|
本文研究了在不同的焊接电流和不同的预热温度下小直径同质铸铁焊条--铸268焊条的焊接工艺性。实验结果表明，铸268焊条在适当的条件下均可对铸铁进行焊接。其中当焊接电流为95A，预热温度为270℃时，焊接接头具有良好的力学性能和机加工性能，机加工后颜色与母材一致，并且无裂纹产生。
关键词： 铸铁 铸铁焊接 小直径同质铸铁焊条 焊接工艺
前言
铸铁是一种生产成本低，并具有许多良好性能的铸造金属材料。我国各种铸铁的年生产量现约8000万吨，有各种铸造缺陷的铸件约占铸铁年生产量的10%-15%，即通常所说的废品率为10%-15%，若这些铸件报废，以1997年铸铁价格计算，其损失每年高达10亿元以上。若能用焊接的方法修复，则有利于生产任务的完成，也可以节约大批资金。
我国加入WTO以后，尤其是进入21世纪以来，已经成为铸铁件生产的大国。据不完全统计，世界上有1/3－1/4的铸铁件都是我国生产的，而且大部分的铸铁件都要出口，出口的铸铁件如果焊补，要求机加工后颜色与母材一致，否则不允许出口。在这种技术条件要求下体格昂贵（300～400/公斤）的镍基焊条已无能为力。而这些出口铸件有许多很小的缺陷，用过去的大直径同质性铸铁焊条解决出口铸件小缺陷焊接问题也无能为力。研制小直径的同质性铸铁的焊条是解决出口铸件小缺陷焊接问题的出路之一。经过6年的研究，研究成功了φ2．5的同质铸铁焊条铸268，该焊条具有优良的焊接工艺性能，良好的抗裂性，在合理工艺的配合下具有良好的机加工性能。解决了出口的铸件要求焊补机加工后和母材颜色一致的要求。
1 试验方法和条件
1.1 试验材料和条件
试验用的母材为HT200，试板规格为200mm×100mm×15mm，在试板上堆焊；焊接材料选用自制的铸铁焊条Z268，焊条直径为φ2.5mm；焊接设备为JBX-60弧焊机，测温仪表;焊接电流分别为95A，100A，105A，110A，120A.，试板的预热温度为230℃，240℃，250℃，260℃，270℃，室温为20℃。 表1 灰口铸铁化学成分(％)
（图片）表2 焊条熔敷金属化学成分(%)
（图片）1.2试验方法
首先将铸268焊条在250℃的温度下烘干并且保温1.5小时,然后选定以上五种不同的焊接电流开始在打磨好的试板上等距离焊五条焊缝，焊接速度为3.07mm/s，焊缝长度为80 mm，每条焊缝焊两层，在前道焊缝冷至室温后再焊下一道。在每条焊缝起焊处取金相试样，将五条焊缝制成的金相试样通过在金相显微镜下观察其组织，打硬度和做硬度曲线，可得出一个合适的焊接电流。如果结果不理想，对试板进行预热，分别加热至以上五种不同的温度，再取焊缝的金相试样、在金相显微镜下观察其组织，通过打硬度和做硬度曲线可得出一个合适的预热温度。
2 试验结果
2.1 焊条工艺性试验
2.1.1焊接电流对焊条工艺性的影响
焊接电流对焊条工艺性的影响如下表： 表3 第一层焊缝工艺性实验结果
（图片）表4 第二层焊缝工艺性实验结果
（图片）从上述试验结果可以看出：当焊接试板温度为20℃和焊接电流为95A时，焊接工艺性最好，此时的焊缝没有裂纹，且渣的覆盖性较好，无飞溅.而当焊接电流为120A的焊接电流效果最差，无论是焊缝成型还是焊缝表面，且有裂纹。
2.1.2试板的预热温度对焊条工艺性的影响
焊接电流为95A，改变试板的预热温度，焊条的工艺性如下表：表4 预热温度对焊条工艺性的影响
（图片）由以上试验结果可知，当焊接电流调至95A时，试板温度预热到270℃时的焊接效果最佳，此时焊缝成型较好，焊缝表面光滑，在显微镜下观察没有裂纹和白口组织。
2.2 焊接接头性能和组织分析
2.2.1 焊接电流对焊接接头的性能和组织的影响
随着电流值的增加，焊接接头的性能和组织发生了一系列变化。焊接电流对焊接接头的性能影响可以通过以下五组在不同区域的硬度曲线看出。（图片） （图片） （图片） （图片） 由图1，图2，图3，图4，四组曲线可以看出，焊接电流越大，焊缝和熔合区的硬度呈上升的趋势。
当焊接电流为95A时，焊缝上层硬度值为33.7HV，其组织为屈氏体，少量的渗碳体，球状石墨和铁素体。到了焊缝中部，其组织为石墨球，屈氏体和铁素体，但随着渗碳体的增多，其硬度值也增至38.5HV。焊缝底部的硬度值为37.6HV ，其组织为片状石墨和回火托氏体，硬度稍有下降，而到了熔合区渗碳体组织变少，珠光体增多硬度值为30.9HV。
当焊接电流为100A时，焊缝上层的硬度为54.6HV，其组织为珠光体，发散状石墨和少量渗碳体。焊缝中部硬度值为59.6HV，其组织为回火托氏体，球状石墨和碳化物，其方向性不强。焊缝底部硬度为51.2HV，组织为少量珠光体，石墨球，铁素体和渗碳体。到了熔合区，硬度变为35.9HV，原因是出现了少量的白口组织，但不连续。
当焊接电流为105A时,焊缝上层硬度为59.8HV,其组织为珠光体，长棒状的碳化物，其方向性较强，还有石墨球和少部分的白口组织.焊缝中部为珠光体,球形石墨和趋于长块的碳化物,但无白口组织,所以硬度下降为51.5HV。焊缝底部硬度为45.6HV，其组织为屈氏体，球状石墨和少量的碳化物，所以硬度降低。到了熔合区其组织变为屈氏体，石墨，渗碳体，但无白口组织的出现，其硬度 为33HV .
