灰(hui)口鑄鐵冷(leng)焊工藝

一、調查分析(xi)

鑄(zhu)鐵是(shi)含碳量大(da)于2％的(de)鐵(tie)碳合(he)(he)金，工業用的(de)鑄(zhu)鐵(tie)除含鐵(tie)和碳之外(wai)，還含有(you)一定量的(de)硅、錳元(yuan)素(su)以(yi)及硫磷雜(za)質。為了改善鑄(zhu)鐵(tie)的(de)某些性能時(shi)常有(you)目的(de)地(di)加入(ru)某些合(he)(he)金元(yuan)素(su)。

通(tong)常(chang)按(an)碳在鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)中(zhong)存(cun)在的(de)狀態及形式的(de)不同，一般將鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)分為白(bai)口(kou)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)、灰(hui)口(kou)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)、可鍛(duan)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)、球(qiu)墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)及蠕(ru)墨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)五類。其中(zhong)，灰(hui)口(kou)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)制造(zao)成本(ben)低，鑄(zhu)造(zao)性能好，減震(zhen)性和耐磨性良(liang)好，切削加工性能(neng)優良(liang)，所(suo)以灰(hui)口鑄鐵(tie)(tie)應用(yong)非常廣泛。但是在應用(yong)過(guo)程中由于種種原因(yin)，產品會受到損壞并出現(xian)裂紋等缺陷(xian)，使其報廢，若(ruo)能(neng)及時(shi)用(yong)焊(han)接方法修(xiu)復，不僅有(you)利于生(sheng)(sheng)產，而(er)且可以節約大量資金。因(yin)此，灰(hui)口鑄鐵(tie)(tie)的(de)補焊(han)工藝在日(ri)常生(sheng)(sheng)產中將會得到廣泛使用(yong)。

二、狀(zhuang)況分析(xi)

1、鑄鐵的組(zu)織性(xing)能分析

灰(hui)(hui)口鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)組織相(xiang)(xiang)當于(yu)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)的(de)基(ji)體(ti)上分布片(pian)狀石(shi)(shi)墨(mo)(mo)夾雜，由于(yu)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)的(de)強(qiang)度(du)(du)(du)較低，這就相(xiang)(xiang)當于(yu)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)的(de)基(ji)體(ti)中有(you)許多(duo)(duo)孔洞和(he)(he)(he)裂紋，破(po)壞了基(ji)體(ti)的(de)連續性(xing)，并且在(zai)(zai)外力(li)的(de)作(zuo)用(yong)下，裂紋尖(jian)端處容易引(yin)起(qi)應力(li)集中而(er)產(chan)生破(po)壞。因此，灰(hui)(hui)口鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)抗拉(la)強(qiang)度(du)(du)(du)和(he)(he)(he)疲勞強(qiang)度(du)(du)(du)都很低，塑性(xing)和(he)(he)(he)沖擊韌性(xing)幾乎為(wei)(wei)零，當基(ji)體(ti)組織相(xiang)(xiang)同時，其石(shi)(shi)墨(mo)(mo)越多(duo)(duo)，片(pian)越粗大，分布越不均勻，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)抗拉(la)強(qiang)度(du)(du)(du)和(he)(he)(he)塑性(xing)越低。由于(yu)片(pian)狀石(shi)(shi)墨(mo)(mo)對(dui)灰(hui)(hui)口鑄(zhu)鐵(tie)(tie)有(you)著決定性(xing)影響，即使(shi)基(ji)體(ti)組織從珠(zhu)光體(ti)改(gai)變(bian)為(wei)(wei)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)，也只會降低強(qiang)度(du)(du)(du)而(er)不會增加塑性(xing)和(he)(he)(he)韌性(xing)，因此，在(zai)(zai)日常生產(chan)中，應用(yong)最廣泛的(de)灰(hui)(hui)口鑄(zhu)鐵(tie)(tie)為(wei)(wei)珠(zhu)光體(ti)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)。在(zai)(zai)下面的(de)補(bu)焊工藝介紹中，主(zhu)要針對(dui)珠(zhu)光體(ti)灰(hui)(hui)口鑄(zhu)鐵(tie)(tie)進行(xing)介紹。

2、灰口鑄鐵(tie)冷焊工(gong)藝特點和存(cun)在的問題

灰口(kou)鑄(zhu)鐵冷(leng)焊(han)的(de)特點是焊(han)前對需焊(han)補的(de)工(gong)件不(bu)預熱，焊(han)工(gong)勞(lao)動(dong)條件好，焊(han)補成(cheng)本低，焊(han)補過程短，焊(han)補效(xiao)率高。所以電弧冷(leng)焊(han)鑄(zhu)鐵是一個發展方向，但它也存(cun)在許多(duo)局(ju)限性(xing)，如焊(han)縫強(qiang)度(du)低，塑性(xing)差，焊(han)補剛性(xing)較大時易出現裂紋。此(ci)外，由(you)于冷(leng)卻速度(du)快，焊(han)縫很容易出現白(bai)口(kou)現象和大面積的(de)淬硬(ying)組織(zhi)。

