灰口铸铁与碳钢的焊接.doc

灰口铸铁与碳钢的焊接（1）灰口铸铁与碳钢的焊接特点灰口铸铁与碳钢的焊接，在机床床身、底座、机架、齿轮箱及发动机缸体上应用较多，主要焊接特点如下。 灰口铸铁与碳钢焊接时，铸铁中的碳以片状石墨形式存在，分布在铁素体、珠光体或珠光体 铁素体基体上。石墨片相当于孔洞和裂纹，割裂基体的连续性，降低了接头的力学性能。 焊接接头承受拉伸应力时，容易在片状石墨尖角处产生应力集中，因而裂纹倾向增加，并容易产生气孔。 当焊接接头承受压缩应力时，石墨割裂基体和造成的应力集中很小。因此具有较高的抗压强度。 灰口铸铁与碳钢的焊缝中石墨数量越多、越粗大、片状分布越明显，割裂基体作用越大，力学性能也越差。 由于铸铁中含碳量高、杂质多，焊接接头容易产生白口组织，在焊接应力作用下极易发生裂纹和断裂。 灰口铸铁与碳钢的焊接性差，必须选择合适的焊接方法及填充材料，采取特殊的焊接工艺措施，才能获得优良的焊接接头。（2）灰口铸铁与碳钢的焊接工艺灰口铸铁与碳钢焊接时，所采用的焊接方法主要是手工电弧焊（包括热焊法、冷焊法）。此外，还可以采用CO2气体保护焊、氩弧焊（TIG、MIG）、等离子弧焊、钎焊和扩散焊等方法。1) 灰口铸铁与碳钢的电弧热焊所谓电弧热焊，就是焊前将铸铁母材被焊部位预热到400700（暗红色），然后进行焊接，焊后再进行缓冷的焊接方法。施焊前去除铸铁和钢表面的氧化皮、油脂、水分。焊条可选用Z208、Z408或结构钢焊条J422、J507。电弧热焊的工艺过程如下。 焊前将铸铁件被焊部位加热到400600，此时铸铁的屈服点很大，内应力很小，可以大大减少裂纹倾向，防止出现白口组织。 选用铸铁芯焊条（在焊芯外面涂石墨化药皮），通过焊芯和药皮向焊缝过渡碳、硅等石墨化元素。也可选用钢芯石墨化药皮焊条（Z208），通过药皮向焊缝过渡石墨化元素。 热焊时，电弧稍倾向铸铁母材金属侧，焊接过程中两种母材金属温度不低于400，否则易出现裂纹。采用直径为4mm的Z208焊条焊接时，电弧长度为35mm；采用直径为10mm的铸铁芯焊接时，电弧长度为810mm。 焊接电流的选择可参考单独焊接灰口铸铁的工艺参数。焊接电流过大，两种母材金属熔化量过金我，对焊缝石墨化不利。 焊接坡口根部和边缘时，不要用电弧直接加热，通过熔池金属将热量传至坡口使之熔化，这样既可保证焊缝的熔合比，又能避免咬边或熔合不等缺陷。 焊后进行消除应力热处理，将冷却至100200的焊接接头加热到600620，每25.4mm保温1h，然后缓冷（冷却速度28/h），以防止产生裂纹，降低硬度。也可采用石棉垫或草木灰覆盖缓冷至常温。 2) 灰口铸铁与碳钢的电弧冷焊所谓电弧冷焊，就是焊前对铸铁被焊部位不预热，或低温预热（400以下）再进行焊接的方法。电弧冷焊与电弧热焊相比，焊前母材金属不预热，减少了工艺过程，节省焊接时间，具有一定的推广价值，焊接生产中应用较多，焊件形状和大小不受限制，易于大批量生产。电弧冷焊的工艺过程如下。 焊前认真清理灰口铸铁与碳钢的接头表面，露出纯净的基体金属。焊接坡口参照碳钢的坡口形式及尺寸。采用对接接头时，灰口铸铁一侧开3545的单面V形坡口；碳钢一侧开1525的V形坡口。搭接时，灰口铸铁一侧开2025的V形坡口。 