灰铸铁的焊接

第二节灰铸铁的焊接 一 灰铸铁的焊接性 灰铸铁的力学性能特点是强度低 基本没有塑性因而使焊接接头发生裂纹的可能性增大 同时 较高的碳含量以及S P含量也增加了焊接接头对冷却速度的变化以及冷热裂纹发生的敏感性 因此 灰铸铁的焊接性较差 主要表现在焊接接头易形成白口组织和焊接接头易产生裂纹 1 焊接接头白口组织 白口原因 灰铸铁焊接时 由于焊缝金属的冷却速度很大 远大于灰铸铁在砂型铸造情况下的冷却速度 同时熔池非常小 且存在时间短 焊接区域内的渗碳体来不及转化成石墨 从而在接头的焊缝及熔合区内将会析出大量的渗碳体 形成白口组织 白口区域 主要是焊缝区 半熔化区和奥氏体区 铸铁接头中存在白口组织 不仅会造成工件的加工困难 还会引起裂纹等缺陷的产生 因此 应采取减少白口组织生成的条件 其主要方法如下 改变焊缝的化学成分主要是增加焊缝的石墨化元素含量或使焊缝成为非铸铁组织 减缓焊缝的冷却速度减缓焊接施工时的冷却速度 可以延长熔合区处于高温状态的时间 有利于石墨的充分析出 从而实现熔合区的石墨化过程 2 焊接接头裂纹 一 冷裂纹冷裂纹一般发生在400 以下 铸铁焊接时 冷裂纹可能发生在焊缝中 也有可能发生在热影响区中 1 焊缝中的冷裂纹1 当焊缝为铸铁型时 比较容易出现冷裂纹 2 铸铁型焊缝发生裂纹的温度一般在400 以下 在400 以上的温度很少发生 3 当采用低碳钢焊条进行灰铸铁焊接时 由于母材熔化过渡到焊缝中的碳元素过多 使其第一层焊缝为高碳钢成分 快速冷却时会产生马氏体组织 高碳马氏体脆性大 也很容易产生冷裂纹 4 当采用异质焊接材料焊接灰铸铁时 焊缝为奥氏体 铁素体或铜基焊缝 由于焊缝金属具有良好的韧性 配合合理的冷焊工艺措施 焊缝金属一般不会产生冷裂纹 2 热影响区的冷裂纹热影响区中的冷裂纹多发生在含有较多渗碳体和马氏体的热影响区 某些情况下也会出现在离熔合区稍远的热影响区 采用低碳钢焊条焊接铸铁时 常在焊接热影响区产生一种剥离性裂纹 产生的原因是碳钢收缩率大 收缩应力大 焊缝屈服强度高 母材上的热影响区又有脆性的渗碳体和马氏体 防止冷裂纹产生的措施 防止灰铸铁焊接时冷裂纹产生的方法主要是减少焊接接头的应力及防止焊接接头出现渗碳体和马氏体 采用非铸铁塑性较好的焊接材料焊接 采用在坡口两侧裁丝法等焊接措施 采用焊前预热的方法采用加热减应区的方法以降低补焊处所受应力 电弧冷焊时 采用正确的冷焊工艺 二 热裂纹当焊缝为铸铁时 由于石墨化伴随着体积膨胀 使焊缝体积增加而收缩率减少 有利于降低接头的拉应力 同时 铸铁焊缝的成分接近于共晶点 其固液温度区间小 脆性温度区小 所以铸铁型焊缝的热裂纹倾向不大 但当采用低碳钢焊条或镍基铸铁焊条进行焊接时 焊缝容易出现热裂纹 防止灰铸铁焊缝产生热裂纹的措施主要有 调整焊缝金属的化学成分 缩小其脆性温度区间 调整焊缝的化学成分 如加入稀土元素增强焊缝的脱硫 脱磷能力 加入适量的细晶粒元素等 采用正确的冷焊工艺 降低焊接应力 并控制母材中的有害杂质进入焊缝区 二 灰铸铁的焊接工艺 灰铸铁焊接 目前常用的焊接方法是焊条电弧焊 气焊和钎焊 有时也采用CO2气体保护焊或电渣焊 1 电弧热焊及半热焊焊前将工件整体或有缺陷的局部位置预热到600 700 然后进行焊补 焊后进行缓慢冷的铸铁工艺 称为热焊 如果预热温度为300 400 则称为半热焊 热焊及半热焊焊条主要有两种 一种为Z248 采用铸铁芯加石墨型药皮 主要用于焊补厚大铸件的缺陷 另一种为Z208 采用低碳钢焊芯加石墨型药皮 在热焊条件下仍然可以保证焊缝为灰铸铁组织 电弧热焊工艺 1 预热 2 焊前清理 3 造型 4 焊接 5 焊后缓冷 半热焊与热焊工艺基本相同 但半热焊只能用于铸件焊补处刚性较小或形状较为简单的情况 2 电弧冷焊电弧冷焊的特点是焊前对被焊补的工件不预热 劳动条件好 成本低 焊补效率高等特点 电弧冷焊有铸铁型焊缝冷焊和非铸铁型焊缝冷焊两种工艺方法 但应用最多的是非铸铁型焊缝冷焊工艺 除了Z208和Z248为铸铁型灰铸铁焊条外 其余均为非铸铁型灰铸铁焊条 分为钢基 镍基和铜基三大类 3 气焊氧乙炔焊火焰温度比电弧温度要低很多 而且热量不集中 很适合于薄壁铸件的焊补 一般气焊时加热时间较长 工件受热面积较大 焊接应力较大 故焊补刚度较大的缺陷时 气焊比热焊更容易发生冷裂纹 所以一般情况下气焊主要用于刚性小的薄壁的焊补 对于刚性大的薄壁件进行焊补时 宜采用工件整体预热的气焊热焊法 4 钎焊灰铸铁钎焊时母材不熔化 对避免铸铁焊接接头出现白口是非常有利的 使接头有优良的可加工性 此外 钎焊温度低 接头应力较小 而接头上又无白口等脆硬组织 对裂纹的敏感性