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(yè)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(dòng)化教研室課程名稱(chēng)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(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)27授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：2、灰鑄鐵的焊接性教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)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(shí)存在的問(wèn)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(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：掌握灰鑄鐵焊接時(shí)易出現(xiàn)的問(wèn)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(píng)價(jià)方式：課堂提問(wèn)及作業(yè)作業(yè)和思考題：（3）灰鑄鐵焊接時(shí)存在哪些問(wèn)題？（4）灰鑄鐵電弧冷焊時(shí)為何會(huì)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(shuō)明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)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(guò)程時(shí)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(wèn)20分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容能力知識(shí)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(shí)，由于熔池體積小，存在時(shí)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(huì)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(shí)，不存在白口組織問(wèn)題；當(dāng)焊縫為鑄鐵成分時(shí)，焊縫基本為白口鑄鐵組織。增大焊接熱輸入，焊縫會(huì)出現(xiàn)一定量的灰鑄鐵，但不能消除白口組織。填表說(shuō)明：1.本頁(yè)可續(xù)頁(yè)；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(guò)程時(shí)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(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類(lèi)型組織；若冷卻速度較快時(shí)，奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。熔焊時(shí)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(shí)可防止馬氏體的形成?；诣T鐵焊接接頭的白口化問(wèn)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(gè)方面：（1）灰鑄鐵本身強(qiáng)度低，基本無(wú)塑性，承受塑性變形的能力幾乎為零，因此容易引起開(kāi)裂。（2）焊接過(guò)程對(duì)焊件的局部加熱和冷卻，勢(shì)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(shí)容易引起開(kāi)裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使焊縫與熱影響區(qū)交界的整個(gè)界面開(kāi)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(duì)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(shí)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(duì)冷裂紋不敏感。填表說(shuō)明：1.本頁(yè)可續(xù)頁(yè)；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(guò)程時(shí)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(shí)，常采用“短段焊”、“斷續(xù)焊”等工藝措施，并及時(shí)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(shí)，由于液態(tài)鐵在凝固過(guò)程中析出石墨，體積膨脹且流動(dòng)性好，不會(huì)形成熱裂紋。但采用低碳鋼焊條或鎳基鑄鐵焊接材料時(shí)，焊縫有較大的熱裂紋傾向。解決方法：在冶金方面可通過(guò)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