灰口鑄鐵冷焊工藝

灰口鑄鐵冷焊工藝

一、調查分析

鑄鐵是含碳量大于2％的鐵碳合金，工業用的鑄鐵除含鐵和碳之外，還(hái)含有一定量的矽、錳元素以及硫磷雜質。爲了改善鑄鐵的某些性能(néng)時(shí)常有目的地加入某些合金元素。

通常按碳在鑄鐵中存在的狀态及形式的不同，一般將(jiāng)鑄鐵分爲白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵五類。其中，灰口鑄鐵制造成(chéng)本低，鑄造性能(néng)好(hǎo)，減震性和耐磨性良好(hǎo)，切削加工性能(néng)優良，所以灰口鑄鐵應用非常廣泛。但是在應用過(guò)程中由于種(zhǒng)種(zhǒng)原因，産品會(huì)受到損壞并出現裂紋等缺陷，使其報廢，若能(néng)及時(shí)用焊接方法修複，不僅有利于生産，而且可以節約大量資金。因此，灰口鑄鐵的補焊工藝在日常生産中將(jiāng)會(huì)得到廣泛使用。

二、狀況分析

1、鑄鐵的組織性能(néng)分析

灰口鑄鐵的組織相當于在鋼的基體上分布片狀石墨夾雜，由于石墨的強度較低，這(zhè)就(jiù)相當于在鋼的基體中有許多孔洞和裂紋，破壞了基體的連續性，并且在外力的作用下，裂紋尖端處容易引起(qǐ)應力集中而産生破壞。因此，灰口鑄鐵的抗拉強度和疲勞強度都(dōu)很低，塑性和沖擊韌性幾乎爲零，當基體組織相同時(shí)，其石墨越多，片越粗大，分布越不均勻，鑄鐵的抗拉強度和塑性越低。由于片狀石墨對(duì)灰口鑄鐵有著(zhe)決定性影響，即使基體組織從珠光體改變爲鐵素體，也隻會(huì)降低強度而不會(huì)增加塑性和韌性，因此，在日常生産中，應用最廣泛的灰口鑄鐵爲珠光體鑄鐵。在下面(miàn)的補焊工藝介紹中，主要針對(duì)珠光體灰口鑄鐵進(jìn)行介紹。

2、灰口鑄鐵冷焊工藝特點和存在的問題

灰口鑄鐵冷焊的特點是焊前對(duì)需焊補的工件不預熱，焊工勞動條件好(hǎo)，焊補成(chéng)本低，焊補過(guò)程短，焊補效率高。所以電弧冷焊鑄鐵是一個發(fā)展方向(xiàng)，但它也存在許多局限性，如焊縫強度低，塑性差，焊補剛性較大時(shí)易出現裂紋。此外，由于冷卻速度快，焊縫很容易出現白口現象和大面(miàn)積的淬硬組織。

灰口鑄鐵補焊存在兩(liǎng)方面(miàn)問題：一方面(miàn)，焊接易出現白口及淬硬組織、塑性極差且難以進(jìn)行機加工；另一方面(miàn)，焊接接頭易出現裂紋，導緻補焊失敗甚至工件的報廢。灰口鑄鐵的化學(xué)成(chéng)分和力學(xué)性能(néng)決定其焊接性很差。因此，一般灰口鑄鐵的焊接加工僅用于鑄鐵缺陷焊補和損壞鑄件的修複。

3、選材及原因

爲解決以上問題，通過(guò)實踐和分析證明鎳基焊條能(néng)使焊縫不出現淬硬組織且使焊縫有較高的塑性和韌性。鎳是擴大奧氏體區的元素，當Fe-Ni合金中含鎳量超過(guò)30%時(shí)，合金凝固後(hòu)一直到室溫都(dōu)保持硬度較高的奧氏體組織，不發(fā)生相變，所以鎳基焊條形成(chéng)的焊縫有一定的塑性和強度,且硬度較低。同時(shí)，鎳爲促使石墨化元素,其擴散能(néng)力很強，對(duì)減弱半熔化區白口的寬度很有利。有人系統研究了焊條不同含鎳量對(duì)白口區寬度的影響，其結果是當焊縫含鎳量爲50%時(shí)，可減低到0.1mm，當焊縫含鎳量爲98%時(shí)，可減低到0.05mm，而且白口呈斷續狀，故采用鎳基焊條可減弱白口現象，提高焊縫強度和塑性，改善焊縫接頭加工性，所以在冷焊灰口鑄鐵時(shí)盡量采用鎳基鑄鐵焊條，如鎳基182焊條其焊縫具有較高力學(xué)性能(néng)。

