灰口铸铁的补焊【毕业论文,绝对精品】 (1)

w 云云 南南 机机 电电 职职 业业 技技 术术 学学 院院 设设 计计 毕 业 论论 文文 任 务 书 机械工程机械工程 系系 焊接技术及自动化专业焊接技术及自动化专业 班班 设计设计 毕业毕业 论文论文 题目题目 灰口铸铁的补焊灰口铸铁的补焊 专题题目专题题目 灰口铸铁的补焊灰口铸铁的补焊 发题日期 2010 年1 月10 日 设计 论文 自 年1 月10 日 完成期限 至 年5 月15 日 答辩日期 年5 月25 日 学学 生生 姓姓 名 名 指指 导导 教教 师 师 w 摘要 本文在分析铸铁焊接性的基础上 对补焊工艺和具体的摘要 本文在分析铸铁焊接性的基础上 对补焊工艺和具体的 操作技术和方法给予较为详细的介绍 系统的阐述了灰口铸铁的修操作技术和方法给予较为详细的介绍 系统的阐述了灰口铸铁的修 补与铸铁同其他材料焊接的工艺 对焊工在生产现场施焊技术的提补与铸铁同其他材料焊接的工艺 对焊工在生产现场施焊技术的提 高有非常大的参考价值 高有非常大的参考价值 关键词关键词 灰口铸铁 补焊工艺 操作技术 灰口铸铁 补焊工艺 操作技术 w 目录 前 言 3 一 铸铁的分类及灰铸铁的化学成 分 4 一 按碳在铸铁中存在的状态及形 式 4 二 常见灰铸铁化学成分及性 能 4 二 灰铸铁的焊接 性 5 一 焊接接头易出现白口及淬硬组 织 5 二 裂纹是易出现的缺 陷 6 三 焊接材 料 7 四 焊补工 艺 8 一 手工电弧焊焊补灰铸 铁 8 二 气焊焊补灰铸 铁 12 三 钎焊焊补灰铸 铁 14 四 手工电渣焊焊补灰铸 铁 15 五 用各种焊接方法焊补铸铁的特 点 16 五 灰铸铁补焊的检 测 17 六 总 结 17 七 致 谢 19 w 八 参考文 献 20 前言前言 机床的床身要求耐磨性 消震性 工艺性能好 才能够满足机床的精度要求和价 格要求 所以选择床身的制作材料就很重要 从目前的现状来看铸铁是最佳的选择材 料 铸铁中石墨有利于润滑及贮油 所以耐磨性好 同样 由于石墨的存在 灰口 铸铁的消震性优于钢 同时 灰口铸铁含碳量高 接近于共晶成分 故熔点比较低 流动性良好 收缩率小 因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件 另外 由于石墨使切 削加工时易于形成断屑 所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢 铸铁的使用使机床 缩短了生产周期 提高了生产效率 具有尺寸精度高 加工余 量小 表面质量好等优势 但是 铸铁很容易出现 缩孔 缩松 冷隔 裂纹等缺陷 由于以上各种原因 铸铁成品件在使用过程中会受到损坏 出现裂纹等缺陷 使 其报废 我国各种铸铁的年产量现约为 800 万吨 有各种铸造缺陷的铸件约占铸铁年 产量的 10 15 即通常所说的废品率为 10 15 若这些铸件工报废 以 1997 年 铸铁平均价格计算 其损失每年高达 10 亿元以上 若要更换新的 用铸铁成品件都经过各种机械加工 价格往往较贵 特别是一些 w 重型铸铁成品件 如锻造设备的铸铁机座一旦使用不当而出现裂纹 就得停止生产 若要更换新的锻造设备 不仅价格昂贵 且从订货 运货到安装调试往往需要很长时 间 所要很长时间处于停产状态 这方面的损失是巨大的 所以本文从铸件的缺陷修补和铸件与其他材料的连接为切入点 系统的探讨了铸件 中缺陷的各种补焊方法 采用焊接方法修复这些有缺陷的铸铁件 由于焊接成本低 不仅可获得巨大的经济效益 而且有利于及时完成生产任务 同时还保护了环境 避免了资源的浪费 题目 灰口铸铁的补焊题目 灰口铸铁的补焊 一 铸铁的分类及灰铸铁的化学成分一 铸铁的分类及灰铸铁的化学成分 一 按碳在铸铁中存在的状态及形式的不同 可将铸铁分为 1 白口铸铁 碳绝大部分以在铁素体状态存在 断口亮白色 铁素体硬而脆 机 制较少应用 碳以石墨形式存在 2 灰铸铁 石墨片状存在 3 可锻铸铁 石墨团絮状存在 4 球墨铸铁 石墨圆球状存在 5 蠕墨铸铁 石墨蠕虫状存在 在相同基体组织情况下 其中以球墨铸铁的力学性能 强度 塑性 韧性 为最 高 可锻铸铁次之 蠕墨铸铁又次之 灰铸铁最差 但由于灰铸铁成本低廉 并具有 w 铸造性 可加工性 耐磨性及减震性均优良的特点 是工业中应用最广泛的一种铸铁 二 常见灰铸铁化学成分 及性能 1 灰铸铁抗拉强度及硬度的变化是由于机体组织及石墨大小 数量不同的结果 纯铁素体为基体的灰铸铁 强度 硬度最低 纯珠光体为基体的灰铸铁 强度 硬度 较高 改变基体中铁素体及珠光体相对含量 