傳統灰口鑄鐵的補焊工藝和操作技術(shù)介紹
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(chēng)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。(冷焊機13821569773-盧昕)灰口鑄鐵具有良好鑄造性和切割性能，同時(shí)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(yè)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(chǎn)，由于鑄造工藝的特點(diǎn)，鑄件往往存在著(zhù)各種不同程度的缺陷，在生產(chǎn)現場(chǎng)中也有許多因各種原因而損壞的鑄件。鑄鐵的焊接實(shí)際上就是對存有缺陷或者損壞的鑄件進(jìn)行補焊。(冷焊機13821569773-盧昕)所以鑄件補焊具有很大的經(jīng)濟意義。
灰口鑄鐵
二.灰口鑄鐵的焊接性能較差，在焊接時(shí)容易出現下列問(wèn)題
1. 焊后產(chǎn)生白口組織
在補焊灰口鑄鐵時(shí)，經(jīng)常會(huì )在熔合區生成一層白口組織。產(chǎn)生白口組織的原因是：由于母材近縫區在焊接時(shí)受到高溫加熱，當受熱溫度860℃以上時(shí)，原來(lái)灰口鑄鐵中得游離狀態(tài)的石墨開(kāi)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(shí)，一般認為在30-100℃/s的急速冷卻條件下，熔于鐵中的碳來(lái)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(chǎn)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(chǎn)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(huì )導致開(kāi)裂。防止白口產(chǎn)生主要措施是適當調整填充金屬的化學(xué)成分和
冷卻速度。改善焊縫技術(shù)的化學(xué)成分，(冷焊機13821569773-盧昕)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(chǎn)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(shí)，焊絲中的含硅量可高達4.5%焊后緩冷和延長(cháng)熔合區處于紅熱狀態(tài)的時(shí)間，使石墨充分析出，這是避免熔合區產(chǎn)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(shí)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(wèn)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(fā)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，(冷焊機 13821569773-盧昕)當局部應力大于強度極限時(shí)，就產(chǎn)生裂紋。嚴重時(shí)，會(huì )使焊縫金屬和母材分離，即焊縫從基本金屬上脫離下來(lái)，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(chǎn)生白口時(shí)，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(chǎn)生剝離。焊縫金屬內的裂紋，一般常見(jiàn)的是橫向裂縫，有時(shí)也有縱向及斜向裂紋，在焊縫斷口處沒(méi)有高溫氧化時(shí)常見(jiàn)的藍顏色。裂紋生成時(shí)常發(fā)出清脆的金屬開(kāi)裂聲。通常裂紋發(fā)生在熱態(tài)焊縫金屬的暗紅色消失后，即600℃以下，(冷焊機13821569773-盧昕)直到焊縫與焊件整體溫度均勻化之前。最容易發(fā)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(fā)生的裂紋稱(chēng)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(kāi)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(guò)塑性變形松弛應力，(冷焊機13821569773-盧昕)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(guò)錘擊焊縫可以消除應力，防止裂紋。
使焊縫冷卻時(shí)能補受阻礙底自由收縮，從而避免用力過(guò)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(shí),由于產(chǎn)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(shí)就不會(huì )產(chǎn)生熱應力裂紋.
三. 灰口鑄鐵的補焊方法:
灰口鑄鐵的補焊方法主要采用焊條電弧焊,氣焊,釬焊.。.按照焊件在焊前是否預熱可以把焊條電弧焊分為冷焊,半熱焊 (預熱溫度400℃以下)和熱焊(預熱溫度600-700℃).
四.灰口鑄鐵的補焊工藝.
4.1.1 冷焊法. 電弧焊冷焊法就是焊件在焊前不預熱,焊接過(guò)程中也不輔助加熱,因此可以加速焊補生產(chǎn)率, (冷焊機13821569773-盧昕)降低成本,改善勞動(dòng)條件,減少焊件因預熱時(shí)受熱不均勻而產(chǎn)生的變形和焊件已加工面的氧化.目前冷焊法正在推廣,并迅速發(fā)展.但是冷焊法在焊接后因焊縫及熱影響區的冷卻速度很大,極易形成白口組織.此外因焊件受熱不均勻,常形成極大的內應力,會(huì )造
成裂紋,在冷焊時(shí)應注意以下幾點(diǎn):
① 焊前應徹底清理油污,裂紋兩端要打上裂孔,加工的坡口形狀要保證便于焊補及減少焊件的熔化量.
② 采用鋼芯或鑄鐵芯的以外的焊條,小直徑焊條應盡量用小的焊接電流,以減少內應力和熱影響區的寬度.
③ 采用短焊道焊接法.一般每次焊10-40mm,待其充分冷卻后再焊.
④ 采用分段倒退焊.這樣可以降低拉應力,對防裂有好處.
