材料焊接性第6章 铸铁焊接

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1、第6章铸铁焊接铸铁铸铁焊接的应用碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金工业常用的铸铁为铁碳硅合金铸造缺陷的焊补零部件的生产已损坏的铸铁成品件的焊补6.1铸铁的种类及其焊接方法铸铁的种类灰铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁白口铸铁断口呈白亮色断面呈灰色石墨呈团絮状石墨呈球状石墨呈蠕虫状6.1.1铸铁的种类表6-1灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途（GB/T9439—1988）表6-2球墨铸铁牌号、力学性能及显微组织（GB/T1348—1988）6.1.2铸铁的凝固特点与石墨化石墨化两个阶段石墨化第一阶段石墨化第二阶段从过共晶铁液中直

2、接析出的初生石墨共晶转变过程中形成的共晶石墨奥氏体冷却析出二次石墨以及一次渗碳体、共晶渗碳体和二次渗碳体在高温下分解析出的石墨包括共析转变过程中形成的共析石墨；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，因此铸铁在铸态下多为铁素体加珠光体混合组织。图6-1铁碳合金双重相图图6-2合金元素对铸铁石墨化的影响C、Si、Al、Ni、Cu等为促进石墨化的元素，而S、V、Cr、Mo、Mn等为阻碍石墨化的元素。图6-3铸件壁厚（冷却速度）和化学成分（碳硅总量）对铸铁组

3、织的影响化学成分和冷却速度是影响铸铁石墨化的主要因素,从冷却速度对石墨化的影响来看，缓慢冷却有利于石墨化。铸铁的冷却速度与铸模类型、浇注温度、铸件壁厚及铸件尺寸等因素有关。6.1.3铸铁焊接方法焊条电弧焊、气焊、CO2气体保护电弧焊、手工电渣焊、气体火焰钎焊以及气体火焰粉末喷焊等球墨铸铁件之间、球墨铸铁与各种钢件或有色金属件之间，采用细丝CO2焊、摩擦焊、激光焊、电子束焊、电阻对焊、扩散焊等铸铁焊接方法图6-4铸铁电弧焊的焊缝金属分类6.2铸铁焊接性分析6.2.1焊接接头白口及淬硬组织焊接接头焊缝区热影响区原始组织区(母材）

4、半熔化区奥氏体区部分重结晶区碳化物石墨化与球化区焊缝将主要由共晶渗碳体、二次渗碳体及珠光体组成，即焊缝为具有莱氏体组织的白口铸铁。冷却时:A→高温L(共晶Fe3C+A)继续冷却：共晶Fe3C+Fe3CⅡ+P的白口铸铁；快冷时：A→M冷速较慢时：A→P冷速较快时：A→M冷却时：A→P冷速较快时：A→M+F混合组织图6-5灰铸铁焊接接头各区域组织变化未完全混合区其物理化学冶金特性与焊缝并不相同，更接近于半熔化区。未完全混合区半熔化区熔合区6.2.2焊接裂纹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铸铁焊缝冷裂纹的裂纹

5、源为片状石墨的尖端位置当冶金或工艺因素控制不当，铸铁焊缝出现白口时异质焊条焊接灰铸铁，连续焊长焊缝也会产生横向冷裂纹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金属的塑性变形能力就不会开裂。冷裂纹产生的原因冷裂纹的防止措施既然灰铸铁焊接冷裂纹产生的主要原因是热应力，那么防止冷裂纹的措施也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措施是对焊补工件进行整体高温预热（600～700℃）在铸铁型焊缝中提高碳含量，并加入一定量的合金元素，如Mn（wMn=0.75%）、Mo（wMn=1.17%）、Cu（wC

6、u=1.85%）等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，提高铸铁焊接时钢焊缝的抗冷裂纹能力，可以采取冶金措施。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决。热裂纹大多数出现在焊缝上：为结晶裂纹用低碳钢焊条焊接灰铸铁时用镍基焊接材料焊接灰铸铁时形成FeS与Fe的低熔点共晶物（熔点为988℃），高的焊缝含碳量会增加热裂纹敏感性，导致形成焊缝底部热裂纹甚至宏观热裂纹。容易形成Ni-Ni3S2（熔点为644℃）和Ni-Ni3P（熔点为880℃）低熔点共晶，且镍基焊缝凝固后

7、为较粗大的单相奥氏体柱状晶，凝固过程中容易使低熔点共晶在奥氏体晶间连续分布，促进热裂纹形成。向焊缝加入适量稀土能使抗热裂纹性能提高；但过量加入稀土反而使焊缝的抗热裂纹性能下降。6.2.3球墨铸铁的焊接性特点焊接性特点球墨铸铁中的球化剂有增大铁液结晶过冷度、阻碍石墨化和促进奥氏体转变为马氏体的作用。由于球墨铸铁的力学性能远比灰铸铁好，特别是以铁素体为基体的球墨铸铁，塑性和韧性很好，对焊接接头的力学性能要求相应提高。6.3铸铁焊接工艺及材料6.3.1灰铸铁的焊接工艺特点同质焊缝（铸铁型）电弧热焊电弧热焊是铸铁焊接应用最早的一种工

8、艺。将铸铁件预热到600～700℃，然后在塑性状态下进行焊接，焊接温度不低于500～400℃，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的铸铁焊补工艺称为电弧热焊。预热温度在300～400℃时称为半热焊。铸铁电弧热焊工艺包括焊前准备、预热、焊接、焊后缓冷及加工等过程。气焊电弧热焊