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傳統灰口鑄鐵的補焊工藝和操作技術介紹

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並具有較高的抗壓強度,故在工業上運用極爲廣泛。 
灰口鑄鐵目前常以鑄件的形式運用于生産,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,在生産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。
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. 焊后产生白口组织 
在補焊灰口鑄鐵時,經常會在熔合區生成一層白口組織。産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,原來灰口鑄鐵中得遊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,一般認爲在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,矽等不足也是産生白口的主要原因。一般在窄小的高溫度熔合區內,焊後很容易産生白口組織。白口組織硬而脆,使得焊縫在焊後
難以機械加工,甚至會導致開裂。防止白口産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産生白口。例如氣焊用鑄鐵焊絲的碳,矽含量要比母材高(C3.0%-3.8%,Si3.6%-4.8%)特別是冷焊灰口鑄鐵時,焊絲中的含矽量可高達4.5%焊後緩冷和延長熔合區處于紅熱狀態的時間,使石墨充分析出,這是避免熔合區産生白口的主要工藝途徑。采取的具體措施是焊前預熱和焊後保溫。由于氣焊時冷卻速度較慢。因此。對于防止白口極爲有力。 
2. 焊接街头出现裂纹 
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,就産生裂紋。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,或結合處産生白口時,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,故均産生剝離。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顔色。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後,即600℃以下,直到焊縫與焊件整體溫度均勻化之前。最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爲熱應力裂紋。 
2.1 焊前预热和焊后缓冷的措施: 
焊前將焊件整體或局部預熱和焊後緩冷不但能減少焊縫的白口傾向,並能減小焊接應力和防止焊件開裂。
2.2 采用电弧冷焊减小焊接应力的措施: 
選用塑性較好的焊接材料,如用 镍,铜,镍 铜,高钒钢等作为填充金属,使焊缝金属可通过塑性变形松弛应力,防止裂纹;用细直准焊条,小电流,断续焊,分散焊的方法可减小焊缝处和基本金属的温度差而减小焊接应力;通过锤击焊缝可以消除应力,防止裂纹。
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 采用热焊法并控制好温度. 
當溫度高于600℃時,由于産生于一定的塑性變形.而使部分內應力得到消除,一般在600℃
以上焊接時就不會産生熱應力裂紋.
三. 灰口铸铁的补焊方法: 
灰口铸铁的补焊方法主要采用焊条电弧焊,气焊,钎焊.。.按照焊件在焊前是否预热可以把焊条电弧焊分为冷焊,半热焊 (预热温度400℃以下)和热焊(预热温度600-700℃). 
四.灰口鑄鐵的補焊工藝. 
4.1.1 冷焊法. 电弧焊冷焊法就是焊件在焊前不预热,焊接过程中也不辅助加热,因此可以加速焊补生产率,降低成本,改善劳动条件,减少焊件因预热时受热不均匀而产生的变形和焊件已加工面的氧化.目前冷焊法正在推广,并迅速发展.但是冷焊法在焊接后因焊缝及热影响区的冷却速度很大,极易形成白口组织.此外因焊件受热不均匀,常形成极大的内应力,会造
成裂紋,在冷焊時應注意以下幾點: 
① 焊前应彻底清理油污,裂纹两端要打上裂孔,加工的坡口形状要保证便于焊补及减少焊件的熔化量. 
② 采用钢芯或铸铁芯的以外的焊条,小直径焊条应尽量用小的焊接电流,以减少内应力和热影响区的宽度. 
③ 采用短焊道焊接法.一般每次焊10-40mm,待其充分冷却后再焊. 
④ 采用分段倒退焊.这样可以降低拉应力,对防裂有好处. 
⑤每項焊一短焊道後,用圓頭錘沿焊逢向外錘擊. 
冷焊焊条按焊后焊缝的可加工性分为两大类:一类用于焊后不需要机械加工的铸件,如钢芯铸铁焊条(EZCQ),只适用小型薄壁铸件刚度不大部位的缺陷焊补;另一类用于焊后需要机械加工的铸件,如纯镍焊条(EZNi-1)镍铁铸铁焊条( EZNiFe-1)镍铜铸铁焊条(ENiCu-1)等。
4.1.2 热焊法 
熱焊法是在焊接前將焊件全部或局部加熱到600-700℃,並在焊接過程中保持一定溫度,焊後在爐中緩冷的焊接方法。用熱焊法時,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,防止産生裂紋。但熱焊法成本高,工藝複雜,生産周期長,焊接時勞動條件差,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産生的白口組織和裂紋都很有利。所以用氣焊焊補的鑄件質量一般比較好,因氣焊成爲補焊鑄鐵的常用方法。但氣焊與焊條電弧焊相比,焊工的勞動強度高,焊件變形較大,焊補大型鑄件時難以焊透。但由于氣焊鑄件的質量較好,易切削加工,使許多工廠中的中小型灰口鑄件,還是較多用氣焊焊補。
4.2.1 焊前准备 
① 在焊件清除完毕后,检查缺陷.焊件上的缺陷可起码接观察,也可用10-20倍的放大镜查找. 
② 裂纹找出后,在裂纹的两端钻直径φ4-6mm的 裂孔,以防止裂纹扩展.焊接灰口铸铁时可选用铸铁焊丝,丝401A或丝401B. 焊接时气焊熔剂选用气剂201,铸铁气焊熔剂熔点为650℃成碱性,能将铸铁气焊时产生的二氧化硅(熔点为1350℃)变为易熔的盐类.铸铁用气焊熔剂进行灰口铸铁补焊时,应选择较大号的焊炬,以提高焊接头焰效率,有利于气孔夹渣等缺陷.焊嘴孔径可根据焊补处的壁厚确定。
4.2.5 操作技术
在氣焊過程中,必須選用中性焰或弱碳化焰;在焊接結束時可用碳化焰使焊縫緩冷,這樣可以減少碳和矽的燒損,消除過厚的氧化膜,防止白口冷硬現象;當消除缺陷的底部或開坡口時可用氧化焰.焊接時,在要基本金屬熔化後再加入焊絲,以防止熔合不良;發現熔池中有小氣孔和白亮點夾雜物時,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多,否則反而容易産生夾渣,氣孔;適當加大火焰的功率,提高熔池鐵水溫度,有利于氣體及雜質浮起,因而能減少氣孔,夾渣;操作時應注意火焰始終蓋住熔池;加入焊絲時,經常用焊絲輕輕攪動熔池,促使氣體,熔渣浮出;焊補將完畢時應使焊縫稍高于焊件表面,並用焊絲刮去雜質較多的表層面.由于表層內含雜質較多,冷卻後硬度較高,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,以及材質較差,組織疏松的鑄件時,可采用熱焊.焊後用石棉布或炭灰將鑄件蓋好,使焊縫緩慢冷卻,以防止産生裂紋和白口組織. 
五 结论
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産生.


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