铸铁件气焊工艺（精选3篇）
铸铁件气焊工艺 篇1
我们常见的机床设备中, 有以灰口为材料进行铸铁的压力机、变速箱、剪床、冲床、汽缸等等的结构件, 通过这一技术进行铸铁的结构件经常会出现断裂的现象。所有对这些结构件采取焊接这一公益进行修复是最经济和适用的。
采用灰口技术进行铸铁具有以下几种特点, 它们是:通过灰口技术进行铸铁的结构件组织比较松散、碳含量较高、含有的杂质丰富、比较脆弱的情况会发生, 因此焊接的效果较差, 经常会在进行焊接以后还会出现断裂的现象, 在焊接过程中会产生一些通病, 如焊接出现裂缝、白口、气孔和剥离这四种现象。我们所进行了铸铁冷焊技术就是为了解决这些通病产生的。采用以下措施, 可以有效地防止铸铁件冷焊过程中产生的通病。
1 防止出现冷焊修复断裂铸铁件裂缝的措施
在进行焊接铸铁件时非常容易出现铸铁件的裂缝现象, 所有对这种焊接铸铁件的课焊接性非常差。在实际的操作过程中, 通过这些设备所损坏的部分可以看出, 铸铁件的断裂部分大多数情况下都是在整个部件的最大受力点, 也有在应力的集中区域等部位的, 这些部位都是整个设备的最脆弱的部位, 这也给焊接技术带来了很大的挑战。这些在焊接过程中出现的裂缝大多数情况下都是通过应力产生的, 应力的产生在一定程度上会让设备的工件出现变形的情况。同时铸铁件的屈服点并不是非常明显, 延伸程度不明显, 这就很容易产生铸铁件锻炼的现象发生。所有在进行焊接的过程中应尽可能的减少内部的应力现象, 下面是笔者在实际工作中总结的几点措施:
1.1 进行焊接的清污工作
在进行焊接工作的过程中要对熔接区域里面的一些杂质, 如水分、垃圾等方面的东西进行清理, 如不进行清理很容易产生裂缝和气孔。同时进行焊接的坡口位置可以使用氯化碳对焊接的坡口进行清洗, 这样可以使得在焊接进行完成之前不会受到任何杂质的影响。
1.2 在进行焊接过程中保持平均的温度
在进行焊接过程中保持平均的温度是在进行焊接过程中非常重要的一个步骤。在焊接中要在焊接坡口的两侧一定范围内使用氧乙炔火焰把进行焊接的工件进行加热。进行焊接加热一是为了让焊接过程保持一个均温, 二是对焊接坡口内的水分和杂质进行加热, 让水分和杂质进行完全的蒸发。但焊接件在空气中冷却到60度左右时可以进行焊接工作了。如果在焊接过程中出现冷热不均匀的现象, 就很容易产生断裂的现象。同时, 在进行焊接的过程中要注意保持焊接面的温度不高于120度, 只有在均温的条件下, 才能在一定程度上避免断裂和剥离的现象产生。
1.3 在进行焊接过程中进行定向施焊
在进行焊接过程中进行定向施焊是为了对内部的应力进行消除, 避免出现裂缝情况发生的对策。进行焊接的焊缝走向是根据工件断裂的部位进行确定的。它的规律就是从强到弱, 从内到外。在对构件进行定性焊接以后, 焊缝的走向是不会变化的, 所以要面向一个比较容易吸收和比较容易将应力进行扩散的方向进行焊接, 这样可以更好解决自身的内部应力和扩散应力带来的问题。特别是在进行深坡口焊接时, 进行焊接的方向要根据自然应力的方向进行焊接, 这样可以避免因为应力所带来的剥离和裂缝的现象产生。
1.4 在进行焊接过程中进行规则性施焊
