铸铁的焊接ppt课件

焊工技师、高级技师培训,8-3 铸铁的焊接（一）,1,铸铁的焊接,铸铁是指碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。工业常用铸铁中碳的质量分数在3.0%4.5%之间，是以Fe、C、Si为主要组成元素并含有较多Mn、S、P等杂质的多元合金。 铸铁具有良好的铸造性能，便于铸造生产形状复杂的机械零部件；另外还具有成本低，减摩性、减振性和切削加工性好等优点，在机械制造业中获得了广泛应用。 铸铁的强度、塑性和韧性较低，焊接性很差，不适合制造焊接结构。,铸铁的焊接,按用途分为工程结构件用铸铁和特殊铸铁（抗磨铸铁、耐热铸铁和耐腐蚀铸铁）。 按碳的存在形式及石墨形态不同分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁共五大类。,一、铸铁的类型与性能 1.铸铁的种类及成分特点,铸铁的焊接,白口铸铁,白口铸铁中碳绝大部分以渗碳体（FeC3）的形式存在，其断口呈亮白色，故称之为白口铸铁。渗碳体性能硬而脆，其硬度为800HBW左右，因而白口铸铁切削加工困难；主要用于炼钢原料，很少用于制造机械零件。,铸铁的焊接,亚 共 晶 白 口 铸 铁,铸铁的焊接,共 晶 白 口 铸 铁,铸铁的焊接,过 共 晶 白 口 铸 铁,铸铁的焊接,灰铸铁,灰铸铁中石墨以片状存在，其断口呈灰色。灰铸铁的强度低、塑性差；但灰铸铁抗压强度高、耐磨性好、减振性好、收缩率低、流动性好，且成本低廉，可以铸造形状复杂的机械零件，至今仍是工业中应用广泛的一种铸铁；常用于各种机床的床身及拖拉机、汽车发动机缸体、缸盖等铸件的生产。,铸铁的焊接,灰 口 铸 铁,铸铁的焊接,球墨铸铁,球墨铸铁中石墨以球状存在；在高温铁液中加入球化剂（稀土金属、镁合金和硅铁等）经球化处理后获得；强度接近于碳钢，具有良好的耐磨性和一定的塑性，并能通过热处理改善性能。 广泛用于机械制造业中，常用于制造曲轴、大型管道、受压阀门和泵的壳体、汽车减速器外壳及齿轮、涡轮、蜗杆等。,铸铁的焊接,铸铁的焊接,可锻铸铁,可锻铸铁中石墨以团絮状形式存在，是由一定成分的白口铸铁经长时间石墨化退火获得的，与灰铸铁相比，具有较好的强度和塑性，耐磨性和减振性优于碳钢，主要用于管类零件和农机具等。,铸铁的焊接,珠光体基体可锻铸铁 铁素体基本的可锻铸铁,铸铁的焊接,蠕墨铸铁,蠕墨铸铁中石墨以蠕虫状形式存在，生产方式与球墨铸铁相似，具有比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好、耐热疲劳性能好的优点，主要用来制造大功率柴油机气缸盖、电动机外壳等。,铸铁的焊接,铸铁的焊接,表6-1 常用铸铁的化学成分,铸铁的焊接,铸铁的基体组织为铁素体、珠光体或二者的混合组织，可以认为铸铁是在钢的基体上加上石墨。 性能主要取决于石墨的形状、大小、数量和分布等。石墨的强度、硬度极低（抗拉强度20MPa，硬度HBW3），塑性、韧性几乎等于零，其力学性能远低于基体组织，故石墨相当于在基体组织中存在无数个“小裂纹”，不仅降低了钢的有效承载面积，而且在尖角处还会产生应力集中，促使基体在较低应力作用下产生裂纹扩展甚至断裂，因此铸铁的强度、塑性和韧性比钢小得多。,2.铸铁的组织与性能,铸铁的焊接,但石墨的存在，使其具有优良的铸造性、切削加工性、减振性、耐磨性和低的缺口敏感性。 在灰铸铁中，由于片状石墨对基体有较大的割裂作用，通过改变基体组织不能显著提高其塑性和韧性，所以生产中只能通过改变基体组织中珠光体的数量，以改善铸铁的硬度和耐磨性，而铸铁的强度、塑性和韧性等，则主要由石墨决定。 灰铸铁的牌号与力学性能见表6-2。,铸铁的焊接,表6-2 灰铸铁的牌号与力学性能,铸铁的焊接,球墨铸铁中由于石墨呈球状分布，对基体的分割作用大为减小，故可有效利用基体的强度达70%80%，因此其力学性能明显优于灰铸铁。球墨铸铁还可以通过合金化或热处理等途径来强化或改变基体组织，以达到提高力学性能的目的。 球墨铸铁的牌号与力学性能见表6-3。,铸铁的焊接,表6-3 球墨铸铁的牌号与力学性能,铸铁的焊接,铸铁中碳的存在状态和基体组织取决于铸件的冷却速度（壁厚）及化学成分。图6-1为铸件壁厚及化学成分对铸铁组织的影响，当铸件壁厚增加时会降低冷却速度。,铸铁的焊接,图6-1 铸件壁厚（冷却速度）及化学成分对铸铁组织的影响,铸铁的焊接,元素的石墨化作用： 促进石墨化的元素如C、Si、Al、Ti 、Ni 、Cu 、P等和阻碍石墨化的元素如S、V、Mo、Cr、Mn等，如图6-2所示。 