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文档简介

1、 co2气体保护焊在灰口铸铁补焊中的应用 摘要 :本文从灰口铸铁的特殊性及co2气体保护焊的焊接特点及er49-1焊丝化学成分特点进行分析,论证细丝co2气体保护焊应用于灰口铸铁补焊的可行性。介绍了通过合理选择焊接材料、焊接参数以及采取适当的工艺措施,取得了良好的补焊效果。关键词 :灰口铸铁;co2气体保护焊;er49-1焊丝;补焊前言灰口铸铁具有良好的铸造性和切割性能,同时,也由于灰口铸铁中的石墨以片状存在,因此具有良好的耐磨性、抗震性和切削加工性并具有较高的抗压强度。灰口铸铁以铸件的形式用于生产,在生产过程中,时常会出现损坏现象,我公司的一台8mm剪板机在使用过程中,由于上下刀口间隙过大,

2、操作者操作不当,致使钢板夹于上下刀板之间,造成上刀架断裂,裂纹总长约550mm,厚度3550mm,该刀口材质为ht-200铸铁。如图1所示。进行刀板整体更换需要到厂家订做,耗费时间长,费用高;因此,需采取有效的工艺措施对剪板机刀口进行补焊。1灰口铸铁可焊性分析灰口铸铁的特点是含碳量特别高在2%4%左右,与普通的碳钢进行对比,其可焊性十分差。表1、表2为对比的化学成分表及力学性能表。表1 灰口铸铁与低碳钢的化学成分比较金属材料名称化学成分(%)csipsmn稀土低碳钢0.250.030.370.040.0350.40.8/ht2003.13.41.51.80.150.120.81.00.060.

3、1表2 灰口铸铁与碳钢的力学性能比较金属材料名称力学性能屈服强度mpa抗拉强度mpa延伸率%冲击值j/cm低碳钢10040000.508/ht200165390315660133320701.1 化学成分特殊由于灰口铸铁的化学成分特殊,在补焊过程中,母材近焊缝区受焊接高温加热,使得处于游离状态下的石墨熔于铁中。冷却时,当焊接接头在急冷条件下,熔于铁中的碳来不及以石墨的形式析出,呈渗碳体出现,即白口。白口组织硬而脆,使得焊缝难以加工,甚至导致增加裂纹的敏感性。1.2力学性能低灰口铸铁力学性能低,焊接接头发生裂纹的敏感性增大。从其力学性能数据可以看出塑性极差,几乎不能发生任何塑性变形,而且强度低,

4、所以在焊接应力及铸铁本身组织应力的共同作用下,当局部应力大于强度极限时,就产生裂纹,甚至产生剥离。因此,灰口铸铁的以上两方面特点,决定了灰口铸铁的焊接性不良。2补焊工艺设定由于灰口铸铁的特殊性,其补焊方式常用有手工电弧焊的热焊和冷焊。电弧热焊需要600700的预热温度,并保证不小于400的层间温度,焊接采用大电流的焊接参数,以及焊后700左右的消除应力热处理施工工艺。考虑其操作全过程均为高温,不宜采用。电弧冷焊可以不用焊前预热,采用小参数焊接,虽然没有热焊产生白口和应力的倾向小,但可以通过电流、极性等参数来控制熔合比。熔化极co2气体保护焊具备电弧冷焊的优势,而且热输入低,抗裂性能好,并且综合

5、成本低、效率高。因此,我们选用熔化极co2气体保护焊冷焊进行刀口的补焊。2.1 可行性分析由于灰口铸铁焊接性能不良,焊接接头白口区愈宽,其机械加工性能愈差,就容易出现裂纹。而焊接过程中影响白口区宽度的因素较多,如:焊接参数、焊件的大小、预热温度、焊缝的化学成分等等。当采用非铸铁型焊接材料时,焊缝半熔合区的宽度就是决定白口区的宽度。异质材料co2气体保护焊补焊时,焊缝组织不是铸铁,自然可以防止焊缝白口的产生。但由于母材熔化而过渡到焊缝中的碳较高,又产生另一种高硬组织马氏体。所以在采用异种材料焊接时,必须防止或减弱母材过渡到焊缝中的碳元素,产生高硬度组织的有害作用。这时,应当考虑加入到焊缝中的合金

