材料焊接性第6章铸铁焊接ppt课件

1、第第6 6章章 铸铁焊接铸铁焊接铸铁铸铁 铸铁焊接铸铁焊接的运用的运用 碳的质量分数大于碳的质量分数大于2.11%2.11%的铁碳合金的铁碳合金 工业常用的铸铁工业常用的铸铁为铁碳硅合金为铁碳硅合金 铸造缺陷铸造缺陷的焊补的焊补 零部件零部件 的消费的消费 已损坏的已损坏的铸铁废品铸铁废品 件的焊补件的焊补 6.1 6.1 铸铁的种类及其焊接方法铸铁的种类及其焊接方法铸铸铁铁的的种种类类 灰铸铁灰铸铁 可锻铸铁可锻铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 白口铸铁白口铸铁 断口呈白亮色断口呈白亮色 断面呈灰色断面呈灰色 石墨呈团絮状石墨呈团絮状 石墨呈球状石墨呈球状 石墨呈蠕虫状石墨呈蠕虫状

2、6.1.1 6.1.1 铸铁的种类铸铁的种类表表6-1 6-1 灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途GB/T94391988GB/T94391988 表表6-2 6-2 球墨铸铁牌号、力学性能及显微组织球墨铸铁牌号、力学性能及显微组织GB/T13481988GB/T134819886.1.2 6.1.2 铸铁的凝固特点与石墨化铸铁的凝固特点与石墨化石石墨墨化化两两个个阶阶段段石墨化石墨化 第一阶段第一阶段 石墨化石墨化 第二阶段第二阶段 从过共晶铁液中直接析出的初生石墨从过共晶铁液中直接析出的初生石墨 共晶转变过程中构成的共晶石墨共晶转变过程中构成的共晶石墨

3、 奥氏体冷却析出二次石墨奥氏体冷却析出二次石墨 以及一次渗碳体、共晶渗碳体和二以及一次渗碳体、共晶渗碳体和二次渗碳体在高温下分解析出的石墨次渗碳体在高温下分解析出的石墨 包括共析转变过程中构成的共析石墨；共析渗碳体分解析出的石墨 假设第二阶段石墨化能充分进展，那么铸假设第二阶段石墨化能充分进展，那么铸铁的基体将完全为铁素体，但是由于温铁的基体将完全为铁素体，但是由于温度较低，普通难以实现，因此铸铁在铸度较低，普通难以实现，因此铸铁在铸态下多为铁素体加珠光体混合组织。态下多为铁素体加珠光体混合组织。 图图6-1 6-1 铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图图图6-2 6-2 合金元素对铸铁石墨化的影

4、响合金元素对铸铁石墨化的影响 C C、Si Si 、AlAl、NiNi、CuCu等为促进石墨化等为促进石墨化的元素，的元素， 而而S S、V V、CrCr、MoMo、MnMn等为妨碍石墨化等为妨碍石墨化的元素。的元素。 图图6-3 6-3 铸件壁厚冷却速度和化学成分碳硅总量对铸铁组织的影响铸件壁厚冷却速度和化学成分碳硅总量对铸铁组织的影响化学成分和冷却速度是影响铸铁石墨化的主要要素化学成分和冷却速度是影响铸铁石墨化的主要要素, ,从从冷却速度对石墨化的影响来看，缓慢冷却有利于石墨冷却速度对石墨化的影响来看，缓慢冷却有利于石墨化。铸铁的冷却速度与铸模类型、浇注温度、铸件壁化。铸铁的冷却速度与铸模

5、类型、浇注温度、铸件壁厚及铸件尺寸等要素有关。厚及铸件尺寸等要素有关。 6.1.3 6.1.3 铸铁焊接方法铸铁焊接方法焊条电弧焊、气焊、焊条电弧焊、气焊、CO2CO2气体维护电弧焊、气体维护电弧焊、手工电渣焊、气体火手工电渣焊、气体火焰钎焊以及气体火焰焰钎焊以及气体火焰粉末喷焊等粉末喷焊等 球墨铸铁件之间、球墨球墨铸铁件之间、球墨铸铁与各种钢件或有色铸铁与各种钢件或有色金属件之间，采用细丝金属件之间，采用细丝CO2焊、摩擦焊、激光焊、焊、摩擦焊、激光焊、电子束焊、电阻对焊、电子束焊、电阻对焊、分散焊等分散焊等 铸铁焊接铸铁焊接方法方法图图6-4 6-4 铸铁电弧焊的焊缝金属分类铸铁电弧焊的焊

