灰铸铁手工电弧焊的焊补工艺分析.docx
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灰铸铁手工电弧焊的焊补工艺分析
1绪论
铸铁对于人类文明社会的进程曾经发挥过巨大作用,至今作为工程材料之一,对于国民经济,特别对于机器制造业来说,仍具有重要的影响。
但是近年来由于受能源、劳动力价格和环境等综合因素的影响,西方工业发达国家铸件产量增速减慢,有的甚至下降,特别是灰铸铁产量明显下降。
面对轻合金(铝、镁)材料和其它新型工程材料以及制造工艺的竞争,一度在人们的印象中,铸铁被归入古老一类,被看作是“走向衰微,对人类已失去利用潜力”的材料。
美国loper和Stefenescu教授在第一届世界铸造会议上则提出不同的看法,他们认为铸铁仍然是未来的基础合金,铸铁件在工程应用中具有其它材料无可替代的各种优越性能,适用于许多工程。
中国是发展中国家。
改革开放20余年来,由于汽车、建筑、机械、能源等主要支柱产业的迅速发展,铸件产量从1981年的33余万吨,增加到2002年的1626万吨,增长了2倍多,自2000年以后连续位于世界第一。
2001、2002年连续增长38%以上,2003和2004年(预计)增长15%以上。
但是从人均铸件年产量来说,德国为56,美国和日本为45,中国只有12.5;劳动生产率,美国、德国为45~60吨/人·年,日本为60~85吨/人·年,而我国平均只有10吨左右/人·年(少数单位达30吨/人·年)。
因此,我国的铸造生产尚有很大发展空间,铸铁件占整个铸件产量的70%~80%,它更应该获得进一步的发展。
21世纪头30年中国的铸铁产量预期仍然有较大的发展,但进入后半世纪,也将出现现在工业发达国家面临的增速减慢甚至下降的现象。
因此,我们铸铁工作者在着眼于提高铸铁件产量的同时,更要着眼于铸铁件质量的提高和能源、原材料消耗的降低。
要以质取胜,以质量求生存、求发展。
铸造是提供毛坯的主要手段。
在机器制造业中,铸铁件约占40%~80%,因此,铸铁的应用十分广泛。
据统计,在汽车、拖拉机和农机制造业中,铸铁件毛坯的30%~50%有缺陷;在机床制造业中,铸铁件毛坯的20%~40%存在缺陷。
这些缺陷将直接影响机器的性能和使用寿命,所以铸铁件的焊接对提高产品的使用寿命和经济效益具有一定的实际意义。
所以对铸铁焊接进行理论分析,以制定出合适的焊接工艺,对提高焊接质量就显得非常重要。
本课题进行了这方面的研究。
本课题主要是研究铸铁的手工电弧焊的焊补工艺分析。
随着现代科学技术的发展,对焊接接头质量及结构性能的要求越来越高,钢铁材料和常规有色金属材料的焊接已满足不了高新技术发展的要求,于是不断涌现了各种特殊材料的焊接。
而铸铁就是特殊性能和用途的材料,对它的焊接就要做出合理的焊接工艺,可以确定该焊接工艺所施焊焊接接头的某一性能(如力学性能、化学成分、焊透、焊缝外观……)是否符合标准的规定。
所以说对焊接工艺做出合理的评定,就能可以扬长避短,物尽其用,最大限度地发挥材料的潜能取得显著的经济效益
2铸铁的分类及其石墨化
2.1铸铁的性能
铸铁是含碳量大于2%的铁碳合金。
除铁和碳以外,还有硅、锰、磷、硫等元素,而且这些元素含量比碳钢高。
在某些特殊用途的合金铸铁中,还根据需要加入铜、镁、镍、钼或铝等合金元素。
与钢不同,铸铁的结晶过程要经历共晶转变。
工业用铸铁实际是以铁,碳,硅为主要元素的多元铁合金。
工业中应用最早的铸铁是碳以片状石墨存在于金属基体中的灰铸铁。
由于其成本低廉,并具有铸造性、可加工性、耐磨性和减振性均优良的特点,迄今仍是工业中应用最广泛的一种铸铁。
但由于灰铸铁的石墨以片状存在,其力学性能不高。
为提高铸铁的力学性能,改变其石墨存在形态一直是铸造工作者努力的方向。
2.2铸铁的分类