灰(hui)口(kou)(kou)鑄(zhu)(zhu)鐵補(bu)焊存(cun)在兩方(fang)(fang)面(mian)(mian)問題：一方(fang)(fang)面(mian)(mian)，焊接(jie)(jie)(jie)(jie)易(yi)出現白口(kou)(kou)及淬硬(ying)組織、塑性(xing)極差(cha)且難以進行機加工(gong)(gong)；另(ling)一方(fang)(fang)面(mian)(mian)，焊接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭易(yi)出現裂紋，導致補(bu)焊失敗(bai)甚至工(gong)(gong)件的報廢。灰(hui)口(kou)(kou)鑄(zhu)(zhu)鐵的化(hua)學成分和力學性(xing)能決定其焊接(jie)(jie)(jie)(jie)性(xing)很差(cha)。因此，一般灰(hui)口(kou)(kou)鑄(zhu)(zhu)鐵的焊接(jie)(jie)(jie)(jie)加工(gong)(gong)僅用(yong)于鑄(zhu)(zhu)鐵缺陷焊補(bu)和損壞鑄(zhu)(zhu)件的修復。

3、選材及原因(yin)

為解決以上問題，通過實踐和(he)分析證明(ming)鎳基焊條能(neng)使焊縫(feng)不出(chu)現淬硬組織且(qie)使焊縫(feng)有較高的塑性(xing)和(he)韌(ren)性(xing)。鎳是(shi)擴(kuo)大奧氏體(ti)區的元素，當Fe-Ni合(he)金(jin)中含鎳量超過30%時，合(he)金凝(ning)固后一直到室(shi)溫都保(bao)持硬度(du)較(jiao)高的奧氏體組織，不發(fa)生相變，所以鎳基焊(han)(han)條(tiao)形成的焊(han)(han)縫有一定(ding)的塑(su)性和強度(du),且硬度較低。同時(shi)，鎳為促使石墨化元素,其擴散能(neng)力很強(qiang)，對減(jian)弱半熔(rong)化區白口的寬度很有(you)利。有(you)人系統研究了焊條(tiao)不同(tong)含鎳量對白口區寬度的影(ying)響，其結果是當焊縫(feng)含鎳量為50%時，可減(jian)低到0.1mm，當焊縫含鎳量為98%時(shi)，可(ke)減低到0.05mm，而且白口呈斷(duan)續狀(zhuang)，故采用(yong)鎳基(ji)(ji)焊(han)條(tiao)可減弱白口現象(xiang)，提高焊(han)縫(feng)強度和塑性(xing)，改(gai)善焊(han)縫(feng)接(jie)頭加工性(xing)，所以在冷焊(han)灰口鑄鐵時盡量(liang)采用(yong)鎳基(ji)(ji)鑄鐵焊(han)條(tiao)，如(ru)鎳基(ji)(ji)182焊條其焊縫具(ju)有較高力學性能。

三、對策及方法

1、過渡搭橋法

此種焊(han)(han)接(jie)方法就是在母材兩側先(xian)焊(han)(han)過(guo)渡層，再焊(han)(han)中間(jian)填充焊(han)(han)縫。它主要(yao)適用于大厚件的焊(han)(han)補工(gong)作,若填充量(liang)過(guo)大，中間可(ke)用J507焊條適當代替，這樣可(ke)減少(shao)焊縫中氧(yang)、硫、磷和碳的(de)含量，既保證了焊縫的(de)強度又降低了焊材成本，防止裂(lie)紋發生。若(ruo)坡口(kou)角(jiao)度較小時,可全用鎳基182直(zhi)接焊接完成。

2、生根補焊法

此種補焊方法主要用于工(gong)件(jian)相對較薄(bo)，焊縫填充量(liang)不大的工(gong)件(jian)。焊條最好全部用鎳基(ji)182焊條，焊接(jie)時應由里到外(wai)逐層焊接(jie)，也就是先將坡口內焊滿，再焊兩側圓(yuan)孔，最后焊兩孔之間焊縫。

3、栽樁補焊法

此種方法補焊主(zhu)要用于(yu)應力(li)相(xiang)對集中或裂(lie)紋無法清理干凈的焊縫。栽樁(zhuang)可用碳鋼來承擔，焊接(jie)時可先(xian)繞栽樁(zhuang)焊接(jie),然后再(zai)焊栽(zai)樁之間，這樣既可(ke)(ke)提高焊接效率，又可(ke)(ke)節省(sheng)焊條，焊栽(zai)樁時可(ke)(ke)用(yong)J507焊條。

4、鉚接補焊法

此種(zhong)焊接方(fang)法(fa)主要(yao)用于工(gong)作應力較(jiao)大，工(gong)件相對較(jiao)厚的(de)焊縫，如大型機器(qi)的(de)底座等工(gong)件。鉚釘可用碳鋼承(cheng)擔，焊鉚釘時可用J507焊條焊接，主焊縫仍舊(jiu)用鎳基182焊(han)條。焊(han)接時(shi)先將坡(po)口(kou)內(nei)焊(han)滿，最后焊(han)鉚釘，使鉚釘和坡(po)口(kou)內(nei)焊(han)縫形(xing)成(cheng)一(yi)個整體焊(han)縫。