6、缝金属分类6.2 6.2 铸铁焊接性分析铸铁焊接性分析6.2.1 6.2.1 焊接接头白口及淬硬组织焊接接头白口及淬硬组织焊接焊接接头接头焊缝焊缝区区 热影热影 响区响区 原始组织原始组织 区区( (母材母材半熔半熔 化区化区 奥氏奥氏 体区体区 部分重部分重结晶区结晶区 碳化物石墨碳化物石墨 化与球化区化与球化区 焊缝将主要由共晶渗碳体、二次焊缝将主要由共晶渗碳体、二次渗碳体及珠光体组成，即焊缝为渗碳体及珠光体组成，即焊缝为具有莱氏体组织的白口铸铁。具有莱氏体组织的白口铸铁。 冷却时冷却时:A:A高温高温L(L(共晶共晶Fe3C+A) Fe3C+A) 继续冷却：共晶继续冷却：共晶Fe3C+F

7、e3C+PFe3C+Fe3C+P的白口铸铁；快冷时：的白口铸铁；快冷时：A MA M冷速较慢时：冷速较慢时：A PA P冷速较快时：冷速较快时：A MA M冷却时：冷却时：A P冷速较快时：冷速较快时：A M+F混合组织混合组织图图6-5 6-5 灰铸铁焊接接头各区域组织变化灰铸铁焊接接头各区域组织变化未完全混合区未完全混合区其物理化学冶金特性与焊缝并其物理化学冶金特性与焊缝并不一样，更接近于半熔化区。不一样，更接近于半熔化区。 未完全混合区未完全混合区半熔化区半熔化区熔合区熔合区6.2.2 6.2.2 焊接裂纹焊接裂纹 铸铁型同质焊缝较长或焊补部位刚度较大时容易出现冷裂纹 铸铁焊缝冷裂纹的裂

8、纹源为片状铸铁焊缝冷裂纹的裂纹源为片状石墨的尖端位置石墨的尖端位置 当冶金或工艺要素控制不当，当冶金或工艺要素控制不当，铸铁焊缝出现白口时铸铁焊缝出现白口时 异质焊条焊接灰铸铁，延续焊长异质焊条焊接灰铸铁，延续焊长焊缝也会产生横向冷裂纹焊缝也会产生横向冷裂纹主要受焊接应力即热应力的影响，主要受焊接应力即热应力的影响，只需热应力不超越焊缝及热影响区只需热应力不超越焊缝及热影响区金属的塑性变形才干就不会开裂。金属的塑性变形才干就不会开裂。冷裂纹冷裂纹产生的产生的缘由缘由冷裂纹冷裂纹的防止的防止措施措施既然灰铸铁焊接冷裂纹产生的主要既然灰铸铁焊接冷裂纹产生的主要缘由是热应力，那么防止冷裂纹的缘由是热

9、应力，那么防止冷裂纹的措施也应从减小热应力入手。措施也应从减小热应力入手。 防止铸铁型同质焊缝出现冷裂纹最有效的防止铸铁型同质焊缝出现冷裂纹最有效的措施是对焊补工件进展整体高温预热措施是对焊补工件进展整体高温预热600600700700 在铸铁型焊缝中提高碳含量，并参与一定量在铸铁型焊缝中提高碳含量，并参与一定量的合金元素，如的合金元素，如MnMnwMn=0.75%wMn=0.75%、MoMowMn=1.17%wMn=1.17%、CuCuwCu=1.85%wCu=1.85%等等 钢焊缝冷裂纹主要受母材高含碳量的影响。钢焊缝冷裂纹主要受母材高含碳量的影响。为了消除或减轻碳的有害作用，提高铸铁为了

