灰口铸铁冷焊工(gōng)艺

灰口铸铁冷焊工(gōng)艺

一、调查分(fēn)析

铸铁是含碳量大于2％的铁碳合金，工(gōng)业用(yòng)的铸铁除含铁和碳之外，还含有(yǒu)一定量的硅、锰元素以及硫磷杂质(zhì)。為(wèi)了改善铸铁的某些性能(néng)时常有(yǒu)目的地加入某些合金元素。

通常按碳在铸铁中(zhōng)存在的状态及形式的不同，一般将铸铁分(fēn)為(wèi)白口铸铁、灰口铸铁、可(kě)锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁五类。其中(zhōng)，灰口铸铁制造成本低，铸造性能(néng)好，减震性和耐磨性良好，切削加工(gōng)性能(néng)优良，所以灰口铸铁应用(yòng)非常广泛。但是在应用(yòng)过程中(zhōng)由于种种原因，产(chǎn)品会受到损坏并出现裂纹等缺陷，使其报废，若能(néng)及时用(yòng)焊接方法修复，不仅有(yǒu)利于生产(chǎn)，而且可(kě)以节约大量资金。因此，灰口铸铁的补焊工(gōng)艺在日常生产(chǎn)中(zhōng)将会得到广泛使用(yòng)。

二、状况分(fēn)析

1、铸铁的组织性能(néng)分(fēn)析

灰口铸铁的组织相当于在钢的基體(tǐ)上分(fēn)布片状石墨夹杂，由于石墨的强度较低，这就相当于在钢的基體(tǐ)中(zhōng)有(yǒu)许多(duō)孔洞和裂纹，破坏了基體(tǐ)的连续性，并且在外力的作(zuò)用(yòng)下，裂纹尖端处容易引起应力集中(zhōng)而产(chǎn)生破坏。因此，灰口铸铁的抗拉强度和疲劳强度都很(hěn)低，塑性和冲击韧性几乎為(wèi)零，当基體(tǐ)组织相同时，其石墨越多(duō)，片越粗大，分(fēn)布越不均匀，铸铁的抗拉强度和塑性越低。由于片状石墨对灰口铸铁有(yǒu)着决定性影响，即使基體(tǐ)组织从珠光體(tǐ)改变為(wèi)铁素體(tǐ)，也只会降低强度而不会增加塑性和韧性，因此，在日常生产(chǎn)中(zhōng)，应用(yòng)最广泛的灰口铸铁為(wèi)珠光體(tǐ)铸铁。在下面的补焊工(gōng)艺介绍中(zhōng)，主要针对珠光體(tǐ)灰口铸铁进行介绍。

2、灰口铸铁冷焊工(gōng)艺特点和存在的问题

灰口铸铁冷焊的特点是焊前对需焊补的工(gōng)件不预热，焊工(gōng)劳动条件好，焊补成本低，焊补过程短，焊补效率高。所以電(diàn)弧冷焊铸铁是一个发展方向，但它也存在许多(duō)局限性，如焊缝强度低，塑性差，焊补刚性较大时易出现裂纹。此外，由于冷却速度快，焊缝很(hěn)容易出现白口现象和大面积的淬硬组织。

灰口铸铁补焊存在两方面问题：一方面，焊接易出现白口及淬硬组织、塑性极差且难以进行机加工(gōng)；另一方面，焊接接头易出现裂纹，导致补焊失败甚至工(gōng)件的报废。灰口铸铁的化學(xué)成分(fēn)和力學(xué)性能(néng)决定其焊接性很(hěn)差。因此，一般灰口铸铁的焊接加工(gōng)仅用(yòng)于铸铁缺陷焊补和损坏铸件的修复。

3、选材及原因

為(wèi)解决以上问题，通过实践和分(fēn)析证明镍基焊条能(néng)使焊缝不出现淬硬组织且使焊缝有(yǒu)较高的塑性和韧性。镍是扩大奥氏體(tǐ)區(qū)的元素，当Fe-Ni合金中(zhōng)含镍量超过30%时，合金凝固后一直到室温都保持硬度较高的奥氏體(tǐ)组织，不发生相变，所以镍基焊条形成的焊缝有(yǒu)一定的塑性和强度,且硬度较低。同时，镍為(wèi)促使石墨化元素,其扩散能(néng)力很(hěn)强，对减弱半熔化區(qū)白口的宽度很(hěn)有(yǒu)利。有(yǒu)人系统研究了焊条不同含镍量对白口區(qū)宽度的影响，其结果是当焊缝含镍量為(wèi)50%时，可(kě)减低到0.1mm，当焊缝含镍量為(wèi)98%时，可(kě)减低到0.05mm，而且白口呈断续状，故采用(yòng)镍基焊条可(kě)减弱白口现象，提高焊缝强度和塑性，改善焊缝接头加工(gōng)性，所以在冷焊灰口铸铁时尽量采用(yòng)镍基铸铁焊条，如镍基182焊条其焊缝具(jù)有(yǒu)较高力學(xué)性能(néng)。

