材料焊接性第6章鑄鐵焊接

1、第第6 6章章 鑄鐵焊接鑄鐵焊接鑄鐵鑄鐵 鑄鐵焊接鑄鐵焊接的應(yīng)用的應(yīng)用 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%2.11%的鐵碳合金的鐵碳合金 工業(yè)常用的鑄鐵工業(yè)常用的鑄鐵為鐵碳硅合金為鐵碳硅合金 鑄造缺陷鑄造缺陷的焊補的焊補 零部件零部件 的生產(chǎn)的生產(chǎn) 已損壞的已損壞的鑄鐵成品鑄鐵成品 件的焊補件的焊補 6.1 6.1 鑄鐵的種類及其焊接方法鑄鐵的種類及其焊接方法鑄鑄鐵鐵的的種種類類 灰鑄鐵灰鑄鐵 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 白口鑄鐵白口鑄鐵 斷口呈白亮色斷口呈白亮色 斷面呈灰色斷面呈灰色 石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈團(tuán)絮狀 石墨呈球狀石墨呈球狀 石墨呈蠕蟲狀石墨呈蠕蟲狀

2、6.1.1 6.1.1 鑄鐵的種類鑄鐵的種類表表6-1 6-1 灰鑄鐵牌號、顯微組織、力學(xué)性能及用途（灰鑄鐵牌號、顯微組織、力學(xué)性能及用途（gb/t94391988gb/t94391988） 表表6-2 6-2 球墨鑄鐵牌號、力學(xué)性能及顯微組織（球墨鑄鐵牌號、力學(xué)性能及顯微組織（gb/t13481988gb/t13481988）6.1.2 6.1.2 鑄鐵的凝固特點與石墨化鑄鐵的凝固特點與石墨化石石墨墨化化兩兩個個階階段段石墨化石墨化 第一階段第一階段 石墨化石墨化 第二階段第二階段 從過共晶鐵液中直接析出的初生石墨從過共晶鐵液中直接析出的初生石墨 共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變過程中形成的過程中形成的共晶

3、共晶石墨石墨 奧氏體冷卻析出二次石墨奧氏體冷卻析出二次石墨 以及一次滲碳體、以及一次滲碳體、共晶共晶滲碳體和二滲碳體和二次滲碳體在高溫下分解析出的石墨次滲碳體在高溫下分解析出的石墨 包括包括共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變過程中形成的過程中形成的共析共析石墨；石墨；共析滲碳體分解析出的石墨共析滲碳體分解析出的石墨 如果第二階段石墨化能充分進(jìn)行，則鑄如果第二階段石墨化能充分進(jìn)行，則鑄鐵的基體將完全為鐵素體，但是由于溫鐵的基體將完全為鐵素體，但是由于溫度較低，一般難以實現(xiàn)，因此鑄鐵在鑄度較低，一般難以實現(xiàn)，因此鑄鐵在鑄態(tài)下多為鐵素體加珠光體混合組織。態(tài)下多為鐵素體加珠光體混合組織。 圖圖6-16-1 鐵碳合金雙重

4、相圖鐵碳合金雙重相圖圖圖6-26-2 合金元素對鑄鐵石墨化的影響合金元素對鑄鐵石墨化的影響 c c、sisi 、alal、nini、cucu等為促進(jìn)石墨化等為促進(jìn)石墨化的元素，的元素， 而而s s、v v、crcr、momo、mnmn等為阻礙石墨化等為阻礙石墨化的元素。的元素。 圖圖6-36-3 鑄件壁厚（冷卻速度）和化學(xué)成分（碳硅總量）對鑄鐵組織的影響鑄件壁厚（冷卻速度）和化學(xué)成分（碳硅總量）對鑄鐵組織的影響化學(xué)成分和冷卻速度是影響鑄鐵石墨化的主要因素化學(xué)成分和冷卻速度是影響鑄鐵石墨化的主要因素, ,從從冷卻速度對石墨化的影響來看，緩慢冷卻有利于石墨冷卻速度對石墨化的影響來看，緩慢冷卻有利于