在进行焊接的过程中一般是采用不规则的焊接方法, 也就是焊接朝着各个不同的方向进行分散式焊接, 这样才能产生均温焊接的效果, 同时又不会让应力进行分散。但是在焊接过程中所进行的不规则焊接会让焊缝产生不同程度的应力, 不仅会有方向一致的应力, 也会有方向不一致的应力。一旦所有的焊接应力进行累加的程度大于铸铁所承受的强度极限时, 就会使铸铁产生一定程度裂缝, 或者埋下裂缝的隐患。同时, 当坡口焊缝的形成是从两边向中间进行回合的时候, 就会产生焊缝极度收缩的现象, 让坡口两侧的焊缝熔合线上产生剥离或者裂缝的情况。但是, 如果使用有规则性的施焊方法, 就会既能让焊件达到均匀的温度, 也能让应力具有规则的进行分散, 还能防止产生焊件的裂缝或者焊件剥离的情况出现。规则性的施焊方法是在保证焊缝的走向相同的情况下, 使用阶梯形及层、道排列的程序进行全面的施焊工作。
1.5 在进行焊接过程中进行迭焊法
在进行焊接过程中进行迭焊法具有一定的优点, 它能很好的改善焊缝组织的树枝状结晶, 而且能起到很好的退火效果, 让进行焊接的缝隙处的晶粒得到很好的细化, 并且更加紧实, 同时可以很好的避免焊接过程中产生裂缝的现象, 也可以很好的避免剥离现象的产生, 让焊接的构件更加平滑和完美。
1.6 在进行焊接过程中进行锤击
每焊完一道后, 用具有尖口的工具敲击被焊接的零件, 让工具的尖口处于焊接的缝隙处, 并且进行不断的锤击。在进行焊接过程中进行锤击的目的是对内部的应力进行消除, 让焊接件的各个组织更加的紧实。同时, 在进行焊接过程中进行锤击也能很好的消除应力, 避免气孔和裂缝产生的有效措施。
2 防止冷焊修复断裂铸铁件剥离的措施
冷焊修复断裂铸铁件剥离是在焊接过程中非常容易产生的现象, 想要解决这一问题可以采取如下几种措施, 如对铸铁件进行平均温度, 对铸铁件清理污垢, 对铸铁件进行有规律性的, 定向的焊接等方面, 以下是防止冷焊修复断裂铸铁件剥离的两方面措施。
2.1 针对坡口防止冷焊修复断裂铸铁件剥离的措施
铸铁件坡口的形状对于冷焊修复断裂铸铁件机械的强度具有很大的关联性, 同时也对冷焊修复断裂铸铁件剥离产生很大的影响。确定坡口采取什么样的形状要根据进行焊缝的厚度来确定, 在焊缝的厚度小于100mm和焊缝厚度大于100mm时, 所需要的坡口的形状是不同的。如坡口的形状采取台阶形状, 可以让熔合线成为曲线的形状, 让应力沿着曲线的方向进行分散, 这样可以避免由于多道多层焊接而产生的剥离现象发生。
2.2 针对深坡口多层焊接防止冷焊修复断裂铸铁件剥离的措施
在进行铸铁件的焊接过程中, 在坡口的多道多层焊接处很容易发生铸铁件剥离的现象, 在处理过程中除了采用对铸铁件进行平均温度, 对铸铁件清理污垢, 对铸铁件进行有规律性的, 定向的焊接等方面, 还可以采用根据焊道的多少增加或减慢焊道速度的方法进行处理, 保证在焊接坡口300mm范围的温度保持在60～70℃恒温的状态下, 焊接过程中要均匀进行, 不用急功近利。
3 防止冷焊修复断裂铸铁件白口的措施
白口现象的发生是在进行铸铁焊接时非常容易产生。如果出现白口的现象, 很容易产生剥离和裂缝。在进行冷焊断裂铸铁件时, 为了有效的避免白口现象的发生, 在采用通用的措施, 如进行清污、坡口、迭焊退火法等方法外, 还要采取以下几种措施:
3.1 选择合适的铸铁件焊条
一般采用铸308纯镍焊条较好, 焊接时让它在铸铁表面上熔敷一层, 因为镍与碳不生成碳化物。但是, 铸308焊条对有些材料会焊不上, 即熔滴与母材结合不牢, 只要轻轻一击, 焊层就会剥落。遇到这种情况, 一般用增加过渡焊层的方法来避免, 可用铸116或铸117高钒铸铁焊条, 或者用结507焊条来解决。焊接方法是采用点熄焊接后, 用砂轮磨去厚度的3/5, 再用铸308焊条就能焊得上。
3.2 选择合适的铸铁件熔合线
因为铸铁内的碳、硅元素很容易渗入熔合线, 加上熔合区域的冷却速度较快, 因此, 熔合线附近很容易产生白口。防止防止在熔合线区域产生白口组织的办法是:采用前面所述的短、窄、厚、小等焊接工艺。