10、消除或减轻碳的有害作用，提高铸铁焊接时钢焊缝的抗冷裂纹才干，可以采取焊接时钢焊缝的抗冷裂纹才干，可以采取冶金措施。冶金措施。 白口及马氏体等脆硬组织对冷裂纹的不利影白口及马氏体等脆硬组织对冷裂纹的不利影响可以从冶金和工艺要素两方面入手加以解响可以从冶金和工艺要素两方面入手加以解决。决。 热热裂裂纹纹大多数出大多数出如今焊缝如今焊缝上：为结上：为结晶裂纹晶裂纹用低碳钢用低碳钢焊条焊接焊条焊接 灰铸铁时灰铸铁时 用镍基焊用镍基焊接资料焊接接资料焊接 灰铸铁时灰铸铁时 构成构成FeSFeS与与FeFe的低的低熔点共晶物熔点熔点共晶物熔点为为988988，高的焊，高的焊缝含碳量会添加热裂缝含碳量会添加

11、热裂纹敏感性，导致构成纹敏感性，导致构成焊缝底部热裂纹甚至焊缝底部热裂纹甚至宏观热裂纹。宏观热裂纹。 容易构成容易构成Ni-Ni3S2Ni-Ni3S2熔熔点为点为644644和和Ni-Ni3PNi-Ni3P熔点为熔点为880880低熔点低熔点共晶，且镍基焊缝凝固共晶，且镍基焊缝凝固后为较粗大的单相奥氏后为较粗大的单相奥氏体柱状晶，凝固过程中体柱状晶，凝固过程中容易使低熔点共晶在容易使低熔点共晶在奥氏体晶间延续分布，奥氏体晶间延续分布，促进热裂纹构成促进热裂纹构成 。向焊缝参与适量稀土能使抗热裂纹向焊缝参与适量稀土能使抗热裂纹性能提高；但过量参与稀土反而使性能提高；但过量参与稀土反而使焊缝的抗热

12、裂纹性能下降。焊缝的抗热裂纹性能下降。 6.2.3 6.2.3 球墨铸铁的焊接性特点球墨铸铁的焊接性特点焊接性特点焊接性特点球墨铸铁中的球墨铸铁中的球化剂有增大铁液球化剂有增大铁液结晶过冷度、妨碍结晶过冷度、妨碍石墨化和促进奥氏石墨化和促进奥氏体转变为马氏体体转变为马氏体 的作用。的作用。 由于球墨铸铁由于球墨铸铁的力学性能远比灰铸铁的力学性能远比灰铸铁好，特别是以铁素体为好，特别是以铁素体为基体的球墨铸铁，塑性和基体的球墨铸铁，塑性和韧性很好，对焊接接头的韧性很好，对焊接接头的力学性能要求相应力学性能要求相应提高。提高。 6.3 6.3 铸铁焊接工艺及资料铸铁焊接工艺及资料6.3.1 6.3

13、.1 灰铸铁的焊接工艺特点灰铸铁的焊接工艺特点同质焊缝同质焊缝铸铁型铸铁型 电弧热焊电弧热焊 电弧热焊是铸铁焊接运用最早的一种工电弧热焊是铸铁焊接运用最早的一种工艺。将铸铁件预热到艺。将铸铁件预热到600600700700，然后，然后在塑性形状下进展焊接，焊接温度不低在塑性形状下进展焊接，焊接温度不低于于500500400400，为防止焊接过程中开，为防止焊接过程中开裂，焊后立刻进展消除应力处置及缓冷裂，焊后立刻进展消除应力处置及缓冷的铸铁焊补工艺称为电弧热焊。预热的铸铁焊补工艺称为电弧热焊。预热温度在温度在300300400400时称为半热焊。时称为半热焊。 铸铁电弧热焊工艺包括焊前预备、预

