金属材料焊接工艺 第3版 教案 27 灰铸铁的焊接性

授课教案首页学年第学期机械工程学院材料技术系（部）焊接技术及自动化教研室课程名称金属材料焊接工艺任课教师授课形式理论教学√课内实践□理实一体□习题复习□考核评价□其他活动□课时安排2课时序号27授课日期月日月日月日月日授课班级教学内容：2、灰铸铁的焊接性教学目标：知识目标：了解灰铸铁的焊接性能力目标：理解灰铸铁的焊接时存在的问题素质目标：1、培养学生良好的操作习惯2、具有与人沟通、与人合作的社会交往能力重点难点及解决方法：掌握灰铸铁焊接时易出现的问题授课地点：教室教学媒体：投影仪设备及材料：其它资源：学习效果评价方式：课堂提问及作业作业和思考题：（3）灰铸铁焊接时存在哪些问题？（4）灰铸铁电弧冷焊时为何会形成白口组织和淬硬组织？应如何解决？课后小结：填表说明：1.序号，指该课程授课的顺序号，应与授课计划一致；2.授课形式在相应的选项打“√”。授课教案教学内容及过程时间分配方法及手段一、教学组织1．复习引入10分钟2．讲解45分钟3．提问20分钟4.小结15分钟二、教学内容能力知识点1灰铸铁的焊接性焊接性很差，其主要表现是焊接接头易产生白口和淬硬组织及裂纹。一、焊接接头白口及淬硬组织灰铸铁焊接时，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，在焊接接头的焊缝及半熔化区将会产生大量的渗碳体，形成白口组织。图6-3是碳和硅的质量分数分别为3%和2.5%的常用灰铸铁焊条电弧焊焊接接头组织变化图。1．产生原因（1）焊缝区焊缝为非铸铁成分时，不存在白口组织问题；当焊缝为铸铁成分时，焊缝基本为白口铸铁组织。增大焊接热输入，焊缝会出现一定量的灰铸铁，但不能消除白口组织。填表说明：1.本页可续页；2.教学方法如：项目教学、案例分析、分组讨论、角色扮演、启发引导等；3.教学手段如：课件演示、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、视频讲解、网络课程等。授课教案教学内容及过程时间分配方法及手段（2）半熔化区组织为共晶渗碳体+二次渗碳体+珠光体的白口铸铁。（3）奥氏体区若冷却速度较慢时，奥氏体转变为珠光体类型组织；若冷却速度较快时，奥氏体直接转变为马氏体。熔焊时采取适当工艺措施使该区域缓冷，可使奥氏体直接析出石墨，而避免二次渗碳体的析出，同时可防止马氏体的形成。灰铸铁焊接接头的白口化问题是指焊缝及半熔化区易出现白口组织。2．防止措施常用方法:改变焊缝的化学成分或降低焊接冷却速度。二、焊接冷裂纹1．焊接冷裂纹产生的原因灰铸铁焊接接头的裂纹主要是冷裂纹，其产生原因主要有以下几个方面：（1）灰铸铁本身强度低，基本无塑性，承受塑性变形的能力几乎为零，因此容易引起开裂。（2）焊接过程对焊件的局部加热和冷却，势必使焊件产生焊接应力，焊接应力是导致焊件产生裂纹的又一重要原因。（3）焊接接头的白口组织和淬硬组织又硬又脆，不能产生塑性变形，在受到应力作用时容易引起开裂，严重时会使焊缝与热影响区交界的整个界面开裂而分离。2．防止灰铸铁冷裂纹的措施灰铸铁焊接冷裂纹产生的主要原因是焊接应力，避免裂纹产生也主要是从降低焊接应力着手。（1）预热防止铸铁型焊缝冷裂纹最有效的方法是对焊件进行整体预热（550～700℃），使温差减小，降低焊接应力，同时促进焊缝金属石墨化，并要求焊后在相同温度下消除应力。（2）焊接材料采用镍基或铜基焊接材料，使焊缝成为塑性良好的非铁合金，对冷裂纹不敏感。填表说明：1.本页可续页；2.教学方法如：项目教学、案例分析、分组讨论、角色扮演、启发引导等；3.教学手段如：课件演示、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、视频讲解、网络课程等。授课教案教学内容及过程时间分配方法及手段（3）工艺措施用异质焊接材料焊接灰铸铁时，常采用“短段焊”、“断续焊”等工艺措施，并及时锤击焊缝，使焊缝金属发生塑性变形，以减小和消除焊接应力。另一工艺措施是采用小规范焊接，较小的焊接电流既可减小热输入，又可减小熔合区白口及淬硬层宽度，从而减小焊接应力，有利于防止裂纹。三、焊接热裂纹灰铸铁焊接的热裂纹大多为结晶裂纹。当焊缝为铸铁时，由于液态铁在凝固过程中析出石墨，体积膨胀且流动性好，不会形成热裂纹。但采用低碳钢焊条或镍基铸铁焊接材料时，焊缝有较大的热裂纹倾向。解决方法：在冶金方面可通过调整焊缝化学成分，加入稀土元素，增强焊缝脱硫、磷能力，以及细化晶粒等途径，提高焊缝抗热裂纹能力。在焊接工艺方面，采用正确的冷焊工艺，使焊接应力降低、使母材中的有害杂质较少熔入焊缝等，均有助于防止焊接热裂纹的产生。由以上分析可知，灰铸铁焊接接头裂纹倾向较大，这主要与灰铸铁本身的性能特点、焊接应力、接头组织及化学成分等因素有关。为防止焊接裂纹，在生产中主要是采取减小焊接应力、改变