灰口铸铁与碳钢的焊接.doc

灰口铸铁与碳钢的焊接
（1）灰口铸铁与碳钢的焊接特点
灰口铸铁与碳钢的焊接，在机床床身、底座、机架、齿轮箱及发动机缸体上应用较多，主要焊接特点如下。
①灰口铸铁与碳钢焊接时，铸铁中的碳以片状石墨形式存在，分布在铁素体、珠光体或珠光体铁素体基体上。石墨片相当于孔洞和裂纹，割裂基体的连续性，降低了接头的力学性能。
②焊接接头承受拉伸应力时，容易在片状石墨尖角处产生应力集中，因而裂纹倾向增加，并容易产生气孔。
③当焊接接头承受压缩应力时，石墨割裂基体和造成的应力集中很小。因此具有较高的抗压强度。
④灰口铸铁与碳钢的焊缝中石墨数量越多、越粗大、片状分布越明显，割裂基体作用越大，力学性能也越差。
⑤由于铸铁中含碳量高、杂质多，焊接接头容易产生白口组织，在焊接应力作用下极易发生裂纹和断裂。
⑥灰口铸铁与碳钢的焊接性差，必须选择合适的焊接方法及填充材料，采取特殊的焊接工艺措施，才能获得优良的焊接接头。
（2）灰口铸铁与碳钢的焊接工艺
灰口铸铁与碳钢焊接时，所采用的焊接方法主要是手工电弧焊（包括热焊法、冷焊法）。此外，还可以采用CO2气体保护焊、氩弧焊（TIG、MIG）、等离子弧焊、钎焊和扩散焊等方法。
1)灰口铸铁与碳钢的电弧热焊
所谓电弧热焊，就是焊前将铸铁母材被焊部位预热到400～700℃（暗红色），然后进行焊接，焊后再进行缓冷的焊接方法。施焊前去除铸铁和钢表面的氧化皮、油脂、水分。焊条可选用Z208、Z408或结构钢焊条J422、J507。电弧热焊的工艺过程如下。
①焊前将铸铁件被焊部位加热到400～600℃，此时铸铁的屈服点很大，内应力很小，可以大大减少裂纹倾向，防止出现白口组织。
②选用铸铁芯焊条（在焊芯外面涂石墨化药皮），通过焊芯和药皮向焊缝过渡碳、硅等石墨化元素。也可选用钢芯石墨化药皮焊条（Z208），通过药皮向焊缝过渡石墨化元素。
③热焊时，电弧稍倾向铸铁母材金属侧，焊接过程中两种母材金属温度不低于400℃，否则易出现裂纹。采用直径为4mm的Z208焊条焊接时，电弧长度为3～5mm；采用直径为10mm的铸铁芯焊接时，电弧长度为8～10mm。
④焊接电流的选择可参考单独焊接灰口铸铁的工艺参数。焊接电流过大，两种母材金属熔化量过金我，对焊缝石墨化不利。
⑤焊接坡口根部和边缘时，不要用电弧直接加热，通过熔池金属将热量传至坡口使之熔化，这样既可保证焊缝的熔合比，又能避免咬边或熔合不等缺陷。
⑥焊后进行消除应力热处理，将冷却至100～200℃的焊接接头加热到600～620℃，每25.4mm保温1h，然后缓冷（冷却速度28℃/h），以防止产生裂纹，降低硬度。也可采用石棉垫或草木灰覆盖缓冷至常温。
2)灰口铸铁与碳钢的电弧冷焊
所谓电弧冷焊，就是焊前对铸铁被焊部位不预热，或低温预热（400℃以下）再进行焊接的方法。电弧冷焊与电弧热焊相比，焊前母材金属不预热，减少了工艺过程，节省焊接时间，具有一定的推广价值，焊接生产中应用较多，焊件形状和大小不受限制，易于大批量生产。电弧冷焊的工艺过程如下。
①焊前认真清理灰口铸铁与碳钢的接头表面，露出纯净的基体金属。焊接坡口参照碳钢的坡口形式及尺寸。采用对接接头时，灰口铸铁一侧开35°～45°的单面V形坡口；碳钢一侧开15°～25°的V形坡口。搭接时，灰口铸铁一侧开20°～25°的V形坡口。
②灰口铸铁与碳钢装配时，装配间隙要尽量小，通常为0.5～2.0mm。为了提高焊接接头的强度，可在坡口上钻孔、攻丝及拧上螺钉，螺钉可装在坡口一侧或两侧。接头厚度与安置螺钉的关系见表9。
表9接头厚度与安置螺钉的关系
材料名称接头形式板厚/mm螺钉直径/mm螺钉间距
/mm螺钉深度
/mm螺钉外露长
/mm低碳钢
灰口铸铁对接V形
坡口1010(以下)3～58～1015～205～812125～1010～1520～258～12141410～1215～2025～3012～15161612～1430～2530～3515～20181814～1625～2835～3620～25202016～1828～3035～4025～262525(以上)18～2030～3540～4526～30③焊接有白口倾向的铸铁和刚度大的碳素钢时，先对被焊接头进行退火或回火处理，以便消除残余应力。
④当用电弧冷焊法对灰口铸铁与碳钢进行焊接时，宜选用高镍、镍铁等焊机。电弧冷焊焊条的选择见表10。填充材料必须进行150～200℃烘干，保温时间为1～2h。选用镍基焊条电弧冷焊灰口铸铁与碳钢时，焊条直径与焊接电流的关系见表11。
表10电弧冷焊焊条的选择
焊条种类焊条牌号符合国标型号主要特点钢芯铸铁焊条Z100
Z116
Z208EZFe-1
EZV
EZC低碳钢芯，氧化性药皮
钢芯钒合金化药皮，抗裂性好
强石墨化药皮，抗裂性较差，成本低镍基焊条Z308
Z408
Z