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1前言
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% @& W6 z Q* O! B. C: a* |, T$ W& b铸铁是机械工业中应用广泛的材料。但铸件在生产中由于各种原因经常会产生铸造缺陷,如砂眼、缩孔、密集性气孔、裂纹、夹砂、疏松、欠肉等,及在使用中常出现裂纹、损坏等缺陷。因此,铸铁件的焊补就成为很普遍、很重要的问题,搞好这项工作就能节约大量的人力、物力和财力,所以焊补具有很重要的意义,但灰口铸铁件的焊接性较差,如工艺不当,极易产生以下问题:
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: A, Q1 _; v/ O1.1焊接接头易产生白口组织
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: T* L; @* W3 d: a铸铁件焊补时,由于石墨化元素不足和冷却速度快,往往会在焊缝与母材交界的熔合线处生成白口组织,严重时会使整个焊缝断面全部白口化(宏观金相时,很直观)。白口组织既硬又脆,很难进行机械加工,而且容易在焊接区域产生裂纹。
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1.2焊接接头容易产生热应力裂纹
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焊补灰口铸铁具有工件受热不均匀、焊接应力大及冷却速度快等特点, 使强度低、塑性差的铸铁件,在热应力下很容易形成裂纹。当焊接接头存在白口组织时,应力更加严重,加剧了裂纹倾向,严重时,可使整个焊缝沿半熔化区从母材上剥离。
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1.3 易产生气孔和难熔的氧化物 " }0 Y8 h7 e) v' f
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铸铁件晶粒粗大,在铸造时会产生残留气孔、疏松、夹砂、缩孔等缺陷,在长时间使用中,这些缺陷又浸透了油、锈、水分、污物等,焊接时不可能得到彻底的处理,经高温挥发,焊接时熔池金属从液态转为固态时有部分气体来不及逸出,而形成气孔缺陷,尤其铸件中的杂质形成的氧化物(主要是Si2O)熔点高,易形成夹渣和不熔合及熔合不良缺陷,这些缺陷严重的影响了焊接质量。 ; E- h; g5 ^. l1 J% l3 V
- V5 h( Y9 R, q! z1.4变质铸铁不易熔合 0 ] J$ ?2 a( w8 A% |
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有些铸铁件由于长时间在高温等环境下工作,则石墨析出量增多并聚集长大,石墨熔点高,难于熔合,同时高温生成Fe、Mn、Si等金属氧化物, 其熔点也高,焊补时铁水与熔渣不清, 形不成熔池,烟雾大,焊条熔滴打滚, 不熔合,增加了焊补难度。
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铸铁件的冷焊法一般采用焊条电弧焊方法进行。具有工艺简单、焊工劳动条件较好;焊前不预热,焊件在冷状态下焊接,受热小、变形小、熔池小,可全位置进行施焊,焊接工艺得当的情况下,白口层较薄,可进行机械加工。经过多年实践,总结出保证铸铁冷焊质量的20条工艺措施和方法。做法如下: - U% N! H# t0 D0 G( I
8 L, w. d) u/ f. u8 P2缺陷的检查 + x. S: x+ P6 o2 j9 Y* I4 ~
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焊前对铸件缺陷(主要指裂纹)的检查是非常重要的,只有全部发现问题,才能处理彻底,其做法是: : N* T4 q( J" _, H
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2.1 用5~10倍放大镜查出裂纹的最终点。 8 N- b( R* Y- d3 d1 k. A
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2.2 将裂纹不明显的部位,用火焰加热到200℃左右,可用热胀冷缩法将不明显的裂纹显示出来。 9 h9 I8 ^# I/ D0 Y
' } b" b" Y( y+ G2.3 还可用煤油渗透法来检查,渗煤油后,擦去表面的油渍,再撒上一层滑石粉,用小锤轻敲,不明显的裂纹就会显露出来。 3 ~2 E B2 f4 _, ~! f$ j9 Y
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3坡口型式
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& C" G' Y& @! e& s% H' `$ V坡口可开成V型或U型,坡口底部要求带有圆角,坡口角度视铸件厚薄、缺陷形状而定,一般以50°~70°为宜。这样可减少母材在焊缝中的熔合比,达到减少焊接应力、防止裂纹、避免焊道根部剥离的目的。 ( _2 `" F% G2 Z