可得不同的抗拉强度及硬度的HT 石墨 呈粗片状的灰铸铁 抗拉强度较低 石墨呈细片状的灰铸铁其抗拉强度较高 2 灰铸铁中碳的存在状态及其基体组织决定于铸件冷却速度 见图一 图一 1 铁水以很快速度冷却时 第一阶段石墨化过程 共析温度以上 及第二阶段石 墨化过程 共析温度下 完全被抑止将得到共晶渗碳体 二次渗碳体 珠光体组织 即白口铸铁组织 铁碳相图 铁水当温度冷却到液相时 开始从液相析出 1147 共析温度 L Fe3C 共晶渗碳体 温度下降 A 的饱和固溶碳量随温度下 降而降低 因而析出二次渗碳体 此反应持续到共析温度 在共析反应中 A 转变 为珠光体 冷却到室温后 组织由共晶渗碳体 二次渗碳体 珠光体组成 2 铁水以很慢的速度冷却时由于渗 C 体是不稳定相 而石墨是稳定相 第一阶段 和第二阶段石墨化过程都进行得很充分 最后得纯铁素体的灰铸铁组织 3 若石墨化的第一阶段进行很完全 第二阶段石墨化过程进行得不完全 则得珠光 体 铁素体 灰铸铁 二二 灰灰铸铸铁铁的的焊焊接接性性 灰铸铁在化学成分上的特点是碳高及 S P 杂质高 这就增大了焊接接头对冷却速度 变化的敏感性及冷热裂纹的敏感性 在力学性能上的特点是强度低 基本无塑性 焊接 过程具有冷速快及焊件受热不均匀而形成焊接应力较大的特殊性 这些因素导致焊接性 不良 在焊接过程中易产生白口组织和裂纹 一 焊接接头易出现白口及淬硬组织 w 以含碳为 3 含硅 2 5 的常用灰铸铁为例 分析电弧焊焊后在焊接接头上组织 变化的规律 1 焊缝区 当焊缝成分与灰铸铁铸件成分相同时 则在一般电弧焊情况下 由于焊缝冷却 速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度 焊缝主要为共晶渗碳体 二次渗碳铁 珠光 体 即焊缝基本为白口铸铁组织 防止措施 焊缝为铸铁 采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度 如 增大线能量 调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力 异质焊缝 若采用低碳钢焊条进行焊接 常用铸铁含碳为3 左右 就是采用 较小焊接电流 母材在第一层焊缝中所占百分比也将为1 3 1 4 其焊缝平均含 碳量将为 0 7 1 0 属于高碳钢 C 0 6 这种高碳钢焊缝在快冷却后将出现 很多脆硬的马氏体 采用异质金属材料焊接 时 必须要设法防止或减弱母材过渡到焊缝中的碳产生 高硬度组织的有害作用 思路是 改变C 的存在状态 使焊缝不出现淬硬组织并具有 一定的塑性 例如使焊缝分别成为奥氏体 铁素体及有色金属是一些有效的途径 2 半熔化区 特点 该区被加热到液相线与共晶转变下限温度之间 温度范围 1150 1250 该区处于液固状态 一部分铸铁已熔化成为液体 其它未熔部分在高 温作用下已转变为奥氏体 1 冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响 V 冷很快 液态铸铁在共晶转变温度区间转变成莱氏体 即共晶渗碳体加奥氏体 继续冷却则为 C 所饱和的奥氏体析出二次渗碳体 在共析转变温度区间 奥氏体转变 为珠光体 由于该区冷速很快 在共析转变温度区间 可出现奥氏体 马氏体的过 程 并产生少量残余奥氏体 当半熔化区的液态金属以很慢的冷却速度冷却时 其共晶转变按稳定相图转变 最后其室温组织由石墨 铁素体组织组成 当该区液态铸铁的冷却速度介于以上两种冷却速度之间时 随着冷却速度由快 到慢 或为麻口铸铁 或为珠光体铸铁 或为珠光体加铁素体铸铁 影响半熔化区冷却速度的因素有 焊接方法 预热温度 焊接热输入 铸件厚 度等因素 例 电渣焊时 渣池对灰铸铁焊接热影响区先进行预热 而且电渣焊熔池体 积大 焊接速度较慢 使焊接热影响区冷却缓慢 为防止半熔化区出现白口铸铁焊件 预热到 650 700 再进行焊接的过程称热焊 这种热焊工艺使焊接熔池与HAZ 很缓 慢地冷却 从而为防止焊接接头白口铸铁及高碳马氏体的产生提供了很好的条件 研究灰铸铁试板焊件 热输入相同时 随板厚的增加 半熔化区冷却速度加快 白口淬硬倾向增大 2 化学成分对半熔化区白口铸铁的影响 铸铁焊接半熔化区的化学成分对其白口组织的形成同样有重大影响 该区的化 学成分不仅取决于铸铁本身的化学成分 而且焊逢的化学成分对该区也有重大影响 这是因为焊逢区与半熔化区紧密相连 且同时处于熔融的高温状态 为该两区之间进 行元素扩散提供了非常有利的条件 某元素在两区之间向哪个方向扩散首先决定于该 元素在两区之间的含量梯度 含量变化 