铸铁按照其内部石墨的形态不同可分为灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁等四大类,其中以灰口铸铁和球墨铸铁应用最广。
2.2.1灰口铸铁
也称灰铸铁。
当铸铁中的碳以片状石墨的形式分布时,断面呈暗灰色,称为灰铸铁。
灰铸铁具有一系列优良性能,如耐磨、吸震、良好的切削加工性、良好的铸造性以及较小的缺口敏感性,所以在生产中得到大量的推广应用。
但由于石墨的抗拉强度几乎等于零,所以石墨片相当于小的裂纹,割裂了金属基体,使铸铁的强度和塑性大为降低。
力学性能主要取决于石墨的大小、形状和分布情况,但基体组织也有一定的影响。
常用灰铸铁的化学成分为:
C=2.6%~3.6%,Si=1.2%~3.0%,Mn=0.4%~1.2%,P≤0.3%,S≤0.15%。
2.2.2球墨铸铁
铸铁中的碳如果以球状石墨的形式存在,称为球墨铸铁,简称球铁。
当石墨数量相同时,以球状表面积为最小,所以与片状石墨相比,对基体性能的影响最小。
因此,相对于灰口铸铁,球墨铸铁具有较高的强度和一定的塑性,可部分代替铸件使用。
常用的球化方法是在铁水中加入稀土镁合金和硅铁,主要应用于制造承受较大动载荷的重要零件。
球铁的主要化学成分为:
C=3%~4%,Si=2%~3%,Mn=0.4%~1.0%,P≤0.1%,S≤0.04%。
2.2.3可锻铸铁
将白口铸铁加热到930℃缓慢冷却,经过较长时间的退火处理,Fe3C就分解为团絮状的石墨,称为可锻铸铁,又称展性铸铁或马铁。
由于石墨呈团絮状,故显著降低了石墨对金属基体的割裂作用,从而使可锻铸铁具有较高的抗拉强度和较好的塑性,但并不能锻造。
适宜于铸造成型复杂并承受冲击载荷的薄壁零件。
2.2.4蠕墨铸铁
蠕墨铸铁简称蠕铁。
由于其石墨形状类似于蠕虫而得名。
其力学性能介于基体组织相同的灰口铸铁和球墨铸铁之间。
常用蠕墨铸铁的抗拉强度为300~500N/mm2,伸长率为1%~6%。
蠕墨铸铁作为一种新型的铸铁材料,最近十几年来在我国逐步推广应用。
表2-1灰铸铁的牌号、性能
铸铁类型
牌号
抗拉强度
抗弯强度
硬度
(HB)
MPa
≥
铁素体灰铸铁
HT100
100
260
143~229
铁素体-珠光体灰铸铁
HT150
150
330
163~229
珠光体灰铸铁
HT200
200
400
170~214
HT250
250
470
170~214
孕育灰铸铁
HT300
300
540
187~255
HT350
350
610
197~269
HT400
400
680
207~269
注:
HT表示灰铁,是灰铁二字汉语拼音的字头,随后数字表示抗拉强度。
2.3铸铁的石墨化
2.3.1铸铁的石墨化过程
铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程。
铸铁组织形应的基本过程就是铸铁中石墨的形成过程。
因此,了解石墨化过程的条件与影响因素对掌握铸铁材料的组织与性能是十分重要的。
铸铁的石墨化过程可分为三个阶段:
第一阶段,即液相亚共晶结晶阶段。
包括,从过共晶成分的液相中直接结晶出一次石墨和共晶成分的液相结晶出奥氏体加石墨由一次渗碳体和共晶渗碳体在高温退火时分解形成的石墨。
中间阶段,即共晶转变亚共折转变之间阶段。
包括从奥氏体中直接析出二次石墨和二次渗碳体在此温度区间分解形成的石墨。
第二阶段,即共折转变阶段。
包括共折转变时,形成的共析石墨和共析渗碳体退火时分解形成的石墨。
2.3.2影响铸铁石墨化的因素
铸铁的组织取决于石墨化进行的程度,为了获得所需要的组织,关键在于控制石墨化进行的程度。
实践证明,铸铁化学成分、铸铁结晶的的冷却速度及铁水的过热和静置等诸多因素都影响石墨化和铸铁的显微组织。
1)化学成分的影响