三、对策及方法

1、过渡搭桥法

此种焊接方法就是在母材两侧先焊过渡层，再焊中(zhōng)间填充焊缝。它主要适用(yòng)于大厚件的焊补工(gōng)作(zuò),若填充量过大，中(zhōng)间可(kě)用(yòng)J507焊条适当代替，这样可(kě)减少焊缝中(zhōng)氧、硫、磷和碳的含量，既保证了焊缝的强度又(yòu)降低了焊材成本，防止裂纹发生。若坡口角度较小(xiǎo)时,可(kě)全用(yòng)镍基182直接焊接完成。

2、生根补焊法

此种补焊方法主要用(yòng)于工(gōng)件相对较薄，焊缝填充量不大的工(gōng)件。焊条最好全部用(yòng)镍基182焊条，焊接时应由里到外逐层焊接，也就是先将坡口内焊满，再焊两侧圆孔，最后焊两孔之间焊缝。

3、栽桩补焊法

此种方法补焊主要用(yòng)于应力相对集中(zhōng)或裂纹无法清理(lǐ)干净的焊缝。栽桩可(kě)用(yòng)碳钢来承担，焊接时可(kě)先绕栽桩焊接,然后再焊栽桩之间，这样既可(kě)提高焊接效率，又(yòu)可(kě)节省焊条，焊栽桩时可(kě)用(yòng)J507焊条。

4、铆接补焊法

此种焊接方法主要用(yòng)于工(gōng)作(zuò)应力较大，工(gōng)件相对较厚的焊缝，如大型机器的底座等工(gōng)件。铆钉可(kě)用(yòng)碳钢承担，焊铆钉时可(kě)用(yòng)J507焊条焊接，主焊缝仍旧用(yòng)镍基182焊条。焊接时先将坡口内焊满，最后焊铆钉，使铆钉和坡口内焊缝形成一个整體(tǐ)焊缝。

四、 工(gōng)艺要求

1、做好焊前准备工(gōng)作(zuò)

首先要清理(lǐ)工(gōng)件及缺陷上的油污和其它杂质(zhì)，确定裂纹的長(cháng)度和深度,必要时要用(yòng)碱水、汽油或火焰清理(lǐ)污物(wù),确保坡口内无杂质(zhì)，从而降低焊缝内的含磷硫量，减少开裂倾向。為(wèi)防止焊接过程裂纹扩展，应在裂纹端部3-5mm处钻止裂孔(∮5-∮8)，开坡口的原则為(wèi)尽量减少坡口角度及母材的熔化量，以降低焊接应力及焊缝中(zhōng)碳、硫量,防止裂纹发生。

2、采用(yòng)小(xiǎo)電(diàn)流小(xiǎo)规范焊接

在保证電(diàn)弧稳定及焊透的情况下，应采用(yòng)合适的最小(xiǎo)電(diàn)流焊接，電(diàn)流小(xiǎo)使得溶深也较小(xiǎo)，铸铁中(zhōng)的碳、硫、磷等有(yǒu)害杂质(zhì)可(kě)少进入焊缝，有(yǒu)利于提高焊缝质(zhì)量。同时，随着電(diàn)流减小(xiǎo)，在焊接速度不变的情况下，减小(xiǎo)了焊缝線(xiàn)能(néng)量,不仅减少了焊接应力，使焊接接头出现裂纹的倾向减小(xiǎo)，而且也减小(xiǎo)了整个热影响區(qū)宽度，其中(zhōng)也包括减小(xiǎo)了最易形成白口的半熔化區(qū)的宽度，使白口层变薄，所以最好采用(yòng)小(xiǎo)直径焊条，提高焊接速度且不做横向摆渡。

3、采用(yòng)分(fēn)段分(fēn)层断续分(fēn)散焊接

焊缝越長(cháng)，焊缝所承受的拉应力越大，故采用(yòng)短焊缝有(yǒu)利于减低焊缝应力状态，减弱焊缝发生裂纹的可(kě)能(néng)性，一般每次焊缝長(cháng)度為(wèi)30-50mm。為(wèi)了降低焊补处的温度，减少应力，宜待工(gōng)件冷却至不烫手时(50～60℃)再焊下一道焊缝。此外，也可(kě)用(yòng)分(fēn)散焊法。相对于较厚的焊件时，采用(yòng)多(duō)层焊接可(kě)以有(yǒu)效地提高焊缝金属的性能(néng)，这主要是由于后一层对前一层焊缝具(jù)有(yǒu)附加热处理(lǐ)的作(zuò)用(yòng)，从而改善了焊缝固态相变的组织。

4、锤击焊缝表面

锤击焊缝表面既能(néng)改善后层焊缝的结晶组织，也能(néng)改善前层焊缝的固态相变组织。因為(wèi)锤击焊缝可(kě)使前一层焊缝(或坡口表面)不同程度的晶粒破碎，使后层焊缝在凝固时晶粒细化,这样逐层锤击焊道就可(kě)以改善整个焊缝的组织性能(néng)。此外，锤击焊道也产(chǎn)生塑性变形而降低残余应力，从而提高焊缝的韧性和疲劳性能(néng)。所以锤击是改善焊道组织和性能(néng)最简单有(yǒu)效的方法。

来源：内部稿件