灰口铸铁的补焊【毕业论文,绝对精品】 (1).doc

1、w云 南 机 电 职 业 技 术 学 院设 计毕 业论 文 任 务 书机械工程 系 焊接技术及自动化专业 班设计毕业论文题目灰口铸铁的补焊专题题目 灰口铸铁的补焊 发题日期： 2010 年 1 月 10 日设计、论文 自 年 1 月 10 日完成期限： 至 年 5 月 15 日答辩日期： 年 5 月 25 日学 生 姓 名： 指 导 教 师： w摘要：本文在分析铸铁焊接性的基础上，对补焊工艺和具体的操作技术和方法给予较为详细的介绍，系统的阐述了灰口铸铁的修补与铸铁同其他材料焊接的工艺，对焊工在生产现场施焊技术的提高有非常大的参考价值。关键词 灰口铸铁，补焊工艺，操作技术。w目录前言3一、铸铁的

2、分类及灰铸铁的化学成分4（一）按碳在铸铁中存在的状态及形式4（二）常见灰铸铁化学成分及性能4二 、 灰 铸 铁 的 焊 接性 5(一 ) 焊 接 接 头 易 出 现 白 口 及 淬 硬 组织 5（ 二 ） 裂 纹 是 易 出 现 的 缺陷 6三 、 焊 接 材料 7四、焊补工艺8（一）手工电弧焊焊补灰铸铁8（二）气焊焊补灰铸铁12（三）钎焊焊补灰铸铁14（四）手工电渣焊焊补灰铸铁15（五）用各种焊接方法焊补铸铁的特点16五、灰铸铁补焊的检测17六、总结17七、致谢19w八、参考文献20前言机床的床身要求耐 磨 性 、 消 震 性 、 工 艺 性 能 好 ， 才 能 够 满 足 机 床 的 精

3、度 要 求 和 价格 要 求 ， 所 以 选 择 床 身 的 制 作 材 料 就 很 重 要 。 从 目 前 的 现 状 来 看 铸 铁 是 最 佳 的 选 择 材料 ， 铸 铁 中 石 墨 有 利 于 润 滑 及 贮 油 ， 所 以 耐 磨 性 好 ， 同 样 ， 由 于 石 墨 的 存 在 ， 灰 口铸 铁 的 消 震 性 优 于 钢 ； 同 时 ， 灰 口 铸 铁 含 碳 量 高 ， 接 近 于 共 晶 成 分 ， 故 熔 点 比 较 低 ，流 动 性 良 好 ， 收 缩 率 小 ， 因 此 适 宜 于 铸 造 结 构 复 杂 或 薄 壁 铸 件 。 另 外 ， 由 于 石 墨 使 切削

4、 加 工 时 易 于 形 成 断 屑 ， 所 以 灰 口 铸 铁 的 可 切 削 加 工 性 优 于 钢 。铸 铁 的 使 用 使 机 床 缩 短 了 生 产 周 期 ， 提 高 了 生 产 效 率 ， 具 有 尺 寸 精 度 高 ， 加 工 余量 小 ， 表 面 质 量 好 等 优 势 。 但 是 ， 铸 铁 很 容 易 出 现 缩 孔 、 缩 松 、 冷 隔 、 裂 纹 等 缺 陷 。由 于 以 上 各 种 原 因 ， 铸 铁 成 品 件 在 使 用 过 程 中 会 受 到 损 坏 ， 出 现 裂 纹 等 缺 陷 ， 使其 报 废 。 我 国 各 种 铸 铁 的 年 产 量 现 约 为 8

5、00 万 吨 ， 有 各 种 铸 造 缺 陷 的 铸 件 约 占 铸 铁 年产 量 的 10%15%， 即 通 常 所 说 的 废 品 率 为 10%15%， 若 这 些 铸 件 工 报 废 ， 以 1997 年铸 铁 平 均 价 格 计 算 ， 其 损 失 每 年 高 达 10 亿 元 以 上 。若 要 更 换 新 的 ， 用 铸 铁 成 品 件 都 经 过 各 种 机 械 加 工 ， 价 格 往 往 较 贵 。 特 别 是 一 些w重 型 铸 铁 成 品 件 ， 如 锻 造 设 备 的 铸 铁 机 座 一 旦 使 用 不 当 而 出 现 裂 纹 ， 就 得 停 止 生 产 ，若 要 更 换

6、 新 的 锻 造 设 备 ， 不 仅 价 格 昂 贵 ， 且 从 订 货 、 运 货 到 安 装 调 试 往 往 需 要 很 长 时间 ， 所 要 很 长 时 间 处 于 停 产 状 态 。 这 方 面 的 损 失 是 巨 大 的 。所 以 本 文 从 铸 件 的 缺 陷 修 补 和 铸 件 与 其 他 材 料 的 连 接 为 切 入 点 ， 系 统 的 探 讨 了 铸 件中 缺 陷 的 各 种 补 焊 方 法 ， 采 用 焊 接 方 法 修 复 这 些 有 缺 陷 的 铸 铁 件 ， 由 于 焊 接 成 本 低 ，不 仅 可 获 得 巨 大 的 经 济 效 益 ， 而 且 有 利 于 及 时