4 防止冷焊修复断裂铸铁件气孔的措施
在铸铁件焊缝过程中会存在少量的分散性气孔现象, 这一现象的发生不是一个严重的情况。这是因为气孔的形是球形的, 不容易进行扩散和延伸。但是, 一旦出现连续气孔的情况就会产生严重的后果, 遇到气孔的情况就要采取必要的措施。具体如下:
4.1 防水分
因为水中含有氧。氮、氢等焊接中的有害气体, 尤其是氧气, 它很容易与镍形成气孔。“均温”是驱除水分的重要手段, 只要始终保持焊接面上有一定的温度, 就能保证焊接区域的干燥。此外, 还要防止外界水分的侵入, 更不允许用水冷却工件。
4.2 弧坑交叉
采用适当的工艺操作后, 弧坑性裂缝虽然防止了, 但有时弧坑中的小气泡还会出现。其原因大多是由于氧饱和的缘故, 这时可以用弧坑交叉的方法来消除。弧坑交叉是要求道道层层的弧坑位置相互错开, 这样可将每段焊缝的弧尾引向外侧, 即使有小气泡, 也能被第二道焊接的焊液消除, 如图7所示。
5 强化冷焊修复断裂铸铁件焊缝措施
采用以上措施后, 可以防止铸铁冷焊中的四种通病, 得到较理想的焊缝, 基本上达到与母材等强度的要求。但对于大型重载荷设备, 还须采取以下强化焊缝和增强焊口的措施。
5.1 种螺钉
在坡口两侧钻孔、攻螺纹。拧上螺钉, 这是增强焊口的有效办法。至于螺钉的大小, 需视设备所承受的载荷大小及受力部位而定。一般须遵循以下几点:
(1) 钻孔深度为1.1～1.2倍螺钉直径。 (2) 螺钉拧合后与螺孔间的间隙越小越好。 (3) 钻孔、攻螺纹时, 不能用任何润滑剂。 (4) 两侧螺钉要对称, 相互焊牢, 并在工件焊接时, 使之熔合于焊缝之中。 (5) 孔底需交叉开, 不允许在一条直线上, 这样可以使剪应力分散。 (6) 焊接时, 不允许螺钉受到损伤, 但必须使螺钉熔合于焊缝之中。
5.2 渗钢
渗进珠光体、铁元素, 也是强化焊缝的有效方法, 一般选用结507焊条 (拉伸强度50kg/m㎡) 进行渗钢。但用507焊条焊接铸铁容易产生微裂缝, 因此要采取适当的工艺措施。如图9所示, 渗钢是层层交叉渗入的 (渗钢时要同时渗铜粉) , 在沿母材坡口的表面上均匀用铸308焊条。图中“X”是使用结507焊条, 其它是使用铸308焊条。
5.3 渗铜粉
为了防止电弧气流的吸吹造成铜料分布的不均匀, 可把铜粉与水玻璃搅拌均匀后粘在施焊区域。施焊是, 使铜粉与结507焊条充分熔融成强韧的合金, 就可以防止因使用结507焊条所产生的微裂纹。但必须注意, 铜粉的使用量要适当。太多, 达不到强化焊缝的目的;太少, 焊缝仍会出现裂纹;只有焊缝表面呈现红黄色, 且无裂纹出现, 才是渗入铜粉适量。
6 结论
经多年的实践证明, 无论何种铸铁材质, 设备的功能高低, 机件轻与重, 裂纹长短, 断裂处厚与薄, 结构形状的简单或者复杂, 无论是铸铁机件发生断裂的现象等, 都可以采用冷焊的方法进行铸铁件的修复。对铸铁件进行焊补修复的设备, 在长时间的实践过程中发现, 不会出现焊接范围内的再次损坏的现象发生。
摘要：针对灰口铸铁可焊性差, 焊接时容易产生裂缝、剥离、白口和气孔等缺陷, 进行冷焊接工艺措施研究。结果表明, 凡是铸铁机件断裂, 无论何种铸铁材质, 只要按照正确的工艺措施, 正确地选择焊条并进行正确的施焊操作, 都可以使用冷焊技术进行修复。通过冷链技术进行修复的设备效果非常好, 不会出现再损坏现象。
关键词：铸铁件,冷焊,缺陷,工艺措施
参考文献
[1]陈祝.焊接工程师手册 (第二版) [M].北京:机械工业出版社, 2010, (02) .