碳和硅是灰铸铁中最重要的元素，碳是形成石墨的基础，硅是强烈促进石墨化的元素，在铸造中当冷却速度一定时，增加碳、硅的质量分数可消除白口组织，调整碳、硅的质量分数还可获得不同的基体组织。,铸铁的焊接,图6-2 元素对铸铁石墨化及白口化的影响,铸铁的焊接,灰口铸铁因为含碳及硅量高，且含杂量也高，对热裂纹及冷却速度非常敏感，所以焊接性很差，其主要表现是焊接接头易产生白口和淬硬组织及裂纹。,二、灰铸铁的焊接 1.灰铸铁的焊接性,铸铁的焊接,一、焊接接头白口及淬硬组织 灰铸铁焊接时，因熔池体积小，存在时间短，使得焊缝及近缝区的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度。因此，在焊接接头的焊缝及半熔化区将会产生大量的渗碳体，形成白口组织。 图6-3是碳和硅的质量分数分别为3%和2.5%的常用灰铸铁焊条电弧焊焊接接头组织变化图。,铸铁的焊接,图6-3 常用灰铸铁焊条电弧焊焊接接头组织变化图,铸铁的焊接,1产生原因 （1）焊缝区 焊缝为非铸铁成分时，不存在白口组织问题；当焊缝为铸铁成分时，因熔池冷却速度快,碳来不及析出形成石墨，焊缝基本为白口铸铁组织。 增大焊接热输入，焊缝会出现一定量的灰铸铁，但不能消除白口组织。,铸铁的焊接,（2）半熔化区（熔合区） 由于碳的迁移，使熔合区近缝金属在高温时形成高碳奥氏体，冷却时转变为共晶渗碳体+二次渗碳体+珠光体的白口铸铁，快速冷却时还产生马氏体相变。,铸铁的焊接,（3）奥氏体区 若冷却速度较慢时，奥氏体转变为珠光体类型组织。若冷却速度较快时，奥氏体直接转变为马氏体。 熔焊时采取适当工艺措施使该区域缓冷，可使奥氏体直接析出石墨，而避免二次渗碳体的析出，同时可防止马氏体的形成。,铸铁的焊接,灰铸铁焊接接头的白口化问题是指焊缝及半熔化区易出现白口组织。,2防止措施 常用方法:改变焊缝的化学成分或降低焊接冷却速度，改变化学成分不能解决熔合区白层问题。,铸铁的焊接,二、焊接冷裂纹 1焊接冷裂纹产生的原因 灰铸铁焊接接头的裂纹主要是冷裂纹，其产生原因主要有以下几个方面： （1）灰铸铁本身强度低，基本无塑性，承受塑性变形的能力几乎为零，因此容易引起开裂。 （2）焊接过程对焊件的局部加热和冷却，势必使焊件产生焊接应力，焊接应力是导致焊件产生裂纹的又一重要原因。 （3）焊接接头的白口组织和淬硬组织又硬又脆，不能产生塑性变形，在受到应力作用时容易引起开裂，严重时会使焊缝与热影响区交界的整个界面开裂而分离。,铸铁的焊接,2防止灰铸铁冷裂纹的措施 灰铸铁焊接冷裂纹产生的主要原因是焊接应力，避免裂纹产生也主要是从降低焊接应力着手。 （1）预热 防止铸铁型焊缝冷裂纹最有效的方法是对焊件进行整体预热（550700），使温差减小，降低焊接应力，同时促进焊缝金属石墨化，并要求焊后在相同温度下消除应力。 （2）选择合理焊接材料 采用镍基或铜基焊接材料，使焊缝成为塑性良好的非铁合金，对冷裂纹不敏感。,铸铁的焊接,（3）工艺措施 用异质焊接材料焊接灰铸铁时，常采用“短段焊”、“断续焊”等工艺措施，并及时锤击焊缝，使焊缝金属发生塑性变形，以减小和消除焊接应力。 另一工艺措施是采用小规范焊接，较小的焊接电流既可减小热输入，又可减小熔合区白口及淬硬层宽度，从而减小焊接应力，有利于防止裂纹。,铸铁的焊接,三、焊接热裂纹 灰铸铁焊接的热裂纹大多为结晶裂纹。 当焊缝为铸铁时，由于液态铁在凝固过程中析出石墨，体积膨胀且流动性好，不会形成热裂纹。 但采用低碳钢焊条或镍基铸铁焊接材料时，焊缝有较大的热裂纹倾向。 当用低碳钢焊条焊接铸铁时，即使采用小电流焊接，也易形成焊缝底部热裂纹甚至宏观裂纹）。,铸铁的焊接,采用镍基焊条焊接灰铸铁时，采用镍基焊条焊接灰铸铁时，焊缝对热裂纹有较大的敏感性。,解决方法： 冶金方面可通过调整焊缝化学成分，加入稀土元素，增强焊缝脱硫、磷能力，以及细化晶粒等途径，提高焊缝抗热裂纹能力。 焊接工艺方面，采用正确的冷焊工艺，使焊接应力降低、使母材中的有害杂质较少熔入焊缝等，均有助于防止焊接热裂纹的产生。,铸铁的焊接,由以上分析可知，灰铸铁焊接接头裂纹倾向较大，这主要与灰铸铁本身的性能特点、焊接应力、接头组织及化学成分等因素有关。为防止焊接裂纹，在生产中主要是采取减小焊接应力、改变焊缝合金系统及限制母材中杂质熔入焊缝等措施。,铸铁的焊接,灰铸铁焊接目前仍大量用于铸铁件缺陷的补焊，焊接时的主要问题是白口组织和裂纹。 常采用的焊接方法有焊条电弧焊、气焊、钎焊和手工电渣焊。其中最常用的是焊条电弧焊、气焊和钎焊。,Thank You,40,Thank You,41,