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技術(shù)資料
提高鑄鐵件焊接質(zhì)量的方法與措施
  • 發(fā)布時間: 2018-06-23
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1    前    言


        鑄鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛的材料。但鑄件在生產(chǎn)中由于各種原因經(jīng)常會產(chǎn)生鑄造缺陷,如砂眼、縮孔、密集性氣孔、裂紋、夾砂、疏松、欠肉等,以及在使用過程中常出現(xiàn)裂紋、損壞等缺陷。因此,鑄鐵件的焊補(bǔ)就成為很普遍、很重要的問題,搞好這項工作就能為國家節(jié)約大量的人力、物力和財力,所以鑄件的焊補(bǔ)具有很重要的意義,但灰口鑄鐵件的焊接性較差,如工藝不當(dāng),極易產(chǎn)生以下問題:


1.1    焊接接頭易產(chǎn)生白口組織


        鑄鐵件焊補(bǔ)時,由于石墨化元素不足和冷卻速度快,往往會在焊縫與母材交界的熔合線處生成白口組織,嚴(yán)重時會使整個焊縫斷面全部白口化(宏觀金相時,很直觀)。白口組織既硬又脆,很難進(jìn)行機(jī)械加工,而且容易在焊接區(qū)域產(chǎn)生裂紋。


1.2    焊接接頭容易產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋


        焊補(bǔ)灰口鑄鐵具有工件受熱不均勻、焊接應(yīng)力大及冷卻速度快等特點, 使強(qiáng)度低、塑性差的鑄鐵件,在熱應(yīng)力下很容易形成裂紋。當(dāng)焊接接頭存在白口組織時,應(yīng)力更加嚴(yán)重,加劇了裂紋傾向,嚴(yán)重時,可使整個焊縫沿半熔化區(qū)從母材上剝離。


1.3   易產(chǎn)生氣孔和難熔的氧化物


        鑄鐵件晶粒粗大,在鑄造時會產(chǎn)生殘留氣孔、疏松、夾砂、縮孔等缺陷,在長時間使用中,這些缺陷又浸透了油、銹、水分、污物等,焊接時不可能得到徹底的處理,經(jīng)高溫?fù)]發(fā),焊接時熔池金屬從液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時有部分氣體來不及逸出,而形成氣孔缺陷,尤其鑄件中的雜質(zhì)形成的氧化物(主要是Si2O)熔點高,易形成夾渣和不熔合及熔合不良缺陷,這些缺陷嚴(yán)重的影響了焊接質(zhì)量。


1.4    變質(zhì)鑄鐵不易熔合


        有些鑄鐵件由于長時間在高溫等環(huán)境下工作,則石墨析出量增多并聚集長大,石墨熔點高,難于熔合,同時高溫生成Fe、Mn、Si等金屬氧化物, 其熔點也高,焊補(bǔ)時鐵水與熔渣不清, 形不成熔池,煙霧大,焊條熔滴打滾, 不熔合,增加了焊補(bǔ)難度。


        鑄鐵件的冷焊法一般采用焊條電弧焊方法進(jìn)行。具有工藝簡單、焊工勞動條件較好;焊前不預(yù)熱,焊件在冷狀態(tài)下焊接,受熱小、變形小、熔池小,可全位置進(jìn)行施焊,焊接工藝得當(dāng)?shù)那闆r下,白口層較薄,可進(jìn)行機(jī)械加工。經(jīng)過多年實踐,總結(jié)出保證鑄鐵冷焊質(zhì)量的20條工藝措施和方法。具體做法如下:


2    缺陷的檢查


        焊前對鑄件缺陷(主要指裂紋)的檢查是非常重要的,只有全部發(fā)現(xiàn)問題,才能處理徹底,其做法是:


2.1   用5~10倍放大鏡查出裂紋的最終點。


2.2   將裂紋不明顯的部位,用火焰加熱到200℃左右,可用熱脹冷縮法將不明顯的裂紋顯示出來。


2.3   還可以采用煤油滲透法來檢查,滲煤油后,擦去表面的油漬,再撒上一層滑石粉,用小錘輕敲,不明顯的裂紋就會顯露出來。


3    坡口型式


        坡口可開成V型或U型,坡口底部要求帶有圓角,坡口角度視鑄件厚薄、缺陷形狀而定,一般以50°~70°為宜。這樣可減少母材在焊縫中的熔合比,從而達(dá)到減少焊接應(yīng)力、防止裂紋、避免焊道根部剝離的目的。


