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1、第第6 6章章 铸铁焊接铸铁焊接铸铁铸铁 铸铁焊接铸铁焊接的应用的应用 碳的质量分数大于碳的质量分数大于2.11%2.11%的铁碳合金的铁碳合金 工业常用的铸铁工业常用的铸铁为铁碳硅合金为铁碳硅合金 铸造缺陷铸造缺陷的焊补的焊补 零部件零部件 的生产的生产 已损坏的已损坏的铸铁成品铸铁成品 件的焊补件的焊补 6.1 6.1 铸铁的种类及其焊接方法铸铁的种类及其焊接方法铸铸铁铁的的种种类类 灰铸铁灰铸铁 可锻铸铁可锻铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 白口铸铁白口铸铁 断口呈白亮色断口呈白亮色 断面呈灰色断面呈灰色 石墨呈团絮状石墨呈团絮状 石墨呈球状石墨呈球状 石墨呈蠕虫状石墨呈蠕虫状
2、6.1.1 6.1.1 铸铁的种类铸铁的种类表表6-1 6-1 灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途（灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途（GB/T9439GB/T943919881988）6.1.2 6.1.2 铸铁的凝固特点与石墨化铸铁的凝固特点与石墨化石石墨墨化化两两个个阶阶段段石墨化石墨化 第一阶段第一阶段 石墨化石墨化 第二阶段第二阶段 从过共晶铁液中直接析出的初生石墨从过共晶铁液中直接析出的初生石墨 共晶转变共晶转变过程中形成的过程中形成的共晶共晶石墨石墨 奥氏体冷却析出二次石墨奥氏体冷却析出二次石墨 以及一次渗碳体、以及一次渗碳体、共晶共晶渗碳体和二渗碳体和二次渗碳体在高温下分解
3、析出的石墨次渗碳体在高温下分解析出的石墨 包括包括共析转变共析转变过程中形成的过程中形成的共析共析石墨；石墨；共析渗碳体分解析出的石墨共析渗碳体分解析出的石墨 如果第二阶段石墨化能充分进行，则铸如果第二阶段石墨化能充分进行，则铸铁的基体将完全为铁素体，但是由于温铁的基体将完全为铁素体，但是由于温度较低，一般难以实现，因此铸铁在铸度较低，一般难以实现，因此铸铁在铸态下多为铁素体加珠光体混合组织。态下多为铁素体加珠光体混合组织。图图6-1 6-1 铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图图图6-2 6-2 合金元素对铸铁石墨化的影响合金元素对铸铁石墨化的影响 C C、Si Si、AlAl、NiNi、CuC
4、u等为促进石墨化的等为促进石墨化的元素，元素，而而S S、V V、CrCr、MoMo、MnMn等为阻碍石墨化的等为阻碍石墨化的元素。元素。6.1.3 6.1.3 铸铁焊接方法铸铁焊接方法焊条电弧焊、气焊、焊条电弧焊、气焊、COCO2 2气体保护电弧焊、气体保护电弧焊、手工电渣焊、气体火手工电渣焊、气体火焰钎焊以及气体火焰焰钎焊以及气体火焰粉末喷焊等粉末喷焊等 球墨铸铁件之间球墨铸铁件之间、球墨球墨铸铁与各种钢件或有色铸铁与各种钢件或有色金属件之间，采用细丝金属件之间，采用细丝COCO2 2焊、摩擦焊、激光焊、焊、摩擦焊、激光焊、电子束焊、电阻对焊、电子束焊、电阻对焊、扩散焊等扩散焊等 铸铁焊接