据分析可知,铸铁中常见的C,Si、Mn、P、S中,C,Si是强烈促进石墨化的元素,S是强烈阻碍石墨化的元素。
实际上各元素对铸铁的石墨化能力的影响极为复杂。
其影响与各元素本身的含量以及是否与其它元素发生作用有关,如Ti、Zr、B、Ce、Mg等都阻碍石墨化,但若其含量极低(如B、Ce<0.01%,T<0.08%)时,它们又表现出有促进石墨化的作用。
2)冷却速度的影响
一般来说,铸件冷却速度趋缓慢,就越有利于按照Fe-C稳定系状态图进行结晶与转变,充分进行石墨化;反之则有利于按照Fe-Fe3C亚稳定系状态图进行结晶与转变,最终获得白口铸铁。
尤其是在共析阶段的石墨化,由于温度较低,冷却速度增大,原子扩散困难,所以通常情况下,共析阶段的石墨化难以充分进行。
铸铁的冷却速度是一个综合的因素,它与浇注温度以及铸件的壁厚等因素有关。
而且通常这些因素对两个阶段的影响基本相同。
提高浇注温度能够延缓铸件的冷却速度,这样既促进了第一阶段的石墨化,也促进了第二阶段的石墨化。
因此,提高浇注温度在一定程度上能使石墨粉化,也可增加共析转变。
3)铸铁的过热和高温静置的影响
在一定温度范围内,提高铁水的过热温度,延长高温静置的时间,都会导致铸铁中的石墨基体作组织的细化,使铸铁强度提高。
进一步提高过热度,铸铁的成核能力下降,因而使石墨形态变差,甚至出现自由渗碳体,使强度反而下降,因而存在一个“临界温度”。
临界温度的高低,主要取决于铁水的化学成分以及铸件的冷却速度。
一般认为普通灰铸铁的临界温度约在1500~1550℃左右,所以总希望高出铁的温度一些。
3铸铁的应用
3.1铸铁焊接的应用
3.1.1铸造缺陷的焊接修复
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。
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。
3.1.2已损坏的铸铁成品件的焊接修复
由于各种原因,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。
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。
若能用焊接方法及时修复出现的裂纹。
3.1.3零部件的生产
这是指用焊接的方法将铸铁(主要是球墨铸铁)件与铸铁件、各种钢件或有色金属焊接起来而生产出零件。
我国目前在这方面比较落后,处于刚起步阶段。
如我国山东某厂已用高效离心铸造的大直径球墨铸铁管与一般铸造方法生产的变直径球墨铸铁法兰用焊接方法连接而制成产品。
制造中铸铁焊接已成为我国下一步发展铸铁焊接技术的方向。
它往往具有巨大的经济效益。
3.2铸铁的合金成分
在制定工艺前一定要了解铸铁的合金成分,这样才能根据铸铁的焊接理论对具体问题进行分析研究,从而制定出较合理的焊接工艺。
从铁碳合金相图知道,铸铁的含碳量大于2.11%,工业上常用铸铁的成分为:
C:
2.5%~4.0%;Si:
1.0%~3.0%;Mn:
0.5%~1.4%;P:
0.01%~0.50%;S:
0.02%~0.20%。
可见铸铁是多元铁合金,它的主要合金成分是碳和硅并含有较多的杂质,与钢相比在成分上有较大的差异。
灰铸铁中S是强烈促进白口化的元素,铁中的Si、S易形成低熔点物质,有热裂倾向,在实验室中用热裂仪即可测出。
另外,还要根据焊缝在工程结构中的作用等因素选择好焊材,然后由实际情况制定可靠的施焊工艺。
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。
焊接过程具有冷却速度快及焊件受热不均匀而形成较大的焊接应力的特性,这些因素导致焊接性不良。
4铸铁的焊接性分析
4.1铸铁的焊接性
铸铁的焊接性比低碳钢差的多。
