材料焊接性第6章 铸铁焊接.ppt

1、第6章铸铁焊接，铸铁，铸铁焊接的应用，碳含量大于2.11%的铁碳合金，工业上常用的铁碳硅合金，铸造缺陷的焊接修复，零部件的生产，损坏的铸铁成品零件的焊接修复，6.1铸铁的类型和焊接方法，铸铁的类型，灰铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁，白色截面为灰色，石墨为絮状，石墨为球形，石墨为蠕虫状。6.1.1铸铁的类型，表6-1灰铸铁(GB/T94391988)的等级、显微组织、机械性能和应用，表6-2球墨铸铁的等级、机械性能和显微组织(GB/T 13481988)石墨化的第一阶段和第二阶段包括从过共晶铁水中直接析出的一次石墨，共晶转变过程中形成的共晶石墨，冷却奥氏体析出的二次石墨，以及高温下一次渗碳体

2、、共晶渗碳体和二次渗碳体分解析出的石墨如果共析渗碳体的石墨化在第二阶段完全进行，铸铁的基体将完全是铁素体。然而，由于温度低，一般很难实现。因此，铸态铸铁主要是铁素体加珠光体混合组织。图6-1铁碳合金的双相图，图6-2合金元素对铸铁石墨化的影响。碳、硅、铝、镍和铜是促进石墨化的元素，而硫、钒、铬、钼和锰是阻碍石墨化的元素。图6-3铸件壁厚(冷却速度)和化学成分(总碳和硅)对铸铁组织的影响。化学成分和冷却速度是影响铸铁石墨化的主要因素。从冷却速度对石墨化的影响来看，缓慢冷却有利于石墨化。铸铁的冷却速度与模具类型、浇注温度、铸件壁厚和铸件尺寸有关。6.1.3铸铁的焊接方法，如焊条电弧焊、气焊、CO2

3、气体保护电弧焊、手工电渣焊、气体火焰钎焊和气体火焰喷粉焊等。细丝CO2焊、摩擦焊、激光焊、电子束焊、电阻对焊、扩散焊等。用于球墨铸铁铸件之间以及球墨铸铁和各种钢或有色金属零件之间。图6-4铸铁电弧焊焊缝金属的分类，6.2铸铁的焊接性分析，6.2.1焊接接头的白点和硬化组织，焊接接头，焊接区，热冲击区，原始组织区(母材)，半熔化区，奥氏体区，部分再结晶区，碳化物石墨化和球化区，焊缝主要由共晶渗碳体和二次渗碳体组成。冷却时，A高温L(共晶Fe3C A)继续冷却：共晶Fe3C Fe3C P白口铸铁；快速冷却：A M，慢速冷却：A P冷却：A M，冷却：A P冷却：A M F混合结构、图6-5，灰铸铁

4、焊接接头各区域显微组织变化，不完全混合区域，其理化冶金性能与焊缝不同，但更接近半熔化区。6.2.2不完全混合区、半熔化区、熔合区、6 . 2 . 2焊接裂纹，铸铁同质焊缝较长或补焊部位硬度较大时，容易出现冷裂纹，铸铁焊缝冷裂纹的裂纹源是片状石墨的尖端位置。当冶金或工艺因素控制不当，铸铁焊缝出现白点时，异种焊条焊接灰铸铁，长焊缝连续焊接也会产生横向冷裂纹，主要受焊接应力即热应力的影响。由于灰铸铁焊接冷裂纹的主要原因是热应力，防止冷裂纹的措施也应从降低热应力入手。防止铸铁同质焊缝冷裂纹的最有效措施是在高温(600700)下预热整个修复工作，增加铸铁焊缝的碳含量，并加入一定量的合金元素，如锰(wMn

5、=0.75%)、钼(wMn=1.17%)、铜(wCu=1.85%)等。在铸铁焊接中，可采取冶金措施消除或减少碳的有害影响，提高钢焊缝的抗冷裂纹能力。白口和马氏体等脆硬组织对冷裂纹的不利影响可以从冶金和工艺因素上解决。大多数裂纹出现在焊缝上：它们是晶体裂纹。灰铸铁与低碳钢焊条和镍基焊接材料焊接时，会形成低熔点的FeS和Fe(熔点为988)的共晶化合物。焊缝中碳含量高会增加热裂纹的敏感性，导致在焊缝底部形成热裂纹甚至宏观热裂纹。Ni-Ni3S2(熔点644)和Ni-Ni3P(熔点880)的低熔点共晶容易形成，凝固的镍基焊缝为粗大的单相奥氏体柱状晶，容易使低熔点共晶在奥氏体晶粒间连续分布，促进热裂纹

