金屬材料焊接工藝 第3版 教案 27 灰鑄鐵的焊接性

授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號27授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：2、灰鑄鐵的焊接性教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：了解灰鑄鐵的焊接性能力目標(biāo)：理解灰鑄鐵的焊接時存在的問題素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：掌握灰鑄鐵焊接時易出現(xiàn)的問題授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：（3）灰鑄鐵焊接時存在哪些問題？（4）灰鑄鐵電弧冷焊時為何會形成白口組織和淬硬組織？應(yīng)如何解決？課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．復(fù)習(xí)引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容能力知識點(diǎn)1灰鑄鐵的焊接性焊接性很差，其主要表現(xiàn)是焊接接頭易產(chǎn)生白口和淬硬組織及裂紋。一、焊接接頭白口及淬硬組織灰鑄鐵焊接時，由于熔池體積小，存在時間短，加之鑄鐵內(nèi)部的熱傳導(dǎo)作用，使得焊縫及近縫區(qū)的冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鑄件在砂型中的冷卻速度。因此，在焊接接頭的焊縫及半熔化區(qū)將會產(chǎn)生大量的滲碳體，形成白口組織。圖6-3是碳和硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%和2.5%的常用灰鑄鐵焊條電弧焊焊接接頭組織變化圖。1．產(chǎn)生原因（1）焊縫區(qū)焊縫為非鑄鐵成分時，不存在白口組織問題；當(dāng)焊縫為鑄鐵成分時，焊縫基本為白口鑄鐵組織。增大焊接熱輸入，焊縫會出現(xiàn)一定量的灰鑄鐵，但不能消除白口組織。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段（2）半熔化區(qū)組織為共晶滲碳體+二次滲碳體+珠光體的白口鑄鐵。（3）奧氏體區(qū)若冷卻速度較慢時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織；若冷卻速度較快時，奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。熔焊時采取適當(dāng)工藝措施使該區(qū)域緩冷，可使奧氏體直接析出石墨，而避免二次滲碳體的析出，同時可防止馬氏體的形成。灰鑄鐵焊接接頭的白口化問題是指焊縫及半熔化區(qū)易出現(xiàn)白口組織。2．防止措施常用方法:改變焊縫的化學(xué)成分或降低焊接冷卻速度。二、焊接冷裂紋1．焊接冷裂紋產(chǎn)生的原因灰鑄鐵焊接接頭的裂紋主要是冷裂紋，其產(chǎn)生原因主要有以下幾個方面：（1）灰鑄鐵本身強(qiáng)度低，基本無塑性，承受塑性變形的能力幾乎為零，因此容易引起開裂。（2）焊接過程對焊件的局部加熱和冷卻，勢必使焊件產(chǎn)生焊接應(yīng)力，焊接應(yīng)力是導(dǎo)致焊件產(chǎn)生裂紋的又一重要原因。（3）焊接接頭的白口組織和淬硬組織又硬又脆，不能產(chǎn)生塑性變形，在受到應(yīng)力作用時容易引起開裂，嚴(yán)重時會使焊縫與熱影響區(qū)交界的整個界面開裂而分離。2．防止灰鑄鐵冷裂紋的措施灰鑄鐵焊接冷裂紋產(chǎn)生的主要原因是焊接應(yīng)力，避免裂紋產(chǎn)生也主要是從降低焊接應(yīng)力著手。（1）預(yù)熱防止鑄鐵型焊縫冷裂紋最有效的方法是對焊件進(jìn)行整體預(yù)熱（550～700℃），使溫差減小，降低焊接應(yīng)力，同時促進(jìn)焊縫金屬石墨化，并要求焊后在相同溫度下消除應(yīng)力。（2）焊接材料采用鎳基或銅基焊接材料，使焊縫成為塑性良好的非鐵合金，對冷裂紋不敏感。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段（3）工藝措施用異質(zhì)焊接材料焊接灰鑄鐵時，常采用“短段焊”、“斷續(xù)焊”等工藝措施，并及時錘擊焊縫，使焊縫金屬發(fā)生塑性變形，以減小和消除焊接應(yīng)力。另一工藝措施是采用小規(guī)范焊接，較小的焊接電流既可減小熱輸入，又可減小熔合區(qū)白口及淬硬層寬度，從而減小焊接應(yīng)力，有利于防止裂紋。三、焊接熱裂紋灰鑄鐵焊接的熱裂紋大多為結(jié)晶裂紋。當(dāng)焊縫為鑄鐵時，由于液態(tài)鐵在凝固過程中析出石墨，體積膨脹且流動性好，不會形成熱裂紋。但采用低碳鋼焊條或鎳基鑄鐵焊接材料時，焊縫有較大的熱裂紋傾向。解決方法：在冶金方面可通過調(diào)整焊縫化學(xué)成分，加入稀土元素，增強(qiáng)焊縫脫硫、磷能力，以及細(xì)化晶粒等途徑，提高焊縫抗熱裂紋能力。在焊接工藝方面，采用正確的冷焊工藝，使焊接應(yīng)力降低、使母材中的有害雜質(zhì)較少熔入焊縫等，均有助于防止焊接熱裂紋的產(chǎn)生。由以上分析可知，灰鑄鐵焊接接頭裂紋傾向較大，這主要與灰鑄鐵本身的性能特點(diǎn)、焊接應(yīng)力、接頭組織及化學(xué)成分等因素有關(guān)。為防止焊接裂紋，在生產(chǎn)中主要是采取減小焊接應(yīng)力、改變