7、 完 成 生 产 任 务 ， 同 时 还 保 护 了 环 境 ，避 免 了 资 源 的 浪 费 。 题目：灰口铸铁的补焊一、铸铁的分类及灰铸铁的化学成分（ 一 ） 按 碳 在 铸 铁 中 存 在 的 状 态 及 形 式 的 不 同 ， 可 将 铸 铁 分 为 ：（ 1） 白 口 铸 铁 ： 碳 绝 大 部 分 以 在 铁 素 体 状 态 存 在 ， 断 口 亮 白 色 ， 铁 素 体 硬 而 脆 ， 机制 较 少 应 用 。 碳 以 石 墨 形 式 存 在 。（ 2） 灰 铸 铁 ： 石 墨 片 状 存 在 。（ 3） 可 锻 铸 铁 ： 石 墨 团 絮 状 存 在 。（ 4） 球 墨 铸 铁

8、 ： 石 墨 圆 球 状 存 在 。（ 5） 蠕 墨 铸 铁 ： 石 墨 蠕 虫 状 存 在 。在 相 同 基 体 组 织 情 况 下 ， 其 中 以 球 墨 铸 铁 的 力 学 性 能 （ 强 度 、 塑 性 、 韧 性 ） 为 最高 ， 可 锻 铸 铁 次 之 ， 蠕 墨 铸 铁 又 次 之 ， 灰 铸 铁 最 差 。 但 由 于 灰 铸 铁 成 本 低 廉 ， 并 具 有w铸 造 性 、 可 加 工 性 、 耐 磨 性 及 减 震 性 均 优 良 的 特 点 ， 是 工 业 中 应 用 最 广 泛 的 一 种 铸 铁 。（ 二 ） 常 见 灰 铸 铁 化 学 成 分 及 性 能 ：（ 1

9、） 灰 铸 铁 抗 拉 强 度 及 硬 度 的 变 化 是 由 于 机 体 组 织 及 石 墨 大 小 、 数 量 不 同 的 结 果 。纯 铁 素 体 为 基 体 的 灰 铸 铁 ： 强 度 、 硬 度 最 低 。 纯 珠 光 体 为 基 体 的 灰 铸 铁 ： 强 度 、 硬 度较 高 。改 变 基 体 中 铁 素 体 及 珠 光 体 相 对 含 量 ， 可 得 不 同 的 抗 拉 强 度 及 硬 度 的 HT， 石 墨呈 粗 片 状 的 灰 铸 铁 ， 抗 拉 强 度 较 低 ， 石 墨 呈 细 片 状 的 灰 铸 铁 其 抗 拉 强 度 较 高 。（ 2） 灰 铸 铁 中 碳 的 存

10、在 状 态 及 其 基 体 组 织 决 定 于 铸 件 冷 却 速 度 （ 见 图 一 ）图 一1） 铁 水 以 很 快 速 度 冷 却 时 ， 第 一 阶 段 石 墨 化 过 程 （ 共 析 温 度 以 上 ） 及 第 二 阶 段 石墨 化 过 程 （ 共 析 温 度 下 ） 完 全 被 抑 止 将 得 到 共 晶 渗 碳 体 +二 次 渗 碳 体 +珠 光 体 组 织 ，即 白 口 铸 铁 组 织 。 铁 碳 相 图 ： 铁 水 当 温 度 冷 却 到 液 相 时 ， 开 始 从 液 相 析 出 （ ） 。1147 共 析 温 度 。 L +Fe3C（ 共 晶 渗 碳 体 ） 温 度 下

11、降 ， A 的 饱 和 固 溶 碳 量 随 温 度 下降 而 降 低 ， 因 而 析 出 二 次 渗 碳 体 ， 此 反 应 持 续 到 共 析 温 度 。 在 共 析 反 应 中 ， A 转 变为 珠 光 体 。 冷 却 到 室 温 后 ， 组 织 由 共 晶 渗 碳 体 +二 次 渗 碳 体 +珠 光 体 组 成 。2） 铁 水 以 很 慢 的 速 度 冷 却 时 由 于 渗 C 体 是 不 稳 定 相 ， 而 石 墨 是 稳 定 相 。 第 一 阶 段和 第 二 阶 段 石 墨 化 过 程 都 进 行 得 很 充 分 ， 最 后 得 纯 铁 素 体 的 灰 铸 铁 组 织 。3） 若 石

12、 墨 化 的 第 一 阶 段 进 行 很 完 全 ， 第 二 阶 段 石 墨 化 过 程 进 行 得 不 完 全 ， 则 得 珠 光体 +铁 素 体 、 灰 铸 铁 。二 、 灰 铸 铁 的 焊 接 性 灰铸铁在化学成分上的特点是碳高及 S、P 杂质高，这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及冷热裂纹的敏感性。在力学性能上的特点是强度低，基本无塑性。焊接过程具有冷速快及焊件受热不均匀而形成焊接应力较大的特殊性。这些因素导致焊接性不良。在焊接过程中易产生白口组织和裂纹。(一 )焊 接 接 头 易 出 现 白 口 及 淬 硬 组 织w以 含 碳 为 3%， 含 硅 2.5%的 常 用 灰 铸 铁

