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1、YCF正版可修改PPT（中职）熔焊基础与金属材料焊接第九章电子教案第第9章铸铁的焊接章铸铁的焊接9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接9.2球墨铸铁的焊接球墨铸铁的焊接返回第第9章铸铁的焊接章铸铁的焊接铸铁是碳含量铸铁是碳含量2.11%的铁碳合金，合金中含有较多的硅、锰等元素，的铁碳合金，合金中含有较多的硅、锰等元素，使碳在铸铁中大多数以石墨形式存在。铸铁具有优良的铸造性能、切使碳在铸铁中大多数以石墨形式存在。铸铁具有优良的铸造性能、切削加工性、减摩性与消震性和低的缺口敏感性，而且熔炼铸铁的工艺削加工性、减摩性与消震性和低的缺口敏感性，而且熔炼铸铁的工艺与设备简单、成本低。目前，铸铁仍然是工业生产中最
2、重要工程材料与设备简单、成本低。目前，铸铁仍然是工业生产中最重要工程材料之一。之一。根据铸铁中石墨形态铸铁可分为根据铸铁中石墨形态铸铁可分为:灰口铸铁灰口铸铁(石墨以片状形式存在石墨以片状形式存在)、球墨铸铁球墨铸铁(石墨以球状形式存在石墨以球状形式存在)、蠕墨铸铁、蠕墨铸铁(石墨以蠕虫状形式存在石墨以蠕虫状形式存在)、可锻铸铁可锻铸铁(石墨以团絮状形式存在石墨以团絮状形式存在)、白口铸铁和耐蚀奥氏体铸铁等。、白口铸铁和耐蚀奥氏体铸铁等。返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接9.1.1概述概述灰铸铁化学成分的一般范围是灰铸铁化学成分的一般范围是:碳含量碳含量2.5%4.0%，硅含量，硅含量1.0%
3、2.2%,锰含量锰含量0.5%1.3%，硫含量，硫含量 0.15%，磷含量，磷含量 0.3%。灰口铸铁组织由金属基体和片状石墨两部分组成的。其基体可分为珠灰口铸铁组织由金属基体和片状石墨两部分组成的。其基体可分为珠光体、珠光体光体、珠光体+铁素体、铁素体三种。铁素体、铁素体三种。灰口铸铁的力学性能主要取决于基体组织和石墨存在形式，灰口铸铁灰口铸铁的力学性能主要取决于基体组织和石墨存在形式，灰口铸铁中含有比钢更多的硅、锰等元素，这些元素可溶于铁素体而使基体强中含有比钢更多的硅、锰等元素，这些元素可溶于铁素体而使基体强化，因此，其基体的强度与硬度不低于相应的钢。但由于片状石墨的化，因此，其基体的强
4、度与硬度不低于相应的钢。但由于片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零，所以铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢强度、塑性、韧性几乎为零，所以铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢低。低。下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接石墨片越多，尺寸越粗大，分布越不均匀，铸铁的抗拉强度和塑性就石墨片越多，尺寸越粗大，分布越不均匀，铸铁的抗拉强度和塑性就越低。灰口铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性，由于石墨存在对其影响越低。灰口铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性，由于石墨存在对其影响不大，故灰口铸铁的抗压强度较好。为了提高灰铸铁的力学性能，生不大，故灰口铸铁的抗压强度较好。为了提高灰铸铁的力学性能，生产上常采用孕育处理。它是在浇注前
5、往铁液中加入少量孕育剂产上常采用孕育处理。它是在浇注前往铁液中加入少量孕育剂(硅铁硅铁或硅钙合金或硅钙合金)，使铁液在凝固时产生大量的人工晶核，从而获得细晶，使铁液在凝固时产生大量的人工晶核，从而获得细晶粒珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨的组织。粒珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨的组织。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁具有较高的强度和硬度，具有断面缺口敏感性小的特点，因孕育铸铁具有较高的强度和硬度，具有断面缺口敏感性小的特点，因此孕育铸铁常作为力学性能要求较高，且断面尺寸变化大的大型铸件。此孕育铸铁常作为力学性能要求较高，且断面尺寸变化大的大型铸