元素总是从高含量区域向低含量区域扩散 其含量梯度越大 越有利于扩散的进行 w 提高熔池金属中促进石墨化元素 C Si Ni 等 的含量对消除或减弱半熔化 区白口的形成是有利的 用低碳钢焊条焊铸铁时 半熔化区的白口带往往较宽 这是因为半熔化区含 C Si 量高于熔池 故半熔化区的 C Si 反而向熔池扩散 使半熔化区 C Si 有所 下降 增大了该区形成较宽白口的倾向 3 奥氏体区 该区被加热到共晶转变下限温度与共析转变上限温度之间 该区温度范围约为 820 1150 此区无液相出现该区在共析温度区间以上 其基体已奥氏体化 加热温 度较高的部分 靠近半熔化区 由于石墨片中的碳较多地向周围奥氏体扩散 奥氏 体中含碳量较高 加热较低的部分 由于石墨片中的碳较少向周围奥氏体扩散 奥氏 体中含碳量较低 随后冷却时 如果冷速较快 会从奥氏体中析出一些二次渗碳体 其析出量的多少与奥氏体中含碳量成直线关系 在共析转变快时 奥氏体转变为珠光 体类型组织 冷却更快时 会产生马氏体 与残余奥氏体 该区硬度比母材有一定提 高 熔焊时 采用适当工艺使该区缓冷 可使A 直接析出石墨而避免二次渗碳体析 出 同时防止马氏体形成 4 重结晶区 很窄 加热温度范围 780 820 由于电弧焊时该区加热速度很快 只有母材 中的部分原始组织可转变为奥氏体 在随后冷却过程中 奥氏体转变为珠光体类组织 冷却很快时也可能出现一些马氏体 二 裂纹是易出现的缺陷 1 冷裂纹 可发生在烛焊缝或热影响区上 2 产生部位 铸铁型焊缝 当采用异质焊接材料焊接 使焊逢成为奥氏体 铁 素体 铜基焊缝时 由于焊缝金属具有较好的塑性 焊接金属不易出现冷裂纹 3 启裂温度 一般在 400 以下 原因 一方面是铸铁在 400 以上时有一定 塑性 另一方面焊缝所承受的拉应力是随其温度下降而增大 在400 以上时焊缝所 承受的拉应力较小 4 产生原因 焊接过程中由于工件局部不均匀受热 焊缝在冷却过程中会产生 很大的拉应力 这种拉应力随焊缝温度的下降而增大 当焊缝全为灰铸铁时 石墨呈 片状存在 当片状石墨方向与外加应力方向基本垂直 且两个片状石墨的尖端又靠得 很近 在外加应力增加时 石墨尖端形成较大的应力集中 铸铁强度低 400 以下 基本无塑性 当应力超过此时铸铁的强度极限时 即发生焊缝裂纹 当焊缝中存在白口铸铁时 由于白口铸铁的收缩率比灰铸铁收缩率大 加以其中 渗碳体性能更脆 故焊缝更易出现裂纹 5 影响因素 1 与焊缝基体组织有关 焊缝中渗碳体越多 焊缝中出现裂纹数量越多 当 焊缝基体全为珠光体与铁素体组成 而石墨化过程又进行得较充分时 由于石墨化过 程伴随有体积膨胀过程 可以松弛部分焊接应力 有利于改善焊缝的抗裂性 2 与焊缝石墨形状有关 粗而长的片状石墨容易引起应力集中 会减小抗裂性 石墨以细片状存在时 可改善抗裂性 石墨以团絮状存在时 焊缝具有较好的抗裂性能 3 与焊补处刚度与焊补体积的大小及焊缝长短有关 焊补处刚度大 焊补体积大 焊缝越长都将增大应力状态 促使裂纹产生 w 三三 焊焊接接材材料料 铸铁焊条简明表铸铁焊条简明表 牌号GB 标准AWS 标 准 药皮类 型 焊接电 源 主要用途 Z208EZCEC1 石墨型 交 直 流 用于焊补灰口铸铁的缺陷 Z238EZCQ 石墨型 交 直 流 用于焊补球墨铸铁件 Z308EZNi 1 ENi C1 石墨型 交 直 流 用于铸铁薄件及加工面的补焊 如发 动机座 机床导轨 齿轮座等重要灰口铸 铁件 Z408EZNiFe 1 ENiFe C1 石墨型 交 直 流 用于重要高强度灰口和球墨铸件的补 焊 Z508EZNiCu 1 ENiCu B 石墨型 交 直 流 用于强度要求不高的灰口铸件的焊补 表一 常见的焊接材料除了有国标 GB10044 88 铸铁焊条及焊丝 规定的外 见表一 还可以选择 18 8 型不锈钢焊条及其他高铬镍焊条 铸铁手工电弧焊焊条除了表一的 之外 还可以选用表二的各种焊条 名称牌号所属 国标型 号 药皮类 型 焊芯成 分 焊缝主 要成分 焊接电 源 主要用途 氧化型 钢芯铸铁 焊条 Z100EZFe 2 氧化型低碳钢碳钢交 直 流 焊接后不 进行切削加 工的灰铸铁 件 Z116EZV 低氢型低碳型高钒钢交 直 流 高钒铸 铁焊条 Z117EZV 低氢型低碳型高钒钢直流反 接 要求强度 很高的灰铸 铁 球墨铸 铁 可锻铸 铁 Z607 低氢型纯铜铜基 铜铁混合 直流反 接 铜铁铸 铁焊条 Z612 钛钙型铜包钢 芯 铜基 铜铁混合 交 直 流 一般灰铸 铁 抗裂性 好加工性好 常用于非加 工面的铸铁 焊补 表二 四 焊补工艺四 焊补工艺 在焊接前要做好各项焊前的准备工作 