灰口铸铁与碳钢装配时，装配间隙要尽量小，通常为0.52.0mm。为了提高焊接接头的强度，可在坡口上钻孔、攻丝及拧上螺钉，螺钉可装在坡口一侧或两侧。接头厚度与安置螺钉的关系见表9。表9 接头厚度与安置螺钉的关系材料名称接头形式板厚/mm螺钉直径/mm螺钉间距/mm螺钉深度/mm螺钉外露长/mm低碳钢 灰口铸铁对接V形坡口10 10 (以下)3581015205812 125101015202581214 14101215202530121516 16121430253035152018 18141625283536202520 20161828303540252625 25(以上)1820303540452630 焊接有白口倾向的铸铁和刚度大的碳素钢时，先对被焊接头进行退火或回火处理，以便消除残余应力。 当用电弧冷焊法对灰口铸铁与碳钢进行焊接时，宜选用高镍、镍铁等焊机。电弧冷焊焊条的选择见表10。填充材料必须进行150200烘干，保温时间为12h。选用镍基焊条电弧冷焊灰口铸铁与碳钢时，焊条直径与焊接电流的关系见表11。表10 电弧冷焊焊条的选择焊条种类焊条牌号符合国标型号主要特点钢芯铸铁焊条Z100Z116Z208EZFe-1EZVEZC低碳钢芯，氧化性药皮钢芯钒合金化药皮，抗裂性好强石墨化药皮，抗裂性较差，成本低镍基焊条Z308Z408Z508EZNiEZFeNi-1EZNiCU-1纯镍芯，强还原性石墨型药皮，抗裂性好，机加工性好镍铁合金焊芯，石墨型药皮，抗裂性好，强度高镍铜焊芯，石墨型药皮，收缩率大，抗裂性较差，易加工铜芯铸铁焊条Z607Z616铜芯铁粉铜饼铁皮结构钢焊条J422J423J507E4303E4301E5015工艺性能优良，适于全位置焊接，交、直流两用电弧稳定，脱渣性好，全位置焊接，交、直流两用抗裂性好，力学性能优良，适于全位置焊接表11 灰口铸铁与碳钢电弧冷焊的工艺参数焊条种类焊条牌号符合国标型号焊条直径/mm焊接电流/A镍铁焊条Z408EZFeNi-12.02.53.25060609090100镍铜焊条Z508EZNiCu-13.24.05.0100120120150200250 电弧冷焊时，通常先在铸铁一侧坡口中堆焊过渡层，在过渡层上堆焊一层中间层，以利于碳素钢的连接。然后用碳钢焊条将中间层与碳钢连接起来。 施焊过程中应采用小电流、短弧、小线能、窄道焊、锤击焊道松驰应力等工艺措施。电弧冷焊过程中，灰口铸铁一侧的热量应占20%，碳钢一侧的热量应占25%,焊条热量占30%，电弧热量占25%。 电弧冷焊后的焊接接头必须缓慢冷却，出现裂纹等缺陷时用电弧吹掉，重新焊接。 钎焊采用钎焊方法时，在450510催化的熔融盐池中清除石墨、表面氧化物等，以改善钎料在铸铁表面的润湿性。钎焊时母材不熔化，不参与冶金反应，这时铸铁焊接非常有利。灰口铸铁与碳钢的钎焊工艺要点。 灰口铸铁与Q235低碳钢钎焊，多采用氧乙炔焰作热源，有时也采用氩弧（TIG）作为热源。 多采用铜基钎料，一般铜为52%56%，其余为锌。这种钎料接头强度低（117.6147MPa），焊后钎缝颜色为黄色，与铸铁颜色相差很大。若要求钎缝颜色与铸铁、钢表面颜色相近，可以采用如下钎料：Cu 4850%，M