6、件。如机床床身等。如机床床身等。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接灰口铸铁具有良好铸造性能、切削加工性、减摩性和消震性，铸铁对灰口铸铁具有良好铸造性能、切削加工性、减摩性和消震性，铸铁对缺口的敏感性较低。缺口的敏感性较低。灰铸铁的牌号、力学性能和应用举例见灰铸铁的牌号、力学性能和应用举例见表表9-1。其中。其中HT表示表示“灰铁灰铁”二字的汉语拼音的字首，后面三位数字表示最小抗拉强度值。二字的汉语拼音的字首，后面三位数字表示最小抗拉强度值。9.1.2灰铸铁的焊接性灰铸铁的焊接性1.焊接接头容易出现白口及淬硬组织焊接接头容易出现白口及淬硬组织白口及淬硬组织硬而脆，极容易造成裂纹。但
7、是只要采用适当的焊接白口及淬硬组织硬而脆，极容易造成裂纹。但是只要采用适当的焊接工艺措施，就可以避免半熔化区的白口组织产生的裂纹。现结合工艺措施，就可以避免半熔化区的白口组织产生的裂纹。现结合图图9-1焊条电弧焊灰铸铁的焊接接头组织变化图进行分析。焊条电弧焊灰铸铁的焊接接头组织变化图进行分析。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接(1)焊缝区焊缝区当焊缝的化学成分与焊件的成分相同时，焊条电弧焊焊缝的冷却速度当焊缝的化学成分与焊件的成分相同时，焊条电弧焊焊缝的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度，焊缝基本上是白口组织。如果增远远大于铸件在砂型中的冷却速度，焊缝基本上是白口组织。如果增
8、大焊接热输入，焊缝中可以出现一定量的灰铸铁，但还不能完全消除大焊接热输入，焊缝中可以出现一定量的灰铸铁，但还不能完全消除白口组织。如果采取以下措施，可避免出现白口组织。白口组织。如果采取以下措施，可避免出现白口组织。采用石墨化能力很强的焊条进行电弧冷焊，并配合一定的工艺措施。采用石墨化能力很强的焊条进行电弧冷焊，并配合一定的工艺措施。采用铜、钢焊条及镍基焊条等，使焊缝金属成为钢或有色金属。采用铜、钢焊条及镍基焊条等，使焊缝金属成为钢或有色金属。焊前预热，焊后缓冷。焊前预热，焊后缓冷。(2)半熔化区半熔化区上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接此区域较窄，温度处于液相线和固相线之间，其
9、温度范围为此区域较窄，温度处于液相线和固相线之间，其温度范围为11501250。焊接操作时，此区域处于半熔化状态，即液一固状态。焊接操作时，此区域处于半熔化状态，即液一固状态。其中一部分铸铁已变为液体，另一部分铸铁通过石墨片中碳的扩散作其中一部分铸铁已变为液体，另一部分铸铁通过石墨片中碳的扩散作用，也已经转变为被碳所饱和的奥氏体。在焊后快速冷却情况下，其用，也已经转变为被碳所饱和的奥氏体。在焊后快速冷却情况下，其液相部分在共晶温度转变为莱氏体液相部分在共晶温度转变为莱氏体(即共晶奥氏体即共晶奥氏体+渗碳体渗碳体)。继续快。继续快冷时，碳的存在形式由石墨转变为化合状态的渗碳体，也就是由灰铸冷时，
10、碳的存在形式由石墨转变为化合状态的渗碳体，也就是由灰铸铁变为白口铸铁。更快的冷却速度，还可能抑制奥氏体的共析转变，铁变为白口铸铁。更快的冷却速度，还可能抑制奥氏体的共析转变，而转变为马氏体组织。而转变为马氏体组织。(3)奥氏体区奥氏体区该区域位于固相线与共析温度上限之间。加热温度范围为该区域位于固相线与共析温度上限之间。加热温度范围为8201150。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接在此区内铸铁为固态。在焊接过程快速冷却时，得到珠光体在此区内铸铁为固态。在焊接过程快速冷却时，得到珠光体+二次渗二次渗碳体碳体+石墨的组织，这是一种不完全石墨化的组织状态，比半熔化区石墨的组织，这是一
11、种不完全石墨化的组织状态，比半熔化区的组织状态好一些。如果在焊接过程中以更快速度冷却时，也会产生的组织状态好一些。如果在焊接过程中以更快速度冷却时，也会产生马氏体组织。所以，在铸铁熔焊时，采取适当的工艺措施使该区缓慢马氏体组织。所以，在铸铁熔焊时，采取适当的工艺措施使该区缓慢冷却，就可以使奥氏体直接析出石墨。从而避免二次渗碳体的析出，冷却，就可以使奥氏体直接析出石墨。从而避免二次渗碳体的析出，同时防止产生淬硬组织。同时防止产生淬硬组织。(4)重结晶区重结晶区这个区域很狭窄，加热温度范围为这个区域很狭窄，加热温度范围为780820。由于焊接的加热速度。由于焊接的加热速度很快，铸铁中只有部分组织可