14、热、铸铁电弧热焊工艺包括焊前预备、预热、焊接、焊后缓冷及加工等过程。焊接、焊后缓冷及加工等过程。 气焊气焊 电弧热焊及半热焊主要适用于壁厚大于电弧热焊及半热焊主要适用于壁厚大于 10mm10mm铸件上缺陷的焊补，薄壁件宜用气焊。铸件上缺陷的焊补，薄壁件宜用气焊。 电渣焊具有加热与冷却缓慢的特点，适宜电渣焊具有加热与冷却缓慢的特点，适宜铸铁焊补要求，手工电渣焊设备简单，应铸铁焊补要求，手工电渣焊设备简单，应用灵敏，对重型机器厂、机床厂灰铸铁厚用灵敏，对重型机器厂、机床厂灰铸铁厚件较大缺陷的焊接修复是比较适宜的。件较大缺陷的焊接修复是比较适宜的。 手工手工电渣焊电渣焊图图6-9 6-9 手工电渣焊

15、表示图手工电渣焊表示图11电极电极 2 2石墨型石墨型 3 3铸外型砂铸外型砂44渣池渣池 5 5金属熔池金属熔池 6 6铸铁件铸铁件异质焊缝异质焊缝非铸铁型非铸铁型电弧冷焊电弧冷焊 铁基焊缝 及焊接资料 镍基焊缝镍基焊缝 及焊接资料及焊接资料 纯镍铸铁焊条纯镍铸铁焊条 如如EZNi-1EZNi-1Z308Z308 镍铁铸铁焊条镍铁铸铁焊条 如如EZNiFe-1EZNiFe-1Z408Z408 铜基焊缝铜基焊缝 及焊接资料及焊接资料 异质焊缝电异质焊缝电 弧冷焊工艺弧冷焊工艺 镍铜铸铁焊条镍铜铸铁焊条 EZNiCu-1EZNiCu-1Z508Z508 短段断续分散焊，短段断续分散焊，较小电流熔

16、深浅，较小电流熔深浅，每段锤击消应力，每段锤击消应力，退火焊道前段软退火焊道前段软 灰铸铁的灰铸铁的 钎焊与喷焊钎焊与喷焊 灰铸铁钎焊可以运用工业常用的铜锌灰铸铁钎焊可以运用工业常用的铜锌钎料钎料BCu62ZnNiMnSi-RBCu62ZnNiMnSi-RHL104HL104，其化学成分见表其化学成分见表6-66-6。 可以采用氧乙炔火焰粉末喷焊修复可以采用氧乙炔火焰粉末喷焊修复 铸铁件在机械加工中出现的小缺陷。铸铁件在机械加工中出现的小缺陷。 表表6-6 6-6 铜锌钎料的化学成分铜锌钎料的化学成分 6.3.2 6.3.2 球墨铸铁的焊接工艺特点球墨铸铁的焊接工艺特点气焊气焊 由于气焊具有火

17、焰温度低、焊接区加热及冷却由于气焊具有火焰温度低、焊接区加热及冷却缓慢的特点，对降低焊接接头的白口及淬硬组缓慢的特点，对降低焊接接头的白口及淬硬组织构成倾向有利。另外，可以减少球化剂的蒸织构成倾向有利。另外，可以减少球化剂的蒸发，有利于保证焊缝获得球墨铸铁组织。发，有利于保证焊缝获得球墨铸铁组织。 气焊球墨铸铁焊态下组织为珠光体气焊球墨铸铁焊态下组织为珠光体+ +铁素体铁素体+ +球球状石墨，工艺适宜时半熔化区无白口。状石墨，工艺适宜时半熔化区无白口。 气焊的缺陷主要是焊接消费率较低。气焊的缺陷主要是焊接消费率较低。 同质焊缝同质焊缝 球墨铸球墨铸 铁型电铁型电 弧焊弧焊国内采用的球墨铸铁焊条

18、型号为国内采用的球墨铸铁焊条型号为EZCQEZCQ，制造，制造方法有两种：一是采用铸铁焊芯外涂强石墨方法有两种：一是采用铸铁焊芯外涂强石墨化药皮化药皮Z258Z258，二是采用低碳钢焊芯外涂，二是采用低碳钢焊芯外涂强石墨化药皮强石墨化药皮Z238Z238，药皮中参与适量球，药皮中参与适量球化剂。球墨铸铁焊条在运用时，要求将母材化剂。球墨铸铁焊条在运用时，要求将母材预热到预热到500500以上，焊后保温缓冷。以上，焊后保温缓冷。球墨铸铁电弧焊的困难在于：球墨铸铁电弧焊的困难在于： 很难获得石墨稳定球化的焊缝；很难获得石墨稳定球化的焊缝； 2) 2) 知的球化元素都增大白口倾向，知的球化元素都增大

