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談灰口鑄鐵的補焊工藝和操作技術1

2019-10-04

本文在分析灰口鑄鐵焊接性的基礎上,對補焊工藝和具體的操作技術和方法給予較為詳細的介紹。對焊工在生產現場施焊技術的提高有非常大的參考價值。


一、前言


灰口鑄鐵是鑄鐵中的一種,灰口鑄鐵的碳以片狀石墨的形式分布于鑄鐵基體中,斷面呈暗灰色,故稱灰口鑄鐵。由于片狀的石墨割裂了鑄鐵的基體組織,因此,灰口鑄鐵的抗拉強度低,缺乏塑性。灰口鑄鐵具有良好鑄造性和切割性能,同時由于灰口鑄鐵中石墨以片狀存在,它具有良好的耐磨性,抗震性和切削加工性并具有較高的抗壓強度,故在工業上運用極為廣泛。


灰口鑄鐵目前常以鑄件的形式運用于生產,由于鑄造工藝的特點,鑄件往往存在著各種不同程度的缺陷,在生產現場中也有許多因各種原因而損壞的鑄件。鑄鐵的焊接實際上就是對存有缺陷或者損壞的鑄件進行補焊。所以鑄件補焊具有很大的經濟意義。


1.灰口鑄鐵的焊接性能較差,在焊接時容易出現下列問題


1.1焊后產生白口組織


在補焊灰口鑄鐵時,經常會在熔合區生成一層白口組織。產生白口組織的原因是:由于母材近縫區在焊接時受到高溫加熱,當受熱溫度860℃以上時,原來灰口鑄鐵中得游離狀態的石墨開始部分也熔于鐵中,溫度越高,熔于鐵中的石墨也越多。當冷卻時,一般認為在30-100℃/s的急速冷卻條件下,熔于鐵中的碳來不及以石墨形式析出,而呈滲碳體出現,即所謂白口。另外。在焊接熔池中的石墨化元素碳,硅等不足也是產生白口的主要原因。一般在窄小的高溫度熔合區內,焊后很容易產生白口組織。白口組織硬而脆,使得焊縫在焊后難以機械加工,甚至會導致開裂。防止白口產生主要措施是適當調整填充金屬的化學成分和冷卻速度。改善焊縫技術的化學成分,增加石墨化元素的含量,可以在一定條件下防止焊縫金屬產生白口。例如氣焊用鑄鐵焊絲的碳,硅含量要比母材高(C3.0%-3.8%,Si3.6%-4.8%)特別是冷焊灰口鑄鐵時,焊絲中的含硅量可高達4.5%焊后緩冷和延長熔合區處于紅熱狀態的時間,使石墨充分析出,這是避免熔合區產生白口的主要工藝途徑。采取的具體措施是焊前預熱和焊后保溫。由于氣焊時冷卻速度較慢。因此。對于防止白口極為有力。


1.2焊接街頭出現裂紋


裂紋是焊接灰口鑄鐵的要問題,灰口鑄鐵焊接接頭上的裂紋可能出現在焊縫金屬中,也可能在基本金屬即母材上。母材的裂紋一般出現近縫區,可能是縱向,橫向或斜向的。由于灰口鑄鐵塑性極差,幾乎不能發生任何塑性變形,而且強度又低,所以在焊接應力及鑄件本身應力(組織應力)的共同作用下,當局部應力大于強度極限時,就產生裂紋。嚴重時,會使焊縫金屬和母材分離,即焊縫從基本金屬上脫離下來,即所謂剝離。如果焊縫強度較高而母材強度較低,或結合處產生白口時,由于白口鑄鐵收縮率(1.6%-2.%)比灰口鑄鐵收縮率(0.9%-1.8%)大,且塑性也差,故均產生剝離。焊縫金屬內的裂紋,一般常見的是橫向裂縫,有時也有縱向及斜向裂紋,在焊縫斷口處沒有高溫氧化時常見的藍顏色。裂紋生成時常發出清脆的金屬開裂聲。通常裂紋發生在熱態焊縫金屬的暗紅色消失后,即600℃以下,直到焊縫與焊件整體溫度均勻化之前。容易發生裂紋的溫度在400℃以下,通常這種在熱應力和組織應力的共同作用下發生的裂紋稱為熱應力裂紋。


(1)焊前預熱和焊后緩冷的措施:


焊前將焊件整體或局部預熱和焊后緩冷不但能減少焊縫的白口傾向,并能減小焊接應力和防止焊件開裂。


(2)采用電弧冷焊減小焊接應力的措施:


選用塑性較好的焊接材料,如用鎳,銅,鎳銅,高釩鋼等作為填充金屬,使焊縫金屬可通過塑性變形松弛應力,防止裂紋;用細直準焊條,小電流,斷續焊,分散焊的方法可減小焊縫處和基本金屬的溫度差而減小焊接應力;通過錘擊焊縫可以消除應力,防止裂紋。


使焊縫冷卻時能補受阻礙底自由收縮,從而避免用力過大而導致裂紋。


(3)采用熱焊法并控制好溫度.