具体的有以下的一些方式 用砂轮 扁铲 风铲等工具将缺陷处的型砂 氧化皮 铁锈等清除干净 直至露出金属光泽 离缺陷 10 20mm 处也应该磨干净 如果有油污 用气焊火焰少点 以免焊条熔滴焊不上去和产生气 w 孔 为了避免加热时引起裂纹 加热温度不宜太高 一般在 100 150 有时油污较多 气焊火焰需要进行多次燃烧才能彻底除去油污 如果缺陷是裂纹 在查出裂纹的全长后 离裂缝两端 3 5mm 处钻止裂孔 孔径 4 6mm 以防止焊接时裂缝扩展 目前 我国最常用的焊补方法是手工电弧焊和气焊 其次是钎焊和手工电渣焊 可 以根据缺陷的类型来选择焊接方法 一 手工电弧焊焊补灰铸铁 1 焊缝为非铸铁成分的电弧冷焊工艺 1 冷焊的工艺要点 1 短段 断续施焊 焊接铸铁时很容易开裂 为了减小热应力和防止冷裂纹 必须减小焊接处与母材的温差 其办法不是预热铸件 而是降低焊补区的温度 每次 只焊接一小段 待焊缝冷却到 50 60 时 再焊接下一段 焊接不能连续进行 但可 以分散在多处起焊 2 焊接电流尽可能小 电流大会增加熔深 母材铸铁融入焊缝过多 影响焊缝 成分 使融合区白口层增厚 不仅难以加工 甚至会引起冷裂纹和焊缝剥离 电流大 还会加大焊接处与母材的温差 导致开裂 因此在保证焊缝与母材熔合良好的前提下 电流尽可能的小 3 锤击焊缝 每焊接一小段后 立即用带圆角的尖头小锤快速锤击焊缝 焊缝 底部锤击不便 可以用圆刃扁铲轻捻 这样既可松弛焊接应力 防止裂纹 又可以锤 紧焊缝微孔 增加焊缝的致密性 同时还要注意 电弧冷焊对温度比较敏感 难焊的铸件应在室内完成 防止风吹 并可将工件放置在炉旁 稍许提高其整体温度 要求更高时可将工件整体预热 200 250 2 冷焊的焊前准备和焊接 电弧冷焊线状缺陷时坡口常用 U 型坡口 也有用 V 型坡口的 U 型比 V 型的熔合 比小 坡口尺寸如图二所示 a w b 图二 裂纹缺陷的坡口 a 未裂透缺陷的坡口 b 裂透缺陷的坡口 对于深坡口的焊接 由于焊缝体积大 焊接应力也大 容易引起焊缝与母材的剥离 为此 除了遵循上述的冷焊工艺要点外 还要采取下列措施 1 采取如图三所示的多层焊顺序 以减小焊接应力 图三 多层焊顺序 图四 栽丝法 2 在母材材质差 焊缝强度高时 或工件受力大 要求强度高时 可采用栽丝法 见图四 由于螺丝承担了部分的焊接应力 能防止焊缝剥离 提高焊补强度 3 坡口内加装强筋钢条 见图五 焊补厚大件时 坡口较大较深 则这种加强筋可 改为加强板 且叠加几层 加强筋钢条或加强板承受了巨大的应力 提高焊补接头的强 度和刚性 由于大大减少的了焊缝金属 因而又进一步减小了焊接应力 跟有效的防止 焊缝剥离 焊缝金属减少后 提高了焊补生产率 w 图五 加装加强筋 图六 组合焊接法 4 焊补完后 焊缝外面可加装加固钢板 使焊补区承载能力更大 5 铸件损坏的范围较大时 可把这一范围挖掉 换上同样大小的镶块 再焊接起来 称为镶补法 或者采用补贴法 即缺陷的地方不必铲除 紧贴缺陷外面再焊一块补板 6 为了焊补较大缺陷时节约镍基或高钒焊条 可以如图六所示 仅第一层 或第一 第二层 采用加工性 抗裂性较好的镍基或高钒焊条焊接 以后各层采用低碳钢焊条进 行填充 称为组合焊接法 下面举一例灰口铸铁的电弧冷焊 1000KN 冲床的右立柱和底座交界处产生一裂纹 长度等于右立柱和底座交接的整个长度 为 500mm 并且裂缝延伸到右立柱的前面和后面 采用在原来的安装位置上冷焊修复 具体的修复方案如下 1 坡口形状和尺寸如图七所示 从原来立柱和底座的交接线向右下挖深 25mm 坡口底 部宽 5mm 2 采用纯镍焊条和镍铁焊条交替焊接 冲床材质好 用纯镍焊条打底 与母材结合很 好 两种焊条条的直径都为 4mm 焊接电流较小 为 120A 考虑到立柱和底座都很厚大 散热快 焊缝每一段长度达 25 30mm 坡口底部焊缝为平焊 上部为横焊 两侧为立焊 3 为了保证焊接后的使用强度 坡口内部栽丝 5 对 安装 5 根坚强筋 焊缝两端外部 各装一棵加强筋 采用直径 16 的不锈钢圆钢 头部为 M12mm 螺纹 如图八左上角所示 螺丝旋入坡口内部上下侧螺纹孔内 再用直径 16 的圆钢与螺丝搭接焊 在焊加强筋前 坡口底部先焊至螺纹孔附近 如图八所示 最后焊满坡口 4 焊缝两端各装一根加强筋 如图九所示 先在端部开槽 钻 4 个孔 再把直径 20mm 不锈钢圆钢烧红 压入槽内和孔内 冷却后 使用镍铁焊条与母材焊牢 5 再焊缝两端用 20mm 厚的钢板覆盖在右立柱和底座交界处 用几个 M16 的螺丝旋紧在 立柱和底座上 螺丝头部与钢板焊牢 钢板与冲床用镍铁焊条焊牢 