第六章 铸铁焊接.ppt

第六章 铸铁焊接 铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。 工业用铁-碳-硅，C 3.0%-4.5%，Si 1-3% 熔点低、流动性好、结晶收缩率小 铸铁焊接：（1）铸造缺陷的焊补；（2）已损坏的铸铁成品件的焊补；（3）零部件的生产。 6.1 铸铁的种类及其焊接方法 铸铁的种类：按照碳元素在铸铁中存在的形式和石墨形态，分白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁等五类。 铸铁的基体组织一般为铁素体、珠光体或二者的混合物 灰铸铁： 断口呈灰色 金相组织为白色不规则状的铁素体，渗碳体与铁素体层状分布的珠光体，端部尖锐、灰色长条状的片状石墨组成。 其强度与基体的组织及石墨含量、形状有关：珠光体↑，强度↑；石墨含量低且呈细片状，强度↑ 球墨铸铁： 球化剂处理高温铁液使石墨球化 基体为铁素体与珠光体的混合组织 石墨呈球状，对基体的割裂作用小，力学性能很好 强度与基体显微组织有关 6.1.2 铸铁的凝固特点与石墨化 石墨化过程的两个阶段： 石墨化第一个阶段：铁液中直接析出；共晶析出；奥氏体析出；渗碳体分解。高温段。 石墨化第二个阶段：共析石墨；共析渗碳体分解析出。低温段。 6.1.3 铸铁焊接方法 常用的焊接方法：焊条电弧焊、气焊、气保护焊、手工电渣焊、气体火焰焊、气体火焰粉末喷焊等。 根据是否加热，分为热焊（整体预热到600-700度）、半热焊（400度）及冷焊（不预热）。 根据合金系分为：铁基、镍基和铜基 6.2 铸铁焊接性分析 铸铁碳硅及硫磷杂质含量高，焊接接头容易出现白口及淬硬组织，容易产生裂纹。 6.2.1 焊接接头白口及淬硬组织 1 焊缝区： 焊缝与灰铸铁成分相同时，焊缝主要由共晶渗碳体、二次渗碳体及珠光体组成，为具有莱氏体组织的白口铸铁。同质焊缝要热焊或者半热焊，同时提高碳硅含量。 异质焊接时产生脆硬马氏体。采用小电流、预热缓冷，或镍基、铁基铁素体等 2 半熔化区 温度范围1150-1250 铸铁母材熔化为液体，固态母材成为高碳奥氏体。 最终的组织为共晶渗碳体+二次渗碳体+珠光体的白口铸铁。 快冷时还有马氏体 3 奥氏体区 温度范围820-1150 没有液相出现 冷却较慢时得到珠光体类型组织，较快时马氏体 4 部分重结晶区 温度范围780-820 为铁奥双相区 最终的组织为马氏体+铁素体 6.2.2 焊接裂纹 冷裂纹：温度在500度以下产生 原因：500度以上铸铁有塑性、焊接应力较小。起源于石墨的尖端位置，片状石墨止裂差，球状好。出现白口时，收缩率高。马氏体存在同样的问题。 与合金钢不同，铸铁的裂纹主要受热应力的影响，氢的影响不大。 防止冷裂纹的措施：减小热应力 对于同质焊缝： （1）高温预热（600-700度） （2）冶金措施上，提高铸铁型焊缝中的含碳量，并加入Mn、Mo、Cu等合金元素，使焊缝在快冷下高温下能析出石墨，低温下出现贝氏体和马氏体相变，松弛应力。 对于异质焊缝：冶金措施上提高电弧和熔渣的氧化性，尽可能降低第一层焊缝的含碳量；其次采用EZV高钒铸铁焊条，可得到纯铁素体基体上弥散分布碳化钒的钢焊缝。 采用镍基或铜基焊接材料时，焊缝塑性良好，对裂纹不敏感，但注意应采用短断焊及断续焊等措施。 热裂纹 铸铁焊缝一般不产生热裂纹（流动性好） 低碳钢焊条易于形成FeS等 镍基焊缝易于形成Ni-Ni3S2及Ni3P等 矢量的稀土可提高抗热裂纹的性能，主要是加强了脱硫脱磷。过量的加入则造成稀土钇偏析 6.2.3 球墨铸铁的焊接性特点 球墨铸铁中的球化剂有增大铁液结晶过冷度、阻碍石墨化和促进奥氏体转变为马氏体的作用，结果是焊缝及半熔化区更容易出现白口组织； 球墨铸铁的力学性能好，对焊接接头的要求高，白口组织的出现对强度及韧性指标有较大的影响。 6.3.1 灰铸铁的焊接材料才工艺特点 同质焊缝（铸铁型）电弧热焊：预热到600-700度，焊接温度不低于400度，焊后立即进行消除应力处理及缓冷； 为防止白口，焊缝中的碳硅总量稍高于母材 焊条有铸芯的Z248和H08钢芯的Z208，国外发展了药芯焊丝 特点是大电流 气焊：热量不集中，受热面积大，适合焊补拘束度小的薄壁件 气焊有配套的焊丝，为了避免硅氧化造成的粘度大、流动性差等缺陷，可加入碱性氧化物为主要组成的熔剂，形成低熔点的熔渣 手工电渣焊：电渣焊具有加热与缓冷的特点，适合铸铁的焊补 使用铸铁棒时，先用石墨电极造渣，然后换成铸铁棒；使用铸铁屑作为填充材料时，一直使用石墨电极，施焊过程中不断均匀加入到渣池中 异质焊缝电弧冷焊： （1）铁基焊缝及焊接材料：焊缝和奥氏体区容易出现淬硬组织，裂纹倾向较大，焊接质量不好，不能作为主要铸铁焊接材料，但是与铸铁易于结合； 镍基焊缝及焊接材料： （1）纯镍铸