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1、西安技师学院10 届焊接预备技师班毕 业 论 文题目：浅谈灰铸铁的焊接姓 名： 学 号： 10GHJ116 专 业： 焊接技术及自动化 指导教师： 时 间： 2010-5-12 浅谈灰铸铁的焊接浅谈灰铸铁的焊接摘摘 要要近些年来对于铸铁的应用比较广泛，因为铸铁也有自自己的优越性，比如具有减震的功能用于机械加工设备的底座，以及用于我们的工作平台。由于灰铸铁成本低廉，并具有铸造性、可加工性、耐磨性优良的特点，是工业中应用最广泛的一种铸铁。对于铸铁焊接掌握不好对于我们这么一个钢铁大国来说是亏损是十分可怕的。有些焊接工人能够熟练掌握普通碳钢焊接技术但是对焊接铸铁的焊接工艺却是很不清楚导致所焊的焊件容易
2、开裂。其所以我们主要介绍下灰铸铁焊接工艺方法。关键字关键字：组织分析；冷却速度；焊接方法；工艺目录摘 要.1关键字11引言.11.1 铸造缺陷的焊接修复 .11.2 已损坏的铸铁成品件的焊接修复 .12铸铁分类.13灰铸铁中碳的存在状态及其基体组织决定于铸件冷却速度.23.1 组织分析 .23.2 灰铸铁中碳的存在状态及其基体组织决定于铸件冷却速度 .34.铸铁焊接性分析34.1 灰铸铁焊接性分析 .34.2 焊接接头易出现白口及淬硬组织 .44.3 裂纹是易出现的缺陷 .65.灰铸铁同质（铸铁型）焊缝的熔焊85.1 电弧热焊 .85.2 气焊 105.3 焊缝为铸铁型的电弧冷焊 106.异质
3、焊材焊接灰铸铁.116.1 异质焊缝电弧冷焊材料 116.2 异质（非铸铁型）焊缝的电弧冷焊工艺要点 13参考文献.151浅谈灰铸铁的焊接浅谈灰铸铁的焊接1引言引言 1.1 铸造缺陷的焊接修复铸造缺陷的焊接修复我国各种铸铁的年产量现约为 800 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。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，而且有利于及时完成生产任务。 1.2 已损坏的铸铁成品件的焊接修复已损坏的铸铁成品件的焊接修复由
4、于各种原因，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。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。若能用焊接方法及时修复出现的裂纹。2铸铁分类铸铁分类按碳在铸铁中存在的状态及形式的不同，可将铸铁分为：白口铸铁白口铸铁：碳绝大部分以碳化物存在，断口亮白色，铁素体硬而脆，很少在机械零件中应用。灰铸铁灰铸铁：碳以石墨片状形式存在可锻铸铁可锻铸铁：碳以石墨团絮状
5、形式存在球墨铸铁球墨铸铁：碳以石墨圆球状形式存在蠕墨铸铁蠕墨铸铁：碳以石墨蠕虫状形式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。2常用铸铁的化学成分化学成分 (%)铸铁类别C SiMnSP其它灰铸铁2.7 3.61.02.20.51.30.150.3球墨铸铁3.63.92.03.20.30.80.030.1Mg 残0.030.06RE 残0.020.05可锻铸铁2.42.71.41.80.50.70.10.2Cr0.
6、06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纯珠光体为基体的灰铸铁：强度、硬度较高33灰铸铁中碳的存在状态及其基体组织决定于铸件冷却速度灰铸铁中碳的存在状态及其基体组织决定于铸件冷却速度3.1 组织分析组织分析铁碳合金双重相图以铸铁中 c=3.5%的亚共晶合金为例。c=3.5%的液态合金在缓慢冷却条件下，当冷却至液相线的温度首先结晶出奥氏体，由于含碳量较低的奥氏体不断析出，促使液相成分不断沿含碳量增加的 BC线变化，到共晶温度(1154)时，达到共晶成分剩余液相发生共晶转变，形成奥氏体
7、和共晶石墨LCAE+G (石墨)共晶转变后，随温度下降，奥氏体的成分沿 ES线逐渐变化，同时析出二次石墨，这些石墨沉积于共晶石墨的表面，使共晶石墨不断长大。继续冷却至共析温度(738)时，剩余奥氏体成分达到共析成分，相当于 S点(c=0.68% )，于是发生共析转变，形成铁素体和共析石墨4ASFP+G (石墨)共析石墨一般沉积于共晶石墨的表面而使其生长，最后得到组织是在铁素体基体上分布着片状石墨。3.2 灰铸铁中碳的存在状态及其基体组织决定于铸件冷却速度灰铸铁中碳的存在状态及其基体组织决定于铸件冷却速度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
8、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。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。若石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。不同元素对铸铁石墨化及白口化
9、的影响。4.铸铁焊接性分析铸铁焊接性分析4.1 灰铸铁焊接性分析灰铸铁焊接性分析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。主要问题两方面：一方面是焊接接头易出现白口及淬硬组织。另一方面焊接接头易出现裂纹。4.2 焊接接头易出现白口及淬硬组织焊接接头易出现白口及淬硬组织以含碳为 3%，含硅 2.5%的常用灰铸铁为例，分析电弧焊焊后在焊接接头上组织变化的规律。 4.2.1 焊缝区焊缝区当焊缝成分与灰铸铁铸件
10、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5铁+珠光体，即焊缝基本为白口铸铁组织。防止措施防止措施： 焊缝为铸铁焊缝为铸铁 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。采用预热或者炉中缓冷调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。可增加C、Si、Ni 等元素促进石墨化。对焊缝石墨影响元素异质焊缝：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 1314，其焊缝平均含碳量将为 0.7%1.0%,属于高碳钢（C0.6%） 。这种高碳钢焊缝在快冷却后
11、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。 4.2.2 半熔化区半熔化区特点：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 11501250。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）冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响冷却很快，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 饱
12、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。其左侧为亚共晶白口铸铁，其中白色条状物为渗碳体，黑色点、条状物及较大的黑色物为奥氏体转变后形成的珠光体。右侧为奥氏体快冷转变成的竹叶状高碳马氏体，白色为残余奥氏体。还可看到一些未熔化的片状石墨。当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
13、度的因素有：焊接方法、预热温度、焊接热输入、铸件厚6度等因素。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 650700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、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）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
14、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。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
15、。 4.2.3 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 8201150，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
16、墨而避免二次渗碳体析出，同时防止马氏体形成。 4.2.4 重结晶区重结晶区很窄，加热温度范围 780820。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，奥氏体转变为珠光体类组织。冷却很快时也可能出现一些马氏体。74.3 裂纹是易出现的缺陷裂纹是易出现的缺陷4.3.1 冷裂纹冷裂纹 可发生在焊缝区或热影响区上1）焊缝处冷裂纹）焊缝处冷裂纹产生部位产生部位：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。起裂温度起裂温度：一般在 400以下。原因：原因：一方面是铸铁在 400以上时有一定塑性；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。