6、的形成。在焊缝中加入适量的稀土可以提高抗热裂性；然而，过量添加稀土会降低焊缝的抗热裂性。6.2.3球墨铸铁的焊接性。球墨铸铁中的球化剂可以提高铁水的结晶过冷度，阻碍石墨化，促进奥氏体向马氏体转变。由于球墨铸铁的力学性能远远优于灰铸铁，特别是铁素体基球墨铸铁具有良好的塑性和韧性，焊接接头的力学性能需要相应提高。6.3铸铁的焊接技术和材料，6.3.1灰铸铁的焊接技术特点，均质焊缝(铸铁模)电弧热焊，电弧热焊是铸铁最早的焊接技术之一。铸铁件预热到600，700，然后在不低于500，400的焊接温度下进行塑性焊接。为防止焊接过程中产生裂纹，焊后立即消除应力并缓慢冷却的铸铁焊接修复工艺称为电弧热焊。当预

7、热温度为300400时，称为半热焊接。铸铁电弧热焊工艺包括焊前准备、预热、焊接、焊后缓冷和加工。气焊、电弧焊和半热焊主要适用于壁厚大于10毫米的铸件缺陷的修复，气焊适用于薄壁零件。电渣焊的特点是缓慢加热和冷却，适用于铸铁的修复。手工电渣焊设备简单，使用灵活，适用于重型机械厂和机床厂修复灰铸铁厚零件的大缺陷。手动电渣焊，图6-9手动电渣焊示意图1电极2石墨模3铸造砂4熔池5金属熔池6铸铁件，异种焊缝(非铸铁模)电弧焊，铁基焊缝及焊接材料，镍基焊缝及焊接材料，纯镍铸铁焊条如EZNi-1(Z308)，镍铸铁焊条如EZNiFe-1(Z408)，铜电弧冷焊技术用于异种焊缝，镍铜铸铁焊条EZNiCu-1(

8、Z 短间歇扩散焊，小电流熔化深度，各段锤击应力消除，软灰铸铁在退火焊道前段的钎焊和喷焊，灰铸铁的钎焊可采用常用的铜锌钎料BCu62ZnNiMnSi-R(HL104)，其化学成分见表6-6氧乙炔火焰粉末喷焊可用于修复铸铁件加工中的小缺陷。 表6-6铜锌钎料的化学成分，6.3.2球墨铸铁的焊接工艺特点，气焊，由于气焊在焊接区域具有火焰温度低、加热和冷却慢的特点，有利于减少白口和硬化组织的形成趋势。另外，可以减少球化剂的蒸发，有利于保证焊缝获得球墨铸铁组织。焊接时，气焊球墨铸铁的显微组织为珠光体铁素体球墨，在合适的工艺条件下，半熔化区没有白点。气焊的主要缺点是焊接生产率低。我国使用的球墨铸铁焊条为E

9、ZCQ。有两种制造方法：一种是涂有强石墨化涂层(Z258)的铸铁芯，另一种是涂有强石墨化涂层(Z238)并加入适量球化剂的低碳钢芯。使用球墨铸铁焊条时，要求对于异种焊缝(非球墨铸铁型)的电弧焊，球墨铸铁异种焊接材料主要采用NiFe-铸铁焊条(EZNiFe型)，第一层焊缝中镍的质量分数约为40%，膨胀系数小，有利于降低焊接应力和防止裂纹。发达国家已经开发出适用于自动焊接的药芯焊丝和实芯焊丝。沉积金属的主要成分是镍(wNi=50%)，其余为铁。药芯焊丝直径为2.4毫米，实芯焊丝直径为0.81.2毫米。药芯焊丝可采用CO2气体保护或自保护。焊接电流为330，380安，沉积效率高，但半熔化区较宽。实心

10、焊丝采用氩气保护，普通电流约100A，焊滴为短路过渡，焊接热冲击区很窄，接头具有良好的可加工性。6.3.3其他铸铁、奥氏体-贝氏体石墨铸铁、蠕墨铸铁焊接和白口铸铁焊接的焊接特性，使用上述球墨铸铁均质焊条，在热焊或冷焊条件下进行焊接修复，以及焊后热处理。较好的焊接修复工艺是：铸造后焊接修复，然后整体热处理。蠕墨铸铁可以用类似于球墨铸铁的焊接材料进行焊接。焊接方法包括气焊、均质电极电弧热焊和非预热焊接，镍基铸铁焊条用于电弧冷焊。首先，使用类似于镍铁铸铁焊条的BT-1焊条作为背衬。焊缝为奥氏体球墨，塑性好，与母材熔合良好。工作层采用碳-铬-钼-镍-钨-钒合金系的BT-2焊条，焊缝组织为残留碳化物。1。工业上常用哪种铸铁？每种铸铁中碳和石墨的存在形式有什么不同，它对机械性能有什么影响？2.影响铸铁焊缝显微组织的主要因素是什么？3.分析了灰铸铁电弧焊接接头中白点和硬化组织形成的区域特征、原因和危害。分析灰铸铁同质焊缝冷裂纹(热应力裂纹)的原因及预防措施。铸铁冷裂纹和钢焊接冷裂纹一样吗？5.阐述了镍基铸铁焊条电弧冷焊铸铁时焊缝热裂纹的原因及预防措施。6.分析比较了三种镍基铸铁焊条的特点。球墨铸铁的焊接特性是什么？焊接过程中应采取什么技术措施？