5、石墨化。鑄鐵的冷卻速度與鑄模類型、澆注溫度、鑄件壁化。鑄鐵的冷卻速度與鑄模類型、澆注溫度、鑄件壁厚及鑄件尺寸等因素有關(guān)。厚及鑄件尺寸等因素有關(guān)。 6.1.3 6.1.3 鑄鐵焊接方法鑄鐵焊接方法焊條電弧焊、氣焊、焊條電弧焊、氣焊、coco2 2氣體保護(hù)電弧焊、氣體保護(hù)電弧焊、手工電渣焊、氣體火手工電渣焊、氣體火焰釬焊以及氣體火焰焰釬焊以及氣體火焰粉末噴焊等粉末噴焊等 球墨鑄鐵件之間球墨鑄鐵件之間、球墨球墨鑄鐵與各種鋼件或有色鑄鐵與各種鋼件或有色金屬件之間，采用細(xì)絲金屬件之間，采用細(xì)絲coco2 2焊、摩擦焊、激光焊、焊、摩擦焊、激光焊、電子束焊、電阻對焊、電子束焊、電阻對焊、擴散焊等擴散焊等

6、鑄鐵焊接鑄鐵焊接方法方法圖圖6-46-4 鑄鐵電弧焊的焊縫金屬分類鑄鐵電弧焊的焊縫金屬分類6.2 6.2 鑄鐵焊接性分析鑄鐵焊接性分析6.2.1 6.2.1 焊接接頭白口及淬硬組織焊接接頭白口及淬硬組織焊接焊接接頭接頭焊縫焊縫區(qū)區(qū) 熱影熱影 響區(qū)響區(qū) 原始組織原始組織 區(qū)區(qū)( (母材）母材）半熔半熔 化區(qū)化區(qū) 奧氏奧氏 體區(qū)體區(qū) 部分重部分重結(jié)晶區(qū)結(jié)晶區(qū) 碳化物石墨碳化物石墨 化與球化區(qū)化與球化區(qū) 焊縫將主要由共晶滲碳體、二次焊縫將主要由共晶滲碳體、二次滲碳體及珠光體組成，即焊縫為滲碳體及珠光體組成，即焊縫為具有萊氏體組織的白口鑄鐵。具有萊氏體組織的白口鑄鐵。 冷卻時冷卻時:a:a高溫高溫l(

7、l(共晶共晶fefe3 3c+ac+a) 繼續(xù)冷卻：共晶繼續(xù)冷卻：共晶fefe3 3c+fec+fe3 3c+pc+p的白口鑄鐵；快冷時：的白口鑄鐵；快冷時：a m冷速較慢時：冷速較慢時：a pa p冷速較快時：冷速較快時：a ma m冷卻時：冷卻時：a pa p冷速較快時：冷速較快時：a m+fa m+f混合組織混合組織圖圖6-5 6-5 灰鑄鐵焊接接頭各區(qū)域組織變化灰鑄鐵焊接接頭各區(qū)域組織變化未完全混合區(qū)未完全混合區(qū)其物理化學(xué)冶金特性與焊縫并其物理化學(xué)冶金特性與焊縫并不相同，更接近于半熔化區(qū)。不相同，更接近于半熔化區(qū)。 未完全混合區(qū)未完全混合區(qū)半熔化區(qū)半熔化區(qū)熔合區(qū)熔合區(qū)6.2.2 6.2

8、.2 焊接裂紋焊接裂紋 鑄鐵型同質(zhì)焊縫較長或焊補部位鑄鐵型同質(zhì)焊縫較長或焊補部位剛度較大時容易出現(xiàn)冷裂紋剛度較大時容易出現(xiàn)冷裂紋 鑄鐵焊縫冷裂紋的裂紋源為片狀鑄鐵焊縫冷裂紋的裂紋源為片狀石墨的尖端位置石墨的尖端位置 當(dāng)冶金或工藝因素控制不當(dāng)，當(dāng)冶金或工藝因素控制不當(dāng)，鑄鐵焊縫出現(xiàn)白口時鑄鐵焊縫出現(xiàn)白口時 異質(zhì)焊條焊接灰鑄鐵，連續(xù)焊長異質(zhì)焊條焊接灰鑄鐵，連續(xù)焊長焊縫也會產(chǎn)生橫向冷裂紋焊縫也會產(chǎn)生橫向冷裂紋主要受焊接應(yīng)力即熱應(yīng)力的影響，主要受焊接應(yīng)力即熱應(yīng)力的影響，只要熱應(yīng)力不超過焊縫及熱影響區(qū)只要熱應(yīng)力不超過焊縫及熱影響區(qū)金屬的塑性變形能力就不會開裂。金屬的塑性變形能力就不會開裂。冷裂紋冷裂紋產(chǎn)