这样进一步加强了 焊补区 见图十 w 图七 坡口尺寸和形状 图八 坡口内部加装加强筋 图九 焊缝两端加装加强筋 图十 焊补区端部加装加强钢板 6 最后在焊缝上浇一层环氧树脂 防止油进入后对焊补区有腐蚀和涨裂作用 2 焊缝为铸铁成分的电弧焊工艺 焊缝成分为铸铁的焊条有钢芯石墨化型铸铁焊条 Z208 和铸铁芯焊条两种 1 钢芯石墨化型铸铁焊条 Z208 焊接 一般情况下需要预热到 400 半热焊 焊后缓冷 也有预热到 600 700 的情况 对中小型工件端部位置的缺陷 由于焊缝较 能自由收缩 不易产生热应力裂纹 可以不预热 电流较大 可以使药皮充分熔化 使 焊缝热量较多 焊后减慢冷却速度 以免产生白口 电弧较长 使药皮中大量高熔点石 墨化元素充分熔化和反应 发挥石墨化作用而避免白口 工件边角的小缺陷可以一次堆 焊完成 大缺陷连续堆焊 3 4 层后迅速清理熔渣 栽继续堆焊 目的是保证巨大热量 焊缝缓冷 由于焊缝为铸铁 塑性很差 锤击消除应力没有多大效果 所以不锤击 焊 后要保温缓冷 以进行石墨化 防止白口 还可以减少应力 2 铸铁芯焊条焊接 焊条为铸铁芯 药皮又含大量石墨化元素 比 Z208 更容易 石墨化 所以可以预热 也可以不预热 w 小而浅的缺陷开坡口时 要予以扩大 为了防止焊接时铁水流散 坡口周围要用黄 泥或耐火泥之类的材料筑堤 如图十一 a 所示 如果缺陷位于工件边缘 可用黄泥 石墨板或耐 火砖之类的材料造型 如图十一 b 所示 焊前用气体火焰将焊补处的油污连同耐火材 料中的水分除掉 a b 图十一 焊补处筑堤和造型 采用大电流 长电弧 从坡口中心焊起 逐渐移向边缘 连续焊接 焊接过程中 如发现熔池中的铁水白亮并沸腾时 应暂时中断焊接 等熔池停止沸腾 颜色变暗后 继续施焊 焊接时还要注意母材熔化不能过多 当熔池高出坡口表面以后 电弧应沿熔 池边缘靠近造型材料移动 以使融合区得到充分热量 保持较长时间的红热状态而防止 白口产生 焊至高出母材表面 5 8mm 焊后撒上一薄层煤灰 如立即燃烧 可再撒一些 3 手工电弧焊焊补灰铸铁的注意事项 焊接应力裂纹与缺陷的部位 大小有关 如果缺陷在刚性较小的部位 焊补区收缩比较自由 焊接后不会产生裂纹 这个部位的 焊补区扩大些 更易保证焊接质量 如果缺陷在刚性较大的部位 只要缺陷面积不大 也不致产生裂纹 缺陷面积大 则较易开裂 所以在刚性较大的部位补焊时 选用较小 的电流 防止局部过热 避免裂纹 还应分段焊补 先焊里面 后焊外面 若有几处缺 陷相互靠近 则应先焊中央的 后焊边缘的 实践证明 中型机床导轨端部 300mm 以内 的缺陷 可以成功的采用不预热焊补法 导轨中部的大缺陷仍需预热 二 气焊焊补铸铁 1 气焊焊补铸铁的分类 气焊焊补也可以分为热焊合不预热焊两种 但是都要注意 以下的问题 1 焊炬功率应大些 否则不易消除气孔和夹渣 焊炬的大小可以按照表三来进行 选择 消除缺陷底部和开坡口时可以选用氧化焰 焊接过程中必须用弱碳化焰或中性焰 焊接结束时宜用个碳化焰使焊补区缓冷 这样可以减少碳 硅的烧损 消除过厚的氧化 膜 防止白口冷硬发生 铸件壁厚 mm 焊嘴孔径 mm 氧气压力 Mpa 20 5050 6 2020 4 表三 焊炬的规格选择 2 厚大件不预热气焊宜用含硅量较高的焊丝 焊丝内不能有气孔 夹渣 3 用火焰清理缺陷时应把熔化的母材清除出去 防止熔化物冷硬 熔透母材后在滴 入焊丝金属 以防融合不好 不预热气焊时不要过多地熔化母材 4 焊接时 如果发现熔池中有白亮点夹杂物 这就是高熔点的二氧化硅 SiO2 可往熔池中加入少量的焊粉 把二氧化硅去掉 消除夹渣 焊粉不易加入过多 否则会 w 降低熔池温度 容易引起夹渣和气孔 主要办法是提高铁水温度 用火焰向熔池中心吹 往深处熔化 促使气体 夹杂物浮起 用焊丝挑去 操作时应注意使火焰始终盖住熔池 并保持焰心距熔池 15 20mm 5 焊接快结束时 应使焊缝稍高出工件表面 并用焊丝刮去表面层 表面层含杂 质较多 冷却后硬度较高 刮去后焊补处易于加工 2 气焊热焊法和不预热焊法在适用范围和工艺方法 气焊热焊法和不预热焊法在适用范围和工艺方法上有着很大区别 下面会分别作出 介绍 1 热焊法 系指铸件整体加热或较大范围的局部加热到 600 700 一般用在以 下情况 1 焊补区不在铸件的边角部位 而在中间刚性较大部位 不能自由地热胀冷缩 2 长期在高温 腐蚀条件下工作的铸件 内部已有些变质 3 铸件材质较差 组织疏松粗糙 用电弧冷焊的话则焊条金属很难与母材融合在一 起 4 铸件较厚较大 不预热则热量不足 难以施焊或焊接速度太慢 铸铁在 400 温度以下为弹性变形 400 