12、以转变为奥氏体，在焊后的冷却过程中，很快，铸铁中只有部分组织可以转变为奥氏体，在焊后的冷却过程中，奥氏体转变为珠光体。当冷却速度很快时，也可能出现马氏体组织。奥氏体转变为珠光体。当冷却速度很快时，也可能出现马氏体组织。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接(5)碳化物石墨化区及原始组织区碳化物石墨化区及原始组织区该区域温度低于该区域温度低于780，熔焊后，该区组织没有明显变化或不变。，熔焊后，该区组织没有明显变化或不变。2.焊接接头容易出现裂纹焊接接头容易出现裂纹(1)冷裂纹冷裂纹铸铁焊接时，冷裂纹可以发生在焊缝及热影响区，当焊缝为铸铁型时，铸铁焊接时，冷裂纹可以发生在焊缝及热影响区
13、，当焊缝为铸铁型时，容易产生冷裂纹，裂纹产生的温度在容易产生冷裂纹，裂纹产生的温度在400以下。这种冷裂纹常发生以下。这种冷裂纹常发生在较长的铸铁焊缝或较大的铸铁缺陷补焊时，并时常伴有较响的产生在较长的铸铁焊缝或较大的铸铁缺陷补焊时，并时常伴有较响的产生裂纹的脆断声音。当焊缝为白口铸铁时，由于白口铸铁的收缩率约为裂纹的脆断声音。当焊缝为白口铸铁时，由于白口铸铁的收缩率约为2.3%，灰铸铁的收缩率为，灰铸铁的收缩率为1.26%，所以白口铸铁比灰铸铁更容易出现，所以白口铸铁比灰铸铁更容易出现裂纹。裂纹。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接(2)热裂纹热裂纹当焊缝为铸铁型时，焊缝对热裂纹
14、不敏感。但当采用低碳钢焊条与镍当焊缝为铸铁型时，焊缝对热裂纹不敏感。但当采用低碳钢焊条与镍基铸铁焊条冷焊时，焊缝容易出现结晶裂纹。当焊接应力较大时，此基铸铁焊条冷焊时，焊缝容易出现结晶裂纹。当焊接应力较大时，此种裂纹也可以发展成剥离性裂纹。种裂纹也可以发展成剥离性裂纹。总之，铸铁焊接接头容易产生裂纹的原因主要有总之，铸铁焊接接头容易产生裂纹的原因主要有:铸铁强度低、铸铁铸铁强度低、铸铁的塑性极差、焊件受热不均匀、焊接应力大等。的塑性极差、焊件受热不均匀、焊接应力大等。为防止铸铁补焊时产生裂纹，采取的措施主要有焊件焊前预热，焊后为防止铸铁补焊时产生裂纹，采取的措施主要有焊件焊前预热，焊后缓冷，采
15、用加热减应区法，调整焊缝化学成分，采用合理的焊补工艺，缓冷，采用加热减应区法，调整焊缝化学成分，采用合理的焊补工艺，采用栽螺钉法等。采用栽螺钉法等。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接3.变质的铸铁件难熔台变质的铸铁件难熔台当铸铁件长期在高温下工作时，会因铸铁件的变质而出现高温熔滴与当铸铁件长期在高温下工作时，会因铸铁件的变质而出现高温熔滴与变质铸铁不熔合，甚至在待焊处表面出现变质铸铁不熔合，甚至在待焊处表面出现“打滚打滚”现象，其主要原因现象，其主要原因是是:(1)长期在高温下工作的铸铁，基体组织发生了改变，由原先的珠光长期在高温下工作的铸铁，基体组织发生了改变，由原先的珠光体一
16、铁素体组织转变为铁素体组织，与此同时，石墨析出量也增多并体一铁素体组织转变为铁素体组织，与此同时，石墨析出量也增多并且进一步地集聚在一起长大，由于石墨的熔点比较高并且是非金属，且进一步地集聚在一起长大，由于石墨的熔点比较高并且是非金属，所以，已变质的铸铁件容易出现焊不上的情况。所以，已变质的铸铁件容易出现焊不上的情况。(2)铸铁焊接时，石墨容易集聚长大，成为长而粗大的石墨片，由于铸铁焊接时，石墨容易集聚长大，成为长而粗大的石墨片，由于从这种石墨片与基体组织的交界面上，空气容易侵入铸件内部，使铸从这种石墨片与基体组织的交界面上，空气容易侵入铸件内部，使铸铁金属氧化成熔点较高的铁、锰、硅的氧化物，
17、所以增大了已变质的铁金属氧化成熔点较高的铁、锰、硅的氧化物，所以增大了已变质的铸铁件焊接的难度。铸铁件焊接的难度。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接9.1.3灰铸铁的焊接工艺灰铸铁的焊接工艺1.灰铸铁的气焊灰铸铁的气焊由于氧乙炔气焊火焰温度在由于氧乙炔气焊火焰温度在3400以下，不仅温度比电弧焊时低得多，以下，不仅温度比电弧焊时低得多，而且焊接时的热量也不集中，加热速度缓慢。焊后可以利用气体火焰而且焊接时的热量也不集中，加热速度缓慢。焊后可以利用气体火焰进行焊缝的整形或对补焊区继续加热，使焊缝缓冷，消除应力。因此，进行焊缝的整形或对补焊区继续加热，使焊缝缓冷，消除应力。因此，气焊
18、只适用于薄壁的、刚度较小的铸铁件的缺陷补焊。气焊只适用于薄壁的、刚度较小的铸铁件的缺陷补焊。(1)焊前预热焊前预热对于刚度较大的铸铁件，为了减小焊接应力，防止产生裂纹，焊前应对于刚度较大的铸铁件，为了减小焊接应力，防止产生裂纹，焊前应将铸铁件在热处理炉中进行整体预热，预热温度为将铸铁件在热处理炉中进行整体预热，预热温度为600700，焊后，焊后缓冷。缓冷。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接(2)气焊熔剂气焊熔剂铸铁件用气焊焊接时，由于难熔氧化物铸铁件用气焊焊接时，由于难熔氧化物SiO2(熔点为熔点为1713)的存的存在，粘度较大，使焊接过程难以进行或熔合不好，若不及时清除，容在，
