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中强度HT20-40灰口铸铁的补焊工艺(引用)  

2008-06-04 11:53:16|  分类: 技术类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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铸铁的焊接,主要应用于铸件的补焊。灰口铸铁补焊时,容易产生白口〔1,2〕,以及出现裂纹等问题。当焊缝强度较高而母材强度较低时,容易产生剥离。尤其对于大面积的裂纹补焊是不容易获得成功的。因此在制定补焊工艺时,对铸件的缺陷要进行具体分析,尽量减小熔合比,调整热影响区,松驰焊接应力〔3〕,才能使大面积的裂纹补焊获得成功。下面主要介绍HT20-40灰口铸铁的补焊工艺,并作理论探讨。

1 材料及焊前准备

  某一产品的缸体,材料为HT20-40灰口铸铁,厚度为18 mm。裂纹程度:且横、纵向交错,有穿透和未穿透的。

  (1) 钻止裂孔:在距离裂纹末端2~3 mm处钻一个直径为6~8 mm的止裂孔。对穿透性裂纹,止裂孔要打透;对非穿透性裂纹,止裂孔要比裂纹深2~3 mm。

  (2) 开坡口:采用机械方法,在裂纹开裂部位刨出坡口。对穿透性裂纹,开坡口时要排除裂纹,坡口底部呈园弧状,坡口尺寸见图1所示。

图1 焊缝坡口形式

  (3) 焊前清理:将坡口周围的油污,铁锈等脏物清除干净,直到露出光泽为止。

2 补焊工艺

  (1) 将工件倾斜放置,使焊缝处于上坡焊或半立焊,以减小熔合比。

  (2) 焊前将坡口周围预热,温度为200~250 ℃,以缩小焊缝与工件的温差。

  (3) 焊条选用铸308,直径D3.2 mm和4 mm。焊前应将焊条经150 ℃左右烘焙2 h。

  (4) 第1、2、3层焊道施焊时选用D3.2 mm焊条,电流为90~100 A。后两层焊道,选用D4 mm焊条,电流130~160A。采用直流正接。

  (5) 每层焊后清熔渣。

  (6) 焊后,在焊接区周围200 mm范围内,加热到300~350 ℃,保温30 min,用石棉粉复盖使之缓冷。

  (7) 焊接注意事项为:①在坡口两侧为减小熔深,可采取快速不摆动焊。而焊缝中间可稍作摆动,但摆动幅度要小。②补焊工件较厚时,坡口截面较大,采用多层多道焊。焊缝截面较大,产生的收缩应力很强,容易形成焊缝剥离。故采用合理的焊接顺序(1、2、3……)如图2所示。③采用短段焊、断续焊、分散焊、逐步退焊法。短段焊,即每段长约10~40 mm。断续焊,即焊一段后停留片刻,待工件冷到50~60 ℃时再焊下一道焊缝,以防止热量集中。分散焊,在一个部位焊一段后再到另一部位焊接,以减少温差,降低应力。逐步退焊法,它与连续焊相比,可使焊缝的拉应力峰值有很大减低,故有利于防止焊缝裂纹的产生。④锤击焊缝。锤击焊缝时温度应在400 ℃以上进行,用小圆头锤击焊缝,使焊缝金属延展,松驰焊补区的应力。焊接第一层和最后一层不要锤击。

图2 焊接顺序

  采用以上工艺补焊后,经焊缝质量检查,成形良好,没有发现裂纹及渗漏现象,达到了质量要求。

3 讨 论

  (1) 选用纯镍的铸308焊条。有较好的抗裂性和切削加工性。镍是扩大奥氏体区的元素,当铁镍合金中镍量大于30%时,合金凝固后一直到室温都保持硬度较低、塑性较好的奥氏体组织,不发生相变。它也是非碳化物形成元素,不会与碳形成高硬度的碳化物。而且以镍为主要成分的奥氏体,能溶解较多的碳。纯镍在1300 ℃时可溶解2%的碳。温度下降后,少量碳由于过饱和而析出细小的石墨,故焊缝有一定的塑性和强度,且硬度较低。

  镍又促使石墨化形成元素。液态时镍的扩散能力较强,可扩散到半熔化区,对减弱半熔化区的白口宽度起到作用。所以采用纯镍焊条焊接,白口区宽度最小(根据有关资料介绍可减少至0.05 mm)呈断续分布,机加工性能和抗裂性能均较好。

  (2) 控制熔合比。将工件倾斜成上坡焊和坡口底部开成圆弧形都是为了减小熔合比。

  减小熔合比,可减小母材中的碳、硫等有害元素进入焊缝。硫是促进形成热裂纹的有害元素。如果碳含量多,可使马氏体量也相对增多,冷裂敏感性增大。所以减小熔合比,有利于提高焊缝质量。

  (3) 选用小直径焊条,小电流、快速焊。小规范焊接,其优越性有3条。

  第一,可使熔池小,熔深浅,减少母材中碳和硫等有害元素进入焊缝。第二,焊接规范小,其线能量也小,降低了焊接应力,使焊接区出现裂纹的倾向减小。第三,可缩小热影响区宽度;其中包括最易形成白口的半熔化区宽度,使白口层变薄,提高接头性能。

  (4) 合理锤击焊缝,是减少焊接应力的有效措施。锤击焊缝使焊缝金属延展,松驰焊接应力。但需注意:第一层因焊肉较薄不宜锤击。最后一层也不要锤击,以防止冷作硬化。其他各层均要锤击,锤击时温度在400 ℃以上进行,效果较好。

  (5) 调整焊接热输入。采用短段焊、分散焊、断续焊、多层多道焊,其目的是为防止局部金属过热,避免因热应力而诱发裂纹的产生。

  多层多道焊时,采用合理的焊接顺序。其原因之一,也是为了分散热量。关键是在坡口两侧与母材交界的那一层焊道上。要严格控制电流,运条要快,必须使焊缝与母材熔合良好。中间的焊道,因为使用纯镍焊条,其焊缝金属的塑性会较好。采取了合理的焊接顺序,并配合锤击焊缝,这样就能有效地防止半熔化区的“焊缝剥离”。

  (6) 焊前预热,焊后热处理及缓冷措施,能使工件与焊缝的温差缩小,减慢冷却速度,防止热影响区产生淬硬组织,并可有效地防止裂纹的产生。

  通过对HT20-40灰口铸铁的补焊,结果证明:选定的工艺方案是正确可行的。只有采用小规范焊接,减小熔合比,合理锤击焊缝,调整焊接热的输入,可避免因热应力诱发裂纹的产生。正确的焊前预热,焊后热处理,可避免接头产生淬硬组织,并有效防止裂纹的产生。

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