[2]李荣雪.金属材料焊接工艺[M].北京:化学工业出版社, 2008, (03) .
[3]巴金提、巴努木.金属焊接工艺常见的缺陷及其预防措施[J].机械工程与自动化, 2011 (5) .
[4]孙景荣.焊接难题解析问道[M].北京:化学工业出版社, 2007, (07) .
铸铁件常温发黑新工艺研究 篇2
钢铁材料的化学氧化是提高钢铁材料防腐能力的一种既简便又经济的工艺方法[1]。高温碱性发蓝工艺则是一项常用的、传统的钢铁零件表面化学氧化处理技术, 是通过氧化处理, 使其表面生成保护性的Fe3O4氧化膜[2], 目前已广泛应用于精密仪器、光学仪器、武器以及机械制造业种的部门防护和装饰, 其目的在于改变金属表面的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性以及降低零部件和工量具等在工作中的反光刺眼等[3]。然而传统的发蓝工艺不仅含有高浓度的烧碱 (60—80%) , 而且还含有大量的毒性物质亚硝酸盐和硝酸盐 (15—25%) , 且工作温度高 (高达140℃) , 氧化时间长 (30—120min) , 药品能源消耗大, 劳动条件差, 槽液使用极不方便, 对环境污染极大;该工艺耗能大、生产效率低, 槽液中含有的致癌物亚硝酸钠危害操作人员的身体健康[4];并且发蓝质量不易控制。更重要的是对于铸铁件经高温碱性发蓝处理的外观呈黄褐色至淡黄色, 无法达到铸铁件样机的黑色外观要求。常温氧化法具有节能、工效高、成本低、工艺适应性强、操作条件友善等特点。每一个工序只要都能认真对待, 黑膜的结合力就能与高温发黑一样, 而且常温发黑液的稳定性也能得到控制[5]。铸铁与碳钢的材质结构不同, 在表面处理的技术上存在差异[6]。因此, 基于原试研钢铁零件常温发黑的基础上, 研制了一种以I#-1为添加剂的铸铁件常温发黑新工艺。该工艺突破了高温碱性发蓝的高温度、强碱性的缺点, 且槽液成分简单, 操作方便, 具有广泛的推广应用价值。
1 材料与方法
1.1 铸铁件常温化学发黑配方工艺试验
1.1.1 配方工艺的选择
经过二十多种配方工艺试验筛选后, 选择了一种以I#-1为添加剂的常温化学发黑配方 (见表一) 进行工艺试验, 用铸铁件分别进行发黑处理并对其氧化膜按航标方法检验其外观以及耐蚀性等性能, 确定最佳工艺参数如表一所示。
1.1.2 试验工艺流程
吹砂→装挂→除油除锈→清洗→电解除油→清洗→盐酸活化→清洗→化学发黑→清洗→脱水油封。
1.2 铸铁常温化学发黑膜的性能试验
1.2.1 耐蚀性试验
按HB5062-77用浸渍法或点滴法测定发黑膜的耐蚀性。
1.2.2 耐热性试验
在100℃的热水中煮沸30min, 观察发黑膜性能变化。
1.2.3 膜层附着力试验
用擦拭法和划格法测试铸铁件发黑膜与基体的附着力。
1.3 铸铁常温化学发黑与高温碱性发蓝的配方工艺和膜层性能对比试验
通过常温化学发黑与高温碱性发蓝的工艺试验, 对比其工艺和性能的优劣。
1.4 发黑液的稳定性试验
用选定的配方工艺, 在硬聚氯乙烯塑料槽中配制100L发黑液, 选用不同大小规格的铸铁件零件200kg进行常温化学发黑试验, 以验证发黑液的稳定性。