19、粘度较大，使焊接过程难以进行或熔合不好，若不及时清除，容易在焊缝中形成夹渣。易在焊缝中形成夹渣。SiO2是酸性氧化物，可以用碱性物质与其化是酸性氧化物，可以用碱性物质与其化合生成低熔点的复合盐浮在焊缝熔池的表面，在焊接过程中，随时用合生成低熔点的复合盐浮在焊缝熔池的表面，在焊接过程中，随时用焊丝将其扒出熔池。气焊熔剂用焊丝将其扒出熔池。气焊熔剂用CJ201。(3)焊炬的选择焊炬的选择焊炬宜选用大、中号焊炬，使气焊过程加热速度加快，并且起到使焊焊炬宜选用大、中号焊炬，使气焊过程加热速度加快，并且起到使焊接接头缓慢冷却的效果，同时，也有利于清除焊缝内部的气孔、夹渣。接接头缓慢冷却的效果，同时，也有
20、利于清除焊缝内部的气孔、夹渣。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接对于铸铁件壁厚对于铸铁件壁厚20mm以下的，可以选择以下的，可以选择2mml孔径的焊嘴孔径的焊嘴;铸铁件铸铁件壁厚壁厚20mm以上的可以选择以上的可以选择 3mm孔径的焊嘴。孔径的焊嘴。(4)加热减应区加热减应区当铸铁补焊件有一定的刚度时，可以利用加热减应区方法避免产生裂当铸铁补焊件有一定的刚度时，可以利用加热减应区方法避免产生裂纹。加热减应区法操作如下纹。加热减应区法操作如下:焊前或气焊过程中，用火焰加热铸铁焊焊前或气焊过程中，用火焰加热铸铁焊件的适当部位，利用热胀冷缩的规律，减小气焊过程的收缩应力，避件的适当部位
21、，利用热胀冷缩的规律，减小气焊过程的收缩应力，避免产生裂纹。加热减应区法操作如免产生裂纹。加热减应区法操作如图图9-2所示。所示。铸铁焊件铸铁焊件C处有裂纹时，在对处有裂纹时，在对C处预热的同时，也要对处预热的同时，也要对A、B两处同时两处同时进行预热至进行预热至600700，此时，此时C处的裂纹便张开，当估计处的裂纹便张开，当估计C处张开的处张开的间隙与焊缝收缩值相近时即可进行焊接。间隙与焊缝收缩值相近时即可进行焊接。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接焊后，减应区焊后，减应区A处、处、B处与处与C处同时收缩，使处同时收缩，使C处的焊接应力大为降低，处的焊接应力大为降低，裂纹基本
22、上可以避免。采用加热减应区法氧乙炔气焊灰铸铁，焊接成裂纹基本上可以避免。采用加热减应区法氧乙炔气焊灰铸铁，焊接成败的关键是正确选择加热减应区和减应区加热时间及加热温度的控制。败的关键是正确选择加热减应区和减应区加热时间及加热温度的控制。实践表明实践表明:能使焊缝获得最大的横向张开的位移，是减应区的最佳位能使焊缝获得最大的横向张开的位移，是减应区的最佳位置选择。因此，应该让减应区主要变形方向与焊缝开闭方向一致。置选择。因此，应该让减应区主要变形方向与焊缝开闭方向一致。(5)焊丝的选用焊丝的选用铸铁件气焊时，宜采用中性焰或弱碳化焰。用铸铁件气焊时，宜采用中性焰或弱碳化焰。用RZC型焊丝焊接，由于型
23、焊丝焊接，由于焊丝中的碳、硅含量高于灰铸铁，所以，有利于焊缝金属的石墨化及焊丝中的碳、硅含量高于灰铸铁，所以，有利于焊缝金属的石墨化及弥补气焊过程中的氧化和烧损。弥补气焊过程中的氧化和烧损。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接当采取热焊时，焊丝中当采取热焊时，焊丝中C、Si总量约为总量约为6%,不宜过高，否则，容易在不宜过高，否则，容易在焊缝中形成较多的铁素体，降低了灰铸铁焊缝的力学强度。当采取冷焊缝中形成较多的铁素体，降低了灰铸铁焊缝的力学强度。当采取冷焊时，由于焊缝的冷却速度快，不利于焊接接头的石墨化，焊缝硬度焊时，由于焊缝的冷却速度快，不利于焊接接头的石墨化，焊缝硬度高、不容
24、易进行切削加工。常用的铸铁气焊焊丝成分见高、不容易进行切削加工。常用的铸铁气焊焊丝成分见表表9-2。(6)热焊与冷焊方法的选择热焊与冷焊方法的选择用气焊焊接灰铸铁，由于温度低，需要用较长的时间才能将待焊处的用气焊焊接灰铸铁，由于温度低，需要用较长的时间才能将待焊处的温度加热至补焊温度，而且加热的面积也比较大，实际上这个加热过温度加热至补焊温度，而且加热的面积也比较大，实际上这个加热过程相当于对待焊处进行了焊前局部预热，所以，采用适当成分的铸铁程相当于对待焊处进行了焊前局部预热，所以，采用适当成分的铸铁焊丝，对薄壁焊件进行焊补时，由于焊缝的冷却速度比较缓慢，不仅焊丝，对薄壁焊件进行焊补时，由于焊
