材料焊接性铸铁焊接学习教案.pptx
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1、会计学1材料焊接性铸铁焊接材料焊接性铸铁焊接第一页,编辑于星期日:十五点 五十九分。铸铁铸铁 铸铁焊接铸铁焊接的应用的应用 碳的质量分数大于碳的质量分数大于2.11%2.11%的铁碳合金的铁碳合金 工业常用的铸铁工业常用的铸铁为铁碳硅合金为铁碳硅合金 铸造缺陷铸造缺陷的焊补的焊补 零部件零部件 的生产的生产 已损坏的已损坏的铸铁成品铸铁成品 件的焊补件的焊补 第1页/共30页第二页,编辑于星期日:十五点 五十九分。6.1 6.1 6.1 6.1 铸铁的种类及其焊接方法铸铁的种类及其焊接方法铸铁的种类及其焊接方法铸铁的种类及其焊接方法铸铸铁铁的的种种类类 灰铸铁灰铸铁 可锻铸铁可锻铸铁 球墨铸铁
2、球墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 白口铸铁白口铸铁 断口呈白亮色断口呈白亮色 断面呈灰色断面呈灰色 石墨呈团絮状石墨呈团絮状 石墨呈球状石墨呈球状 石墨呈蠕虫状石墨呈蠕虫状 6.1.1 6.1.1 铸铁的种类铸铁的种类第2页/共30页第三页,编辑于星期日:十五点 五十九分。表表6-1 6-1 灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途(灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途(GB/T94391988GB/T94391988)第3页/共30页第四页,编辑于星期日:十五点 五十九分。表表6-2 6-2 球墨铸铁牌号、力学性能及显微组织(球墨铸铁牌号、力学性能及显微组织(GB/T13481988GB/T13481
3、988)第4页/共30页第五页,编辑于星期日:十五点 五十九分。6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 铸铁的凝固特点与石墨化铸铁的凝固特点与石墨化铸铁的凝固特点与石墨化铸铁的凝固特点与石墨化石石墨墨化化两两个个阶阶段段石墨化石墨化 第一阶段第一阶段 石墨化石墨化 第二阶段第二阶段 从过共晶铁液中直接析出的初生石墨从过共晶铁液中直接析出的初生石墨 共晶转变共晶转变过程中形成的过程中形成的共晶共晶石墨石墨 奥氏体冷却析出二次石墨奥氏体冷却析出二次石墨 以及一次渗碳体、以及一次渗碳体、共晶共晶渗碳体和二渗碳体和二次渗碳体在高温下分解析出的石墨次渗碳体在高温下分解析出的石墨 包括包括共析转变
4、共析转变过程中形成的过程中形成的共析共析石墨;石墨;共析渗碳体分解析出的石墨共析渗碳体分解析出的石墨 如果第二阶段石墨化能充分进行,则铸如果第二阶段石墨化能充分进行,则铸铁的基体将完全为铁素体,但是由于温铁的基体将完全为铁素体,但是由于温度较低,一般难以实现,因此铸铁在铸度较低,一般难以实现,因此铸铁在铸态下多为铁素体加珠光体混合组织。态下多为铁素体加珠光体混合组织。第5页/共30页第六页,编辑于星期日:十五点 五十九分。图图6-1 6-1 铁碳合金双重相图铁碳合金双重相图第6页/共30页第七页,编辑于星期日:十五点 五十九分。图图6-2 6-2 合金元素对铸铁石墨化的影响合金元素对铸铁石墨化