2 结果与讨论
2.1 铸铁常温化学发黑的影响因素
2.1.1 预处理的影响
预处理是制件在化学发黑前必须经过的一道工序, 预处理的好坏, 是化学发黑成败的关键。为了达到最佳的发黑速度, 得到均匀、牢固的发黑膜, 我们除采用常规的除油除锈一步法工艺外, 在发黑前还增加了一道活化工序即盐酸活化, 盐酸∶水=1∶3为最佳。
2.1.2 金属原始表面状态的影响
铸铁原始表面状态的好坏直接反映化学发黑膜外观质量和耐蚀性。铸铁件表面光洁度越高, 则发黑膜乌黑发亮, 且具有较高的耐蚀性;反之, 粗糙、多孔、有缺陷的部门, 则难以得到外观美丽及耐蚀性高的发黑膜。
2.1.3 发黑液成分、含量的影响
(1) 主成膜剂—亚硒酸的影响
亚硒酸是形成发黑膜的主要成分[7,8], 直接影响成膜的速度、厚度、致密度结合力和耐蚀性。在一定的范围内, 随着含量的增加, 能快速形成一层薄且致密的、结合牢固的、耐蚀性较好的膜层, 但含量过高, 发黑膜形成太快太薄, 势必影响发黑膜的耐蚀性, 且成本升高;含量过低, 则难以形成完整的致密的膜层, 因此一般含量应控制在2—6g/L。
(2) 添加剂的影响
添加剂的加入能促进发黑膜的快速形成, 对发黑膜的外观质量、耐蚀性有着决定性的影响。在一定范围内, 随其含量的增加, 膜的黑度加深, 耐蚀性也相应提高;但含量过高, 虽能快速形成黑色的膜, 但易形成疏松且牢固度、耐蚀性差的膜, 使发黑膜的稳定性降低, 直接影响到槽液的使用寿命;含量过低, 使得发黑膜的黑度降低, 发黑时间长, 甚至难以发黑。因此添加剂的含量应控制在30—50ml/L。
2.1.4 工艺条件的影响
(1) p H值的影响
槽液的p H值对常温化学发黑膜的耐蚀性及槽液的稳定性有很大的影响。在一定范围内, 随p H值的提高, 发黑膜的耐蚀性显著提高。但p H值过高, 直接影响到发黑膜的稳定性, 甚至产生沉淀;p H值过低, 易生成疏松的发黑膜, 且耐蚀性降低。因此, p H值一般控制在1—2之间。
(2) 温度的影响
槽液温度的高低直接影响发黑膜的形成速度以及膜的稳定性和耐蚀性, 同时对槽液的稳定性也有一定的影响。温度过高, 发黑膜形成速度太快, 易产生疏松膜层, 使耐蚀性降低, 且影响到槽液的稳定性及使用寿命。温度太低, 发黑膜形成速度太慢, 因此槽液的温度宜控制在8—38℃之间。
(3) 时间的影响
随着发黑时间的延长, 膜的厚度增加, 黑度加深, 耐蚀性也提高。但时间过长, 反而会使膜的耐蚀性和稳定性降低, 结合力和牢固度下降, 因此一般时间控制在1—5min。
(4) 操作方式的影响
发黑过程中的操作方式对发黑膜的外观质量有一定的影响。在规定时间内, 可以采用一次性发黑处理, 若一次性发黑处理后其发黑膜黑度不够, 就可以分成二次或多次发黑, 这样能使发黑膜的黑度加深, 对膜的结合力有所提高, 并可以延长发黑液的使用寿命, 且不影响膜的耐蚀性。
2.2 铸铁常温化学发黑膜的性能
2.2.1 外观
经本工艺常温化学发黑处理的铸铁件外观为均匀黑色, 浸油为乌黑发亮外观。符合铸铁件发黑样机外观要求。
