提高铸铁件焊接质量的方法与措施
发布于:2016-04-07 16:08  浏览:

1    前    言

        铸铁是机械工业中应用非常广泛的材料。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,以及在使用过程中常出现裂纹、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,搞好这项工作就能为国家节约大量的人力、物力和财力,所以铸件的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:

1.1    焊接接头易产生白口组织

        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。

1.2    焊接接头容易产生热应力裂纹

        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。

1.3   易产生气孔和难熔的氧化物

        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。

1.4    变质铸铁不易熔合

        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。

        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。具体做法如下:

2    缺陷的检查

        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:

2.1   用5~10倍放大镜查出裂纹的最终点。

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。

2.3   还可以采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    坡口型式

        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,从而达到减少焊接应力、防止裂纹、避免焊道根部剥离的目的。

4    钻止裂孔

        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。

5    焊接场地的要求

        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。

6    焊前清理

        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。

7    焊接材料的选择

        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。

        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。

        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。

        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。

8    电源极性

        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。

9    焊前低温预热

        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。

        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,但应注意的是预热温度上升要均匀,不能在某一点或区域上升太快。

10    焊接电流要适中

        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。

11    运条法

        根据铸铁的特性,施焊时的运条手法以直线划小圈为宜,焊道宜窄不宜宽,宜直线(呈划小圈运条)不宜月牙或锯齿等两边摆动的运条法施焊。焊接时宜采用中等弧长施焊,而不宜采用短弧或长弧施焊。

12    控制焊接温度

        控制焊接温度除采用适当电流和运条手法外,还要做到每段焊缝不宜过长,不使电弧高温在某一焊接区域停留时间过长而造成局部温度过高,从而达到减少焊接应力,不产生焊缝剥离和裂纹现象。每段焊道长度应控制在40~ 60mm内,每段焊道温度冷却到50~60℃(手摸能忍耐住)后,再焊下一道。

13    合理的焊接顺序

        合理的焊接顺序能均衡焊接区域的温度,减少焊接应力,这是控制和减薄白口层,防止焊道裂纹和剥离的关键措施。一般焊接顺序按:“先短后长”、“先里后外”、“分段退焊”和“分段跳焊”的方法进行。

14    填满弧坑

        实践证明,“弧坑”是铸铁焊接的薄弱部位,对焊接应力十分敏感,弧坑不填满,极易出现爆裂形的弧坑裂缝。如在焊接中未消除或存在焊缝中,机件受载后,就有扩展的可能。补焊中除填满弧坑外,还要注意严禁在焊缝以外乱打火引弧而造成的弧疤。

15    焊后及时锤击

        每焊完一小段焊道,应立即用尖头小锤锤击焊肉,使其均匀布满小麻坑。这样做能使晶粒拉长、组织细密、消除部分焊接应力。

16    多层多道焊法

        对一些厚度大的铸铁件,用窄焊道、多层堆焊法,将坡口填满。此种方法能较好地控制和减少焊接应力,防止裂纹和剥离。焊接时由底部开始, 从两侧往上焊起,详见附图。

17    栽丝法

        在坡口两侧钻孔攻丝,拧入钢螺丝(栽丝),相互焊牢,并逐步将螺丝熔合于焊缝中。这种方法能提高强度,是防止焊缝剥离的极好措施,同时也是补焊厚大件及强度要求高的铸铁件常用的方法之一。

18    挖补镶焊法

        对于无法修复并且破损严重的铸铁件,去除缺陷后,并按其缺陷尺寸的几何形状下料进行挖补镶焊(材料用低碳钢板或从废弃的铸铁中取料均可)。施焊时要严格按照铸铁焊工艺进行。

19    渗镍(铜)法

        焊接铸铁时,常用碳钢焊条,这些焊条对一般铸铁吻合很强,熔合较好。但由于该种焊条的抗拉强度较高,产生的焊接应力大、白口层也厚, 容易产生裂纹及焊缝剥离,故采用渗镍(铜)法。

        方法是将用过的BH—Z308(铸 308)、BH—Z408(铸408)BH—Z508 (铸508)焊条头去除焊药皮并剪成5 ~6mm小段,填入坡口内,施焊时使镍与碳钢焊条充分熔融成打底层,然后再用碳钢焊条按16条说明填充形成焊缝。渗铜法是将Ф2.5~3mm的废铜丝剪成小段填入坡口,施焊方法同上。

20    变质铸铁的焊法

        有些铸铁经受高温会使铸铁的化学成分发生变化而变质。如用气焊时, 熔化铁水与白色渣滓混淆在一起不熔合;如用电弧焊不管选用什么焊条,熔化的铁水打滚与母材不熔合, 给焊接带来困难。产生这种情况一般被认为可焊性差,不能焊。

        遇到这种情况,为提高焊条与母材熔合力,多采用E4303等焊条在坡口内敷焊,然后用砂轮打磨后再焊,直至焊条与母材熔合良好为止。

21    焊缝表面不宜高

        铸铁焊接应严格控制不使焊缝高于母材的平面,如果高于平面,就会因中间的焊缝收缩而产生较大的应力, 这对防止裂纹和焊缝剥离很不利。如果焊缝略低于或平于母材平面, 有利于减少焊接应力。