于熱焊；焊絲RZC2，碳、硅含量較高，適用于冷焊。(2)熔劑焊接鑄鐵用氣焊熔劑的牌號(hào)統(tǒng)一為“CJ201”，其熔點(diǎn)較低約為650，呈堿性，能將氣焊鑄鐵時(shí)產(chǎn)生的高熔點(diǎn)SiO2復(fù)合成易熔的鹽類(lèi)。第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝2.氣焊工藝要點(diǎn)(1)鑄鐵氣焊也分為熱焊和冷焊兩種1)氣焊前應(yīng)對(duì)焊件進(jìn)行清理，其要求和準(zhǔn)備工作與焊條電弧焊相同。2)氣焊時(shí)應(yīng)根據(jù)鑄件厚度相應(yīng)選用較大號(hào)碼的焊炬及焊嘴，以提高火焰能率，增大加熱速度。3)鑄件焊后可自然冷卻，注意不要放在空氣流通的地方加速冷卻，否則會(huì)促使白口組織、裂紋產(chǎn)生。(2)鑄鐵熱、冷焊由于熱焊

12、法與冷焊法在適用范圍與工藝方法上有所不同，除了上面需要共同注意的幾點(diǎn)外，還需分別注意一些問(wèn)題。1)熱焊法。2)冷焊法。第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝3.灰鑄鐵皮帶輪焊補(bǔ)實(shí)例 如圖11 10所示，灰鑄鐵帶輪“1”處發(fā)生斷裂，現(xiàn)采用氣焊進(jìn)行焊補(bǔ)。若采用氣焊直接對(duì)斷裂處進(jìn)行冷焊，由于其接頭剛性很大，難以獲得滿(mǎn)意的焊接質(zhì)量，現(xiàn)采用加熱減應(yīng)區(qū)法焊接。因該鑄件輪緣較厚，在焊接中阻礙焊縫收縮，所以減應(yīng)區(qū)確定為“2”處。圖11-9加熱減應(yīng)區(qū)焊接示意圖圖11-10皮帶輪加熱減應(yīng)區(qū)焊接第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝四、灰鑄鐵的釬焊 鑄件釬焊時(shí)母材本身不熔化，因此對(duì)避免鑄鐵焊接接頭出現(xiàn)白口組織是非常有利的，使接頭有優(yōu)良的機(jī)加工性能

13、；釬料常采用銅合金及其他非鐵金屬，釬縫塑性較好；另外，釬焊溫度較低，焊接接頭應(yīng)力較小，而接頭上又無(wú)白口組織，因此，發(fā)生裂紋的敏感性很小。所以釬焊用于鑄鐵也有一定的優(yōu)越性。(1)釬焊前準(zhǔn)備對(duì)坡口進(jìn)行嚴(yán)格清理，一般用汽油洗凈焊補(bǔ)區(qū)油污，用扁鏟或砂輪等徹底清除焊補(bǔ)區(qū)其他雜物。(2)坡口形式及尺寸如圖11-11所示，坡口深度在工件厚度的45以上，坡口內(nèi)必須露出金屬光澤。第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝圖11-11鑄鐵釬焊坡口(3)火焰選擇用氧化焰將坡口加熱至900930(櫻紅色)，將坡口表面的石墨燒去，以便釬料深入母材，提高接頭強(qiáng)度。第二節(jié)灰鑄鐵的焊接工藝(4)釬焊在已加熱的坡口上均勻地撒上焊劑，并將燒紅的釬料

14、醮上焊劑，用輕微氧化焰先用銅鋅釬料在坡口上焊一薄層鋪底，然后逐漸填滿(mǎn)焊縫。(5)釬焊順序應(yīng)由內(nèi)向外，左右交替，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，以減小焊接應(yīng)力。(6)焊后用火焰適當(dāng)加熱焊縫周?chē)蛊渚徖?，以防止近縫區(qū)奧氏體相變后淬火。第三節(jié)球墨鑄鐵的焊接一、球墨鑄鐵的焊接特點(diǎn) 球墨鑄鐵焊接與灰鑄鐵相比，有很多相似之處，也有其本身的特點(diǎn)。球墨鑄鐵可以認(rèn)為是一種包含有球狀石墨的低碳鋼，其本身的強(qiáng)度和塑性較好，所以從等強(qiáng)度觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，補(bǔ)焊球墨鑄鐵時(shí)應(yīng)保證焊縫有較好的強(qiáng)度和塑性。二、球墨鑄鐵的焊接工藝球墨鑄鐵最常用的焊接方法是焊條電弧焊和氣焊。1.焊條電弧焊 焊條電弧焊焊接球墨鑄鐵時(shí)，根據(jù)所用焊條不同，分為同質(zhì)焊縫和異質(zhì)焊縫兩種形式。第三節(jié)球墨鑄鐵的焊接(1)同質(zhì)焊縫的焊條電弧焊同質(zhì)焊縫即焊后形成球墨鑄鐵焊縫，系采用含有球化及石墨化劑的鋼芯鑄鐵焊條(Z238)配合一定的工藝而取得。 焊前清理方法和要求與灰鑄鐵基本相同。焊接電源采用直流反接或交流。焊件焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)較小焊件預(yù)熱溫