铸铁的焊接.doc

第二节灰口铸铁的焊接性
铸铁中含碳和硅比较多，性脆易裂，所以焊接性较差。焊接过程中会出现以下主要问题：白口及淬硬组织、热裂纹、冷裂纹
一、白口及淬硬组织
所谓的白口组织是指灰口铸铁组织中出现了渗碳体或莱氏体组织。整个焊接接头分为六个区域，见图。
（1）焊缝区
当焊缝成分与灰铸铁铸件成分相同时，则在一般电弧焊情况下，由于焊缝冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度，焊缝主要为共晶渗碳体+二次渗碳铁+珠光体，即焊缝基本为白口铸铁组织。
防止措施：
焊缝为铸铁①采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度；②调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。
异质焊缝：若采用低碳钢焊条进行焊接，常用铸铁含碳为3%左右，就是采用较小焊接电流，母材在第一层焊缝中所占百分比也将为1/3～1/4，其焊缝平均含碳量将为0.7%～1.0%，属于高碳钢（C＞0.6%）。这种高碳钢焊缝在快冷却后将出现很多脆硬的马氏体。采用异质金属材料焊接时，必须要设法防止或减弱母材过渡到焊缝中的碳产生高硬度组织的有害作用。思路是：改变C的存在状态，使焊缝不出现淬硬组织并具有一定的塑性，例如使焊缝分别成为奥氏体、铁素体及有色金属是一些有效的途径。
（2）半熔化区
特点：该区被加热到液相线与共晶转变下限温度之间，温度范围1150～1250℃。该区处于液固状态，一部分铸铁已熔化成为液体，其它未熔部分在高温作用下已转变为奥氏体。
①冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响
V冷很快，液态铸铁在共晶转变温度区间转变成莱氏体，即共晶渗碳体加奥氏体。继续冷却则为C所饱和的奥氏体析出二次渗碳体。在共析转变温度区间，奥氏体转变为珠光体。这就是该区形成白口的过程。由于该区冷速很快，在共析转变温度区间，可出现奥氏体→马氏体的过程，并产生少量残余奥氏体。
当半熔化区的液态金属以很慢的冷却速度冷却时，其共晶转变按稳定相图转变，最后其室温组织由石墨+铁素体组织组成。
当该区液态铸铁的冷却速度介于以上两种冷却速度之间时，随着冷却速度由快到慢，或为麻口铸铁，或为珠光体铸铁，或为珠光体加铁素体铸铁。
影响半熔化区冷却速度的因素有：焊接方法、预热温度、焊接热输入、铸件厚度等因素。
②化学成分对半熔化区白口铸铁的影响
提高熔池金属中促进石墨化元素（C、Si、Ni等）的含量对消除或减弱半熔化区白口的形成是有利的。
（3）奥氏体区
该区被加热到固相线与共析转变上限温度之间，该区温度范围约为820～1150℃，此区无液相出现。该区在共析温度区间以上，其基体已奥氏体化，组织为奥氏体加石墨。加热温度较高的部分（靠近半熔化区），由于石墨片中的碳较多地向周围奥氏体扩散，奥氏体中含碳量较高；加热较低的部分，由于石墨片中的碳较少向周围奥氏体扩散，奥氏体中含碳量较低，随后冷却时，如果冷速较快，会从奥氏体中析出一些二次渗碳体，其析出量的多少与奥氏体中含碳量成直线关系。在共析转变快时，奥氏体转变为珠光体类型组织。冷却更快时，会产生马氏体与残余奥氏体。该区硬度比母材有一定提高。
熔焊时，采用适当工艺使该区缓冷，可使A直接析出石墨而避免二次渗碳体析出，同时防止马氏体形成。
（4）重结晶区
很窄，加热温度范围780～820℃。由于电弧焊时该区加热速度很快，只有母材中的部分原始组织可转变为奥氏体。在随后冷却过程中，奥氏体转变为珠光体，冷却很快时也可能出现一些马氏体。
二、焊接裂纹
铸铁的抗拉强度和塑性都很差，当焊接应力过大时，就会在HAZ或焊缝中产生裂纹。铸铁裂纹的倾向比钢大的多、严重的多。
（1）冷裂纹可发生在烛焊缝或热影响区上
①焊缝处冷裂纹
产生部位：
铸铁型焊缝
启裂温度：
一般在400℃以下。
产生原因：
焊接过程中由于工件局部不均匀受热，焊缝在冷却过程中会产生很大的拉应力，这种拉应力随焊缝温度的下降而增大。当焊缝全为灰铸铁时，石墨呈片状存在。当片状石墨方向与外加应力方向基本垂直，且两个片状石墨的尖端又靠得很近，在外加应力增加时，石墨尖端形成较大的应力集中。铸铁强度低，400℃以下基本无塑性。当应力超过此时铸铁的强度极限时，即发生焊缝裂纹。
当焊缝中存在白口铸铁时，由于白口铸铁的收缩率比灰铸铁收缩率大，加以其中渗碳体性能更脆，故焊缝更易出现裂纹。
影响因素：
①与焊缝基体组织有关。
②与焊缝石墨形状有关。
③与焊补处刚度与焊补体积的大小及焊缝长短有关。
防止措施：
①对焊补件进行整体预热（550～700℃）能降低焊接应力。
②向铸铁型焊缝加入一定量的合金元素（Mn、Ni、Cu等）使焊缝金属先发生一定量的贝氏体相变，接着又发生一定量的马氏体相变，则利用这二次连续相变产生的焊缝应力松弛效应，可较有效地防止焊缝出现冷裂纹。
③加入既能改变石墨形态又能促使石墨化的元素。
②发生在HAZ（热影响区）的冷裂纹
发生部位：
含有较多渗碳体及马氏体的HAZ，也可能