25、缝的冷却速度比较缓慢，不仅有利于石墨化过程的进行，焊缝容易得到灰铸铁组织，还使热影响区有利于石墨化过程的进行，焊缝容易得到灰铸铁组织，还使热影响区不容易产生白口组织及淬硬组织。不容易产生白口组织及淬硬组织。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接但是，由于气焊火焰的温度比较低，使焊件由室温升到熔化状态的时但是，由于气焊火焰的温度比较低，使焊件由室温升到熔化状态的时间较长，同时，在气焊火焰的加热下，铸铁焊件的受热面积也比较大，间较长，同时，在气焊火焰的加热下，铸铁焊件的受热面积也比较大，因此，用气焊焊接刚度较大的焊件时，由于焊接热应力比较大，所以，因此，用气焊焊接刚度较大的焊件时，由于焊
26、接热应力比较大，所以，气焊灰铸铁比热焊更容易产生冷裂纹。由此可见，一般气焊只适宜补气焊灰铸铁比热焊更容易产生冷裂纹。由此可见，一般气焊只适宜补焊薄壁的、刚度小的焊件补焊。焊薄壁的、刚度小的焊件补焊。用气焊火焰钎焊时，由于铸铁母材不熔化，所以，钎焊焊接接头的热用气焊火焰钎焊时，由于铸铁母材不熔化，所以，钎焊焊接接头的热影响区一般不会形成白口组织，有利于改善接头的加工性，是其明显影响区一般不会形成白口组织，有利于改善接头的加工性，是其明显的优点。但是，当钎焊灰铸铁的温度超过的优点。但是，当钎焊灰铸铁的温度超过820，焊件在快冷的情况，焊件在快冷的情况下，仍可以产生部分马氏体和贝氏体组织。灰铸铁采用
27、火焰钎焊时，下，仍可以产生部分马氏体和贝氏体组织。灰铸铁采用火焰钎焊时，一般采用黄铜作钎料。一般采用黄铜作钎料。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接当补焊刚度大的薄壁缺陷时，可对灰铸铁进行热焊，即采用将焊件整当补焊刚度大的薄壁缺陷时，可对灰铸铁进行热焊，即采用将焊件整体预热的气焊热焊法进行。预热温度为体预热的气焊热焊法进行。预热温度为600700，焊后采取缓冷的，焊后采取缓冷的措施，能有效地防止白口、淬硬组织和裂纹的产生。所以，它只适用措施，能有效地防止白口、淬硬组织和裂纹的产生。所以，它只适用于结构比较复杂、焊后要求使用性能较高的薄壁铸件的补焊。于结构比较复杂、焊后要求使用性能较
28、高的薄壁铸件的补焊。灰铸铁的冷焊，由于待焊处在气焊火焰的加热下，由室温升到熔化状灰铸铁的冷焊，由于待焊处在气焊火焰的加热下，由室温升到熔化状态的时间较长，铸件待焊处不仅局部过热严重，而且补焊区的热应力态的时间较长，铸件待焊处不仅局部过热严重，而且补焊区的热应力也较大，焊缝不仅是铸铁型，而且强度还较低，塑性几乎为零，很容也较大，焊缝不仅是铸铁型，而且强度还较低，塑性几乎为零，很容易产生裂纹。所以，灰铸铁的冷焊适用于壁厚较均匀、结构应力较小易产生裂纹。所以，灰铸铁的冷焊适用于壁厚较均匀、结构应力较小的中、小型铸件。的中、小型铸件。(7)气焊焊补的操作要点气焊焊补的操作要点上一页 下一页返回9.1灰
29、铸铁的焊接灰铸铁的焊接宜采用中性焰或弱碳化焰气焊灰铸铁。气焊时，火焰的焰芯距焊缝宜采用中性焰或弱碳化焰气焊灰铸铁。气焊时，火焰的焰芯距焊缝熔池保持在熔池保持在10mm左右，先将母材加热到熔化温度，在加热过程中，左右，先将母材加热到熔化温度，在加热过程中，为保护焊缝熔池金属不流失，在气焊中应尽量保持水平位置。为保护焊缝熔池金属不流失，在气焊中应尽量保持水平位置。气焊过程中，如果发现熔池中有白亮的夹杂物时，应立即将焊丝端气焊过程中，如果发现熔池中有白亮的夹杂物时，应立即将焊丝端头沾上少量的熔剂，插入熔池中并搅动熔池，使夹杂物浮起，并用焊头沾上少量的熔剂，插入熔池中并搅动熔池，使夹杂物浮起，并用焊丝
30、及时将夹杂物拨出焊缝熔池。为了防止焊缝中产生气孔，在焊接时，丝及时将夹杂物拨出焊缝熔池。为了防止焊缝中产生气孔，在焊接时，将焊丝插入熔池的底部，适当地搅动熔池，使气体从焊缝熔池中充分将焊丝插入熔池的底部，适当地搅动熔池，使气体从焊缝熔池中充分逸出。逸出。焊后应使焊缝高出母材焊后应使焊缝高出母材23 mm，与母材保持平滑过渡，为保持焊，与母材保持平滑过渡，为保持焊接接头缓慢冷却，焊后应继续用气体火焰加热补焊区，以使焊接接头接接头缓慢冷却，焊后应继续用气体火焰加热补焊区，以使焊接接头达到缓慢冷却的目的。达到缓慢冷却的目的。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接2.灰铸铁焊条电弧焊冷焊灰铸
31、铁焊条电弧焊冷焊灰铸铁焊条电弧焊冷焊即焊前待焊处不进行预热的焊条电弧焊。通过灰铸铁焊条电弧焊冷焊即焊前待焊处不进行预热的焊条电弧焊。通过冷焊操作，要使被焊灰铸铁焊缝具有良好的可加工性能、焊缝与母材冷焊操作，要使被焊灰铸铁焊缝具有良好的可加工性能、焊缝与母材有较小的硬度差、减少焊接接头产生裂纹的倾向等。灰铸铁冷焊的特有较小的硬度差、减少焊接接头产生裂纹的倾向等。灰铸铁冷焊的特点是效率高、成本低、改善了焊工施焊条件，所以得到了广泛的应用。点是效率高、成本低、改善了焊工施焊条件，所以得到了广泛的应用。灰铸铁焊条电弧冷焊可分为灰铸铁同质焊缝焊条电弧冷焊和灰铸铁异灰铸铁焊条电弧冷焊可分为灰铸铁同质焊缝焊