当焊接电流为110A时，焊缝上层的硬度为62.2HV ，其组织为少量的珠光体，球状石墨和大量的碳化物，所以硬度较高。焊缝中部为托氏体比例增加，出现了网状和点状的少量石墨，另外还有一些硬度较低，方向性不明显，变短的碳化物故硬度降低，硬度值为58.9HV。焊缝底部硬度为37.6HV，组织为珠光体，少量碳化物和一些点状的石墨，熔合区的组织为珠光体和石墨小球，硬度值为32.4HV。
最后，当焊接电流增至120A时，焊缝上层硬度为99.3HV，其组织为较多的石墨球和珠光体，还有大量的共晶碳化物，所以硬度较大，焊缝中部组织为珠光体，石墨和白口组织，此时硬度下降为85.7HV。到了焊缝底部，硬度为84.4HV，是因为组织为亚共晶白口组织，珠光体和一些细小的共晶莱氏体，硬度为33.6HV.
对于以上五种电流值，并不是任意的电流都能使焊接性能较好，也不是在同一温度下，焊接电流越大越好。焊接试验结果表明，其组织包含的碳化物组织越多，硬度就越高；包含的石墨和珠光体组织越多，其硬度就越低。
焊接电流值为95A时的硬度值最小。并且此时焊缝无裂纹产生。但焊接电流值为95A时，焊缝和熔合区的硬度值均在30 HV以上，机加工性能不理想，为了进一步降低接头的硬度，采取对母材进行预热。
2.2.2 预热温度对焊接接头性能和组织的影响
当试板的预热温度分别为230℃，240℃，250℃，260℃，270℃时，其硬度曲线如下图：（图片） （图片） （图片） （图片） 由图5，图6，图 7，图8，四组曲线可以看出，随着母材预热温度的提高，焊缝与熔合区的硬度呈下降的趋势，当把母材预热至270℃时，此时焊缝与熔合区的硬度最低，也就是机械加工性最好，通过显微镜下观察，其组织为铁素体，珠光体和球状石墨，无裂纹和白口组织。
实验结果表明，在本试验的条件下，采用95A的焊接电流，预热温度为270℃时焊接效果最好，不仅可以防止裂纹和白口及淬硬组织的出现，而且焊缝表面也比较光滑，成型也比较好。
结 论
（1）采用自己研制的直径为φ2.5mm的同质铸铁焊条Z268，选用不同的焊接电流时，对焊条的工艺性的影响也是不同的。就本试验而言，焊接电流越大，电弧越不稳定，渣的覆盖性就越不好，渣壳内部不光滑且不易脱渣，最明显的特点就是在焊接过程中有裂纹产生，并且焊缝表面不光滑且成型不好。在本试验的条件下比较合适的电流为95A。
（2）在本试验的条件下，随着母材预热温度的提高，焊缝与熔合区的硬度呈下降的趋势，当把母材预热至270℃时，焊接接头具有良好的机械加工性能。
（3）采用自己研制的直径为φ2.5mm的同质铸铁焊条Z268，采用95A的焊接电流，预热温度为270℃时，焊接灰口铸铁，不仅焊条具有优良的焊接工艺性能，焊接接头具有良好的抗裂性能、机械加工性能、机械加工后颜色与母材一致，而且价格低廉。解决了铸铁出口件焊接机械加工后颜色与母材一致的难题。
参考文献
1 周振丰等，焊接冶金与金属焊接性，机械工业出版社1988.11
2 Z.F.Zhou etc ,Development of high crack resistance electrode for coldWelding of grag iron casting with thin walls collection of parpers, 1984WI OF CMES
3 李凤云主编，《机械工程材料成形及应用》，北京：高等教育出版社，2004
4 中国机械工程学会焊接学会编著，《焊接金相图谱》，北京：机械工业出版社，1987
5 http://www.51zhuzao.com
9/19/2008
|