5、铸铁焊接方法方法图图6-4 6-4 铸铁电弧焊的焊缝金属分类铸铁电弧焊的焊缝金属分类图图6-5 6-5 灰铸铁焊接接头各区域组织变化灰铸铁焊接接头各区域组织变化6.2.2 6.2.2 焊接裂纹焊接裂纹 铸铁型同质焊缝较长或焊补部位铸铁型同质焊缝较长或焊补部位刚度较大时容易出现冷裂纹刚度较大时容易出现冷裂纹 铸铁焊缝冷裂纹的裂纹源为片状铸铁焊缝冷裂纹的裂纹源为片状石墨的尖端位置石墨的尖端位置 当冶金或工艺因素控制不当，当冶金或工艺因素控制不当，铸铁焊缝出现白口时铸铁焊缝出现白口时 异质焊条焊接灰铸铁，连续焊长异质焊条焊接灰铸铁，连续焊长焊缝也会产生横向冷裂纹焊缝也会产生横向冷裂纹主要受焊接应力即
6、热应力的影响，主要受焊接应力即热应力的影响，只要热应力不超过焊缝及热影响区只要热应力不超过焊缝及热影响区金属的塑性变形能力就不会开裂。金属的塑性变形能力就不会开裂。冷裂纹冷裂纹产生的产生的原因原因冷裂纹冷裂纹的防止的防止措施措施既然灰铸铁焊接冷裂纹产生的主要既然灰铸铁焊接冷裂纹产生的主要原因是热应力，那么防止冷裂纹的原因是热应力，那么防止冷裂纹的措施也措施也应从减小热应力入手。应从减小热应力入手。防止铸铁型同质焊缝出现冷裂纹最有效的防止铸铁型同质焊缝出现冷裂纹最有效的措施是对焊补工件进行整体高温预热措施是对焊补工件进行整体高温预热（600600700700）在铸铁型焊缝中提高碳含量，并加入一定
7、量在铸铁型焊缝中提高碳含量，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%）、）、CuCu（w wCuCu=1.85%=1.85%）等）等 钢焊缝冷裂纹主要受母材高含碳量的影响。钢焊缝冷裂纹主要受母材高含碳量的影响。为了消除或减轻碳的有害作用，为了消除或减轻碳的有害作用，提高铸铁提高铸铁焊接时钢焊缝的抗冷裂纹能力，焊接时钢焊缝的抗冷裂纹能力，可以采取可以采取冶金措施。冶金措施。白口及马氏体等脆硬组织对冷裂纹的不利影白口及马氏体等脆硬组织对冷裂纹的不利影响可以从冶金和工艺因素两方面入手加以解响可以从冶金和工
8、艺因素两方面入手加以解决。决。6.2.3 6.2.3 球墨铸铁的焊接性特点球墨铸铁的焊接性特点焊接性特点焊接性特点球墨铸铁中的球墨铸铁中的球化剂有增大铁液球化剂有增大铁液结晶过冷度、阻碍结晶过冷度、阻碍石墨化和促进奥氏石墨化和促进奥氏体转变为马氏体体转变为马氏体 的作用。的作用。由于球墨铸铁由于球墨铸铁的力学性能远比灰铸铁的力学性能远比灰铸铁好，特别是以铁素体为好，特别是以铁素体为基体的球墨铸铁，塑性和基体的球墨铸铁，塑性和韧性很好，对焊接接头的韧性很好，对焊接接头的力学性能要求相应力学性能要求相应提高提高。6.3 6.3 铸铁焊接工艺及材料铸铁焊接工艺及材料6.3.1 6.3.1 灰铸铁的焊
9、接工艺特点灰铸铁的焊接工艺特点同质焊缝同质焊缝（铸铁型）（铸铁型）电弧热焊电弧热焊 电弧热焊是铸铁焊接应用最早的一种工电弧热焊是铸铁焊接应用最早的一种工艺。将铸铁件预热到艺。将铸铁件预热到600600700700，然后，然后在塑性状态下进行焊接，焊接温度不低在塑性状态下进行焊接，焊接温度不低于于500500400400，为防止焊接过程中开，为防止焊接过程中开裂，焊后立即进行消除应力处理及缓冷裂，焊后立即进行消除应力处理及缓冷的铸铁焊补工艺称为电弧热焊。预热的铸铁焊补工艺称为电弧热焊。预热温度在温度在300300400400时称为半热焊。时称为半热焊。铸铁电弧热焊工艺包括焊前准备、预热、铸铁电弧