13、 为 例 ， 分 析 电 弧 焊 焊 后 在 焊 接 接 头 上 组 织变 化 的 规 律 。 1.焊 缝 区当 焊 缝 成 分 与 灰 铸 铁 铸 件 成 分 相 同 时 ， 则 在 一 般 电 弧 焊 情 况 下 ， 由 于 焊 缝 冷 却速 度 远 远 大 于 铸 件 在 砂 型 中 的 冷 却 速 度 ， 焊 缝 主 要 为 共 晶 渗 碳 体 +二 次 渗 碳 铁 +珠 光体 ， 即 焊 缝 基 本 为 白 口 铸 铁 组 织 。防 止 措 施 ：焊 缝 为 铸 铁 采 用 适 当 的 工 艺 措 施 来 减 慢 焊 逢 的 冷 却 速 度 。 如 ： 增 大 线 能 量 。 调 整

14、 焊 缝 化 学 成 分 来 增 强 焊 缝 的 石 墨 化 能 力 。异 质 焊 缝 ： 若 采 用 低 碳 钢 焊 条 进 行 焊 接 ， 常 用 铸 铁 含 碳 为 3%左 右 ， 就 是 采 用较 小 焊 接 电 流 ， 母 材 在 第 一 层 焊 缝 中 所 占 百 分 比 也 将 为 1 3 1 4， 其 焊 缝 平 均 含碳 量 将 为 0.7% 1.0%,属 于 高 碳 钢 （ C 0.6%） 。 这 种 高 碳 钢 焊 缝 在 快 冷 却 后 将 出 现很 多 脆 硬 的 马 氏 体 。采 用 异 质 金 属 材 料 焊 接 时 ， 必 须 要 设 法 防 止 或 减 弱 母

15、 材 过 渡 到 焊 缝 中 的 碳 产 生高 硬 度 组 织 的 有 害 作 用 。 思 路 是 ： 改 变 C 的 存 在 状 态 ， 使 焊 缝 不 出 现 淬 硬 组 织 并 具 有一 定 的 塑 性 ， 例 如 使 焊 缝 分 别 成 为 奥 氏 体 ， 铁 素 体 及 有 色 金 属 是 一 些 有 效 的 途 径 。2.半 熔 化 区特 点 ： 该 区 被 加 热 到 液 相 线 与 共 晶 转 变 下 限 温 度 之 间 ， 温 度 范 围1150 1250 。 该 区 处 于 液 固 状 态 ， 一 部 分 铸 铁 已 熔 化 成 为 液 体 ， 其 它 未 熔 部 分 在

16、高温 作 用 下 已 转 变 为 奥 氏 体 。（ 1） 冷 却 速 度 对 半 熔 化 区 白 口 铸 铁 的 影 响V 冷 很 快 ， 液 态 铸 铁 在 共 晶 转 变 温 度 区 间 转 变 成 莱 氏 体 ， 即 共 晶 渗 碳 体 加 奥 氏 体 。继 续 冷 却 则 为 C 所 饱 和 的 奥 氏 体 析 出 二 次 渗 碳 体 。 在 共 析 转 变 温 度 区 间 ， 奥 氏 体 转 变为 珠 光 体 。 由 于 该 区 冷 速 很 快 ， 在 共 析 转 变 温 度 区 间 ， 可 出 现 奥 氏 体 马 氏 体 的 过程 ， 并 产 生 少 量 残 余 奥 氏 体 。当

17、半 熔 化 区 的 液 态 金 属 以 很 慢 的 冷 却 速 度 冷 却 时 ， 其 共 晶 转 变 按 稳 定 相 图 转 变 。最 后 其 室 温 组 织 由 石 墨 +铁 素 体 组 织 组 成 。当 该 区 液 态 铸 铁 的 冷 却 速 度 介 于 以 上 两 种 冷 却 速 度 之 间 时 ， 随 着 冷 却 速 度 由 快到 慢 ， 或 为 麻 口 铸 铁 ， 或 为 珠 光 体 铸 铁 ， 或 为 珠 光 体 加 铁 素 体 铸 铁 。影 响 半 熔 化 区 冷 却 速 度 的 因 素 有 ： 焊 接 方 法 、 预 热 温 度 、 焊 接 热 输 入 、 铸 件 厚度 等

18、因 素 。例 ： 电 渣 焊 时 ， 渣 池 对 灰 铸 铁 焊 接 热 影 响 区 先 进 行 预 热 ， 而 且 电 渣 焊 熔 池 体积 大 ， 焊 接 速 度 较 慢 ， 使 焊 接 热 影 响 区 冷 却 缓 慢 ， 为 防 止 半 熔 化 区 出 现 白 口 铸 铁 焊 件预 热 到 650 700 再 进 行 焊 接 的 过 程 称 热 焊 。 这 种 热 焊 工 艺 使 焊 接 熔 池 与 HAZ 很 缓慢 地 冷 却 ， 从 而 为 防 止 焊 接 接 头 白 口 铸 铁 及 高 碳 马 氏 体 的 产 生 提 供 了 很 好 的 条 件 。研 究 灰 铸 铁 试 板 焊 件