6、元素对半熔化区化学成分的影响,也就是说半熔化区脱碳或增碳,可以使半熔化区变宽或变窄。另外,硫、磷的扩散也易使焊缝产生热裂纹和冷裂纹。焊接时为了削弱这种过渡,降低焊缝含碳量,避免淬硬组织,降低裂纹倾向,必须采用小规范焊接。2.2可焊性分析1、焊接工艺分析选用低碳低合金钢细丝co2气体保护焊丝,采用小规范焊接参数焊接,短路过渡,线能量输入小,有利于降低铸铁中过渡到焊缝中的碳的含量。焊丝中含有一定的硅、锰元素,以及电弧气氛的氧化性,使碳、硫、磷有一定的烧损,这有利于减少母材有害元素向焊缝中过渡。加上采用小线能量输入,母材熔深浅,以及co2气体本身的冷却作用,增加了焊接密封性,有利于减少温差及焊接应力

7、,从而降低焊缝对热裂纹的敏感性。2、焊材化学成分分析从灰口铸铁的特性得知,灰口铸铁中的部分碳来不及以石墨的形式析出,便形成渗碳体形式存在产生白口,使得力学性能降低,产生裂纹。因此,灰口铸铁焊接时,必须促进其石墨化,严防白口组织的产生。碳(c)是产生白口的基础;硅(si)能够降低碳在液相及固相的溶解度,因而促进石墨化过程的进行。表3 er49-1(h08mn2sia)化学成分名称化学成分(%)csimnpsnicrmover49-10.110.650.951.750.030.040.500.200.300.08采用er49-1焊丝焊接时,焊丝中的c和si是促进石墨化作用的元素;si与铁(fe)原

8、子的结合力很强,可以增强铁水和固态铸铁中碳原子的扩散能力,从而促进石墨化;mn(锰)与s(硫)生成mns,可以减弱s对石墨化的阻碍作用,而er49-1焊丝中低硫含量(见表3:er49-1化学成分),正好促使灰口铸铁中含量高达1.2%的硫间接发挥促进的作用;焊丝表面的cu(铜)也是促进石墨化的有益元素。因此,从焊材的化学成分上进行分析,采用er49-1焊丝焊接灰口铸铁,具有一定的理论依据。3、补焊工艺实施3.1焊前准备(1)为了防止裂纹的延伸扩大,在裂纹的端头各钻一个13mm的止裂孔,刀片槽与刀架横向壁厚采用单臂刨床加工坡口,剩余部分采用角向磨光机打磨加工,将工件上的油渍、砂粒等污物清除干净。在

9、壁厚50mm坡口内间隔3015mm呈品字形均布钻孔攻丝m12,拧入m1240mm螺栓(栽丝),外露10mm,如图2。(2)制备加固垫板,在刀架上钻孔攻丝,如图3。垫板材质为16mn,板厚20mm,固定螺栓为m2080mm,8.8级高强螺栓。垫板钻孔22mm,刀架攻丝m20。将垫板1和垫板2固定于刀架上,必须使垫板和刀架紧密贴合,焊接垫板1和垫板2接缝。3.2焊接工艺参数剪板机刀口补焊采用熔化极co2保护气体焊接(保护气体流量为15l/min),焊接工艺参数见下表4:表4: 剪板机刀口补焊焊接参数焊接方法填充金属焊接电流电弧电压()焊接速度(cm/min)线能量(kj/)牌号直径极性电流(a)g

10、mawer49-10.8dcep7585182016195.065.373.3工艺措施1、在焊缝端头设置引(熄)弧板,焊前将工件坡口两侧30mm内油污、锈蚀、杂质清理干净。2、焊接顺序为先焊刀架垂直壁厚至与横向壁厚平齐,再焊横向壁厚,依次往外焊接。3、为了防止局部过热,采用多层多道、分段逆向跳焊、短焊道(每段长度为5070mm)的焊接工艺;焊接时不作横向摆动;接头搭接为每段焊缝长度的1/4,收弧时必须填满弧坑。层/道焊缝温度为6080(检测区为焊缝背面焊缝热影响区域)。4、焊后锤击消除应力。每焊完5070mm后立即用锤子轻轻锤击焊缝及热影响区,以减少残余应力。5、在进行下一道焊接前,要对前一道焊缝进行细致的观察,如发现有裂纹、气孔等缺陷,必须及时清除后方可继续焊接。完成所有焊缝后,用石棉覆盖焊缝进行保温,使焊缝缓冷。3.4焊后检验焊后将焊缝余高打磨平齐,并将表面的氧化渣、飞溅等杂物清除干净,再用钢丝刷刷至露出金属光泽。用肉眼和510倍放大镜检查焊缝和热影响区有无裂纹等缺陷,再用mt-100探伤检验。4、焊后加固焊后经外观检验和无损检测合格后,将垫板固定螺栓拧紧,安装加固垫板,将固定螺栓与垫板焊接。5、结论采用细丝co2气体保护焊修补灰口铸铁,成本低,修复时间短,焊后经检查未发现裂纹等缺陷。修复后的刀架一直使用至今,效果良好。实践证明,通过合理选用工艺参数,采取适当

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