10、热焊工艺包括焊前准备、预热、焊接、焊后缓冷及加工等过程。焊接、焊后缓冷及加工等过程。气焊气焊 电弧热焊及半热焊主要适用于壁厚大于电弧热焊及半热焊主要适用于壁厚大于 10mm 10mm铸件上缺陷的焊补，薄壁件宜用气焊。铸件上缺陷的焊补，薄壁件宜用气焊。电渣焊具有加热与冷却缓慢的特点，适合电渣焊具有加热与冷却缓慢的特点，适合铸铁焊补要求，手工电渣焊设备简单，应铸铁焊补要求，手工电渣焊设备简单，应用灵活，对重型机器厂、机床厂灰铸铁厚用灵活，对重型机器厂、机床厂灰铸铁厚件较大缺陷的焊接修复是比较合适的。件较大缺陷的焊接修复是比较合适的。手工手工电渣焊电渣焊图图6-9 6-9 手工电渣焊示意图手工电渣焊
11、示意图11电极电极 2 2石墨型石墨型 3 3铸造型砂铸造型砂44渣池渣池 5 5金属熔池金属熔池 6 6铸铁件铸铁件异质焊缝异质焊缝（非铸铁型）（非铸铁型）电弧冷焊电弧冷焊 铁基焊缝铁基焊缝 及焊接材料及焊接材料 镍基焊缝镍基焊缝 及焊接材料及焊接材料 纯镍铸铁焊条纯镍铸铁焊条 如如EZNi-1EZNi-1（Z308Z308）镍铁铸铁焊条镍铁铸铁焊条 如如EZNiFe-1EZNiFe-1（Z408Z408）铜基焊缝铜基焊缝 及焊接材料及焊接材料 异质焊缝电异质焊缝电 弧冷焊工艺弧冷焊工艺 镍铜铸铁焊条镍铜铸铁焊条 EZNiCu-1 EZNiCu-1（Z508Z508）短段断续分散焊，短段断续
12、分散焊，较小电流熔深浅，较小电流熔深浅，每段锤击消应力，每段锤击消应力，退火焊道前段软退火焊道前段软 灰铸铁的灰铸铁的 钎焊与喷焊钎焊与喷焊 灰铸铁钎焊可以使用工业常用的铜锌灰铸铁钎焊可以使用工业常用的铜锌钎料钎料BCu62ZnNiMnSi-RBCu62ZnNiMnSi-R（HL104HL104），），其化学成分见表其化学成分见表6-66-6。可以采用氧乙炔火焰粉末喷焊修复可以采用氧乙炔火焰粉末喷焊修复 铸铁件在机械加工中出现的小缺陷。铸铁件在机械加工中出现的小缺陷。表表6-6 6-6 铜锌钎料的化学成分铜锌钎料的化学成分 同质焊缝同质焊缝（球墨铸（球墨铸 铁型）电铁型）电 弧焊弧焊国内采用的
13、球墨铸铁焊条型号为国内采用的球墨铸铁焊条型号为EZCQEZCQ，制造，制造方法有两种：一是采用铸铁焊芯外涂强石墨方法有两种：一是采用铸铁焊芯外涂强石墨化药皮（化药皮（Z258Z258），二是采用低碳钢焊芯外涂），二是采用低碳钢焊芯外涂强石墨化药皮（强石墨化药皮（Z238Z238），药皮中加入适量球），药皮中加入适量球化剂。球墨铸铁焊条在使用时，要求将母材化剂。球墨铸铁焊条在使用时，要求将母材预热到预热到500500以上，焊后保温缓冷。以上，焊后保温缓冷。球墨铸铁电弧焊的困难在于：球墨铸铁电弧焊的困难在于：1)1)很难获得石墨稳定球化的焊缝；很难获得石墨稳定球化的焊缝；2)2)2)2)已知的球化