32、条电弧冷焊和灰铸铁异质焊缝焊条电弧冷焊两种。质焊缝焊条电弧冷焊两种。(1)灰铸铁同质焊缝焊条电弧冷焊灰铸铁同质焊缝焊条电弧冷焊灰铸铁同质焊缝焊条电弧冷焊是指利用铸铁型焊条焊后得到的焊缝金灰铸铁同质焊缝焊条电弧冷焊是指利用铸铁型焊条焊后得到的焊缝金属，其焊缝组织、化学成分、焊缝力学性能以及焊缝的颜色等都与母属，其焊缝组织、化学成分、焊缝力学性能以及焊缝的颜色等都与母材相接近，这样的焊缝称为同质焊缝，也称铸铁型焊缝。材相接近，这样的焊缝称为同质焊缝，也称铸铁型焊缝。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接在焊接同质焊缝时，应主要解决的问题一是克服焊接接头冷却速度快、在焊接同质焊缝时，应主要
33、解决的问题一是克服焊接接头冷却速度快、容易出现白口组织和焊接裂纹等缺陷。为此，一定要确保焊接接头的容易出现白口组织和焊接裂纹等缺陷。为此，一定要确保焊接接头的缓慢冷却速度缓慢冷却速度;二是控制焊缝的化学成分，进一步提高焊缝石墨化元二是控制焊缝的化学成分，进一步提高焊缝石墨化元素含量，使焊缝具有较强的石墨化能力，焊后加工性能良好。素含量，使焊缝具有较强的石墨化能力，焊后加工性能良好。焊条的选择焊条的选择Z248焊条是强石墨化型药皮、铸铁芯焊条。强石墨化元素通过焊芯和焊条是强石墨化型药皮、铸铁芯焊条。强石墨化元素通过焊芯和焊条药皮向焊缝过渡，该焊条的石墨化能力较强。焊条药皮向焊缝过渡，该焊条的石墨
34、化能力较强。Z208焊条是低碳钢芯强石墨化型药皮的铸铁焊条，通过焊后保温缓慢焊条是低碳钢芯强石墨化型药皮的铸铁焊条，通过焊后保温缓慢冷却，可使焊缝获得灰铸铁组织。冷却，可使焊缝获得灰铸铁组织。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接焊接操作焊接操作焊前制备。在铸铁焊件缺陷处裂纹的两端打止裂孔，对于长裂纹也可焊前制备。在铸铁焊件缺陷处裂纹的两端打止裂孔，对于长裂纹也可在其中部打减应孔，同时加工出形状合适的坡口，并清除待焊处的油、在其中部打减应孔，同时加工出形状合适的坡口，并清除待焊处的油、污、锈、垢。当缺陷小而浅时，要开坡口予以扩大，面积必须大于污、锈、垢。当缺陷小而浅时，要开坡口予以扩
35、大，面积必须大于8 cm2，深度要大于，深度要大于7 mm，坡口角度为，坡口角度为200300，需要焊补的缺陷处，需要焊补的缺陷处，可经过加工扩大成为表面圆滑的型槽。为了防止铸铁熔池金属液体流可经过加工扩大成为表面圆滑的型槽。为了防止铸铁熔池金属液体流散，在坡口周围边缘，需围成散，在坡口周围边缘，需围成6 8 mm高的黄泥条或耐火泥条。高的黄泥条或耐火泥条。选择焊接参数。灰铸铁同质焊缝焊条电弧焊冷焊参数见选择焊接参数。灰铸铁同质焊缝焊条电弧焊冷焊参数见表表9-3。用较大的焊接电流、长电弧连续焊接，焊条不作横向摆动。用较大的焊接电流、长电弧连续焊接，焊条不作横向摆动。上一页 下一页返回9.1灰铸
36、铁的焊接灰铸铁的焊接熔池温度过高时，可以稍停一下再焊，如果焊件壁厚较薄时，可以用熔池温度过高时，可以稍停一下再焊，如果焊件壁厚较薄时，可以用小电流焊接。小电流焊接。为达到焊后熔合区缓慢冷却的目的，待补焊后的焊缝与母材齐平后，为达到焊后熔合区缓慢冷却的目的，待补焊后的焊缝与母材齐平后，还应该继续焊接，使余高加大到还应该继续焊接，使余高加大到68mm为止。为止。每焊完一小段后，应立即进行焊缝锤击处理，以改善焊缝结晶，消除每焊完一小段后，应立即进行焊缝锤击处理，以改善焊缝结晶，消除或减小焊缝内应力。或减小焊缝内应力。(2)灰铸铁异质焊缝焊条电弧冷焊灰铸铁异质焊缝焊条电弧冷焊用非铸铁型焊接材料补焊铸铁
37、，其焊缝金属与母材金属不同，称为异用非铸铁型焊接材料补焊铸铁，其焊缝金属与母材金属不同，称为异质焊缝。异质焊缝可分为钢基、铜基和镍基三种。质焊缝。异质焊缝可分为钢基、铜基和镍基三种。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接钢基焊缝钢基焊缝由于钢基焊条的药皮有高矾铁或强氧化性物质，用钢基焊条焊接的灰由于钢基焊条的药皮有高矾铁或强氧化性物质，用钢基焊条焊接的灰铸铁焊缝，可以降低焊缝金属中的碳含量或者消除焊缝中碳的有害作铸铁焊缝，可以降低焊缝金属中的碳含量或者消除焊缝中碳的有害作用，但是，有一些焊接问题还是不好解决。如用，但是，有一些焊接问题还是不好解决。如Z100是氧化性药皮铸铁是氧化性药