4    鉆止裂孔


        鉆止裂孔是為了防止鑄件在焊接中受熱時裂紋繼續(xù)向兩端延伸擴(kuò)展,并減緩焊接應(yīng)力的有效措施。根據(jù)鑄鐵件缺陷厚薄,一般鉆Ф6~10mm孔即可,孔的上端用較大的鉆頭擴(kuò)成喇叭口狀,以利焊接熔合良好。


5    焊接場地的要求


        最好選擇室溫在15℃以上的室內(nèi)施焊,一般不宜在露天作業(yè),嚴(yán)禁在通風(fēng)處施焊。


6    焊前清理


        由于使用過的鑄鐵件一般沾滿油污、水分及銹蝕等,焊接時如不徹底清理干凈,將嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量,甚至焊接不能順利進(jìn)行,所以焊前的清理工作十分重要,要求露出金屬光澤。


7    焊接材料的選擇


        為確保補(bǔ)焊質(zhì)量,正確選擇焊接材料是關(guān)鍵。由于鑄鐵材質(zhì)不同,各種金屬元素含量不一,石墨的存在形式不同,鑄鐵缺陷內(nèi)部的腐蝕滲透也不一樣。我們的經(jīng)驗是:選用焊條應(yīng)主要看焊條熔化時對焊件的熔合是否良好,與母材熔合良好,能均勻穩(wěn)定地進(jìn)行焊接,就是較理想的焊接材料。


        如采用普低鋼電焊條(E4315、E4316、E5015、E5016等)。優(yōu)點是成本低,抗裂性較好,能與母材較好的熔合,有一定的強(qiáng)度,適合于不要求機(jī)加工的鑄鐵件補(bǔ)焊。其缺點是焊縫的塑性較差,如工藝采取不當(dāng),焊縫易產(chǎn)生裂紋和剝離現(xiàn)象。


        采用鎳基鑄鐵焊條,其抗裂性及機(jī)加工性均好,能溶解碳而不形成脆硬組織,同時鎳是較強(qiáng)的石墨化元素, 對減弱熔合區(qū)白口層有利,不易出現(xiàn)裂紋。但價格較貴,不利于大量或大面積的鑄鐵補(bǔ)焊時使用。采用鎳基焊條焊過渡層,再用普低鋼焊條填充坡口。實踐證明,選用該方法進(jìn)行鑄鐵冷焊,不但焊接質(zhì)量令人滿意,而且大大降低了焊接材料成本。


        與此同時,我們還將CO2氣體保護(hù)半自動焊用于鑄鐵件的補(bǔ)焊(焊絲選用H08Mn2SiA),也取得了很好的效果。


8    電源極性


        焊接電源交、直流均可,但以直流為宜。鎳基焊條應(yīng)用直流反接,碳鋼焊條(指堿性)采用直流反接為好。


9    焊前低溫預(yù)熱


        焊前預(yù)熱能均衡焊接區(qū)域的溫度, 對控制白口層,減少焊接熱應(yīng)力,進(jìn)一步清理坡口內(nèi)的油污、水分等雜質(zhì), 使焊縫熔合良好大有好處。


        其做法是用氧-乙炔等火焰將坡口以及坡口兩側(cè)各100mm內(nèi)預(yù)熱到150℃左右,但應(yīng)注意的是預(yù)熱溫度上升要均勻,不能在某一點或區(qū)域上升太快。


10    焊接電流要適中


        施焊電流的大小選擇很重要,必須嚴(yán)格掌握。當(dāng)電流過大時,焊接區(qū)域溫度上升得既快又高,熱影響區(qū)增大,產(chǎn)生的熱應(yīng)力也明顯增高,出現(xiàn)裂紋和剝離的傾向也會增大;而焊接電流過小,使母材熔合不好,強(qiáng)度下降,也容易產(chǎn)生裂紋。為降低焊接溫度并使其熔合良好,應(yīng)盡量采用小直徑焊條施焊,焊接電流可按附表選取。


11    運條法


        根據(jù)鑄鐵的特性,施焊時的運條手法以直線劃小圈為宜,焊道宜窄不宜寬,宜直線(呈劃小圈運條)不宜月牙或鋸齒等兩邊擺動的運條法施焊。焊接時宜采用中等弧長施焊,而不宜采用短弧或長弧施焊。