600 为弹塑性变形 高于 600 则为完全 塑性变形 当铸件预热到 600 以上时 由于完全没有弹性而为塑性变形 所以 首先可 以消除铸件原已存在的铸造应力 其次在焊接过程中产生的热应力可以通过铸铁的塑性 变形来抵消 2 不预热焊法 在次操作中要掌握好焊接方向和速度 巧妙的运用热胀冷缩规 律 使焊补区在焊接过程中能够比较自由的伸缩 从而减小焊接应力 避免热应力裂纹 用加热 减应区 法防止裂纹 即在焊补件上找一个区域 在此处加热就可以使焊补件 的焊接应力减小甚至消除 则该区域称为 减应区 选择减应区的原则是 1 减应区选在阻碍焊缝热胀冷缩的部位 2 减应区本身与其他部位连接不多 比较强固 且与焊补区共同受热之后冷却时 能够比较自由的与焊补区一起收缩 3 减应区根据需要可以选择一处或几处 在用加热减应区法进行气焊时还要注意一下的几个方面 1 不焊接时 气焊火焰对着空间或减应区 绝不能对 着其他不焊的区域 2 减应区温度不宜过高 一般超过 750 以免该区性 能降低 3 在室内避风处进行焊接 下面举一个不预热气焊焊补灰铸铁的实例 皮带轮 轮辐在 1 处断裂 见图十二 1 焊前用焊炬加热外圆 2 处 减应区 时外圆向 外膨胀 当断裂处间隙增大到 105mm 左右时 迅速将火 焰移到断裂处 1 处 加热 同时间隔加热 2 处 使 2 处 继续保持热态 2 图十二 2 在断裂处快要熔化时 该处的间隙消失 迅速用焊炬从两边开坡口 焊好 再 用火焰加热外圆 2 处 使焊补区和外圆 2 处同时缓冷 因而减小应力 不会产生裂纹 w 3 外圆 2 处红热面积不宜过大 否则可能引起 3 和 4 处裂开 4 如果轮辐不只是一处断裂 而是多处断裂 都可以按照同样的原理进行补焊 减应区也可以选在别处 例如 1 处断裂 则可以在 5 处加热 焊补后直到 1 处冷却到 不会开裂的温度 约 200 300 为止 5 又如轮辐 1 3 6 根断裂 则可以按 6 3 1 的顺序开坡口并立即焊接后在 5 处加热 直到上述三处冷去到不会开裂的温度为止 三 钎焊焊补灰铸铁 1 灰铸铁钎焊的特点 1 由于母材铸铁不熔化 钎料又是黄铜等 所以不产生熔合区白口 如果选用某种钎 料 能使钎料焊接温度不超过铸铁的奥氏体相变温度 800 则在热影响区连马氏体 淬火组织也不会形成 焊缝金属中没有铸铁融入 硬度总是很低 钎焊接头的加工性能 很好 2 由于焊补区加热温度较低 所以热应力较小 从而降低了冷冽问倾向 逐渐变形较 小 3 焊缝硬度大都较母材低 接头强度也比较低 焊缝颜色与母材差别较大 上述特点 使钎焊主要用于焊补加工过程中或加工以后发现的缺陷 铸铁件上磨损面积 较大的缺陷 容易产生裂纹的缺陷 长期在高温下工作的已变质的铸件 不易焊补的部 位等 2 钎焊的工艺要点 铸铁钎焊大都是氧乙炔火焰加热的硬钎料 以黄铜居多 熔点在 450 以上 其主要的钎 焊工艺如下 1 焊前对坡口的清理要求很高 用汽油等洗净焊补区的油污 在裂缝两端钻止裂孔 用扁铲 砂轮等工具彻底清除焊补区杂物 直至露出金属光泽为止 2 为了扩大钎料和母材的结合面积 增加接头牢固性 坡口开成图十三所示的形式 用氧化焰加热坡口到 900 930 樱红色 使坡口表面的石墨烧去 以便钎料深入母材 提高接头强度 图十三 钎焊破口开口示意图 3 在已预热的坡口上撒上钎剂 并将烧红的焊丝蘸上钎剂 用弱氧化焰钎焊 弱氧化 焰可使熔池表面形成氧化锌薄膜 阻止熔池内部的锌蒸发和氧化 先用黄铜焊丝在坡口 上焊一薄层铺底 然后逐渐填满焊缝 为了防止锌被烧损和产生气孔 力求焊补处不要 过热 为此 应保持焰心与熔池间的距离比一般焊接时要大些 约 8 10mm 火焰指向焊 丝 不要在指向熔池 不要做往复运动 添加焊丝速度要快 加热部位要小 w 4 铸铁件加热时要准确判断加热温度 如果温度不够 钎料熔滴成球状二不与母材结 合 温度过高 则钎料熔滴冒烟 结合也不是很好 5 为了减小钎焊时应力钎焊顺序应由内向外 左右交替 长焊缝应分段钎焊 每段以 800mm 长为宜 第一段填满后 待温度冷却到 300 以下 再焊第二段 段与段之间要衔 接好 6 由于铸铁黄铜钎焊的温度已在铸铁奥氏体的相变温度以上 所以焊后要用火焰适当 加热焊缝周围 使其缓冷 防止近缝区奥氏体相变后淬火 7 用小锤锤击焊缝 使焊缝组织紧密 并松弛焊接应力 铸铁钎焊还可以才用银基钎料 例如银镉钎料 313 配用钎剂 J101 由于 L313 的钎焊温 度低于铸铁的奥氏体温度相变温度 热影响区不会有淬火组织 无裂纹 变形也小 四 手工电渣焊焊补灰铸铁 1 焊前准备 夹杂物要全部清除 直至露出纯净金属 缺陷要铲成规则形状 