9、生的產(chǎn)生的原因原因冷裂紋冷裂紋的防止的防止措施措施既然灰鑄鐵焊接冷裂紋產(chǎn)生的主要既然灰鑄鐵焊接冷裂紋產(chǎn)生的主要原因是熱應(yīng)力，那么防止冷裂紋的原因是熱應(yīng)力，那么防止冷裂紋的措施也措施也應(yīng)應(yīng)從減小熱應(yīng)力入手。從減小熱應(yīng)力入手。 防止鑄鐵型同質(zhì)焊縫出現(xiàn)冷裂紋最有效的防止鑄鐵型同質(zhì)焊縫出現(xiàn)冷裂紋最有效的措施是對焊補工件進(jìn)行整體高溫預(yù)熱措施是對焊補工件進(jìn)行整體高溫預(yù)熱（600600700700） 在鑄鐵型焊縫中提高碳含量，并加入一定量在鑄鐵型焊縫中提高碳含量，并加入一定量的合金元素，如的合金元素，如mnmn（w wmnmn= =0.75%0.75%）、）、momo（wmn= =1.17%1.17%）、）

10、、cucu（w wcucu= =1.85%1.85%）等）等 鋼焊縫冷裂紋主要受母材高含碳量的影響。鋼焊縫冷裂紋主要受母材高含碳量的影響。為了消除或減輕碳的有害作用，為了消除或減輕碳的有害作用，提高鑄鐵提高鑄鐵焊接時鋼焊縫的抗冷裂紋能力，焊接時鋼焊縫的抗冷裂紋能力，可以采取可以采取冶金措施。冶金措施。 白口及馬氏體等脆硬組織對冷裂紋的不利影白口及馬氏體等脆硬組織對冷裂紋的不利影響可以從冶金和工藝因素兩方面入手加以解響可以從冶金和工藝因素兩方面入手加以解決。決。 熱熱裂裂紋紋大多數(shù)出大多數(shù)出現(xiàn)在焊縫現(xiàn)在焊縫上：為結(jié)上：為結(jié)晶裂紋晶裂紋用低碳鋼用低碳鋼焊條焊接焊條焊接 灰鑄鐵時灰鑄鐵時 用鎳基焊用

11、鎳基焊接材料焊接接材料焊接 灰鑄鐵時灰鑄鐵時 形成形成fesfes與與fefe的低的低熔點共晶物（熔點熔點共晶物（熔點為為988988），高的焊），高的焊縫含碳量會增加熱裂縫含碳量會增加熱裂紋敏感性，導(dǎo)致形成紋敏感性，導(dǎo)致形成焊縫底部熱裂紋甚至焊縫底部熱裂紋甚至宏觀熱裂紋。宏觀熱裂紋。 容易形成容易形成ni-ni3s2ni-ni3s2（熔（熔點為點為644644）和）和ni-ni3pni-ni3p（熔點為（熔點為880880）低熔點）低熔點共晶，且鎳基焊縫凝固共晶，且鎳基焊縫凝固后為較粗大的單相奧氏后為較粗大的單相奧氏體柱狀晶，凝固過程中體柱狀晶，凝固過程中容易使低熔點共晶在容易使低熔點共晶在

