中強度ht20-40灰口鑄鐵的補焊工藝

中強度ht20-40灰口鑄鐵的補焊工藝
作者： 谷平仙 
 
摘要：采用灰口鑄件HT20-40的補焊工藝方法，可有效地防止裂紋的產(chǎn)生，使焊縫有一定的塑性和強度，并有較好的機加工性和抗裂性。
關(guān)鍵詞：灰口鑄鐵；補焊；熔合比；焊接工藝；熱影響區(qū)

鑄鐵的焊接，主要應(yīng)用于鑄件的補焊�；铱阼T鐵補焊時，容易產(chǎn)生白口〔1，2〕，以及出現(xiàn)裂紋等問題。當焊縫強度較高而母材強度較低時，容易產(chǎn)生剝離。尤其對于大面積的裂紋補焊是不容易獲得成功的。因此在制定補焊工藝時，對鑄件的缺陷要進行具體分析，盡量減小熔合比，調(diào)整熱影響區(qū)，松馳焊接應(yīng)力〔3〕，才能使大面積的裂紋補焊獲得成功。下面主要介紹HT20-40灰口鑄鐵的補焊工藝，并作理論探討。

1材料及焊前準備

某一產(chǎn)品的缸體，材料為HT20-40灰口鑄鐵，厚度為18 mm。裂紋程度：且橫、縱向交錯，有穿透和未穿透的。

(1) 鉆止裂孔：在距離裂紋末端2～3 mm處鉆一個直徑為6～8 mm的止裂孔。對穿透性裂紋，止裂孔要打透；對非穿透性裂紋，止裂孔要比裂紋深2～3 mm。

(2) 開坡口：采用機械方法，在裂紋開裂部位刨出坡口。對穿透性裂紋，開坡口時要排除裂紋，坡口底部呈園弧狀，坡口尺寸見圖1所示。
                                                            
                                                                  圖1 焊縫坡口形式

(3) 焊前清理：將坡口周圍的油污，鐵銹等臟物清除干凈，直到露出光澤為止。

2 補焊工藝

(1) 將工件傾斜放置，使焊縫處于上坡焊或半立焊，以減小熔合比。
(2) 焊前將坡口周圍預(yù)熱，溫度為200～250 ℃，以縮小焊縫與工件的溫差。
(3) 焊條選用鑄308，直徑D3.2 mm和4 mm。焊前應(yīng)將焊條經(jīng)150 ℃左右烘焙2 h。
(4) 第1、2、3層焊道施焊時選用D3.2 mm焊條，電流為90～100 A。后兩層焊道，選用D4 mm焊條，電流130～160A。采用直流正接。
(5) 每層焊后清熔渣。
(6) 焊后，在焊接區(qū)周圍200 mm范圍內(nèi)，加熱到300～350 ℃，保溫30 min，用石棉粉復(fù)蓋使之緩冷。
(7) 焊接注意事項為：①在坡口兩側(cè)為減小熔深，可采取快速不擺動焊。而焊縫中間可稍作擺動，但擺動幅度要小。②補焊工件較厚時，坡口截面較大，采用多層多道焊。焊縫截面較大，產(chǎn)生的收縮應(yīng)力很強，容易形成焊縫剝離。故采用合理的焊接順序(1、2、3……)如圖2所示。③采用短段焊、斷續(xù)焊、分散焊、逐步退焊法。短段焊，即每段長約10～40 mm。斷續(xù)焊，即焊一段后停留片刻，待工件冷到50～60 ℃時再焊下一道焊縫，以防止熱量集中。分散焊，在一個部位焊一段后再到另一部位焊接，以減少溫差，降低應(yīng)力。逐步退焊法，它與連續(xù)焊相比，可使焊縫的拉應(yīng)力峰值有很大減低，故有利于防止焊縫裂紋的產(chǎn)生。④錘擊焊縫。錘擊焊縫時溫度應(yīng)在400 ℃以上進行，用小圓頭錘擊焊縫，使焊縫金屬延展，松馳焊補區(qū)的應(yīng)力。焊接第一層和最后一層不要錘擊。
                                                    