底部尽可 能平坦或平缓过渡 若有凹陷时 其大小必须保证石墨棒容易到达 铲成的缺陷要有足 够大的尺寸 深度一般不小于 15mm 便于建立稳定的电渣过程和焊透 如图十四 a 所 示 用石墨板和型砂在缺陷周围造型 造型是为了容纳熔渣和液态金属 同时也有保温 缓冷作用 因此 根据铸件具体情况选择和适当扩大造型的保温面 以石墨板为内壁 石墨板与铸件的配合应紧密 缝隙不能太大 以免漏渣和漏铁水 石墨板外填型砂 压 实 开气眼 型砂高度应低于石墨板 以免砂子落入渣池 造型后吹去型内的砂子 以 免影响熔渣性能 2 焊前预热 根据铸件大小 用煤气或焦炭将缺陷和保温面预热 3 5h 温度达 300 600 3 引弧造渣 缺陷底部放少量的焊剂 石墨棒触及缺陷底部引弧 利用电弧热把焊剂熔 化成熔渣 继续加入焊剂使其熔化并压低电弧 大量熔渣逐渐形成渣池 电弧随之消失 进入了稳定的电渣过程 电流在熔渣中通过时产生的电阻热 继续熔化焊剂 加热缺陷 部位 直至缺陷底部熔化 即可加入填充金属 边停止了引弧造渣阶段 图十四 a 而进 入了正常焊接过程 图十四 b 造渣过程不是单纯的为了造渣 更重的是为了预热缺陷 造渣预热按缺陷的面积可采用 1 3 个电极 通常缺陷面积小于 100 x200mm 是用一个电极 小于 200 x300mm 时 用两个电极 更大时选用 3 个电极 也可分段 分次焊补 a 弧造渣 b 正常焊接 4 焊接 填充金属可以选用铸铁切屑 如国铁屑中石墨化元素不够 考虑焊接过程中这 些元素的烧损较多 可以适当的补加硅铁 铁屑要纯净 无锈无油 经 300 400 烘焙除 油 焊接过程中 铁屑连续均匀的加入 每次加入量不宜过多 以免渣池温度降低太多 而产生夹渣等缺陷 填充金属也可以是铸铁棒 在引弧造渣过程结束后 把石墨棒换成 w 铸铁棒 缺陷较大时 要缓慢摆动焊钳 使电极沿着渣池移动 均匀加热缺陷 并注意与底部 保持一定距离 缺陷填满待渣面凝固后撒上干砂 使其缓冷 几小时后拆型 5 手工电渣焊焊补灰铸铁的工艺参数如下 1 石墨电极 长 400 500mm 断面形状有矩形 方形 圆形等 根据缺陷形状和 尺寸而定 圆形石墨电极常用 30 40mm 2 电源 三相变压器 容量为 160 千伏安 也可以用两个相同型号的焊接变压器 并联使用 3 焊前预热 预热时间 3 5h 预热温度 300 600 4 造渣预热时间 15 30min 5 渣池深度 40 50mm 6 焊接电流 它与渣池深度及电极与缺陷底部之间的距离有关 电极与缺陷底部 的距离减小 则电流增大 为使电流稳定 一般不改变以上参数 在上述熔池深度 电 极与缺陷底部间距的情况下采用 1000 1500A 焊接电流 7 焊接电压 在焊接过程中基本不变 为 40 50V 五 综上所述 手工电渣焊的特点和适用范围概括如下 1 电渣焊以熔渣的电阻热为热源 温度较低 只有 1500 2000 所以加热时间 长 加热范围大 焊缝和热影响区冷却也很慢 有效的避免了白口 获得加工性能良好 与母材理学性能相同且颜色一致的焊补接头 2 由于电功率大 并可以用 1 3 个电极 因而能焊补深而大的缺陷 3 由于焊缝金属面积较大 受热范围较广 因而焊接应力大 焊补刚性较大或薄 壁复杂铸件时容易产生热裂纹 4 需要预热 准备工作和操作工艺复杂 需用较大的电流 深度小于 15mm 的缺陷 难以得到稳定 的电渣过程以保证质量 电渣焊焊补铸件主要用于大型铸件上刚性不大的甚大缺陷焊补 综上所述的各种焊接方法 可以将它们的特点系统做一个比较 有利于具体焊接时便 于选择 具体的比较见表三 表三 用各种焊接方法焊补铸铁的特点 焊接焊接 方法方法 焊接材料焊接材料母材母材 焊缝金焊缝金 属属 b b MPa MPa 接头接头 机械机械 加工加工 性能性能 接头接头 致密致密 性性 热裂热裂 纹倾纹倾 向向 热应热应 力裂力裂 纹倾纹倾 向向 备注备注 手工电 弧冷焊 EZNi Z308 灰铸铁 280较好 较好小小 手工电 弧冷焊 EZNiFe Z408 灰铸铁 球铁墨铸铁 高强灰铸铁 400 500 较好 较好小较小 手工电 弧冷焊 EZNiCu Z508 灰铸铁 较好 稍差 较小小 预热 200 左右可进一步改 善机械加工性 母材含磷高 时焊缝易产生热裂纹 手工电 弧冷焊 EZV Z116 Z117 灰铸铁 球铁墨铸铁 400稍差好极小较小 手工电 弧冷焊 铜钢焊条或奥氏 体铁铜焊条 灰铸铁 较差稍差 较小小 手工电 弧冷焊 EZFe Z100 E5015 灰铸铁 可 锻铸铁 球 很差较差大大 多用于非加工面焊补 w 墨铸铁 手工电 弧半热 焊 EZC