38、皮铸铁焊条，用该焊条焊接灰铸铁，仍容易出现热裂纹、冷裂纹以及焊后加焊条，用该焊条焊接灰铸铁，仍容易出现热裂纹、冷裂纹以及焊后加工困难等问题。所以该焊条多用于修复在高温下工作的灰铸铁钢锭模工困难等问题。所以该焊条多用于修复在高温下工作的灰铸铁钢锭模出现的缺陷。有时也用于焊后不要求加工，致密性、受力较低的缺陷出现的缺陷。有时也用于焊后不要求加工，致密性、受力较低的缺陷部位的补焊。再比如部位的补焊。再比如Z116和和Z117是低氢型药皮的高矾铸铁焊条，这是低氢型药皮的高矾铸铁焊条，这种焊条最大的特点是焊缝具有优良的抗冷、热裂纹的性能，单层焊时种焊条最大的特点是焊缝具有优良的抗冷、热裂纹的性能，单层焊
39、时焊缝强度、塑性比灰铸铁高很多，但是，进行大面积补焊时，易在焊焊缝强度、塑性比灰铸铁高很多，但是，进行大面积补焊时，易在焊缝和母材的交界处出现剥离裂纹。缝和母材的交界处出现剥离裂纹。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接在铸铁缺陷处开深坡口补焊时，由于缺陷的体积大、补焊的层数多、在铸铁缺陷处开深坡口补焊时，由于缺陷的体积大、补焊的层数多、焊后的焊接应力大等因素，容易引起焊缝与母材剥离，所以，常采用焊后的焊接应力大等因素，容易引起焊缝与母材剥离，所以，常采用栽丝法焊接，主要用于铸铁焊件非加工面的补焊。栽丝法焊接，主要用于铸铁焊件非加工面的补焊。铜基焊缝铜基焊缝用铜基焊条补焊灰铸铁时，虽
40、然铜的屈服点较低，但补焊后的铜基焊用铜基焊条补焊灰铸铁时，虽然铜的屈服点较低，但补焊后的铜基焊缝，对防止焊缝出现冷裂纹、防止母材与焊缝交界处发生剥离性裂纹缝，对防止焊缝出现冷裂纹、防止母材与焊缝交界处发生剥离性裂纹等都会起着有利的作用。如等都会起着有利的作用。如Z607焊条为纯铜焊芯，药皮中含有较多的焊条为纯铜焊芯，药皮中含有较多的低碳铁粉，是低氢型焊条。该焊条的优点是补焊较大的缺陷时，不容低碳铁粉，是低氢型焊条。该焊条的优点是补焊较大的缺陷时，不容易出现母材与焊缝交界处的剥离性裂纹。易出现母材与焊缝交界处的剥离性裂纹。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接镍基焊缝镍基焊缝用镍基焊条
41、焊接灰铸铁得到的焊缝是镍基焊缝。常用的镍基铸铁焊条用镍基焊条焊接灰铸铁得到的焊缝是镍基焊缝。常用的镍基铸铁焊条有有Z308(纯镍焊芯纯镍焊芯)、Z408(镍铁焊芯镍铁焊芯)、Z508(镍铜焊芯镍铜焊芯)等三种。镍是等三种。镍是较强的石墨化元素，在高温时扩散系数较大，因此，对镍向灰铸铁母较强的石墨化元素，在高温时扩散系数较大，因此，对镍向灰铸铁母材半熔化区扩散、改善加工性能、缩小白口区的宽度等都会起着非常材半熔化区扩散、改善加工性能、缩小白口区的宽度等都会起着非常有利的作用。多用于加工面的补焊。有利的作用。多用于加工面的补焊。灰铸铁异质焊缝焊条电弧冷焊操作时应注意的事项灰铸铁异质焊缝焊条电弧冷焊
42、操作时应注意的事项:(1)采用短弧、断续施焊。灰铸铁电弧冷焊时，随着焊缝的增长，焊采用短弧、断续施焊。灰铸铁电弧冷焊时，随着焊缝的增长，焊缝的纵向应力加大，使焊缝产生裂纹的倾向增大。为了减小热应力、缝的纵向应力加大，使焊缝产生裂纹的倾向增大。为了减小热应力、防止冷裂纹产生，必须降低补焊区的温度，所以应该采用短段焊。防止冷裂纹产生，必须降低补焊区的温度，所以应该采用短段焊。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接具体操作如下具体操作如下:把焊缝分段焊接，每次只焊一小段把焊缝分段焊接，每次只焊一小段(约约1040mm，薄，薄壁焊件散热慢，焊缝长度可取壁焊件散热慢，焊缝长度可取10 20mm
43、;厚壁焊件散热快，焊缝长度厚壁焊件散热快，焊缝长度可取可取3040 mm，焊接操作不能连续进行，层间温度应控制在，焊接操作不能连续进行，层间温度应控制在5060。(2)采用小电流焊接。灰铸铁焊接时，尽量采用小焊接电流。因为采用小电流焊接。灰铸铁焊接时，尽量采用小焊接电流。因为:过大的焊接电流会使焊缝熔深加大，母材熔入焊缝内的成分过多，过大的焊接电流会使焊缝熔深加大，母材熔入焊缝内的成分过多，如如Fe、Si、S、P、C等含量增多，使焊接接头产生热裂纹的敏感性等含量增多，使焊接接头产生热裂纹的敏感性增大。此外，由于焊缝内含碳量的增高，使焊接接头的淬硬区和淬硬增大。此外，由于焊缝内含碳量的增高，使焊