⑤每項焊一短焊道后,用圓頭錘沿焊逢向外錘擊.
冷焊焊條按焊后焊縫的可加工性分為兩大類(lèi):一類(lèi)用于焊后不需要機械加工的鑄件,如鋼芯鑄鐵焊條(EZCQ)，只適用小型薄壁鑄件剛度不大部位的缺陷焊補;另一類(lèi)用于焊后需要機械加工的鑄件，如純鎳焊條(EZNi-1)鎳鐵鑄鐵焊條( EZNiFe-1)鎳銅鑄鐵焊條(ENiCu-1)等。
4.1.2 熱焊法
熱焊法是在焊接前將焊件全部或局部加熱到600-700℃，(冷焊機13821569773-盧昕)并在焊接過(guò)程中保持一定溫度，焊后在爐中緩冷的焊接方法。用熱焊法時(shí)，焊件冷卻緩慢，溫度分布均勻，有利于消除白口組織，減少應力，防止產(chǎn)生裂紋。但熱焊法成本高，工藝復雜，生產(chǎn)周期長(cháng)，焊接時(shí)勞動(dòng)條件差，因此應盡量少用。
4.2氣焊焊補灰口鑄鐵的補焊工藝：
氣焊火焰溫度比電弧溫度低得多，因而焊件的加熱和冷卻比較緩慢，這對防止灰口鑄鐵在焊接時(shí)產(chǎn)生的白口組織和裂紋都很有利。所以用氣焊焊補的鑄件質(zhì)量一般比較好，因氣焊成為補焊鑄鐵的常用方法。但氣焊與焊條電弧焊相比，焊工的勞動(dòng)強度高，焊件變形較大，焊補大型鑄件時(shí)難以焊透。但由于氣焊鑄件的質(zhì)量較好，易切削加工，使許多工廠(chǎng)中的中小型灰口鑄件，還是較多用氣焊焊補。
4.2.1 焊前準備
① 在焊件清除完畢后,檢查缺陷.焊件上的缺陷可起碼接觀(guān)察,也可用10-20倍的放大鏡查找.
② 裂紋找出后,在裂紋的兩端鉆直徑φ4-6mm的 裂孔,以防止裂紋擴展.焊接灰口鑄鐵時(shí)可選用鑄鐵焊絲,絲401A或絲401B. 焊接時(shí)氣焊熔劑選用氣劑201,鑄鐵氣焊熔劑熔點(diǎn)為650℃成堿性,能將鑄鐵氣焊時(shí)產(chǎn)生的二氧化硅(熔點(diǎn)為1350℃)變?yōu)橐兹鄣柠}類(lèi).鑄鐵用氣焊熔劑進(jìn)行灰口鑄鐵補焊時(shí),應選擇較大號的焊炬,以提高焊接頭焰效率, (冷焊機13821569773-盧昕)有利于氣孔夾渣等缺陷.焊嘴孔徑可根據焊補處的壁厚確定。
4.2.5 操作技術(shù)
在氣焊過(guò)程中,必須選用中性焰或弱碳化焰;在焊接結束時(shí)可用碳化焰使焊縫緩冷,這樣可以減少碳和硅的燒損,消除過(guò)厚的氧化膜,防止白口冷硬現象;當消除缺陷的底部或開(kāi)坡口時(shí)可用氧化焰.焊接時(shí),在要基本金屬熔化后再加入焊絲,以防止熔合不良;發(fā)現熔池中有小氣孔和白亮點(diǎn)夾雜物時(shí),可以往熔池中加入少量氣焊熔劑,有助于消除平渣,但氣焊熔劑不宜加入過(guò)多,否則反而容易產(chǎn)生夾渣,氣孔;適當加大火焰的功率,提高熔池鐵水溫度,有利于氣體及雜質(zhì)浮起,因而能減少氣孔,夾渣;操作時(shí)應注意火焰始終蓋住熔池;加入焊絲時(shí),經(jīng)常用焊絲輕輕攪動(dòng)熔池,促使氣體,熔渣浮出;焊補將完畢時(shí)應使焊縫稍高于焊件表面,并用焊絲刮去雜質(zhì)較多的表層面.由于表層內含雜質(zhì)較多,冷卻后硬度較高,所以,刮去表面層可提高焊縫的切削性能.
當補焊被焊區剛性較大或補焊石積較大,以及材質(zhì)較差, (冷焊機13821569773-盧昕)組織疏松的鑄件時(shí),可采用熱焊.焊后用石棉布或炭灰將鑄件蓋好,使焊縫緩慢冷卻,以防止產(chǎn)生裂紋和白口組織.
五 結論
灰口鑄鐵采取合理的焊補工藝,可使焊件獲得較好的切削性和致密性.所以灰口鑄鐵焊補只要焊補工藝得當,可避免白口組織和裂紋的產(chǎn)生.