2.2.2 耐蚀性能
把经过发黑处理好的铸铁件试样进行下列耐蚀性能试验 (见表二) 。试验结果表明铸铁件试样耐蚀性能良好, 能满足技术条件要求。
2.2.3 耐热性
在100℃的热水中煮沸30min, 发黑膜均无变化。
2.2.4 膜层附着力试验
擦拭法:用滤纸来回用力擦拭发黑膜30次, 未见金属本色;
划格法:用锋利的刀在工件表面划格, 格子间距0.5mm, 深度以露出基体为限, 划格后用强力胶带纸粘揭, 发黑膜不脱落。
2.3 常温化学发黑与高温碱性发蓝的配方工艺及膜层性能对比
通过常温化学发黑与高温碱性发蓝的配方工艺及膜层性能对比试验, 结果表明, 常温化学发黑工艺明显优于高温碱性发蓝的工艺。对比试验如表三所示。
2.4 发黑液稳定性
通过二百多公斤铸铁件零件、连续半个月的发黑作业, 结果证明, 槽液稳定性良好, 即使新配槽液使用几天后就出现浑浊现象, 但不影响发黑膜的质量, 零件外观均为黑色且均匀, 各项性能指标 (抽查) 达到航标要求, 并通过装机使用鉴定, 性能良好。
2.5 槽液的维护
(1) 常温发黑用槽必须用硬聚四氟乙烯等塑料制成, 装挂零件用的挂具可用足够导电面积的铁丝或不锈钢丝制成, 不可用有色金属制成。
(2) 发黑槽液使用一段时间后会有沉淀产生, 应定期过滤。应经常测定槽液的PH值, 定期添加亚硒酸和添加剂, 添加剂的量应少加勤加。
(3) 发黑槽液中禁止长期放置或落入金属异物, 一旦落入应立即捞出。
(4) 在发黑过程中不允许有零件工作面重合, 应经常翻动零件和搅拌槽液。
3 结束语
以I#-1为添加剂的铸铁件常温发黑新工艺, 经发黑膜有关性能试验对比结果表明, 其工艺明显优于高温碱性发蓝工艺, 性能良好, 特别是外观质量, 达到了高温碱性发蓝对铸铁件无法达到黑色外观的样机的要求, 并通过了试生产和装机使用鉴定。因此, 认定其工艺在铸铁件发黑上可以替代传统的高温碱性发蓝工艺。
本工艺配方简单、浓度极低、槽液稳定性好、污染小、设备简单、操作容易、能耗低、工效高、发黑膜为黑色, 连续均匀, 且质量好, 对发黑膜的各种性能测试取得了良好的技术和经济效益, 在铸铁件发黑处理方面有一定的推广价值。
参考文献
[1]曾华梁, 吴仲达, 陈钓武, 等.电镀工艺手册 (第2版) [M].北京:机械工业出版社, 1997.
[2]解长利.钢铁常温发黑机理与工艺初探[J].电镀与环保, 1995, 15 (02) :35-35.
[3]张忠诚, 高峰, 李景国.钢铁常温发黑的研究及进展[J].表面技术, 1998, 27 (02) :1-3.
[4]王树成, 王英兰.我国钢铁发黑技术的应用和发展[J].表面技术, 2012, 41 (03) :112-114.
[5]王宗雄, 储荣邦.钢铁件常温快速发黑工艺及其维护[J].电镀与涂饰, 2011, 30 (12) :45-47.
[6]王国华.铸铁件发黑磷化液的研究[J].表面技术, 2006, 35 (05) :43-44.
[7]陈泽民, 路品, 高景银, 等.钢铁表面常温黑化工艺的研究[J].电镀与环保, 2012, 32 (01) :43-46.
