焊接冶金学及金属材料焊接 电子课件模块九.ppt

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1、模块九铸铁的焊接任务1灰铸铁的焊接任务2球墨铸铁的焊接材料简介铸铁是指含碳量在2.11％以上的铁碳合金。铸铁可以分为三类：1）灰口铸铁2）白口铸铁3）麻口铸铁根据灰口铸铁中石墨形态不同，灰口铸铁又可以分为：1）灰铸铁2）球墨铸铁3）蠕墨铸铁4）可锻铸铁铸铁的焊接主要应用于以下方面：1、铸造缺陷的焊接修复2、已损坏的铸铁成品件的焊接修复3、焊铸复合件的生产任务一灰铸铁的焊接一、灰铸铁焊接性（一）焊接接头易出现白口组织焊接时，由于熔池体积小，存在时间短，冷却速度快，极易在焊缝和半熔化区产生大量的Fe3C，形成白口组织。灰铸铁的化学成分一般为：wC=2.7%～3.6%，wSi=1.0

2、～2.5%，wMn=0.5%～1.3%，wP≤0.3%，wS≤0.15%。现以含碳为3.0%，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。从图9-1可以看出，整个焊接接头可以划分六个区域，现分别予以分析：图9-1灰铸铁焊接接头分区及组织变化图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，由于焊缝冷却速度很快，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。即使增大焊接线能量，也很难消除白口组织。常用的防止焊缝区出现白口组织的措施有：（1）当焊缝为铸铁时1）采用适当的工艺措施来减慢焊缝的冷却速度，如增大焊接线能量

3、、预热、缓冷等。2）调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。一般来说，Zr、Co、P、Cu、Ni、Si、C、Al是促进石墨化元素，其促进作用从前到后排序依次增强；Mn、Mo、S、Cr、V、Mg、Re、B是阻碍石墨化元素，其阻碍作用从前到后排序越来越强。（2）当采用异质焊缝时采用异质金属材料焊接灰铸铁时，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。采用异质材料焊接灰铸铁时，要改变C的存在状态，使焊缝不出现淬硬组织并具有一定的塑性，才是有效途径。比如采用低碳钢焊条焊接含碳为3%左右的灰铸铁时，即使采用较小的焊接电流，母材在第一层焊缝中所占百分比也将达到1／3～

4、1／4，其焊缝平均含碳量将达到0.7%～1.0%，焊缝属于高碳钢成分。这种高碳钢焊缝在快速冷却后将出现脆硬的高碳马氏体组织，并没有起到降低焊缝脆硬组织的作用。2、半熔化区（又称熔合区）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，其它未熔化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由于冷速很快，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

5、体转变为马氏体的过程，并产生少量残余奥氏体。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。（2）化学成分对半熔化区白口组织的影响由于焊缝区与半熔化区紧密相连，且同时处于高温状态，为两区之间进行元素扩散提供了非常有利的条件。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。所以，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很有利

6、的。3、奥氏体区奥氏体区是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℃，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），在冷却过程中，如果冷速较快，会从奥氏体中析出一部分二次渗碳体，其析出量的多少与奥氏体中含碳量成直线关系。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，可使奥氏体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、重结晶区重结晶区是一个加热温度范围在780～820℃之间很窄的区域。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

7、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。冷却更快时也可能出现一些马氏体。（二）裂纹1、冷裂纹冷裂纹既可能发生在焊缝上，也可能发生在热影响区上。(1)焊缝上冷裂纹铸铁焊接时，当焊缝上出现冷裂纹时，一般是铸铁焊缝。产生冷裂纹的温度一般在400℃以下。一方面是由于铸铁在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，超不过焊缝强度。研究发现产生冷裂纹原因铸铁强度低，400℃以下基本无塑性。内因焊缝中存在白口组织。外因