铸铁含碳,硅及硫,磷杂质的数量比低碳钢高的多,因此铸铁的塑性较差,并在焊接接头易形成碳化物及高碳马氏体。
这两种组织都很脆,对形成冷裂纹很敏感。
镍基焊缝由铸铁母材稀释而引起的杂质,如硫,磷,会提高其焊缝热裂纹敏感性。
铸铁的含碳量高,脆性大,焊接性很差,在焊接过程中易产生白口组织和裂纹。
白口组织是由于在铸铁补焊时,碳、硅等促进石墨化元素大量烧损,且补焊区冷速快,在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生的。
白口铸铁硬而脆,切削加工性能很差。
采用含碳、硅量高的铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料,或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出,或采用钎焊,可避免出现白口组织。
裂纹通常发生在焊缝和热影响区,产生的原因是铸铁的抗拉强度低,塑性很差(400℃以下基本无塑性),而焊接应力较大,且接头存在白口组织时,由于白口组织的收缩率更大,裂纹倾向更加严重,甚至可使整条焊缝沿熔合线从母材上剥离下来。
防止裂纹的主要措施有:
采用纯镍或铜镍焊条、焊丝,以增加焊缝金属的塑性;加热减应区以减小焊缝上的拉应力;采取预热、缓冷、小电流、分散焊等措施减小焊件的温度差。
铸铁的焊接性比低碳钢差的多。
铸铁含碳,硅及硫,磷杂质的数量比低碳钢高的多,因此铸铁的塑性较差,并在焊接接头易形成碳化物及高碳马氏体。
这两种组织都很脆,对形成冷裂纹很敏感。
镍基焊缝由铸铁母材稀释而引起的杂质(如硫、磷),会提高其焊缝热裂纹敏感性。
4.2产生白口的原因及预防措施
铸铁焊补时,往往会在焊缝和母材交界的熔合线处生成一层白口铸铁,严重时会使整个焊缝断面白口化,其硬度可高达600HBW,由于白口组织硬而脆,极难进行机械加工,所以对于焊后需要进行机械加工的焊接接头,将带来很大困难。
产生白口的原因:
一方面是由于焊缝的冷却速度快,特别是在熔合线附近处的焊缝金属是冷却最快的地方;另一方面是焊条选择不当,使焊缝中的石墨化元素含量不足。
防止产生白口的措施:
1)减慢冷却速度延长熔合区处于红热状态的时间,使石墨能充分析出,具体措施是焊前对焊件进行预热和焊后保温缓冷。
例如采用铸铁热焊法和气焊焊补,将焊补区局部预热至600~700℃左右,使焊件焊缝区冷却速度减慢,防止焊缝及熔合区产生白口组织。
2)增加石墨化元素含量铸铁中常存的C、Si、Mn、S、P元素中,C和Si是强烈的石墨化元素,只有当(C+Si)%含量达到一定值时,在适当冷却速度配合下,才能使焊缝获得灰铸铁组织。
因此,选择含硅、碳较高的焊接材料是防止产生白口的常用方法之一。
3)采用异质材料焊接采用镍基、铜基、钢基焊缝的焊接材料,使焊缝不是铸铁组织,因而从根本上避免了产生白口。
4)采用钎焊焊接法,因钎焊过程中焊件不熔化,也可避免熔合区产生白口。
4.3铸铁焊接产生裂纹的原因及预防措施
焊接灰铸铁时易产生裂纹。
产生的裂纹有两种:
热裂纹和冷裂纹。
产生原因:
由于铸铁的塑性接近零,抗拉强度又较底,焊接时如果焊缝强度高于母材,则冷却时母材往往牵制不住焊缝收缩,使结合处母材被撕裂。
此外,当结合处产生白口组织时,因白口组织硬而脆,它的冷却收缩率又比基本金属灰铸铁大的多,更促使焊缝金属在冷却时易开裂。
4.3.1冷裂纹
冷裂纹可能出现在焊缝或热影响区上,并且发生在400℃以下。
当焊缝为铸铁型时,易于出现焊缝冷裂纹。
裂纹发生时常伴随着可听见的较响的脆性断裂声音,焊缝较长时或焊补刚性较大的缺陷时,常发生这种裂纹。
其产生的原因是:
焊接过程中由于焊件局部不均匀受热,焊缝在冷却过程中受到很大的拉应力,由于铸铁强度低,400℃以下基本无塑性,当拉应力超过此时铸铁的抗拉强度时,即发生焊缝冷裂纹。