44、接接头的淬硬区和淬硬倾向也加大，为此应减小熔合比，减少铸铁母材的熔化量。倾向也加大，为此应减小熔合比，减少铸铁母材的熔化量。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接过大的焊接电流，使焊接热输入加大，母材处于半熔化区温度范围过大的焊接电流，使焊接热输入加大，母材处于半熔化区温度范围11501250的宽度加大，在焊条电弧焊的快速冷却下，使冷却速度的宽度加大，在焊条电弧焊的快速冷却下，使冷却速度极快的焊缝半熔化区中的白口增厚，不仅影响机械加工性能，而且还极快的焊缝半熔化区中的白口增厚，不仅影响机械加工性能，而且还会产生裂纹和焊缝与母材的剥离。会产生裂纹和焊缝与母材的剥离。随着焊接电流的加大，
45、焊接热输入也加大，从而导致焊接接头的拉随着焊接电流的加大，焊接热输入也加大，从而导致焊接接头的拉应力增高，裂纹的敏感性也就增大。应力增高，裂纹的敏感性也就增大。灰铸铁焊接时，与母材接触的第一、二层焊缝，适宜用小直径焊条。灰铸铁焊接时，与母材接触的第一、二层焊缝，适宜用小直径焊条。因为随着焊条直径的增大，适合焊接的最小电流也在增加，这将会对因为随着焊条直径的增大，适合焊接的最小电流也在增加，这将会对焊缝产生不利的影响。焊缝产生不利的影响。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接为了尽量避免补焊处局部温度过高，焊接应力过大，应该采用断续为了尽量避免补焊处局部温度过高，焊接应力过大，应该采用
46、断续焊接，必要时可以采取分散、分段进行焊接。焊接，必要时可以采取分散、分段进行焊接。(3)为了减小熔合比，应采用为了减小熔合比，应采用U形坡口。补焊线状裂纹缺陷时，焊前应形坡口。补焊线状裂纹缺陷时，焊前应在裂纹处开在裂纹处开700 800的的U形坡口，在裂纹的两端形坡口，在裂纹的两端3 5 mm处钻止裂孔，处钻止裂孔，孔径为孔径为4 6 mm，以防止在焊接过程中裂纹向外扩展。，以防止在焊接过程中裂纹向外扩展。(4)采用短弧和较快的焊接速度焊接。在保证焊缝成形及母材熔合良采用短弧和较快的焊接速度焊接。在保证焊缝成形及母材熔合良好的前提下，尽量采用较快的速度焊接，因为，随着焊接速度的加快，好的前提
47、下，尽量采用较快的速度焊接，因为，随着焊接速度的加快，铸铁母材的熔深、熔宽等都在下降，焊接热输入也下降，可以提高焊铸铁母材的熔深、熔宽等都在下降，焊接热输入也下降，可以提高焊接接头的性能。当然，焊接速度过快，将导致焊缝成形不良，与母材接接头的性能。当然，焊接速度过快，将导致焊缝成形不良，与母材熔合不好，反而使焊接接头的性能变坏。熔合不好，反而使焊接接头的性能变坏。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接焊接电弧如果过长时，在电弧的作用下，使母材的熔化宽度加宽，也焊接电弧如果过长时，在电弧的作用下，使母材的熔化宽度加宽，也会降低焊缝力学性能。会降低焊缝力学性能。(5)合理选择灰铸铁焊接操
48、作方向和顺序。为了减小焊接应力，灰铸合理选择灰铸铁焊接操作方向和顺序。为了减小焊接应力，灰铸铁的裂纹补焊时，应该掌握补焊的原则是，由刚度大的部位向刚度小铁的裂纹补焊时，应该掌握补焊的原则是，由刚度大的部位向刚度小的部位焊接。常采用以下三种焊接方法的部位焊接。常采用以下三种焊接方法:从裂纹的一端向另一端依次逆向分段焊接。从裂纹的一端向另一端依次逆向分段焊接。从裂纹的中心向裂纹的两端交替逆向分段焊接。从裂纹的中心向裂纹的两端交替逆向分段焊接。从裂纹的两端交替向裂纹的中心逆向分段焊接。从裂纹的两端交替向裂纹的中心逆向分段焊接。如在灰铸铁机床座的中心部位出现一条裂纹时，由于裂纹的两端刚度如在灰铸铁机床
49、座的中心部位出现一条裂纹时，由于裂纹的两端刚度大，而裂纹中心部位的刚度相对较小，所以采用第三种焊接方法较好，大，而裂纹中心部位的刚度相对较小，所以采用第三种焊接方法较好，即即:从裂纹的两端交替向裂纹的中心逆向分段焊接。从裂纹的两端交替向裂纹的中心逆向分段焊接。上一页 下一页返回9.1灰铸铁的焊接灰铸铁的焊接(6)选择锤击焊方法。为了能松弛灰铸铁焊缝的焊接应力，使焊缝金选择锤击焊方法。为了能松弛灰铸铁焊缝的焊接应力，使焊缝金属承受塑性变形，防止产生焊接裂纹，每焊完一段焊缝后，应立即用属承受塑性变形，防止产生焊接裂纹，每焊完一段焊缝后，应立即用圆头的小锤快速锤击焊缝。圆头的小锤快速锤击焊缝。(7)
50、合理选择焊条。灰铸铁厚大件补焊时，焊接应力很大，焊缝金属合理选择焊条。灰铸铁厚大件补焊时，焊接应力很大，焊缝金属发生裂纹以及在焊缝金属与母材交界处产生剥离性裂纹的危险性增大。发生裂纹以及在焊缝金属与母材交界处产生剥离性裂纹的危险性增大。为此，为了防止裂纹的产生，常选用屈服点较低的焊接材料，对补焊为此，为了防止裂纹的产生，常选用屈服点较低的焊接材料，对补焊厚度较大的灰铸铁缺陷则更为有利厚度较大的灰铸铁缺陷则更为有利;或者采用栽螺钉法，防止焊接过或者采用栽螺钉法，防止焊接过程中焊缝与母材剥离。程中焊缝与母材剥离。由上述分析可将铸铁焊接概括为由上述分析可将铸铁焊接概括为:“短焊、段焊、分散焊，较小电