铸铁件的手工电弧焊的修复工艺 篇3
关键词：铸铁,焊接,修复
如何对手工电弧焊的铸铁件的焊接缺陷进行修复,已成为铸铁件焊接工艺所必须解决的问题。某减速机外壳座,材质为HT15-33,在使用过程中四个地脚螺栓的脚趾处出现一条长约200mm的裂纹,该设备如果重新测绘并加工制作需要近2个月的时间,而且该设备使用频率较繁。考虑到上述因素,决定对该减速机外壳进行焊接修复。
1 缺陷情况
轴承座的断裂情况是地脚螺栓的脚趾处出现长约200mm的裂纹,示意如图1。
经现场分析,该减速机在使用过程中受到的约束较大,在卷床运转过程中承受交变载荷作用。该件在长期运行过程中,造成该处的地脚螺栓松动,而未被及时发现,仍在负荷运转。造成该处的裂纹逐渐延长。
2 修复方案的选择及应用
结合公司的实际情况,根据技术参数我们选用手工电弧焊进行修复。
HT15-33的技术性能参数(见表1、表2)
2.1 灰铁的可焊性分析
由于铸铁的固有性质和冶金性能,给电弧焊带来了极大的困难
(1)熔化后的铸铁冷却速度快,热影响区易出现白口组织,焊接时开裂倾向大。
(2)铸铁组成成分中,碳的含量高,在焊接过程中易被气化,容易产生气孔。
(3)铸铁强度高,塑性差,焊接残余应力大,易产生焊接裂纹。
(4)铸铁中的C、S、P等元素的含量高,并在焊接过程中熔化到焊缝中,会增加材质的硬度,降低塑性和韧性,易产生裂纹,并降低可加工性。
(5)铸铁在冶炼过程中,易出现石墨粗大化,石墨与基体产生间隙,使铸件在使用过程中油、水渗入形成氧化物,严重阻碍焊接时的熔合,同时,增加产生焊接裂纹和气孔的可能性。
(6)铸铁在焊接熔化时,液态金属流动性很差,严重妨碍焊接时的熔合,熔池中熔渣和有害气体难以逸出,会在焊缝中产生严重缺陷。
针对以上不利因素,必须从焊接工艺、操作方法、焊接程序、焊接材料等几方面加以解决。
2.2 焊接方法的选择
对于灰铸铁的补焊有电弧热焊、半热焊和冷焊三种工艺,下面对这三种工艺的特点和工艺方法加以介绍。
(1)电弧热焊焊前将灰铸铁件整体或局部预热至600～700℃,并在补焊过程中保持这一温度,在焊后再采取缓冷措施的工艺方法,称热焊。灰铸铁的热焊有着突出的优点,通过预热和缓冷,使焊接部位冷却速度减慢,可避免产生白口和淬硬组织,保证焊接处有良好的切削加工性能。由于预热温度较高,使母材和焊缝金属的温差变小,大大地降低了接头的热应力。灰铸铁在600～700℃时有一定的塑性,伸长率可达2%～3%,因此可有效地防止产生焊接裂纹。热焊适用于薄壁铸件,结构复杂、刚性较大,易产生裂纹的部件以及对补焊区硬度、颜色、密封性、承受动载荷要求高的零、部件的补焊。灰铸铁热焊能获得质量最佳的焊接接头,缺点是劳动条件恶劣、生产成本高、生产率较低。
(2)半热焊预热温度在300～400℃时,称为半热焊。半热焊由于预热温度低、冷却速度较快,需要在石墨化能力更强的焊接材料配合下,才能获得灰口组织。但能改善劳动条件、简化补焊工艺。对于刚性较大铸件的补焊,半热焊还具有一定裂纹倾向。
热焊和半热焊要采用铸铁型焊接材料,使焊缝的组织、硬度和其它物理性能以及颜色等都与母材金属接近。焊条要选用铸铁芯石墨化型焊条,其牌号为Z248。焊芯直径为6～12mm,补焊时采用大电流,可按每毫米焊芯直径50～60A的电流选用,电源则可交、直流两用;半热焊选用钢芯石墨化型焊条,其牌号为Z208,焊芯为H08A,药皮中含有较多的碳、硅、铝等石墨化元素。