灰口鑄鐵目前常以鑄件的形式運用于生產(chǎn)，由于鑄造工藝的特點(diǎn)，鑄件往往存在著(zhù)各種不同程度的缺陷，在生產(chǎn)現場(chǎng)中也有許多因各種原因而損壞的鑄件。鑄鐵的焊接實(shí)際上就是對存有缺陷或者損壞的鑄件進(jìn)行補焊。(冷焊機13821569773-盧昕)所以鑄件補焊具有很大的經(jīng)濟意義。
灰口鑄鐵
二.灰口鑄鐵的焊接性能較差，在焊接時(shí)容易出現下列問(wèn)題
1. 焊后產(chǎn)生白口組織
在補焊灰口鑄鐵時(shí)，經(jīng)常會(huì )在熔合區生成一層白口組織。產(chǎn)生白口組織的原因是：由于母材近縫區在焊接時(shí)受到高溫加熱，當受熱溫度860℃以上時(shí)，原來(lái)灰口鑄鐵中得游離狀態(tài)的石墨開(kāi)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(shí)，一般認為在30-100℃/s的急速冷卻條件下，熔于鐵中的碳來(lái)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(chǎn)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(chǎn)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(huì )導致開(kāi)裂。防止白口產(chǎn)生主要措施是適當調整填充金屬的化學(xué)成分和
冷卻速度。改善焊縫技術(shù)的化學(xué)成分，(冷焊機13821569773-盧昕)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(chǎn)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(shí)，焊絲中的含硅量可高達4.5%焊后緩冷和延長(cháng)熔合區處于紅熱狀態(tài)的時(shí)間，使石墨充分析出，這是避免熔合區產(chǎn)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(shí)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(wèn)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(fā)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，(冷焊機 13821569773-盧昕)當局部應力大于強度極限時(shí)，就產(chǎn)生裂紋。嚴重時(shí)，會(huì )使焊縫金屬和母材分離，即焊縫從基本金屬上脫離下來(lái)，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(chǎn)生白口時(shí)，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(chǎn)生剝離。焊縫金屬內的裂紋，一般常見(jiàn)的是橫向裂縫，有時(shí)也有縱向及斜向裂紋，在焊縫斷口處沒(méi)有高溫氧化時(shí)常見(jiàn)的藍顏色。裂紋生成時(shí)常發(fā)出清脆的金屬開(kāi)裂聲。通常裂紋發(fā)生在熱態(tài)焊縫金屬的暗紅色消失后，即600℃以下，(冷焊機13821569773-盧昕)直到焊縫與焊件整體溫度均勻化之前。最容易發(fā)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(fā)生的裂紋稱(chēng)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(kāi)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(guò)塑性變形松弛應力，(冷焊機13821569773-盧昕)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(guò)錘擊焊縫可以消除應力，防止裂紋。
使焊縫冷卻時(shí)能補受阻礙底自由收縮，從而避免用力過(guò)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(shí),由于產(chǎn)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(shí)就不會(huì )產(chǎn)生熱應力裂紋.
三. 灰口鑄鐵的補焊方法:
灰口鑄鐵的補焊方法主要采用焊條電弧焊,氣焊,釬焊.。.按照焊件在焊前是否預熱可以把焊條電弧焊分為冷焊,半熱焊 (預熱溫度400℃以下)和熱焊(預熱溫度600-700℃).
四.灰口鑄鐵的補焊工藝.
4.1.1 冷焊法. 電弧焊冷焊法就是焊件在焊前不預熱,焊接過(guò)程中也不輔助加熱,因此可以加速焊補生產(chǎn)率, (冷焊機13821569773-盧昕)降低成本,改善勞動(dòng)條件,減少焊件因預熱時(shí)受熱不均勻而產(chǎn)生的變形和焊件已加工面的氧化.目前冷焊法正在推廣,并迅速發(fā)展.但是冷焊法在焊接后因焊縫及熱影響區的冷卻速度很大,極易形成白口組織.此外因焊件受熱不均勻,常形成極大的內應力,會(huì )造
成裂紋,在冷焊時(shí)應注意以下幾點(diǎn):
① 焊前應徹底清理油污,裂紋兩端要打上裂孔,加工的坡口形狀要保證便于焊補及減少焊件的熔化量.
② 采用鋼芯或鑄鐵芯的以外的焊條,小直徑焊條應盡量用小的焊接電流,以減少內應力和熱影響區的寬度.
③ 采用短焊道焊接法.一般每次焊10-40mm,待其充分冷卻后再焊.
④ 采用分段倒退焊.這樣可以降低拉應力,對防裂有好處.
⑤每項焊一短焊道后,用圓頭錘沿焊逢向外錘擊.