12、奧氏體晶間連續(xù)分布，奧氏體晶間連續(xù)分布，促進(jìn)熱裂紋形成促進(jìn)熱裂紋形成 。向焊縫加入適量稀土能使抗熱裂紋向焊縫加入適量稀土能使抗熱裂紋性能提高；但過量加入稀土反而使性能提高；但過量加入稀土反而使焊縫的抗熱裂紋性能下降。焊縫的抗熱裂紋性能下降。 6.2.3 6.2.3 球墨鑄鐵的焊接性特點球墨鑄鐵的焊接性特點焊接性特點焊接性特點球墨鑄鐵中的球墨鑄鐵中的球化劑有增大鐵液球化劑有增大鐵液結(jié)晶過冷度、阻礙結(jié)晶過冷度、阻礙石墨化和促進(jìn)奧氏石墨化和促進(jìn)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 的作用。的作用。 由于球墨鑄鐵由于球墨鑄鐵的力學(xué)性能遠(yuǎn)比灰鑄鐵的力學(xué)性能遠(yuǎn)比灰鑄鐵好，特別是以鐵素體為好，特別是以鐵素體為基

13、體的球墨鑄鐵，塑性和基體的球墨鑄鐵，塑性和韌性很好，對焊接接頭的韌性很好，對焊接接頭的力學(xué)性能要求相應(yīng)力學(xué)性能要求相應(yīng)提高提高。 6.3 6.3 鑄鐵焊接工藝及材料鑄鐵焊接工藝及材料6.3.1 6.3.1 灰鑄鐵的焊接工藝特點灰鑄鐵的焊接工藝特點同質(zhì)焊縫同質(zhì)焊縫（鑄鐵型）（鑄鐵型） 電弧熱焊電弧熱焊 電弧熱焊是鑄鐵焊接應(yīng)用最早的一種工電弧熱焊是鑄鐵焊接應(yīng)用最早的一種工藝。將鑄鐵件預(yù)熱到藝。將鑄鐵件預(yù)熱到600600700700，然后，然后在塑性狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊接溫度不低在塑性狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊接溫度不低于于500500400400，為防止焊接過程中開，為防止焊接過程中開裂，焊后立即進(jìn)行消除應(yīng)

14、力處理及緩冷裂，焊后立即進(jìn)行消除應(yīng)力處理及緩冷的鑄鐵焊補工藝稱為電弧熱焊。預(yù)熱的鑄鐵焊補工藝稱為電弧熱焊。預(yù)熱溫度在溫度在300300400400時稱為半熱焊。時稱為半熱焊。 鑄鐵電弧熱焊工藝包括焊前準(zhǔn)備、預(yù)熱、鑄鐵電弧熱焊工藝包括焊前準(zhǔn)備、預(yù)熱、焊接、焊后緩冷及加工等過程。焊接、焊后緩冷及加工等過程。 氣焊氣焊 電弧熱焊及半熱焊主要適用于壁厚大于電弧熱焊及半熱焊主要適用于壁厚大于 10mm10mm鑄件上缺陷的焊補，薄壁件宜用氣焊。鑄件上缺陷的焊補，薄壁件宜用氣焊。 電渣焊具有加熱與冷卻緩慢的特點，適合電渣焊具有加熱與冷卻緩慢的特點，適合鑄鐵焊補要求，手工電渣焊設(shè)備簡單，應(yīng)鑄鐵焊補要求，手工電

15、渣焊設(shè)備簡單，應(yīng)用靈活，對重型機器廠、機床廠灰鑄鐵厚用靈活，對重型機器廠、機床廠灰鑄鐵厚件較大缺陷的焊接修復(fù)是比較合適的。件較大缺陷的焊接修復(fù)是比較合適的。 手工手工電渣焊電渣焊圖圖6-6-9 9 手工電渣焊示意圖手工電渣焊示意圖1 1電極電極 2 2石墨型石墨型 3 3鑄造型砂鑄造型砂4 4渣池渣池 5 5金屬熔池金屬熔池 6 6鑄鐵件鑄鐵件異質(zhì)焊縫異質(zhì)焊縫（非鑄鐵型）（非鑄鐵型）電弧冷焊電弧冷焊 鐵基焊縫鐵基焊縫 及焊接材料及焊接材料 鎳基焊縫鎳基焊縫 及焊接材料及焊接材料 純鎳鑄鐵焊條純鎳鑄鐵焊條 如如ezni-1ezni-1（z308z308） 鎳鐵鑄鐵焊條鎳鐵鑄鐵焊條 如如eznif

