第十一章铸铁的焊接
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1、第十一章铸铁的焊接 主编第一节铸铁的种类、性能与焊接性一、铸铁的种类及性能特点 铸铁按碳在铸铁中的存在形式分为灰铸铁(全部是G)、白口铸铁(全部是Fe3C)和麻口铸铁(G+Fe3C)；按石墨的形态分为普通灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁及可锻铸铁；按化学成分分为普通铸铁和合金铸铁。二、铸铁的焊接性 灰铸铁的应用最为广泛，这里主要以灰铸铁的焊接性来进行分析。常用的普通灰铸铁化学成分为：wC=27%35%，wSi=10%27%，wMn=05%12%，wS015%，wP03%。其特点是碳及硫、磷杂质含量高，这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及对冷热裂纹的敏感性。并且铸铁强度低，基本无塑性。其焊接时的
2、主要问题是焊接接头易出现白口组织和裂纹。第一节铸铁的种类、性能与焊接性1.焊接接头的白口组织 在铸铁焊接时，由于熔池体积小，存在时间短，加之铸铁内部的热传导作用，使得焊缝及近缝区的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度。因此，在焊接接头中的焊缝及半熔化区将会产生大量的渗碳体，形成白口组织。(1)焊缝区白口组织铸铁焊接时，由于所用焊接材料不同，焊缝材质有两种类型：一种是铸铁成分；另一种是非铸铁(钢、镍、镍铁、镍铜或铜铁高钒钢等)成分。(2)半熔化区白口组织该区域很窄，是固相奥氏体与部分液相并存的区域，温度为11501250，石墨全部溶解于奥氏体。第一节铸铁的种类、性能与焊接性 当焊缝为铸铁成分时
3、，如果冷却速度太快，半熔化区与焊缝区一样，会产生白口组织。当焊缝为非铸铁成分时，由于一般都是冷焊，半熔化区的冷却速度必然很快，该区的白口组织也必然出现，只不过随所用焊条的不同(钢、钝镍、镍铁、镍铜或铜铁焊条等)或焊接工艺不同，白口组织带的宽度有差别。目前铸铁冷焊用的“Z308”纯镍焊条，引起的白口组织带很窄，且为间断出现。1)改变焊缝化学成分，主要是增加焊缝的石墨化元素含量或使焊缝成为非铸铁组织。2)减缓冷却速度，延长半熔合区处于红热状态的时间，有利于石墨的充分析出，故可实现半熔合区的石墨化过程。2.焊接接头裂纹第一节铸铁的种类、性能与焊接性灰铸铁焊接接头的裂纹主要是冷裂纹，其产生原因有以下几
4、方面：1)灰铸铁本身强度较低，塑性更差，承受塑性变形的能力几乎为零，因此容易引起开裂。2)由于焊接过程对焊件来说，属于局部加热和冷却，焊件必然产生焊接应力，焊接应力的存在是导致裂纹产生的又一重要原因。3)焊接接头的白口组织又硬又脆，不能产生塑性变形，容易引起开裂，严重时会使焊缝及热影响区交界整个界面开裂而分离。3.防止裂纹的措施 防止裂纹产生，主要是通过减小焊接应力，并调整焊缝的化学成分，使其具有一定的塑性。第二节灰铸铁的焊接工艺一、同质焊缝的焊条电弧焊 同质焊缝指焊后形成铸铁型焊缝。它的焊条电弧焊工艺分为热焊(包括半热焊)和冷焊两种。1.热焊及半热焊 针对灰铸铁焊接时白口组织和冷裂纹的问题，
5、人们最先采用了热焊及半热焊工艺，以达到减小铸件温度，降低接头冷却速度的目的。热焊一般预热温度为600700，半热焊预热温度为300400。(1)热焊及半热焊焊条热焊及半热焊的焊条有两种类型：一种是铸铁芯石墨化铸铁焊条(Z408)，主要用于焊补大厚度铸件的缺陷；另一种是低碳钢芯石墨化铸铁焊条(Z208)，外涂强石墨化药皮。第二节灰铸铁的焊接工艺(2)热焊工艺电弧热焊时，一般将铸件整体或焊补区局部预热到600700，然后再进行焊接，焊后保温缓冷。1)预热。2)焊前清理。3)造型。造型材料可用型砂加水玻璃或黄泥，内壁最好放置耐高温的石墨片，并在焊前进行烘干。4)焊接。5)焊后缓冷。图11-1热焊焊补
6、区造型示意图a)中间缺陷焊补b)边角缺陷焊补第二节灰铸铁的焊接工艺(3)半热焊工艺半热焊采用300400整体或局部预热。 半热焊由于预热温度低，铸件焊接时的温差比热焊条件下大，故焊接区的冷却速度加快，易产生白口组织。为了防止白口组织及裂纹的产生，焊缝中石墨化元素含量应高于热焊时的含量，一般情况下可采用“Z208”或“Z248”焊条。半热焊工艺过程基本与热焊时相同，即大电流、长弧、连续焊，焊后保温缓冷。第二节灰铸铁的焊接工艺2.电弧冷焊 电弧冷焊即焊前不预热，焊接过程中不辅助加热。它是在提高焊缝石墨化能力的基础上，采用大直径焊条、大焊接线能量的连续焊工艺，以增加熔池存在时间，达到降低接头冷却速度
7、、防止白口组织产生的目的。这种方法用于中厚度以上铸件的一般大缺陷焊补，基本上可以避免白口组织产生，获得较好的效果。(1)电弧冷焊焊条电弧冷焊时由于焊缝冷却速度较快，为了防止出现白口组织，同质焊缝冷焊焊条的石墨化元素碳、硅的含量应比热焊焊条高。图11-2铸铁型焊条冷焊焊前准备示意图a)缺陷状况b)型槽形状及尺寸第二节灰铸铁的焊接工艺(2)冷焊工艺要点1)焊前清理及坡口制备。2)造型。3)焊接。图11-3铸铁型焊条冷焊示意图第二节灰铸铁的焊接工艺二、异质焊缝的焊条电弧冷焊 异质焊缝即焊后形成非铸铁焊缝。电弧冷焊由于焊前不需预热，简化了焊接工艺过程，改善了操作者的工作条件，具有适应范围广、可进行全位