12    控制焊接溫度


        控制焊接溫度除采用適當(dāng)電流和運條手法外,還要做到每段焊縫不宜過長,不使電弧高溫在某一焊接區(qū)域停留時間過長而造成局部溫度過高,從而達(dá)到減少焊接應(yīng)力,不產(chǎn)生焊縫剝離和裂紋現(xiàn)象。每段焊道長度應(yīng)控制在40~ 60mm內(nèi),每段焊道溫度冷卻到50~60℃(手摸能忍耐?。┖螅俸赶乱坏?。


13    合理的焊接順序


        合理的焊接順序能均衡焊接區(qū)域的溫度,減少焊接應(yīng)力,這是控制和減薄白口層,防止焊道裂紋和剝離的關(guān)鍵措施。一般焊接順序按:“先短后長”、“先里后外”、“分段退焊”和“分段跳焊”的方法進(jìn)行。


14    填滿弧坑


        實踐證明,“弧坑”是鑄鐵焊接的薄弱部位,對焊接應(yīng)力十分敏感,弧坑不填滿,極易出現(xiàn)爆裂形的弧坑裂縫。如在焊接中未消除或存在焊縫中,機(jī)件受載后,就有擴(kuò)展的可能。補(bǔ)焊中除填滿弧坑外,還要注意嚴(yán)禁在焊縫以外亂打火引弧而造成的弧疤。


15    焊后及時錘擊


        每焊完一小段焊道,應(yīng)立即用尖頭小錘錘擊焊肉,使其均勻布滿小麻坑。這樣做能使晶粒拉長、組織細(xì)密、消除部分焊接應(yīng)力。


16    多層多道焊法


        對一些厚度大的鑄鐵件,用窄焊道、多層堆焊法,將坡口填滿。此種方法能較好地控制和減少焊接應(yīng)力,防止裂紋和剝離。焊接時由底部開始, 從兩側(cè)往上焊起,詳見附圖。


17    栽絲法


        在坡口兩側(cè)鉆孔攻絲,擰入鋼螺絲(栽絲),相互焊牢,并逐步將螺絲熔合于焊縫中。這種方法能提高強(qiáng)度,是防止焊縫剝離的極好措施,同時也是補(bǔ)焊厚大件及強(qiáng)度要求高的鑄鐵件常用的方法之一。


18    挖補(bǔ)鑲焊法


        對于無法修復(fù)并且破損嚴(yán)重的鑄鐵件,去除缺陷后,并按其缺陷尺寸的幾何形狀下料進(jìn)行挖補(bǔ)鑲焊(材料用低碳鋼板或從廢棄的鑄鐵中取料均可)。施焊時要嚴(yán)格按照鑄鐵焊工藝進(jìn)行。


19    滲鎳(銅)法


        焊接鑄鐵時,常用碳鋼焊條,這些焊條對一般鑄鐵吻合很強(qiáng),熔合較好。但由于該種焊條的抗拉強(qiáng)度較高,產(chǎn)生的焊接應(yīng)力大、白口層也厚, 容易產(chǎn)生裂紋及焊縫剝離,故采用滲鎳(銅)法。


        方法是將用過的BH—Z308(鑄 308)、BH—Z408(鑄408)BH—Z508 (鑄508)焊條頭去除焊藥皮并剪成5 ~6mm小段,填入坡口內(nèi),施焊時使鎳與碳鋼焊條充分熔融成打底層,然后再用碳鋼焊條按16條說明填充形成焊縫。滲銅法是將Ф2.5~3mm的廢銅絲剪成小段填入坡口,施焊方法同上。


20    變質(zhì)鑄鐵的焊法


        有些鑄鐵經(jīng)受高溫會使鑄鐵的化學(xué)成分發(fā)生變化而變質(zhì)。如用氣焊時, 熔化鐵水與白色渣滓混淆在一起不熔合;如用電弧焊不管選用什么焊條,熔化的鐵水打滾與母材不熔合, 給焊接帶來困難。產(chǎn)生這種情況一般被認(rèn)為可焊性差,不能焊。


        遇到這種情況,為提高焊條與母材熔合力,多采用E4303等焊條在坡口內(nèi)敷焊,然后用砂輪打磨后再焊,直至焊條與母材熔合良好為止。


21    焊縫表面不宜高


        鑄鐵焊接應(yīng)嚴(yán)格控制不使焊縫高于母材的平面,如果高于平面,就會因中間的焊縫收縮而產(chǎn)生較大的應(yīng)力, 這對防止裂紋和焊縫剝離很不利。如果焊縫略低于或平于母材平面, 有利于減少焊接應(yīng)力。


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