19、 、 热 输 入 相 同 时 ， 随 板 厚 的 增 加 ， 半 熔 化 区 冷 却 速 度 加 快 。白 口 淬 硬 倾 向 增 大 。（ 2） 化 学 成 分 对 半 熔 化 区 白 口 铸 铁 的 影 响铸 铁 焊 接 半 熔 化 区 的 化 学 成 分 对 其 白 口 组 织 的 形 成 同 样 有 重 大 影 响 。 该 区 的 化学 成 分 不 仅 取 决 于 铸 铁 本 身 的 化 学 成 分 ， 而 且 焊 逢 的 化 学 成 分 对 该 区 也 有 重 大 影 响 。这 是 因 为 焊 逢 区 与 半 熔 化 区 紧 密 相 连 ， 且 同 时 处 于 熔 融 的 高 温 状

20、 态 ， 为 该 两 区 之 间 进行 元 素 扩 散 提 供 了 非 常 有 利 的 条 件 。 某 元 素 在 两 区 之 间 向 哪 个 方 向 扩 散 首 先 决 定 于 该元 素 在 两 区 之 间 的 含 量 梯 度 （ 含 量 变 化 ） 。 元 素 总 是 从 高 含 量 区 域 向 低 含 量 区 域 扩 散 ，其 含 量 梯 度 越 大 ， 越 有 利 于 扩 散 的 进 行 。w提 高 熔 池 金 属 中 促 进 石 墨 化 元 素 （ C、 Si、 Ni 等 ） 的 含 量 对 消 除 或 减 弱 半 熔 化区 白 口 的 形 成 是 有 利 的 。用 低 碳 钢 焊

21、条 焊 铸 铁 时 ， 半 熔 化 区 的 白 口 带 往 往 较 宽 。 这 是 因 为 半 熔 化 区 含C、 Si 量 高 于 熔 池 ， 故 半 熔 化 区 的 C、 Si 反 而 向 熔 池 扩 散 ， 使 半 熔 化 区 C、 Si 有 所下 降 ， 增 大 了 该 区 形 成 较 宽 白 口 的 倾 向 。3.奥 氏 体 区该 区 被 加 热 到 共 晶 转 变 下 限 温 度 与 共 析 转 变 上 限 温 度 之 间 。 该 区 温 度 范 围 约 为820 1150 ， 此 区 无 液 相 出 现 该 区 在 共 析 温 度 区 间 以 上 ， 其 基 体 已 奥 氏 体

22、化 ， 加 热 温度 较 高 的 部 分 （ 靠 近 半 熔 化 区 ） ， 由 于 石 墨 片 中 的 碳 较 多 地 向 周 围 奥 氏 体 扩 散 ， 奥 氏体 中 含 碳 量 较 高 ； 加 热 较 低 的 部 分 ， 由 于 石 墨 片 中 的 碳 较 少 向 周 围 奥 氏 体 扩 散 ， 奥 氏体 中 含 碳 量 较 低 ， 随 后 冷 却 时 ， 如 果 冷 速 较 快 ， 会 从 奥 氏 体 中 析 出 一 些 二 次 渗 碳 体 ，其 析 出 量 的 多 少 与 奥 氏 体 中 含 碳 量 成 直 线 关 系 。 在 共 析 转 变 快 时 ， 奥 氏 体 转 变 为 珠

23、光体 类 型 组 织 。 冷 却 更 快 时 ， 会 产 生 马 氏 体 ， 与 残 余 奥 氏 体 。 该 区 硬 度 比 母 材 有 一 定 提高 。熔 焊 时 ， 采 用 适 当 工 艺 使 该 区 缓 冷 ， 可 使 A 直 接 析 出 石 墨 而 避 免 二 次 渗 碳 体 析出 ， 同 时 防 止 马 氏 体 形 成 。4.重 结 晶 区很 窄 ， 加 热 温 度 范 围 780 820 。 由 于 电 弧 焊 时 该 区 加 热 速 度 很 快 ， 只 有 母 材中 的 部 分 原 始 组 织 可 转 变 为 奥 氏 体 。 在 随 后 冷 却 过 程 中 ， 奥 氏 体 转 变

24、 为 珠 光 体 类 组 织 。冷 却 很 快 时 也 可 能 出 现 一 些 马 氏 体 。（ 二 ） 裂 纹 是 易 出 现 的 缺 陷1. 冷 裂 纹 可 发 生 在 烛 焊 缝 或 热 影 响 区 上 ，2.产 生 部 位 ： 铸 铁 型 焊 缝 ， 当 采 用 异 质 焊 接 材 料 焊 接 ， 使 焊 逢 成 为 奥 氏 体 、 铁素 体 ， 铜 基 焊 缝 时 ， 由 于 焊 缝 金 属 具 有 较 好 的 塑 性 ， 焊 接 金 属 不 易 出 现 冷 裂 纹 。3.启 裂 温 度 ： 一 般 在 400 以 下 。 原 因 ： 一 方 面 是 铸 铁 在 400 以 上 时