Z208 Z218 灰铸铁 与母材等 强度 较好好 不产 生 较小 多用于小件修复 手工电 弧热焊 石墨化型药皮铸 铁芯焊条 灰铸铁 与母材等 强度 很好 硬 度分布 均匀 好 不产 生 较小 劳动条件较差 铸铁芯 焊条不 预热电 弧焊 石墨化型药皮铸 铁芯焊条 灰铸铁 与母材等 强度 较好好 不产 生 刚度大 的部位 易裂 劳动条件好 刚度小的部位 可代替热焊 预热气 焊 灰铸铁焊丝球墨 铸铁焊丝 灰铸铁 球 墨铸铁 与母材等 强度或接 近 很好 硬 度分布 均匀 好 不产 生 较小 多用于中 小件 加热减 应区法 气焊 灰铸铁焊丝灰铸铁 与母材等 强度 很好好 不产 生 加热不 当时易 裂 多用于汽车 拖拉机缸体 缸盖 齿轮箱 皮带轮等 复杂结构 大刚度部位缺 陷的焊补 不预热 气焊 灰铸铁焊丝灰铸铁 与母材等 强度 很好好 不产 生 较小 用于小件或中小件边角部位 焊补 钎焊黄铜丝 灰铸铁 可 锻铸铁 120 150 较差小小 也可用于熔焊时不易熔合的 铸铁 焊缝颜色与母材差别 大 钎焊银锡钎料灰铸铁 很好 小 多用于导轨面研伤的修复 焊缝颜色与母材差别大 钎焊 Cu Zn Ni Mn 钎 焊 灰铸铁 可 锻铸铁 240 280 很好好小小 部分代替预热气焊 焊缝颜 色与母材差别小 气电焊 高钒钢焊丝 球墨铸铁 灰铸铁 400稍差好较小较小 用于球铁轧辊辊脖堆焊及汽 车传动轴焊接等 CO2保护 气电焊 镍铁合金焊丝 球墨铸铁 高强灰铸铁 400 500 较好较好小小氩气保护 气电焊 低碳低合金钢焊 丝 灰铸铁 球 墨铸铁 细丝较 好 较好 较小较小 CO2保护 手工电 渣焊 灰铸铁铁屑灰铸铁 与母材等 强度 很好好 不产 生 刚度大 的部位 易裂 用于特厚大件 劳动条件差 五 铸铁补焊的检测五 铸铁补焊的检测 焊补效果检测的方法有 1 目视检测 20 倍放大镜检测焊补区域 观察焊补点颜色与母体相同 有无烧痕 咬边 焊补点 及其周围有无微裂纹 明显分界线 2 用手提式硬度计测量其硬度和强度 3 选用超声波探伤 选用 20 的探头 250MHz 的波长进行探伤 六 总结六 总结 w 工业上大量使用灰铸铁铸件 而铸件裂纹的焊补具有重要的经济价值和现实意义 通过对灰铸铁铸 件缺陷的几种常用焊补方法介绍 从而了解其焊接方法及工艺措施 得到符合要求的灰铸铁铸件裂纹的 焊补质量 这样既有利于节省大量的修理更换铸件的时间 为生产的顺利进行提供了有力的保障 同时也节 约了大量的成本 为创造高利益提供了基础保证 另一方面也利于焊接工人提高自己的焊接技术 在保证了工作质量的的同时也提高了工作效率 做到企业个人双赢 w 致谢致谢 在学院及机械工程系各位领导及老师的大力支持下 我基本完成了该项论文任务 在该课题的整个论文过程中 学院为我们提供了业务能力较高的指导教师和学校图书馆 里大量丰富的资料以及优质高性能的设备 为我们创造了优良的设计环境 给我们的设 计奠定了一个坚实的基础 同时在整个论文过程中 得到了指导教师 魏绍生老师的 大力帮助 让我们的论文更加完美 在此 非常感谢学院领导和系领导给予了我这次机 会 让我得以施展自己所学 达到学以致用的目的 通过这次的毕业论文 虽然只有短 短的一个月的时间 但也让我学到了更多的专业知识及其它知识 这将使我在以后的工 作中有一个很大的帮助 同时我在这里也感谢各位相关老师的悉心指导和大力帮助 感 谢学院的各位领导以及学院给予我这次学习的机会 通过三年的大学生涯 让我走向社 会 走入工作岗位 2010 年 5 月 w 参考文献参考文献 1 1 曾乐曾乐 焊接工程学焊接工程学 北京出版社 北京出版社 1986 2451986 245 页页 2 2 上海电焊条总厂上海电焊条总厂 焊接材料焊接材料 1987 1987 3 3 中国机械工程学会铸造分会中国机械工程学会铸造分会 铸造手册铸造手册 铸铁铸铁 M M 北京 机械工业出版社北京 机械工业出版社 2002 246 2002 246 4 4 焦辉焦辉 球墨铸铁和灰铸铁的超声波衰减鉴别球墨铸铁和灰铸铁的超声波衰减鉴别 J J 现代铸铁现代铸铁 2007 2007 5 5 青海大学学报青海大学学报 自然科学版自然科学版 2005 2005 年年 0202 期期 6 6 技工资源网 技工资源网 w 云南省机电职业技术学院 高 职 学 生 中 期 考 核 表 姓姓 名名 学学 号号 班班 级级 07151 专专 业业 焊接技术及自动化焊接技术及自动化 入学年月入学年月 2007 年年 09 月月 指导教师指导教师 2010 年年 03 月月 20 日填日填 w 教务员审核学生中期考核成绩单教务