当焊缝中存在白口铸铁时,由于白口铸铁的收缩率(2.3%)比灰铸铁的收缩率(1.26%)大,故焊缝更易出现冷裂纹,特别是当焊缝强度大于母材时,冷却过程中母材牵制不住焊缝的收缩,结果在结合处母材被撕裂,这种现象称为“剥离”。
当焊接接头刚性大、焊补层数多,焊补金属体积大,使焊接接头处于高应力状态时,如焊缝金属的屈服点又较高,难于通过其塑性变形来松驰焊接接头的高应力,则焊接裂纹易于在热影响区的白口区或马氏体区产生,形成热影响区冷裂纹。
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。
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。
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。
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
防止措施:
防止冷裂纹最有效的办法是对焊补件进行550~700℃的整体预热,其次是采用异质焊缝的焊接材料。
4.3.2热裂纹
当采用镍基焊接材料(如Z308、Z408、Z508焊条)及一般常用的低碳钢焊条焊补铸铁时,焊缝金属对热裂纹较敏感。
产生的原因是:
采用镍基材料焊补铸铁时,由于铸铁含S、P高,形成较多的低熔点共晶物,如Ni-Ni3S2(熔点644℃)、Ni-Ni3P(熔点880℃);采用低碳钢焊条焊补铸铁时,第一、二层焊缝会从铸铁溶入较多的C、S及P,因此使第一、二层焊缝的热裂程度增加。
防治措施:
防止产生热裂纹的方法是调整焊缝的化学成分,加入稀土元素,增强脱硫、脱磷的能力,减小熔合比,降低焊接应力等。
1)热焊法焊前将铸件预热至600~700℃,焊接过程中,工作温度不能降至400℃以下,这样可以减少整个工件上温度分布不匀所引起的焊接应力。
焊后再立即加热至700℃左右,进行消除应力的热处理。
2)加热减应区法使焊补区能够自由地热胀。
3)使焊缝成为缩性较好的金属组织,例如采用铜钢、镍钢、镍、镍铁、高钒钢及碳钢等焊接材料,其中高钒钢及碳钢的塑性较前面几种差些。
4)采用小电流断续焊间歇焊、分散焊,在尽量窄的坡口中多层焊等办法来防止焊补区局部的热输入,以减小与整体之间温度差别及由此引起的热应力。
5)通过锤击焊缝消除应力,防止裂纹。
6)冷焊时基本金属熔化越多,熔合区白口层就越厚,焊缝也就越易剥离。
所以焊底层最好用细直径焊条,小电流焊接。
以上焊条电弧冷焊法的几种措施应同时采用。
另外有时焊补厚壁深坡口时可用焊接垫板,减少熔敷金属以及用栽丝法等来减少应力和防止焊缝剥离。
5灰铸铁的焊接
5.1灰铸铁的化学成分
灰铸铁是应用最广泛的铸铁,其化学成分,见表5-1:
表5-1灰铸铁的化学成分
C
Si
Mn
P
S
2.6~3.6
1.2~3.0
0.4~1.2
<0.3
<0.15
目前灰铸铁的牌号有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350和HT400。
本论文使用HT100。
由于焊补的要求多种多样(焊后加工性、致密性、焊缝金属颜色与母材的配合、焊接接头强度及焊补成本的要求不同)及焊补对象不同(铸件壁厚、缺陷所处位置刚性、缺陷种类及焊补后的使用条件等的不同),有多种焊补方法及焊接工艺,其分类如下:
5.2灰铸铁电弧热焊和半热焊的工艺特点
焊前将铸件整体或局部预热至600~700℃,在焊补过程中保持这一温度,并在焊后采取缓冷措施的工艺方法称为热焊。
预热温度在300~400℃之间的称为半热焊。
热焊有着突出的优点,通过预热和缓冷,使焊接接头冷却速度缓慢,可避免产生白口及淬硬组织,保证接头有良好的切削加工性能,由于预热温度较高,使焊缝与母材的温差变小,大大地降低了接头的热应力。