25、有 一 定塑 性 ； 另 一 方 面 焊 缝 所 承 受 的 拉 应 力 是 随 其 温 度 下 降 而 增 大 。 在 400 以 上 时 焊 缝 所承 受 的 拉 应 力 较 小 。4.产 生 原 因 ： 焊 接 过 程 中 由 于 工 件 局 部 不 均 匀 受 热 ， 焊 缝 在 冷 却 过 程 中 会 产 生很 大 的 拉 应 力 ， 这 种 拉 应 力 随 焊 缝 温 度 的 下 降 而 增 大 。 当 焊 缝 全 为 灰 铸 铁 时 ， 石 墨 呈片 状 存 在 。 当 片 状 石 墨 方 向 与 外 加 应 力 方 向 基 本 垂 直 ， 且 两 个 片 状 石 墨 的 尖 端

26、 又 靠 得很 近 ， 在 外 加 应 力 增 加 时 ， 石 墨 尖 端 形 成 较 大 的 应 力 集 中 。 铸 铁 强 度 低 ， 400 以 下基 本 无 塑 性 。 当 应 力 超 过 此 时 铸 铁 的 强 度 极 限 时 ， 即 发 生 焊 缝 裂 纹 。当 焊 缝 中 存 在 白 口 铸 铁 时 ， 由 于 白 口 铸 铁 的 收 缩 率 比 灰 铸 铁 收 缩 率 大 ， 加 以 其 中渗 碳 体 性 能 更 脆 ， 故 焊 缝 更 易 出 现 裂 纹 。5 影 响 因 素 ：（ 1） 与 焊 缝 基 体 组 织 有 关 ， 焊 缝 中 渗 碳 体 越 多 ， 焊 缝 中

27、出 现 裂 纹 数 量 越 多 。 当焊 缝 基 体 全 为 珠 光 体 与 铁 素 体 组 成 ， 而 石 墨 化 过 程 又 进 行 得 较 充 分 时 ， 由 于 石 墨 化 过程 伴 随 有 体 积 膨 胀 过 程 ， 可 以 松 弛 部 分 焊 接 应 力 ， 有 利 于 改 善 焊 缝 的 抗 裂 性 。（ 2） 与 焊 缝 石 墨 形 状 有 关粗 而 长 的 片 状 石 墨 容 易 引 起 应 力 集 中 ， 会 减 小 抗 裂 性 ； 石 墨 以 细 片 状 存 在 时 ，可 改 善 抗 裂 性 ； 石 墨 以 团 絮 状 存 在 时 ， 焊 缝 具 有 较 好 的 抗 裂

28、性 能 。（ 3） 与 焊 补 处 刚 度 与 焊 补 体 积 的 大 小 及 焊 缝 长 短 有 关焊 补 处 刚 度 大 ， 焊 补 体 积 大 ， 焊 缝 越 长 都 将 增 大 应 力 状 态 ， 促 使 裂 纹 产 生 。 w三 、 焊 接 材 料铸铁焊条简明表牌号 GB 标准 AWS 标准药皮类型焊接电源主要用途Z208 EZC EC1 石墨型 交 、 直流用于焊补灰口铸铁的缺陷。Z238 EZCQ 石墨型 交 、 直流用于焊补球墨铸铁件。Z308 EZNi-1 ENi-C1 石墨型 交 、 直流用于铸铁薄件及加工面的补焊，如发动机座、机床导轨、齿轮座等重要灰口铸铁件。 Z408

29、EZNiFe-1ENiFe-C1石墨型 交 、 直流用于重要高强度灰口和球墨铸件的补焊。Z508 EZNiCu-1ENiCu-B 石墨型 交 、 直流用于强度要求不高的灰口铸件的焊补。表 一常 见 的 焊 接 材 料 除 了 有 国 标 GB10044-88 铸 铁 焊 条 及 焊 丝 规 定 的 外 （ 见 表 一 ） ，还 可 以 选 择 18-8 型 不 锈 钢 焊 条 及 其 他 高 铬 镍 焊 条 。 铸 铁 手 工 电 弧 焊 焊 条 除 了 表 一 的之 外 ， 还 可 以 选 用 表 二 的 各 种 焊 条 ：名 称 牌 号 所 属国 标 型号药 皮 类型焊 芯 成分焊 缝 主

30、要 成 分焊 接 电源主 要 用 途氧 化 型钢 芯 铸 铁焊 条Z100 EZFe-2氧 化 型 低 碳 钢 碳 钢 交 、 直流焊 接 后 不进 行 切 削 加工 的 灰 铸 铁件Z116 EZV 低 氢 型 低 碳 型 高 钒 钢 交 、 直流高 钒 铸铁 焊 条Z117 EZV 低 氢 型 低 碳 型 高 钒 钢 直 流 反接要 求 强 度很 高 的 灰 铸铁 、 球 墨 铸铁 、 可 锻 铸铁Z607 低 氢 型 纯 铜 铜 基 、铜 铁 混 合直 流 反接铜 铁 铸铁 焊 条Z612 钛 钙 型 铜 包 钢芯铜 基 、铜 铁 混 合交 、 直流一 般 灰 铸铁 ， 抗 裂 性好 加