當溫度高于600℃時,由于產生于一定的塑性變形.而使部分內應力得到消除,一般在600℃以上焊接時就不會產生熱應力裂紋.


二、灰口鑄鐵的焊接性能較差,在焊接時容易出現下列問題


1.焊后產生白口組織


在補焊灰口鑄鐵時,經常會在熔合區生成一層白口組織。產生白口組織的原因是:由于母材近縫區在焊接時受到高溫加熱,當受熱溫度860℃以上時,原來灰口鑄鐵中得游離狀態的石墨開始部分也熔于鐵中,溫度越高,熔于鐵中的石墨也越多。當冷卻時,一般認為在30-100℃/s的急速冷卻條件下,熔于鐵中的碳來不及以石墨形式析出,而呈滲碳體出現,即所謂白口。另外。在焊接熔池中的石墨化元素碳,硅等不足也是產生白口的主要原因。一般在窄小的高溫度熔合區內,焊后很容易產生白口組織。白口組織硬而脆,使得焊縫在焊后難以機械加工,甚至會導致開裂。防止白口產生主要措施是適當調整填充金屬的化學成分和冷卻速度。改善焊縫技術的化學成分,增加石墨化元素的含量,可以在一定條件下防止焊縫金屬產生白口。例如氣焊用鑄鐵焊絲的碳,硅含量要比母材高(C3.0%-3.8%,Si3.6%-4.8%)特別是冷焊灰口鑄鐵時,焊絲中的含硅量可高達4.5%焊后緩冷和延長熔合區處于紅熱狀態的時間,使石墨充分析出,這是避免熔合區產生白口的主要工藝途徑。采取的具體措施是焊前預熱和焊后保溫。由于氣焊時冷卻速度較慢。因此。對于防止白口極為有力。


2.焊接街頭出現裂紋


裂紋是焊接灰口鑄鐵的要問題,灰口鑄鐵焊接接頭上的裂紋可能出現在焊縫金屬中,也可能在基本金屬即母材上。母材的裂紋一般出現近縫區,可能是縱向,橫向或斜向的。由于灰口鑄鐵塑性極差,幾乎不能發生任何塑性變形,而且強度又低,所以在焊接應力及鑄件本身應力(組織應力)的共同作用下,當局部應力大于強度極限時,就產生裂紋。嚴重時,會使焊縫金屬和母材分離,即焊縫從基本金屬上脫離下來,即所謂剝離。如果焊縫強度較高而母材強度較低,或結合處產生白口時,由于白口鑄鐵收縮率(1.6%-2.%)比灰口鑄鐵收縮率(0.9%-1.8%)大,且塑性也差,故均產生剝離。焊縫金屬內的裂紋,一般常見的是橫向裂縫,有時也有縱向及斜向裂紋,在焊縫斷口處沒有高溫氧化時常見的藍顏色。裂紋生成時常發出清脆的金屬開裂聲。通常裂紋發生在熱態焊縫金屬的暗紅色消失后,即600℃以下,直到焊縫與焊件整體溫度均勻化之前。容易發生裂紋的溫度在400℃以下,通常這種在熱應力和組織應力的共同作用下發生的裂紋稱為熱應力裂紋。


2.1焊前預熱和焊后緩冷的措施:


焊前將焊件整體或局部預熱和焊后緩冷不但能減少焊縫的白口傾向,并能減小焊接應力和防止焊件開裂。


2.2采用電弧冷焊減小焊接應力的措施:


選用塑性較好的焊接材料,如用鎳,銅,鎳銅,高釩鋼等作為填充金屬,使焊縫金屬可通過塑性變形松弛應力,防止裂紋;用細直準焊條,小電流,斷續焊,分散焊的方法可減小焊縫處和基本金屬的溫度差而減小焊接應力;通過錘擊焊縫可以消除應力,防止裂紋。


使焊縫冷卻時能補受阻礙底自由收縮,從而避免用力過大而導致裂紋。


2.3采用熱焊法并控制好溫度


當溫度高于600℃時,由于產生于一定的塑性變形.而使部分內應力得到消除,一般在600℃以上焊接時就不會產生熱應力裂紋。

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