三、對(duì)策及方法

1、過(guò)渡搭橋法

此種(zhǒng)焊接方法就(jiù)是在母材兩(liǎng)側先焊過(guò)渡層，再焊中間填充焊縫。它主要适用于大厚件的焊補工作,若填充量過(guò)大，中間可用J507焊條适當代替，這(zhè)樣(yàng)可減少焊縫中氧、硫、磷和碳的含量，既保證了焊縫的強度又降低了焊材成(chéng)本，防止裂紋發(fā)生。若坡口角度較小時(shí),可全用鎳基182直接焊接完成(chéng)。

2、生根補焊法

此種(zhǒng)補焊方法主要用于工件相對(duì)較薄，焊縫填充量不大的工件。焊條最好(hǎo)全部用鎳基182焊條，焊接時(shí)應由裡(lǐ)到外逐層焊接，也就(jiù)是先將(jiāng)坡口内焊滿，再焊兩(liǎng)側圓孔，最後(hòu)焊兩(liǎng)孔之間焊縫。

3、栽樁補焊法

此種(zhǒng)方法補焊主要用于應力相對(duì)集中或裂紋無法清理幹淨的焊縫。栽樁可用碳鋼來承擔，焊接時(shí)可先繞栽樁焊接,然後(hòu)再焊栽樁之間，這(zhè)樣(yàng)既可提高焊接效率，又可節省焊條，焊栽樁時(shí)可用J507焊條。

4、鉚接補焊法

此種(zhǒng)焊接方法主要用于工作應力較大，工件相對(duì)較厚的焊縫，如大型機器的底座等工件。鉚釘可用碳鋼承擔，焊鉚釘時(shí)可用J507焊條焊接，主焊縫仍舊用鎳基182焊條。焊接時(shí)先將(jiāng)坡口内焊滿，最後(hòu)焊鉚釘，使鉚釘和坡口内焊縫形成(chéng)一個整體焊縫。

四、 工藝要求

1、做好(hǎo)焊前準備工作

首先要清理工件及缺陷上的油污和其它雜質，确定裂紋的長(cháng)度和深度,必要時(shí)要用堿水、汽油或火焰清理污物,确保坡口内無雜質，從而降低焊縫内的含磷硫量，減少開(kāi)裂傾向(xiàng)。爲防止焊接過(guò)程裂紋擴展，應在裂紋端部3-5mm處鑽止裂孔(∮5-∮8)，開(kāi)坡口的原則爲盡量減少坡口角度及母材的熔化量，以降低焊接應力及焊縫中碳、硫量,防止裂紋發(fā)生。

2、采用小電流小規範焊接

在保證電弧穩定及焊透的情況下，應采用合适的最小電流焊接，電流小使得溶深也較小，鑄鐵中的碳、硫、磷等有害雜質可少進(jìn)入焊縫，有利于提高焊縫質量。同時(shí)，随著(zhe)電流減小，在焊接速度不變的情況下，減小了焊縫線能(néng)量,不僅減少了焊接應力，使焊接接頭出現裂紋的傾向(xiàng)減小，而且也減小了整個熱影響區寬度，其中也包括減小了最易形成(chéng)白口的半熔化區的寬度，使白口層變薄，所以最好(hǎo)采用小直徑焊條，提高焊接速度且不做橫向(xiàng)擺渡。

3、采用分段分層斷續分散焊接

焊縫越長(cháng)，焊縫所承受的拉應力越大，故采用短焊縫有利于減低焊縫應力狀态，減弱焊縫發(fā)生裂紋的可能(néng)性，一般每次焊縫長(cháng)度爲30-50mm。爲了降低焊補處的溫度，減少應力，宜待工件冷卻至不燙手時(shí)(50～60℃)再焊下一道(dào)焊縫。此外，也可用分散焊法。相對(duì)于較厚的焊件時(shí)，采用多層焊接可以有效地提高焊縫金屬的性能(néng)，這(zhè)主要是由于後(hòu)一層對(duì)前一層焊縫具有附加熱處理的作用，從而改善了焊縫固态相變的組織。

4、錘擊焊縫表面(miàn)

錘擊焊縫表面(miàn)既能(néng)改善後(hòu)層焊縫的結晶組織，也能(néng)改善前層焊縫的固态相變組織。因爲錘擊焊縫可使前一層焊縫(或坡口表面(miàn))不同程度的晶粒破碎，使後(hòu)層焊縫在凝固時(shí)晶粒細化,這(zhè)樣(yàng)逐層錘擊焊道(dào)就(jiù)可以改善整個焊縫的組織性能(néng)。此外，錘擊焊道(dào)也産生塑性變形而降低殘餘應力，從而提高焊縫的韌性和疲勞性能(néng)。所以錘擊是改善焊道(dào)組織和性能(néng)最簡單有效的方法。

來源：内部稿件