李秀方 李英亮
摘 要:由于铸铁具有较好耐磨性、减振性和铸造性,是机械制造业中用的最多的金属材料。铸铁零件在铸造使用过程中,不可避免地出现铸造缺陷及局部损坏,重新加工费时费力,常采用焊补后再加工的方法来修复。常用的焊补方法有气焊、电弧焊,其中焊条电弧焊应用最多。铸铁焊接性较差,在焊接过程中极易出现白口和裂纹,而白口和裂纹又是焊接工作中的重大缺陷。本文主要介绍铸铁的特性及其焊条电弧焊焊补铸铁的几种方法。
关键词:铸铁;焊接;白口;裂纹
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.045
0 引言
铸铁是生产工作中常用的金属材料,但却有较强的耐磨性,常见到的比如机床轴承座、排沙泵等。铸铁焊接性较差,在焊接过程中极易出现白口和裂纹,而白口和裂纹又是焊接铸铁易出现的重大缺陷,这就使我们必须掌握补焊铸铁的方式和方法。
1 铸铁的性能及特点
1.1 铸铁的性能
铸铁的抗拉强度低、塑性和韧性比碳钢低,但由于石墨的存在,使铸铁具有了良好耐磨性、高消振性、低缺口敏感性。铸铁成分接近于共晶成分,其熔点低约1200℃左右,铁水流动性好,其铸造性能优于钢,因而通常用铸造的方法制成铸件使用。
1.2 铸铁焊补时常出现的缺陷
铸铁含碳量高,焊接性差,其主要问题是产生白口和裂纹。
(1)白口组织。铸铁件焊接过程中的冷却却速度比铸造时快得多,因此在焊接时焊缝及半熔化区(熔合线附近区域),将会产生大量的渗碳体,基本上属于白口铸铁组织,严重时可使整个补焊焊缝完全脱落。若用低碳钢焊条补焊铸铁,焊缝呈高碳钢成分,在冷却时将产生高硬度马氏体,防止产生白口可采取以下措施:1)使用石墨化型焊条,即采用在涂料中加入大量石墨化元素(如碳、硅等)的铸铁焊条,或采用镍基和铜基铸铁焊条;2)采取焊前预热、焊时保温和焊后缓冷,以降低焊缝区的冷却速度,延长熔合区处于红热状态的时间,使石墨化充分,减小热应力。
(2)易产生裂纹。铸铁焊接时很容易产生裂纹,铸铁中存在的石墨本身,就像无数条小裂纹,在焊接应力作用下,很容易在铸件热影响区产生“热应力裂纹”,这种裂纹多为横向,產生时伴有响声。另外,当使用结构钢焊条(如结422、结506等),镍基焊条,氧化铁型焊条、铜基焊条焊接铸铁时,还会在焊缝中产生“热裂纹”。这种裂纹产生的部位总是在焊缝金属上,其断口发蓝和发黑。防止产生裂纹可采取以下措施:1)采用焊前预热和焊后缓冷,不但可以减少白口倾向,而且还能减小焊接应力,防止裂纹产生;2)选择塑性好的焊接材料,以调整焊缝成分,改善焊缝的组织,使焊接应力得到松弛;3)采用减小焊接应力的其他补助措施,如分段断续焊、分散跳焊,焊接过程(或在高温情况下)锤击焊缝等。
2 焊条电弧焊补焊铸铁的方法
2.1 冷焊法
采用非铸型组织的焊条电弧冷焊,也称异质焊缝电弧冷焊。其基本特点是获得的焊缝都不是铸铁成分,所以产生白口问题不严重,使焊缝成为塑性好的组织。目前异质焊缝铸铁冷焊的焊条种类有高钒铸铁焊条、纯镍芯铸铁焊条、镍铁铸铁焊条、铜铁铸铁焊条等。其中镍基焊条(铸308)焊后可进行机械加工,其他焊条焊后的加工性较差。焊前,能通常不预热(也可低温预热),焊接过程中,也不需辅助加热。焊接时采用短焊道、断续焊或分段跳焊,且用小电流、快焊速及焊后锤击焊缝消除应力。
多层焊时,应控制层间温度不能过高,底层焊缝要尽量减小熔合比。当操作手法适当,铸件尺寸和补焊位置合适时,采用低碳钢焊条,也可获得满意的补焊效果。
2.2 半热焊法
这种焊法采用钢芯强石墨化型铸铁焊条,如铸208等,焊前一般需经400℃左右的预热,用较大的电流和弧长,连续、慢速焊,焊后保温缓冷,不能用锤击焊缝。焊后焊缝的加工性不稳定,强度与母材相近似。如果焊后要进行加工,可进行200℃保温12h的退火处理。
2.3 不预热焊法
特点是采用大直径的铸铁芯焊条,如铸248、铸258等。焊前不预热,焊接时选用较大的焊接电流和弧长,其电流选用值与使用的焊条直径有关。一般地,Φ4.0mm的焊条对应180~240A、Φ5.0mm的焊条对应240~300A的电流。
焊接采用连续焊,焊后需保温缓冷。在补焊加工面的缺陷时,可在焊缝表面加焊退火焊道,以使焊缝缓冷。这种方法称做“退火焊道段软”,如果缺陷较浅,只焊一层时,可将先焊的上部铲掉些再焊一层,以改善焊缝的组织和加工性能。这种焊法的硬度、强度和颜色基本与母材相同。但焊缝处于刚性较大时,焊后易出现裂纹。
2.4 热焊法
采用铸铁芯焊条。焊前预热温度为600~700℃。焊接时,一般选平焊位置,并要始终保持焊件温度在焊接过程中不低于400℃。连续焊接,更换焊条时动作要快,使焊缝缓冷。焊后还需进行650℃左右的消除应力退火处理,并在炉中缓慢冷却。由于焊件冷却慢,温度分布均匀,有利于消除白口组织,减少应力,防止裂纹产生。这种方法焊后可进行机械加工,硬度、强度及颜色与母材一致,但当缺陷四周刚度较大时也容易开裂。
3 结论
铸铁的焊接,是较为难焊的一种金属连接方法。在实际的焊接中,不管你采用冷焊法、半热焊法,还是采用热焊法,只要焊接能达到焊件的结合性和使用性,不出现白口组织和裂纹等缺陷,就算基本达到焊接要求了。除了焊接操作者本人技术因素外,从焊接工艺的角度讲还应该注意一些问题,比如尽量采用塑性好的焊接材料、减少焊材熔合比、减少温差(避免或减少淬硬组织的生成条件)、控制线能量输入等,合适的焊接工艺加上良好的焊接操作水平,相信铸铁也就不那么难焊了。本文概述了铸铁的焊接性能,介绍了生产实际中铸铁件焊条电弧焊补焊的几种方法及工艺要点,不足之处望商榷。
参考文献:
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[3]周振丰主编.焊接冶金学[M].机械工业出版社,1995.
作者简介:李秀方,男,山东兖州人,本科,焊接高级实习指导教师,主要从事焊接实践教学。