19、白口倾向，在石墨球化的同时促进焊缝白口。在石墨球化的同时促进焊缝白口。 异质焊缝异质焊缝非球墨非球墨 铸铁型铸铁型电弧焊电弧焊球墨铸铁异质焊接资料主要采用镍铁铸铁焊条球墨铸铁异质焊接资料主要采用镍铁铸铁焊条EZNiFeEZNiFe型，第一层焊缝金属镍的质量分数型，第一层焊缝金属镍的质量分数约为约为40%40%，膨胀系数较小，有利于降低焊接应，膨胀系数较小，有利于降低焊接应力防止裂纹。力防止裂纹。 工业兴隆国家开展了适用于自动焊接的药芯工业兴隆国家开展了适用于自动焊接的药芯焊丝和实芯焊丝。熔敷金属的主要成分为焊丝和实芯焊丝。熔敷金属的主要成分为NiNiwNi=50%wNi=50%，其他为，其他为

20、FeFe。药芯焊丝直径多。药芯焊丝直径多为为2.4mm2.4mm，实芯焊丝常用直径为，实芯焊丝常用直径为0.80.81.2mm1.2mm。药芯焊丝可以用药芯焊丝可以用CO2CO2气体维护或自维护，焊接气体维护或自维护，焊接电流为电流为330330380A380A，熔敷效率较高，但半熔化，熔敷效率较高，但半熔化区白口较宽。实芯焊丝用氩气维护，常用电流区白口较宽。实芯焊丝用氩气维护，常用电流在在100A100A左右，焊接熔滴为短路过渡，焊接热影左右，焊接熔滴为短路过渡，焊接热影响区很窄，接头加工性良好。响区很窄，接头加工性良好。 6.3.3 6.3.3 其他铸铁的焊接特点其他铸铁的焊接特点 奥奥-

21、 -贝球贝球墨铸铁墨铸铁蠕墨铸蠕墨铸 铁焊接铁焊接 白口铸白口铸 铁焊接铁焊接 运用前面引见的球墨铸铁同质焊条，运用前面引见的球墨铸铁同质焊条，在热焊或冷焊条件下进展焊补，焊后在热焊或冷焊条件下进展焊补，焊后进展热处置。较好的焊补工艺是：进展热处置。较好的焊补工艺是：铸造后焊补，然后整体热处置。铸造后焊补，然后整体热处置。 可以采用与球墨铸铁焊接时成分相近的可以采用与球墨铸铁焊接时成分相近的焊接资料焊接蠕墨铸铁，焊接方法有气焊接资料焊接蠕墨铸铁，焊接方法有气焊、同质焊条电弧热焊及不预热焊，以焊、同质焊条电弧热焊及不预热焊，以及用镍基铸铁焊条进展电弧冷焊。及用镍基铸铁焊条进展电弧冷焊。 首先用与镍铁铸铁焊条相近的首先用与镍铁铸铁焊条相近的BT-1BT-1焊条焊条打底，焊缝为奥氏体球状石墨组织，打底，焊缝为奥氏体球状石墨组织，塑性较好，与母材熔合良好。任务层采塑性较好，与母材熔合良好。任务层采 用合金系为用合金系为C-Cr-Mo-Ni-W-VC-Cr-Mo-Ni-W-V的的BT-2BT-2焊条，焊条，焊缝组织为焊缝组织为M+BL+AM+BL+A残残+ +碳化物碳化物 1.1.工业上常用的铸铁有哪几种？简工业上常用的铸铁有哪几种？简述碳在每种铸铁中的存在方式和石述碳在每种铸铁中的存在方式和石墨形状有何不同墨形状有何不同, ,对力学性能各有对力学性能各有什