灰铸铁在600~700℃时有一定的塑性,伸长率可达2%~3%,因此可有效地防止产生焊接裂纹。
热焊多采用铸铁型焊接材料,使焊缝的组织、硬度、其它物理性能以及颜色等都与母材接近,铸铁热焊能获得质量最佳的焊接接头。
其缺点是劳动条件恶劣,生产成本高,生产率较低。
热焊适用于冷速慢的薄壁铸件,结构复杂、刚性较大易产生裂纹的部件,以及对焊补区硬度、颜色、密封性、承受动载荷等要求较高的零、部件。
半热焊由于预热温度低,冷却速度较快,需要在石墨化能力更强的焊接材料配合下才能获得灰口组织,但能改善劳动条件,简化焊接工艺。
对于刚度较大铸件的焊补,半热焊还具有一定的裂纹倾向。
5.3灰铸铁电弧热焊和半热焊的焊补工艺
焊补工艺如下:
1)焊条的选用热焊选用铸铁芯石墨化焊条EZC(牌号Z348),焊芯直径为6~12mm,电源交、直流两用。
通过焊芯和药皮的熔化共同向焊缝过渡C、Si等石墨化元素。
半热焊选用钢芯石墨化型焊条EZFe(牌号Z208),焊芯为H08A,其直径在5mm以下药皮中含有较多的C、Si、Al等石墨化元素向焊缝过渡。
2)焊前准备铲除缺陷至露出金属本色,用扁铲、风铲、砂轮等开坡口。
坡口上缘稍大,底面应圆滑过渡,四周可用黄泥围筑造型,以防铁液流失。
3)预热可采用氧乙炔焰或加热炉进行。
4)焊补从缺陷中心引弧,逐渐移向边缘,较小缺陷连续填满,缺陷较大时,逐层堆焊直到填满。
5)焊后保温用保温材料覆盖铸件使其缓冷,重要铸件可进600~700℃的消除应力热处理。
5.4灰铸铁气焊的焊补工艺
用氧乙炔焰焊补灰铸铁有一系列优点:
由于气体火焰的温度比电弧低,热量不集中,加热速度缓慢,焊前可利用气体火焰对铸件进行预热,焊后可利用气体火焰对焊补区继续加热,使其缓慢冷却,因此可有效地防止白口、淬硬组织和裂纹的产生。
因此,气焊目前仍是焊补灰铸铁的主要焊接方法。
5.5施焊要点
要从实际情况出发,依据铸铁件缺陷的大小和性质确定焊接工艺:
1)缺陷是块状且较小时,宜采用小电流+电弧回火工艺。
2)缺陷较大时,要将它分为几个区域,从中部开始单独焊接各区域,缺陷周边与母材结合部位最后焊接。
3)缺陷为裂纹时,可将其分段焊接,焊道方向最好与裂纹扩展方向垂直,以减小在裂纹扩展方向的应力,坡口应尽量成U形。
为了防止焊缝横向收缩,应力过大引起裂纹的扩展,应先焊一侧的坡口和另一侧的坡口,最后焊中间使焊缝相连为整体,这样可以较好的释放收缩应力。
4)在同一平面上的缺陷补焊时应使焊接方向相互交错排列,使拉应力不致在同一方向叠加,形成最大应力峰值,焊道应由内向外。
5)在多层焊的情况下,下一层焊道中心应尽量安排在上一层焊道熔合线上,这是由于熔合区是在拉应力下最薄弱的白口区。
6)对某些铸铁裂纹的补焊也不必开止裂纹,可通过合理的焊接工艺裂纹的扩展。
对于同质焊缝,可考虑回火焊道。
7)在处理面积小的缺陷(面积<8cm2,深度<7mm)时,需将其扩大后再进行补焊。
几点说明:
1)铸铁冷焊时,方法简单价格低廉,其不足是可靠性低,焊缝过渡区的脆性和硬度较高,工件不易在冲击载荷下工作。
2)铸铁热焊,半热焊要特别注意,没有特殊必要时应尽量少用。
在零件小时,应采用整体热焊工艺,而使焊接件整体性能得到保证。
6焊接工艺拟定
我国铸铁焊接采用的方法有焊条电弧焊,二氧化碳气体保护焊,气焊,气体火焰焊,手工电渣焊及气体火焰粉末喷焊等,其中以焊条电弧焊为主。
6.1焊前准备
6.1.1焊前清理
用打磨、切割或机加工的办法去除铸件待焊区域的表皮。
当采用开槽焊条或碳弧气刨时,为确保能除去采用这些方法所产生的硬化区域,还要用砂轮再磨去1.56mm的深度;焊
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