16、e-1eznife-1（z408z408） 銅基焊縫銅基焊縫 及焊接材料及焊接材料 異質(zhì)焊縫電異質(zhì)焊縫電 弧冷焊工藝弧冷焊工藝 鎳銅鑄鐵焊條鎳銅鑄鐵焊條 eznicu-1eznicu-1（z508z508） 短段斷續(xù)分散焊，短段斷續(xù)分散焊，較小電流熔深淺，較小電流熔深淺，每段錘擊消應(yīng)力，每段錘擊消應(yīng)力，退火焊道前段軟退火焊道前段軟 灰鑄鐵的灰鑄鐵的 釬焊與噴焊釬焊與噴焊 灰鑄鐵釬焊可以使用工業(yè)常用的銅鋅灰鑄鐵釬焊可以使用工業(yè)常用的銅鋅釬料釬料bcu62znnimnsi-rbcu62znnimnsi-r（hl104hl104），），其化學(xué)成分見表其化學(xué)成分見表6-6-6 6。 可以采用氧乙炔火焰

17、粉末噴焊修復(fù)可以采用氧乙炔火焰粉末噴焊修復(fù) 鑄鐵件在機械加工中出現(xiàn)的小缺陷。鑄鐵件在機械加工中出現(xiàn)的小缺陷。 表表6-6-6 6 銅鋅釬料的化學(xué)成分銅鋅釬料的化學(xué)成分 6.3.2 6.3.2 球墨鑄鐵的焊接工藝特點球墨鑄鐵的焊接工藝特點氣焊氣焊 由于氣焊具有火焰溫度低、焊接區(qū)加熱及冷卻由于氣焊具有火焰溫度低、焊接區(qū)加熱及冷卻緩慢的特點，對降低焊接接頭的白口及淬硬組緩慢的特點，對降低焊接接頭的白口及淬硬組織形成傾向有利。另外，可以減少球化劑的蒸織形成傾向有利。另外，可以減少球化劑的蒸發(fā)，有利于保證焊縫獲得球墨鑄鐵組織。發(fā)，有利于保證焊縫獲得球墨鑄鐵組織。 氣焊球墨鑄鐵焊態(tài)下組織為珠光體氣焊球墨鑄

18、鐵焊態(tài)下組織為珠光體+ +鐵素體鐵素體+ +球球狀石墨，工藝合適時半熔化區(qū)無白口。狀石墨，工藝合適時半熔化區(qū)無白口。 氣焊的缺點主要是焊接生產(chǎn)率較低。氣焊的缺點主要是焊接生產(chǎn)率較低。 同質(zhì)焊縫同質(zhì)焊縫 （球墨鑄（球墨鑄 鐵型）電鐵型）電 弧焊弧焊國內(nèi)采用的球墨鑄鐵焊條型號為國內(nèi)采用的球墨鑄鐵焊條型號為ezcqezcq，制造，制造方法有兩種：一是采用鑄鐵焊芯外涂強石墨方法有兩種：一是采用鑄鐵焊芯外涂強石墨化藥皮（化藥皮（z258z258），二是采用低碳鋼焊芯外涂），二是采用低碳鋼焊芯外涂強石墨化藥皮（強石墨化藥皮（z238z238），藥皮中加入適量球），藥皮中加入適量球化劑。球墨鑄鐵焊條在使用時

19、，要求將母材化劑。球墨鑄鐵焊條在使用時，要求將母材預(yù)熱到預(yù)熱到500500以上，焊后保溫緩冷。以上，焊后保溫緩冷。球墨鑄鐵電弧焊的困難在于：球墨鑄鐵電弧焊的困難在于：1)1) 很難獲得石墨穩(wěn)定球化的焊縫；很難獲得石墨穩(wěn)定球化的焊縫； 2) 2) 已知的球化元素都增大白口傾向，已知的球化元素都增大白口傾向，在石墨球化的同時促進(jìn)焊縫白口。在石墨球化的同時促進(jìn)焊縫白口。 異質(zhì)焊縫異質(zhì)焊縫（非球墨（非球墨 鑄鐵型）鑄鐵型）電弧焊電弧焊球墨鑄鐵異質(zhì)焊接材料主要采用鎳鐵鑄鐵焊條球墨鑄鐵異質(zhì)焊接材料主要采用鎳鐵鑄鐵焊條（eznifeeznife型），第一層焊縫金屬鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)型），第一層焊縫金屬鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