14、元素都增大白口倾向，已知的球化元素都增大白口倾向，在石墨球化的同时促进焊缝白口。在石墨球化的同时促进焊缝白口。异质焊缝异质焊缝（非球墨（非球墨 铸铁型）铸铁型）电弧焊电弧焊球墨铸铁异质焊接材料主要采用镍铁铸铁焊条球墨铸铁异质焊接材料主要采用镍铁铸铁焊条（EZNiFeEZNiFe型），第一层焊缝金属镍的质量分数型），第一层焊缝金属镍的质量分数约为约为40%40%，膨胀系数较小，有利于降低焊接应，膨胀系数较小，有利于降低焊接应力防止裂纹。力防止裂纹。工业发达国家发展了适用于自动焊接的药芯工业发达国家发展了适用于自动焊接的药芯焊丝和实芯焊丝。熔敷金属的主要成分为焊丝和实芯焊丝。熔敷金属的主要成分为N
15、iNi（w wNi=50%Ni=50%），其余为），其余为FeFe。药芯焊丝直径多。药芯焊丝直径多为为2.4mm2.4mm，实芯焊丝常用直径为，实芯焊丝常用直径为0.80.81.2mm1.2mm。药芯焊丝可以用药芯焊丝可以用CO2CO2气体保护或自保护，焊接气体保护或自保护，焊接电流为电流为330330380A380A，熔敷效率较高，但半熔化，熔敷效率较高，但半熔化区白口较宽。实芯焊丝用氩气保护，常用电流区白口较宽。实芯焊丝用氩气保护，常用电流在在100A100A左右，焊接熔滴为短路过渡，焊接热影左右，焊接熔滴为短路过渡，焊接热影响区很窄，接头加工性良好。响区很窄，接头加工性良好。6.3.3
16、6.3.3 其他铸铁的焊接特点其他铸铁的焊接特点 奥奥-贝球贝球墨铸铁墨铸铁蠕墨铸蠕墨铸 铁焊接铁焊接 白口铸白口铸 铁焊接铁焊接 使用前面介绍的球墨铸铁同质焊条，使用前面介绍的球墨铸铁同质焊条，在热焊或冷焊条件下进行焊补，焊后在热焊或冷焊条件下进行焊补，焊后进行热处理。较好的焊补工艺是：进行热处理。较好的焊补工艺是：铸造后焊补，然后整体热处理。铸造后焊补，然后整体热处理。可以采用与球墨铸铁焊接时成分相近的可以采用与球墨铸铁焊接时成分相近的焊接材料焊接蠕墨铸铁，焊接方法有气焊接材料焊接蠕墨铸铁，焊接方法有气焊、同质焊条电弧热焊及不预热焊，以焊、同质焊条电弧热焊及不预热焊，以及用镍基铸铁焊条进行
17、电弧冷焊。及用镍基铸铁焊条进行电弧冷焊。首先用与镍铁铸铁焊条相近的首先用与镍铁铸铁焊条相近的BT-1BT-1焊条焊条打底，焊缝为奥氏体球状石墨组织，打底，焊缝为奥氏体球状石墨组织，塑性较好，与母材熔合良好。工作层采塑性较好，与母材熔合良好。工作层采 用合金系为用合金系为C-Cr-Mo-Ni-W-VC-Cr-Mo-Ni-W-V的的BT-2BT-2焊条，焊条，焊缝组织为焊缝组织为M+BL+AM+BL+A残残+碳化物碳化物 4.4.分析灰铸铁同质焊缝产生冷分析灰铸铁同质焊缝产生冷裂纹（热应力裂纹）的原因及裂纹（热应力裂纹）的原因及防止措施。铸铁冷裂纹与钢的防止措施。铸铁冷裂纹与钢的焊接冷裂纹相同吗？
18、焊接冷裂纹相同吗？5.5.说明用镍基铸铁焊条电弧冷说明用镍基铸铁焊条电弧冷焊铸铁时，焊缝易产生热裂纹焊铸铁时，焊缝易产生热裂纹的原因及防止措施？的原因及防止措施？6.6.分析比较三种镍基铸铁焊条分析比较三种镍基铸铁焊条的特点。的特点。7.7.球墨铸铁焊接性特点是什么？球墨铸铁焊接性特点是什么？焊接过程中应采用什么样的工艺焊接过程中应采用什么样的工艺措施？措施？8.8.简述采用铸铁同质焊条对焊接简述采用铸铁同质焊条对焊接工艺有何要求？工艺有何要求？9.9.说明铸铁异质焊缝焊条电弧冷说明铸铁异质焊缝焊条电弧冷焊工艺要点焊工艺要点“短段断续分散焊，短段断续分散焊，较小电流熔深浅，每段锤击消应较小电流熔深浅，每段锤击消应力，退火焊道前段软力，退火焊道前段软”的具体内的具体内容。容。