31、 工 性 好 ，常 用 于 非 加工 面 的 铸 铁焊 补表 二四、焊补工艺在焊接前要做好各项焊前的准备工作，具体的有以下的一些方式：用砂轮、扁铲、风铲等工具将缺陷处的型砂、氧化皮、铁锈等清除干净，直至露出金属光泽，离缺陷 10-20mm 处也应该磨干净。如果有油污，用气焊火焰少点，以免焊条熔滴焊不上去和产生气w孔。为了避免加热时引起裂纹，加热温度不宜太高，一般在 100-150， 。有时油污较多，气焊火焰需要进行多次燃烧才能彻底除去油污。如果缺陷是裂纹，在查出裂纹的全长后，离裂缝两端 3-5mm 处钻止裂孔，孔径 4-6mm，以防止焊接时裂缝扩展。目前，我国最常用的焊补方法是手工电弧焊和气焊

32、，其次是钎焊和手工电渣焊。可以根据缺陷的类型来选择焊接方法。（一）手工电弧焊焊补灰铸铁1.焊缝为非铸铁成分的电弧冷焊工艺（1）冷焊的工艺要点1）短段、断续施焊 焊接铸铁时很容易开裂，为了减小热应力和防止冷裂纹，必须减小焊接处与母材的温差，其办法不是预热铸件，而是降低焊补区的温度。每次只焊接一小段，待焊缝冷却到 50-60时，再焊接下一段。焊接不能连续进行，但可以分散在多处起焊。2)焊接电流尽可能小 电流大会增加熔深，母材铸铁融入焊缝过多，影响焊缝成分，使融合区白口层增厚，不仅难以加工，甚至会引起冷裂纹和焊缝剥离。电流大还会加大焊接处与母材的温差，导致开裂。因此在保证焊缝与母材熔合良好的前提下，

33、电流尽可能的小。3)锤击焊缝 每焊接一小段后，立即用带圆角的尖头小锤快速锤击焊缝。焊缝底部锤击不便，可以用圆刃扁铲轻捻。这样既可松弛焊接应力，防止裂纹，又可以锤紧焊缝微孔 ,增加焊缝的致密性。同时还要注意，电弧冷焊对温度比较敏感，难焊的铸件应在室内完成，防止风吹。并可将工件放置在炉旁，稍许提高其整体温度。要求更高时可将工件整体预热 200-250。（2）冷焊的焊前准备和焊接电弧冷焊线状缺陷时坡口常用 U 型坡口，也有用 V 型坡口的，U 型比 V 型的熔合比小，坡口尺寸如图二所示： awb图二、裂纹缺陷的坡口（a）未裂透缺陷的坡口；（b）裂透缺陷的坡口对于深坡口的焊接，由于焊缝体积大，焊接应力

34、也大，容易引起焊缝与母材的剥离。为此，除了遵循上述的冷焊工艺要点外，还要采取下列措施：1）采取如图三所示的多层焊顺序，以减小焊接应力。图三、多层焊顺序 图四、栽丝法 2）在母材材质差、焊缝强度高时，或工件受力大、要求强度高时，可采用栽丝法，见图四。由于螺丝承担了部分的焊接应力，能防止焊缝剥离，提高焊补强度。3）坡口内加装强筋钢条，见图五。焊补厚大件时，坡口较大较深，则这种加强筋可改为加强板，且叠加几层。加强筋钢条或加强板承受了巨大的应力，提高焊补接头的强度和刚性。由于大大减少的了焊缝金属，因而又进一步减小了焊接应力，跟有效的防止焊缝剥离。焊缝金属减少后，提高了焊补生产率。w图五、加装加强筋 图

35、六、组合焊接法4）焊补完后，焊缝外面可加装加固钢板，使焊补区承载能力更大。5）铸件损坏的范围较大时，可把这一范围挖掉，换上同样大小的镶块，再焊接起来，称为镶补法。或者采用补贴法，即缺陷的地方不必铲除，紧贴缺陷外面再焊一块补板。6）为了焊补较大缺陷时节约镍基或高钒焊条，可以如图六所示，仅第一层（或第一、第二层）采用加工性、抗裂性较好的镍基或高钒焊条焊接，以后各层采用低碳钢焊条进行填充，称为组合焊接法。下面举一例灰口铸铁的电弧冷焊。1000KN 冲床的右立柱和底座交界处产生一裂纹，长度等于右立柱和底座交接的整个长度，为 500mm，并且裂缝延伸到右立柱的前面和后面。采用在原来的安装位置上冷焊修复。