四、 工藝要求

1、做好焊前準備工作(zuo)

首先要清理(li)工件及缺陷上的(de)油(you)污和其它雜質，確定裂(lie)紋的(de)長度和深度,必要(yao)時要(yao)用(yong)堿(jian)水、汽油(you)或火焰清理污物,確保(bao)坡口內無雜質，從而降低焊縫(feng)內的含磷硫(liu)量，減少開裂傾向。為防止焊接過程裂紋擴展，應(ying)在裂紋端(duan)部(bu)3-5mm處(chu)鉆(zhan)止裂(lie)孔(kong)(∮5-∮8)，開坡(po)口(kou)的原則為盡量減少坡(po)口(kou)角(jiao)度及母材的熔化量，以(yi)降低焊接應力(li)及焊縫中碳、硫量,防止裂紋發生。

2、采用小電流小規(gui)范焊接

在保證電弧穩(wen)定(ding)及(ji)焊(han)(han)透的(de)情況下，應(ying)采用合適的(de)最小(xiao)電流(liu)焊(han)(han)接，電流(liu)小(xiao)使(shi)得溶深(shen)也較(jiao)小(xiao)，鑄鐵中(zhong)的(de)碳、硫、磷等有害雜質可(ke)少進入焊(han)(han)縫，有利于提高焊(han)(han)縫質量(liang)。同(tong)時，隨(sui)著電流(liu)減小(xiao)，在焊(han)(han)接速度不變的(de)情況下，減小(xiao)了焊(han)(han)縫線能量(liang),不(bu)僅減(jian)(jian)少了焊接(jie)(jie)應力，使焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭出(chu)現(xian)裂紋(wen)的傾向減(jian)(jian)小，而且也減(jian)(jian)小了整個熱影響區寬(kuan)度，其中也包括(kuo)減(jian)(jian)小了最易形(xing)成白口的半熔化(hua)區的寬(kuan)度，使白口層(ceng)變(bian)薄，所以最好(hao)采(cai)用小直徑(jing)焊條，提高焊接(jie)(jie)速度且不(bu)做橫向擺渡(du)。

3、采(cai)用分(fen)(fen)段分(fen)(fen)層(ceng)斷續分(fen)(fen)散焊接

焊(han)(han)縫越長(chang)，焊(han)(han)縫所承受的拉應(ying)力(li)越大，故采用短焊(han)(han)縫有(you)利于減(jian)低焊(han)(han)縫應(ying)力(li)狀態(tai)，減(jian)弱焊(han)(han)縫發生裂(lie)紋的可能性，一般(ban)每次(ci)焊(han)(han)縫長(chang)度為30-50mm。為了降低焊(han)補處的(de)溫度，減(jian)少(shao)應力，宜(yi)待工件(jian)冷卻至不(bu)燙(tang)手(shou)時(50～60℃)再焊(han)(han)(han)下一(yi)(yi)道焊(han)(han)(han)縫(feng)。此外(wai)，也可用分散焊(han)(han)(han)法(fa)。相對(dui)于較厚的(de)焊(han)(han)(han)件時，采(cai)用多(duo)層焊(han)(han)(han)接可以有(you)效(xiao)地提(ti)高焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬(shu)的(de)性能，這主要是由(you)于后一(yi)(yi)層對(dui)前(qian)一(yi)(yi)層焊(han)(han)(han)縫(feng)具有(you)附加熱處理的(de)作(zuo)用，從而(er)改(gai)善了焊(han)(han)(han)縫(feng)固態相變的(de)組織。

4、錘(chui)擊焊縫表面(mian)

錘擊焊(han)(han)縫(feng)表面既(ji)能(neng)改善后層焊(han)(han)縫(feng)的結晶組(zu)織(zhi)，也(ye)能(neng)改善前(qian)層焊(han)(han)縫(feng)的固態相(xiang)變組(zu)織(zhi)。因為錘擊焊(han)(han)縫(feng)可使前(qian)一層焊(han)(han)縫(feng)(或(huo)坡口表面(mian))不同程度的(de)晶粒(li)破碎，使(shi)后層焊縫在凝固時晶粒(li)細化,這樣逐層錘(chui)擊(ji)焊(han)道(dao)就可以(yi)改(gai)善整(zheng)個焊(han)縫的組織性(xing)能。此外，錘(chui)擊(ji)焊(han)道(dao)也產(chan)生塑性(xing)變(bian)形而降低殘余應力，從而提高焊(han)縫的韌性(xing)和疲(pi)勞(lao)性(xing)能。所以(yi)錘(chui)擊(ji)是(shi)改(gai)善焊(han)道(dao)組織和性(xing)能最(zui)簡(jian)單有(you)效的方法(fa)。

來源(yuan)：內部稿件(jian)