; C! e9 A. A0 ?8 ^0 m4钻止裂孔
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钻止裂孔是为了防止铸件在焊接中受热时裂纹继续向两端延伸扩展,并减缓焊接应力的有效措施。根据铸铁件缺陷厚薄,一般钻Ф6~10mm孔即可,孔的上端用较大的钻头扩成喇叭口状,以利焊接熔合良好。
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5焊接场地的要求
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最好选择室温在15℃以上的室内施焊,一般不宜在露天作业,严禁在通风处施焊。
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4 a7 M' e; b2 L1 d( }! `6焊前清理
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( ^) R$ r: v/ {0 P6 }; l8 w由于使用过的铸铁件一般沾满油污、水分及锈蚀等,焊接时如不彻底清理干净,将严重影响焊接质量,甚至焊接不能顺利进行,所以焊前的清理工作十分重要,要求露出金属光泽。
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7焊接材料的选择 6 E- |' h9 ~+ n
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为确保补焊质量,正确选择焊接材料是关键。由于铸铁材质不同,各种金属元素含量不一,石墨的存在形式不同,铸铁缺陷内部的腐蚀渗透也不一样。我们的经验是:选用焊条应主要看焊条熔化时对焊件的熔合是否良好,与母材熔合良好,能均匀稳定地进行焊接,就是较理想的焊接材料。 & O: F3 @2 u! K4 k5 u
?5 h1 U% i( V3 t如采用普低钢电焊条(E4315、E4316、E5015、E5016等)。优点是成本低,抗裂性较好,能与母材较好的熔合,有一定的强度,适合于不要求机加工的铸铁件补焊。其缺点是焊缝的塑性较差,如工艺采取不当,焊缝易产生裂纹和剥离现象。
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2 {3 U9 Z% a! U( ]5 _采用镍基铸铁焊条,其抗裂性及机加工性均好,能溶解碳而不形成脆硬组织,同时镍是较强的石墨化元素, 对减弱熔合区白口层有利,不易出现裂纹。但价格较贵,不利于大量或大面积的铸铁补焊时使用。采用镍基焊条焊过渡层,再用普低钢焊条填充坡口。实践证明,选用该方法进行铸铁冷焊,不但焊接质量令人满意,而且大大降低了焊接材料成本。
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: p' V1 Y" I9 G& D: X与此同时,我们还将CO2气体保护半自动焊用于铸铁件的补焊(焊丝选用H08Mn2SiA),也取得了很好的效果。 3 B4 s! h% f9 f/ j
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8电源极性 - ?* Y6 c3 H6 Y5 D5 u' l3 t) C; U x
7 h' g' F# ]! p% k- X焊接电源交、直流均可,但以直流为宜。镍基焊条应用直流反接,碳钢焊条(指碱性)采用直流反接为好。
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# f9 r' M* z/ s7 Z2 M9焊前低温预热 : V( D9 w1 {/ j+ o
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焊前预热能均衡焊接区域的温度, 对控制白口层,减少焊接热应力,进一步清理坡口内的油污、水分等杂质, 使焊缝熔合良好大有好处。 ; H/ ]" v1 ]+ X( k. B
8 D' }3 D+ [ [1 _0 Q V其做法是用氧-乙炔等火焰将坡口以及坡口两侧各100mm内预热到150℃左右,但应注意预热温度上升要均匀,不能在某一点或区域上升太快。 $ i) o! J# m& l, E: B% F7 K2 \
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10焊接电流要适中
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施焊电流的大小选择很重要,必须严格掌握。当电流过大时,焊接区域温度上升得既快又高,热影响区增大,产生的热应力也明显增高,出现裂纹和剥离的倾向也会增大;而焊接电流过小,使母材熔合不好,强度下降,也容易产生裂纹。为降低焊接温度并使其熔合良好,应尽量采用小直径焊条施焊,焊接电流可按附表选取。
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