36、具体的修复方案如下：1）坡口形状和尺寸如图七所示。从原来立柱和底座的交接线向右下挖深 25mm，坡口底部宽 5mm。2) 采用纯镍焊条和镍铁焊条交替焊接。冲床材质好，用纯镍焊条打底，与母材结合很好。两种焊条条的直径都为 4mm。焊接电流较小，为 120A。考虑到立柱和底座都很厚大，散热快，焊缝每一段长度达 25-30mm。坡口底部焊缝为平焊，上部为横焊，两侧为立焊。3）为了保证焊接后的使用强度，坡口内部栽丝 5 对，安装 5 根坚强筋，焊缝两端外部各装一棵加强筋。采用直径 16 的不锈钢圆钢，头部为 M12mm 螺纹，如图八左上角所示。螺丝旋入坡口内部上下侧螺纹孔内。再用直径 16 的圆钢与螺

37、丝搭接焊。在焊加强筋前，坡口底部先焊至螺纹孔附近，如图八所示。最后焊满坡口。4）焊缝两端各装一根加强筋，如图九所示，先在端部开槽，钻 4 个孔，再把直径 20mm不锈钢圆钢烧红，压入槽内和孔内，冷却后，使用镍铁焊条与母材焊牢。5）再焊缝两端用 20mm 厚的钢板覆盖在右立柱和底座交界处，用几个 M16 的螺丝旋紧在立柱和底座上，螺丝头部与钢板焊牢，钢板与冲床用镍铁焊条焊牢，这样进一步加强了焊补区，见图十。w图七、坡口尺寸和形状 图八、坡口内部加装加强筋图九、焊缝两端加装加强筋 图十、焊补区端部加装加强钢板6）最后在焊缝上浇一层环氧树脂，防止油进入后对焊补区有腐蚀和涨裂作用2.焊缝为铸铁成分的电

38、弧焊工艺焊缝成分为铸铁的焊条有钢芯石墨化型铸铁焊条（Z208）和铸铁芯焊条两种。（1）钢芯石墨化型铸铁焊条（Z208）焊接 一般情况下需要预热到 400（半热焊），焊后缓冷，也有预热到 600-700的情况。对中小型工件端部位置的缺陷，由于焊缝较能自由收缩，不易产生热应力裂纹，可以不预热。电流较大，可以使药皮充分熔化，使焊缝热量较多。焊后减慢冷却速度，以免产生白口。电弧较长，使药皮中大量高熔点石墨化元素充分熔化和反应，发挥石墨化作用而避免白口。工件边角的小缺陷可以一次堆焊完成。大缺陷连续堆焊 3-4 层后迅速清理熔渣，栽继续堆焊，目的是保证巨大热量，焊缝缓冷。由于焊缝为铸铁，塑性很差，锤击消除

39、应力没有多大效果，所以不锤击。焊后要保温缓冷，以进行石墨化，防止白口，还可以减少应力。（2）铸铁芯焊条焊接 焊条为铸铁芯，药皮又含大量石墨化元素，比 Z208 更容易石墨化，所以可以预热，也可以不预热。w小而浅的缺陷开坡口时，要予以扩大。为了防止焊接时铁水流散，坡口周围要用黄泥或耐火泥之类的材料筑堤，如图十一（a）所示；如果缺陷位于工件边缘，可用黄泥、石墨板或耐火砖之类的材料造型，如图十一（b）所示。焊前用气体火焰将焊补处的油污连同耐火材料中的水分除掉。a b图十一、焊补处筑堤和造型采用大电流、长电弧，从坡口中心焊起，逐渐移向边缘，连续焊接。焊接过程中，如发现熔池中的铁水白亮并沸腾时，应暂时中

40、断焊接，等熔池停止沸腾、颜色变暗后，继续施焊。焊接时还要注意母材熔化不能过多。当熔池高出坡口表面以后，电弧应沿熔池边缘靠近造型材料移动，以使融合区得到充分热量，保持较长时间的红热状态而防止白口产生。焊至高出母材表面 5-8mm。焊后撒上一薄层煤灰，如立即燃烧，可再撒一些。3.手工电弧焊焊补灰铸铁的注意事项： 焊接应力裂纹与缺陷的部位、大小有关。如果缺陷在刚性较小的部位，焊补区收缩比较自由，焊接后不会产生裂纹。这个部位的焊补区扩大些，更易保证焊接质量。如果缺陷在刚性较大的部位，只要缺陷面积不大，也不致产生裂纹。缺陷面积大，则较易开裂。所以在刚性较大的部位补焊时，选用较小的电流，防止局部过热，避免

41、裂纹。还应分段焊补，先焊里面，后焊外面。若有几处缺陷相互靠近，则应先焊中央的，后焊边缘的。实践证明，中型机床导轨端部 300mm 以内的缺陷，可以成功的采用不预热焊补法。导轨中部的大缺陷仍需预热（二）气焊焊补铸铁1.气焊焊补铸铁的分类 气焊焊补也可以分为热焊合不预热焊两种，但是都要注意以下的问题：（1）焊炬功率应大些，否则不易消除气孔和夹渣，焊炬的大小可以按照表三来进行选择。消除缺陷底部和开坡口时可以选用氧化焰；焊接过程中必须用弱碳化焰或中性焰：焊接结束时宜用个碳化焰使焊补区缓冷。这样可以减少碳、硅的烧损，消除过厚的氧化膜，防止白口冷硬发生。铸件壁厚（mm） 焊嘴孔径（mm） 氧气压力（Mpa

