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铸铁以其成本低廉和优良的减振、耐磨性在机械制造、冶金等部门具有广阔的应用。随着铸铁材料的广泛应用,在加工和使用过程中会出现各种类型的缺陷,对缺陷的修复就显得尤为重要。铸铁的焊接性较差,焊接区容易产生白口组织和裂纹等缺陷。本文采用微合金化铸铁同质焊条和气焊丝对灰铁件进行焊接试验,通过改变焊丝化学成分和焊接工艺参数,研究焊材成分和焊接工艺对焊缝组织及硬度影响,进而实施对焊缝金属组织及性能的控制。探讨了微合金化铸铁焊丝组织随直径的变化特性,并对Ca含量在铸铁焊芯中的作用进行了分析。结果表明:
微合金化铸铁焊丝组织致密,没有气孔,夹杂等缺陷。随焊丝直径的增大,焊材基体组织中铁素体含量增多,石墨片增大增粗。φ5mm和φ8mm焊丝断面为典型的灰铸铁组织,而直径为φ3mm焊丝轴心则有少量的白口组织。在焊丝的横断面上,边缘区域石墨片细小,铁素体量较少,靠近中心部位石墨片粗大,铁素体含量增多。
在球化剂含量一定的条件下,随钙元素含量的增加,焊丝(芯)基体组织中石墨形态由团片状向球状转化,铁素体减少;焊缝基体组织由珠光体+铁素体→少量铁素体+珠光体→珠光体+铁素体转变,硬度值先增大后减小。
在气焊条件下,通过预热和焊后保温措施,可显著降低焊缝的硬度和避免焊缝白口组织的产生。焊前对铸件进行200℃以下预热,或焊后持续用火焰对焊接区保温2~6min,均可使焊接区金属硬度值降低HB30左右。
通过对电弧焊预热温度和焊接电流的改变,得到不同条件下的铸铁焊缝组织,预热温度越低,焊缝不出现白口组织所需的焊接电流越大;预热温度升高,焊接电流相应减小。在300℃预热和260A焊接电流条件下,得到的焊缝硬度值低于不预热和165A焊接电流条件下的硬度值,两者工艺所得到的焊缝硬度值相差HB50左右。
采用微合金化铸铁焊丝和焊条进行焊接试验,控制焊接区硬度的最佳工艺为:焊前预热300℃与焊后火焰加热和石棉覆盖,配合较长时间(约6分钟)火焰烘烤或260A电流焊接。