20、約為約為40%40%，膨脹系數(shù)較小，有利于降低焊接應(yīng)，膨脹系數(shù)較小，有利于降低焊接應(yīng)力防止裂紋。力防止裂紋。 工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展了適用于自動焊接的藥芯工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展了適用于自動焊接的藥芯焊絲和實芯焊絲。熔敷金屬的主要成分為焊絲和實芯焊絲。熔敷金屬的主要成分為nini（w wnini=50%=50%），其余為），其余為fefe。藥芯焊絲直徑多。藥芯焊絲直徑多為為2.4mm2.4mm，實芯焊絲常用直徑為，實芯焊絲常用直徑為0.80.81.2mm1.2mm。藥芯焊絲可以用藥芯焊絲可以用co2co2氣體保護(hù)或自保護(hù)，焊接氣體保護(hù)或自保護(hù)，焊接電流為電流為330330380a380a，熔敷效率較高，但半

21、熔化，熔敷效率較高，但半熔化區(qū)白口較寬。實芯焊絲用氬氣保護(hù)，常用電流區(qū)白口較寬。實芯焊絲用氬氣保護(hù)，常用電流在在100a100a左右，焊接熔滴為短路過渡，焊接熱影左右，焊接熔滴為短路過渡，焊接熱影響區(qū)很窄，接頭加工性良好。響區(qū)很窄，接頭加工性良好。 6.3.3 6.3.3 其他鑄鐵的焊接特點其他鑄鐵的焊接特點 奧奧- -貝球貝球墨鑄鐵墨鑄鐵蠕墨鑄蠕墨鑄 鐵焊接鐵焊接 白口鑄白口鑄 鐵焊接鐵焊接 使用前面介紹的球墨鑄鐵同質(zhì)焊條，使用前面介紹的球墨鑄鐵同質(zhì)焊條，在熱焊或冷焊條件下進(jìn)行焊補，焊后在熱焊或冷焊條件下進(jìn)行焊補，焊后進(jìn)行熱處理。較好的焊補工藝是：進(jìn)行熱處理。較好的焊補工藝是：鑄造后焊補，然

22、后整體熱處理。鑄造后焊補，然后整體熱處理。 可以采用與球墨鑄鐵焊接時成分相近的可以采用與球墨鑄鐵焊接時成分相近的焊接材料焊接蠕墨鑄鐵，焊接方法有氣焊接材料焊接蠕墨鑄鐵，焊接方法有氣焊、同質(zhì)焊條電弧熱焊及不預(yù)熱焊，以焊、同質(zhì)焊條電弧熱焊及不預(yù)熱焊，以及用鎳基鑄鐵焊條進(jìn)行電弧冷焊。及用鎳基鑄鐵焊條進(jìn)行電弧冷焊。 首先用與鎳鐵鑄鐵焊條相近的首先用與鎳鐵鑄鐵焊條相近的bt-1bt-1焊條焊條打底，焊縫為奧氏體球狀石墨組織，打底，焊縫為奧氏體球狀石墨組織，塑性較好，與母材熔合良好。工作層采塑性較好，與母材熔合良好。工作層采 用合金系為用合金系為c-cr-mo-ni-w-vc-cr-mo-ni-w-v的的bt-2bt-2焊條，焊條，焊縫組織為焊縫組織為m+bl+am+bl+a殘殘+ +碳化物碳化物 1.1.工業(yè)上常用的鑄鐵有哪幾種？簡工業(yè)上常用的鑄鐵有哪幾種？簡述碳在每種鑄鐵中的存在形式和石述碳在每種鑄鐵中的存在形式和石墨形態(tài)有何不同墨形態(tài)有何不同, ,對力學(xué)性能各有對力學(xué)性能各