在补焊前,铲除缺陷至露出金属光泽,用扁铲、风铲、砂轮等开坡口。坡口上缘稍大,底面应圆滑过渡。对于边角部位及穿透性缺陷,在补焊前需要造型。造型材料的质量分配为:焦碳粉30%、耐火砖粉25%、磷片石墨粉20%、耐火土25%。预热设备一般用焦碳地炉,小件亦可采用氧乙炔焰。补焊时,除待焊部位外,其余部位均应用石棉遮盖。从缺陷中间引弧,逐渐移向边缘,较小缺陷可连续填满,较大缺陷需逐层堆焊直至填满。焊后保温可把工件置于草木灰内缓冷,结构较复杂的大铸件,可放在预热炉内加热到一定温度后,随炉冷却。
(3)电弧冷焊电弧冷焊不需专门的预热和缓冷设备,所以劳动条件好、工艺过程简单、生产效率高、成本低。但由于冷却速度快,接头的白口及裂纹问题比较突出。电弧冷焊适用于大型铸件中存在的体积较大的缺陷的补焊,操作原则是大电流、连续焊。缺陷的体积一般在60～100cm3时就要用到电弧冷焊。为了防止产生裂纹,补焊应分区分段填满。待每区段焊缝高出母材3～5mm时,再向前推进一个区段,切忌电弧快速全面铺展,亦不宜分层堆焊。有时可采用石墨板将缺陷隔为两部分,先连续焊完一半,取出石墨板再补焊另一半。收弧时,将电弧沿焊完的缺陷表面均匀摆动,使焊道平整,冷却缓慢。大型铸件中的中等缺陷——体积在20～50cm3之间的情况下可采用连续焊工艺一次焊完。缺陷小于20cm3时除连续一次填满缺陷外,再向上堆高3～5mm,趁焊缝表面还处于红热状态时,用钢板刮去高出部分,接着再堆高3～5mm,反复进行三次以上,若焊件与缺陷的比例越大,则反复进行堆高的次数就越多。
根据上述原则,结合公司实际,我们采用了冷焊的方法。所谓冷焊法就是指用不预热、严格控制层间温度,小能量的焊接方法进行焊接。
2.3 焊接材料的选择
HT15-33的可焊性较差且底座的下表面为加工表面,为保证焊接质量及下表面的可加工性宜采用纯镍基焊条Z308进行焊接,但Z308焊条价格昂贵,为节约费用,可采用Z308焊条焊隔离层J507焊条与Z308焊条相互填充、Z308焊条盖面的方法进行修复,这样既可降低成本又可保证焊接质量及下表面的可加工性能。
Z308焊接的机械性能见表3。
2.4 焊接顺序及工艺
(1)焊接顺序
裂纹处按非加工面再加工的次序施焊。断裂处先焊筋板侧,保证焊透,再从另一侧清根、施焊。最后焊筋板。
(2)焊接工艺
焊接前要对所有焊接部位进行彻底清理,清除所有油污等污物,然后再开始焊接。表面清理干净后,用角向抛光机修磨裂纹处至磨出所要求的双U型坡口。修磨时要求消除所有裂纹倾向,坡口边缘平滑过渡,钝边、间隙以单边能焊透为准。
2.5 焊接
减速机壳体焊接熔敷量较大,为减小焊接应力及焊接变形,保证焊接质量,采用两班工作制,固定水平高的焊工施焊。焊接时环境温度保证在20℃以上,夜班如果温度过低则停止焊接。
焊接前,Z308焊条要150℃烘干1h。J507焊条要250℃烘干2h,烘干后放入保温桶中保温,随用随取。
焊接时采用短道、快速、不摆动、断续、分散焊法,每段长度不超过30mm,收弧时要填满弧坑。
焊完一道马上用钝头小锤锤击整个焊道以释放焊接应力,锤击速度要快,力量由重渐轻。严格控制层间温度,每焊完一道必须冷却到50℃以下方可施焊。打底时采用小熔合比进行焊接,填充和盖面焊时可适当放大熔合比。清除熔渣后,用五倍放大镜观察,无裂纹后,在继续下一步焊接。
3 结论