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1前言 , P+ ] o* B7 R* E! r8 Z% S
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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: # [% }9 h2 U$ t" d& g' W, ~; V& I3 Y
B: t d7 G0 f7 g1.1焊接接头易产生白口组织
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" R( [# O6 r# ~0 b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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- W4 V! T/ w: q5 I+ p1.2焊接接头容易产生热应力裂纹
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$ `' Z& Y( U. @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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3 J8 e) }* Q7 W3 {) a, s1.3 易产生气孔和难熔的氧化物
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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。
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1.4变质铸铁不易熔合 7 X; H) \. v4 w9 O: T
( j+ H+ Z* o; n9 h" \3 t. q! [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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4 C4 z5 p$ N4 k# S: b) {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:
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2缺陷的检查 / M `4 h# m' B. T- o
; m' b5 f* C+ Q$ x# }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:
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/ R% y+ K* y# f$ b! [2.1 用5~10倍放大镜查出裂纹的最终点。 . y9 k8 ]+ x. f/ B' ^
% a/ f7 ~, e1 b" ]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。
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2.3 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。
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5 A. L) Y' I" D3坡口型式
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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。 " B/ j2 K8 Y* X1 m: g
- ]1 U% r5 u5 p; s+ E- E4钻止裂孔 + U: m! d m$ |( @" A
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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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3 O' b! H9 r- l& n* ~5焊接场地的要求
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* M0 Z1 C) }; s4 V+ k& u6 N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。 2 ~& B5 W5 k( A% g
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6焊前清理
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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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. N3 s) i7 g6 @, U2 V$ h! L7焊接材料的选择 6 r3 u' P ]$ M0 b9 L* L5 i
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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。
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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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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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" J$ S' q' ^) n. f9 O/ J% p8 W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。
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8电源极性 - c8 @' `$ { j. z" {
/ u6 x0 ?9 F" A8 t8 C" i5 }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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9焊前低温预热 # `% w ? ^2 b; M
6 I6 i* `5 z5 I, U C& V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。 / S+ y$ A/ {, H- c/ U( C
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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。 ! _, [5 O) g, I! m" D4 T" R4 Y2 ~% T
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10焊接电流要适中
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, N b$ r7 m; O6 q8 n3 U0 j" w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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