42、）20-50 5 0.620 2 0.4表三、焊炬的规格选择(2)厚大件不预热气焊宜用含硅量较高的焊丝，焊丝内不能有气孔、夹渣。（3 用火焰清理缺陷时应把熔化的母材清除出去，防止熔化物冷硬。熔透母材后在滴入焊丝金属，以防融合不好。不预热气焊时不要过多地熔化母材。（4）焊接时，如果发现熔池中有白亮点夹杂物，这就是高熔点的二氧化硅（SiO 2） 。可往熔池中加入少量的焊粉，把二氧化硅去掉，消除夹渣。焊粉不易加入过多，否则会w降低熔池温度，容易引起夹渣和气孔。主要办法是提高铁水温度，用火焰向熔池中心吹，往深处熔化，促使气体、夹杂物浮起，用焊丝挑去。操作时应注意使火焰始终盖住熔池，并保持焰心距熔池 1

43、5-20mm。（5）焊接快结束时，应使焊缝稍高出工件表面，并用焊丝刮去表面层。表面层含杂质较多，冷却后硬度较高，刮去后焊补处易于加工。2. 气焊热焊法和不预热焊法在适用范围和工艺方法：气焊热焊法和不预热焊法在适用范围和工艺方法上有着很大区别，下面会分别作出介绍：（1）热焊法 系指铸件整体加热或较大范围的局部加热到 600-700，一般用在以下情况：1）焊补区不在铸件的边角部位，而在中间刚性较大部位，不能自由地热胀冷缩。2）长期在高温、腐蚀条件下工作的铸件，内部已有些变质。3）铸件材质较差，组织疏松粗糙，用电弧冷焊的话则焊条金属很难与母材融合在一起。4）铸件较厚较大，不预热则热量不足，难以施焊或

44、焊接速度太慢。铸铁在 400温度以下为弹性变形，400-600为弹塑性变形，高于 600则为完全塑性变形。当铸件预热到 600以上时，由于完全没有弹性而为塑性变形，所以，首先可以消除铸件原已存在的铸造应力，其次在焊接过程中产生的热应力可以通过铸铁的塑性变形来抵消。（2）不预热焊法 在次操作中要掌握好焊接方向和速度，巧妙的运用热胀冷缩规律，使焊补区在焊接过程中能够比较自由的伸缩，从而减小焊接应力，避免热应力裂纹。用加热“减应区”法防止裂纹，即在焊补件上找一个区域，在此处加热就可以使焊补件的焊接应力减小甚至消除，则该区域称为“减应区” 。选择减应区的原则是：1）减应区选在阻碍焊缝热胀冷缩的部位。2

45、)减应区本身与其他部位连接不多，比较强固，且与焊补区共同受热之后冷却时，能够比较自由的与焊补区一起收缩。3）减应区根据需要可以选择一处或几处。在用加热减应区法进行气焊时还要注意一下的几个方面：1）不焊接时，气焊火焰对着空间或减应区，绝不能对着其他不焊的区域。2）减应区温度不宜过高，一般超过 750，以免该区性能降低。3）在室内避风处进行焊接。下面举一个不预热气焊焊补灰铸铁的实例：皮带轮轮辐在 1 处断裂（见图十二） 。1）焊前用焊炬加热外圆 2 处（减应区） ，时外圆向外膨胀。当断裂处间隙增大到 105mm 左右时，迅速将火焰移到断裂处（1 处）加热，同时间隔加热 2 处，使 2 处继续保持热

46、态。2 图十二 2）在断裂处快要熔化时，该处的间隙消失，迅速用焊炬从两边开坡口，焊好；再用火焰加热外圆 2 处，使焊补区和外圆 2 处同时缓冷，因而减小应力，不会产生裂纹。w3)外圆 2 处红热面积不宜过大，否则可能引起 3 和 4 处裂开。4）如果轮辐不只是一处断裂，而是多处断裂，都可以按照同样的原理进行补焊。减应区也可以选在别处。例如 1 处断裂，则可以在 5 处加热，焊补后直到 1 处冷却到不会开裂的温度（约 200-300）为止。5）又如轮辐 1、3、6 根断裂，则可以按 6、3、1 的顺序开坡口并立即焊接后在 5处加热，直到上述三处冷去到不会开裂的温度为止。 （三）钎焊焊补灰铸铁1.灰铸铁钎焊的特点：（1）由于母材铸铁不熔化，钎料又是黄铜等，所以不产生熔合区白口。如果选用某种钎料，能使钎料焊接温度不超过铸铁的奥氏体相变温度（800） ，则在热影响区连马氏体淬火组织也不会形成。焊缝金属中没有铸铁融入，硬度总是很低，钎焊接头的加工性能很好。（2）由于焊补区加热温度较低，所以热应力较小，从而降低了冷冽问倾向，逐渐变形较小。（3）焊缝硬度大都较母材低，接头强度也比较低，焊缝颜色与母材差别较大。上述特点，使钎焊主要用于焊补加工过程中或加工以后发现的缺陷；铸铁件上磨损面积较大的缺陷；容易产生裂纹的缺陷；长期在高温下工作的已变质的铸件