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1、本科生毕业设计（论文）题 目： 灰铸铁的焊接性及焊接工艺研究 学生姓名： 骆东旭 系 别： 机械与电气工程系 专业年级： 2008级材料成型及控制工程专业 指导教师： 李春明 2012年 5 月 17 日中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文）摘要灰铸铁有良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。在工业使用是很广泛的，研究灰铸铁的焊接可以产生巨大的效益。由于条件限制，在这里主要给出了灰铸铁的性能、灰铸铁的焊接性其缺陷及防治、灰铸铁同质焊缝的熔焊、以及异质焊材焊接灰铸铁。最后又论述了灰铸铁带轮轮辐及空气压缩机外壳裂纹的补焊以帮助大家更好的理解灰铸铁的焊接。
2、灰铸铁的焊接工艺的制定主要是依据灰铸铁的成分、冷却条件来确定的。一般灰铸铁的同质、异质焊接及补焊都可以参考本文。关键字：灰铸铁，焊接性能，焊接缺陷，补焊，焊接工艺ABSTRACTBecause of good casting properties, good vibration damping, good abrasion resistance, good machinability, low notch sensitivity，gray cast iron is used very broad in industrial.The study of gray cast iron welding
3、 can produce huge benefits.Because of certain constrains,here gives the performance of gray cast iron, gray cast iron welding defects and prevention, homogenous weld welding of gray cast iron, as well as the heterogeneous welding consumables welding gray cast iron. And finally discusses the crack re
4、pair welding of gray cast iron pulley spokes and air compressor housing to help people better understand the welding of gray cast iron.The formulation of the gray cast iron welding process is determined based on the composition of gray cast iron, cooling conditions.Homogeneous, heterogeneous welding
5、 and repair welding of gray cast iron in general can refer to this article.Key words: gray cast iron, welding performance, weld defects,repair welding, welding process目录第一章 绪论1第二章 灰铸铁的分类及其性能22.1 铸铁分类22.2 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42.3 灰铸铁的性能42.4 小结5第三章 灰铸铁的焊性及接接焊缺陷63.1 灰铸铁焊接性分析63.2 焊接接头易出现白口及淬硬组织63.2
6、.1 焊缝区63.2.2 半熔化区73.2.3 奥氏体区83.2.4 重结晶区93.3 裂纹是易出现的缺陷93.3.1 冷裂纹可发生在焊缝区或热影响区上93.3.2 热裂纹113.4 小结11第四章 灰铸铁同质（铸铁型）焊缝的熔焊124.1 电弧热焊124.2 气焊134.3 焊缝为铸铁型的电弧冷焊144.4 灰铸铁的钎焊154.5 细丝CO2气体保护焊164.6 小结16第五章 异质焊材焊接灰铸铁175.1 异质焊缝电弧冷焊材料175.1.1 镍基焊缝手弧焊175.1.2 铜基焊条手弧焊185.1.3 H08Mn2Si细丝CO2保护焊195.2 异质（非铸铁型）焊缝的电弧冷焊工艺要点195.
7、3 小结20第六章 灰铸铁补焊的工程实例226.1 灰铸铁带轮轮辐的补焊226.2 空气压缩机外壳裂纹的补焊226.3 小结23第七章 总结24参考文献25致谢26中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文）第一章 绪论铸铁是一个庞大的家族，是W (C ) 214 的铁碳合金。工业用铸铁是 以 Fe，C ，S 为主的多元铁合金，它的种类也很多，应用最早的铸铁是碳以片状石墨存在于金属基体中的灰铸铁，它的成本低廉，并且其具有铸造性、可加工性、耐磨性及减振性均良好的特点，迄今为止仍是工业中应用最为广泛的一种铸铁，但灰铸铁也有它的缺点，主要是力学性能不高。由于各种原因，铸铁成品件在使用过程中会受到损坏，出
8、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，所产生的效益是无法估量的，如何采取适当的工艺措施，用焊接对其进行修复，这就需要了解灰铸铁的本身特性及其焊接性能。其焊接主要应用于以下方面：（1）铸造缺陷的补焊 很多工厂都有铸造车间，一般铸件废品率都很高，采用焊接方法修复这些有铸造缺陷的铸件，不仅有利于及时完成生产任务，而
9、且还可大大降低铸件成本。（2）损坏铸铁件的补焊 由于各种原因，使铸铁在使用过程中会受到损坏，出现裂纹等缺陷，使产品报废。要更换新的，有的一时无法解决，将严重影响生产任务的完成，而且成品铸件都是经过机械加工的，价格往往也很贵。若能及时用焊接方法修补，不仅有利于生产任务的完成，而且可以节约大批资金。（3） 零件的生产 即把铸铁件与刚件或其他金属件焊接起来成零部件。灰铸铁焊接时，焊接接头中裂纹倾向是比较大的，这主要与铸铁本身的性能、焊接应力、接头组织及化学成分有关。为防止焊接时产生裂纹，在生产中主要时采取减小焊接应力，改变焊缝合金系统以及限制母材中杂质熔入焊缝等措施。26第二章 灰铸铁的分类及其性能
10、2.1 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：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：碳以石墨片状形式存在可锻铸铁：碳以石墨团絮状形式存在球墨铸铁：碳以石墨圆球状形式存在蠕墨铸铁：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。常用铸铁的化学成分铸铁类别化学成分(%)C SiMnSP其它灰铸铁2.7 3.61.02.20.51.30.
11、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2.42.71.41.80.50.70.10.2Cr0.06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：强度、硬度最低纯珠光体为基体的灰铸铁：强度、硬度较高组织成分： 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
12、，形成奥氏体和共晶石墨 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ASFP+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。2.2 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
13、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的影响。2.3 灰铸铁的性能 灰铸铁中的碳以片状石墨的
14、形态存在于球光体或铁素体中，或二者按不同比例混合的基体组织中，其断口呈灰色，因此而得名。石墨的力学能力很低，使金属基本承受负荷的有效截面积减小，而且片状石墨使应力严重集中(影 响很大的是石墨片的数量、长短、粗细)，因而使灰铸铁的力学性能不高。普通灰铸铁的金属基体是由珠光体与铁索体按不同比例组成，珠光体含量越高的灰铸铁，其抗拉强度也越高，其硬度也相应有所提高，常见灰铸铁的力学性能见表 1。 表 1 灰铸铁力学性能（GB 943988）序号牌号抗拉强度（MPa）1HT1001002HT1501503HT300300其化学成分的质量百分数()：C：2.638；Si：1.23.0；M n：0412；P：不大于0.4；S：不大于 0 15 。这样的化学成分及石墨在基体中存在的形成，决定了灰铸铁几乎无塑性及韧性。2.4 小结按碳在铸铁中存在的状态及形式的不同可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。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。灰铸铁中的碳以片状石墨的形态存在于球光体或铁素体中，或二者按不同比例混合的基体组织中，其断口呈灰色，因此而得名。石墨在基体中存在的形成，决定了灰铸铁几乎无塑性及韧性。第三章 灰铸铁的焊性及接接焊缺陷3