冷焊焊條按焊后焊縫的可加工性分為兩大類(lèi):一類(lèi)用于焊后不需要機械加工的鑄件,如鋼芯鑄鐵焊條(EZCQ)，只適用小型薄壁鑄件剛度不大部位的缺陷焊補;另一類(lèi)用于焊后需要機械加工的鑄件，如純鎳焊條(EZNi-1)鎳鐵鑄鐵焊條( EZNiFe-1)鎳銅鑄鐵焊條(ENiCu-1)等。
4.1.2 熱焊法
熱焊法是在焊接前將焊件全部或局部加熱到600-700℃，(冷焊機13821569773-盧昕)并在焊接過(guò)程中保持一定溫度，焊后在爐中緩冷的焊接方法。用熱焊法時(shí)，焊件冷卻緩慢，溫度分布均勻，有利于消除白口組織，減少應力，防止產(chǎn)生裂紋。但熱焊法成本高，工藝復雜，生產(chǎn)周期長(cháng)，焊接時(shí)勞動(dòng)條件差，因此應盡量少用。
4.2氣焊焊補灰口鑄鐵的補焊工藝：
氣焊火焰溫度比電弧溫度低得多，因而焊件的加熱和冷卻比較緩慢，這對防止灰口鑄鐵在焊接時(shí)產(chǎn)生的白口組織和裂紋都很有利。所以用氣焊焊補的鑄件質(zhì)量一般比較好，因氣焊成為補焊鑄鐵的常用方法。但氣焊與焊條電弧焊相比，焊工的勞動(dòng)強度高，焊件變形較大，焊補大型鑄件時(shí)難以焊透。但由于氣焊鑄件的質(zhì)量較好，易切削加工，使許多工廠(chǎng)中的中小型灰口鑄件，還是較多用氣焊焊補。
4.2.1 焊前準備
① 在焊件清除完畢后,檢查缺陷.焊件上的缺陷可起碼接觀(guān)察,也可用10-20倍的放大鏡查找.
② 裂紋找出后,在裂紋的兩端鉆直徑φ4-6mm的 裂孔,以防止裂紋擴展.焊接灰口鑄鐵時(shí)可選用鑄鐵焊絲,絲401A或絲401B. 焊接時(shí)氣焊熔劑選用氣劑201,鑄鐵氣焊熔劑熔點(diǎn)為650℃成堿性,能將鑄鐵氣焊時(shí)產(chǎn)生的二氧化硅(熔點(diǎn)為1350℃)變?yōu)橐兹鄣柠}類(lèi).鑄鐵用氣焊熔劑進(jìn)行灰口鑄鐵補焊時(shí),應選擇較大號的焊炬,以提高焊接頭焰效率, (冷焊機13821569773-盧昕)有利于氣孔夾渣等缺陷.焊嘴孔徑可根據焊補處的壁厚確定。
4.2.5 操作技術(shù)
在氣焊過(guò)程中,必須選用中性焰或弱碳化焰;在焊接結束時(shí)可用碳化焰使焊縫緩冷,這樣可以減少碳和硅的燒損,消除過(guò)厚的氧化膜,防止白口冷硬現象;當消除缺陷的底部或開(kāi)坡口時(shí)可用氧化焰.焊接時(shí),在要基本金屬熔化后再加入焊絲,以防止熔合不良;發(fā)現熔池中有小氣孔和白亮點(diǎn)夾雜物時(shí),可以往熔池中加入少量氣焊熔劑,有助于消除平渣,但氣焊熔劑不宜加入過(guò)多,否則反而容易產(chǎn)生夾渣,氣孔;適當加大火焰的功率,提高熔池鐵水溫度,有利于氣體及雜質(zhì)浮起,因而能減少氣孔,夾渣;操作時(shí)應注意火焰始終蓋住熔池;加入焊絲時(shí),經(jīng)常用焊絲輕輕攪動(dòng)熔池,促使氣體,熔渣浮出;焊補將完畢時(shí)應使焊縫稍高于焊件表面,并用焊絲刮去雜質(zhì)較多的表層面.由于表層內含雜質(zhì)較多,冷卻后硬度較高,所以,刮去表面層可提高焊縫的切削性能.
當補焊被焊區剛性較大或補焊石積較大,以及材質(zhì)較差, (冷焊機13821569773-盧昕)組織疏松的鑄件時(shí),可采用熱焊.焊后用石棉布或炭灰將鑄件蓋好,使焊縫緩慢冷卻,以防止產(chǎn)生裂紋和白口組織.
五 結論
灰口鑄鐵采取合理的焊補工藝,可使焊件獲得較好的切削性和致密性.所以灰口鑄鐵焊補只要焊補工藝得當,可避免白口組織和裂紋的產(chǎn)生.
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