                                                                圖2 焊接順序

采用以上工藝補焊后，經(jīng)焊縫質(zhì)量檢查，成形良好，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋及滲漏現(xiàn)象，達到了質(zhì)量要求。

3 討論

(1) 選用純鎳的鑄308焊條。有較好的抗裂性和切削加工性。鎳是擴大奧氏體區(qū)的元素，當鐵鎳合金中鎳量大于30%時，合金凝固后一直到室溫都保持硬度較低、塑性較好的奧氏體組織，不發(fā)生相變。它也是非碳化物形成元素，不會與碳形成高硬度的碳化物。而且以鎳為主要成分的奧氏體，能溶解較多的碳。純鎳在1300 ℃時可溶解2%的碳。溫度下降后，少量碳由于過飽和而析出細小的石墨，故焊縫有一定的塑性和強度，且硬度較低。

鎳又促使石墨化形成元素。液態(tài)時鎳的擴散能力較強，可擴散到半熔化區(qū)，對減弱半熔化區(qū)的白口寬度起到作用。所以采用純鎳焊條焊接，白口區(qū)寬度最小(根據(jù)有關(guān)資料介紹可減少至0.05 mm)呈斷續(xù)分布，機加工性能和抗裂性能均較好。

(2) 控制熔合比。將工件傾斜成上坡焊和坡口底部開成圓弧形都是為了減小熔合比。

減小熔合比，可減小母材中的碳、硫等有害元素進入焊縫。硫是促進形成熱裂紋的有害元素。如果碳含量多，可使馬氏體量也相對增多，冷裂敏感性增大。所以減小熔合比，有利于提高焊縫質(zhì)量。

(3) 選用小直徑焊條，小電流、快速焊。小規(guī)范焊接，其優(yōu)越性有3條。

第一，可使熔池小，熔深淺，減少母材中碳和硫等有害元素進入焊縫。第二，焊接規(guī)范小，其線能量也小，降低了焊接應(yīng)力，使焊接區(qū)出現(xiàn)裂紋的傾向減小。第三，可縮小熱影響區(qū)寬度；其中包括最易形成白口的半熔化區(qū)寬度，使白口層變薄，提高接頭性能。

(4) 合理錘擊焊縫，是減少焊接應(yīng)力的有效措施。錘擊焊縫使焊縫金屬延展，松馳焊接應(yīng)力。但需注意：第一層因焊肉較薄不宜錘擊。最后一層也不要錘擊，以防止冷作硬化。其他各層均要錘擊，錘擊時溫度在400 ℃以上進行，效果較好。

(5) 調(diào)整焊接熱輸入。采用短段焊、分散焊、斷續(xù)焊、多層多道焊，其目的是為防止局部金屬過熱，避免因熱應(yīng)力而誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生。

多層多道焊時，采用合理的焊接順序。其原因之一，也是為了分散熱量。關(guān)鍵是在坡口兩側(cè)與母材交界的那一層焊道上。要嚴格控制電流，運條要快，必須使焊縫與母材熔合良好。中間的焊道，因為使用純鎳焊條，其焊縫金屬的塑性會較好。采取了合理的焊接順序，并配合錘擊焊縫，這樣就能有效地防止半熔化區(qū)的“焊縫剝離”。

(6) 焊前預(yù)熱，焊后熱處理及緩冷措施，能使工件與焊縫的溫差縮小，減慢冷卻速度，防止熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織，并可有效地防止裂紋的產(chǎn)生。

通過對HT20-40灰口鑄鐵的補焊，結(jié)果證明：選定的工藝方案是正確可行的。只有采用小規(guī)范焊接，減小熔合比，合理錘擊焊縫，調(diào)整焊接熱的輸入，可避免因熱應(yīng)力誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生。正確的焊前預(yù)熱，焊后熱處理，可避免接頭產(chǎn)生淬硬組織，并有效防止裂紋的產(chǎn)生。