5、的影响 C C、Si Si、AlAl、NiNi、CuCu等为促进石墨化的等为促进石墨化的元素,元素,而而S S、V V、CrCr、MoMo、MnMn等为阻碍石墨化的元等为阻碍石墨化的元素。素。第7页/共30页第八页,编辑于星期日:十五点 五十九分。图图6-3 6-3 铸件壁厚(冷却速度)和化学成分(碳硅总量)对铸铁组织的影响铸件壁厚(冷却速度)和化学成分(碳硅总量)对铸铁组织的影响化学成分和冷却速度是影响铸铁石墨化的主要因素化学成分和冷却速度是影响铸铁石墨化的主要因素,从从冷却速度对石墨化的影响来看,缓慢冷却有利于石墨冷却速度对石墨化的影响来看,缓慢冷却有利于石墨化。铸铁的冷却速度与铸模类型、
6、浇注温度、铸件壁化。铸铁的冷却速度与铸模类型、浇注温度、铸件壁厚及铸件尺寸等因素有关。厚及铸件尺寸等因素有关。第8页/共30页第九页,编辑于星期日:十五点 五十九分。6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 铸铁焊接方法铸铁焊接方法铸铁焊接方法铸铁焊接方法焊条电弧焊、气焊、焊条电弧焊、气焊、COCO2 2气体保护电弧焊、气体保护电弧焊、手工电渣焊、气体火手工电渣焊、气体火焰钎焊以及气体火焰焰钎焊以及气体火焰粉末喷焊等粉末喷焊等 球墨铸铁件之间球墨铸铁件之间、球墨球墨铸铁与各种钢件或有色铸铁与各种钢件或有色金属件之间,采用细丝金属件之间,采用细丝COCO2 2焊、摩擦焊、激光焊、焊、摩擦焊
7、、激光焊、电子束焊、电阻对焊、电子束焊、电阻对焊、扩散焊等扩散焊等 铸铁焊接铸铁焊接方法方法第9页/共30页第十页,编辑于星期日:十五点 五十九分。图图6-4 6-4 铸铁电弧焊的焊缝金属分类铸铁电弧焊的焊缝金属分类第10页/共30页第十一页,编辑于星期日:十五点 五十九分。6.2 6.2 6.2 6.2 铸铁焊接性分析铸铁焊接性分析铸铁焊接性分析铸铁焊接性分析6.2.1 6.2.1 焊接接头白口及淬硬组织焊接接头白口及淬硬组织焊接焊接接头接头焊缝焊缝区区 热影热影 响区响区 原始组织原始组织 区区(母材)母材)半熔半熔 化区化区 奥氏奥氏 体区体区 部分重部分重结晶区结晶区 碳化物石墨碳化物
8、石墨 化与球化区化与球化区 焊缝将主要由共晶渗碳体、二次焊缝将主要由共晶渗碳体、二次渗碳体及珠光体组成,即焊缝为渗碳体及珠光体组成,即焊缝为具有莱氏体组织的白口铸铁。具有莱氏体组织的白口铸铁。冷却时冷却时:A:A高温高温L(L(共晶共晶FeFe3 3C+AC+A)继续冷却:共晶继续冷却:共晶FeFe3 3C+FeC+Fe3 3C+PC+P的白口铸铁;快冷时:的白口铸铁;快冷时:A M冷速较慢时:冷速较慢时:A PA P冷速较快时:冷速较快时:A MA M冷却时:冷却时:A PA P冷速较快时:冷速较快时:A M+FA M+F混合组织混合组织第11页/共30页第十二页,编辑于星期日:十五点 五十
9、九分。图图6-5 6-5 灰铸铁焊接接头各区域组织变化灰铸铁焊接接头各区域组织变化第12页/共30页第十三页,编辑于星期日:十五点 五十九分。未完全混合区未完全混合区其物理化学冶金特性与焊缝并其物理化学冶金特性与焊缝并不相同,更接近于半熔化区。不相同,更接近于半熔化区。未完全混合区未完全混合区半熔化区半熔化区熔合区熔合区第13页/共30页第十四页,编辑于星期日:十五点 五十九分。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 焊接裂纹焊接裂纹焊接裂纹焊接裂纹 铸铁型同质焊缝较长或焊补部位铸铁型同质焊缝较长或焊补部位刚度较大时容易出现冷裂纹刚度较大时容易出现冷裂纹 铸铁焊缝冷裂纹的裂纹源为片状铸
10、铁焊缝冷裂纹的裂纹源为片状石墨的尖端位置石墨的尖端位置 当冶金或工艺因素控制不当,当冶金或工艺因素控制不当,铸铁焊缝出现白口时铸铁焊缝出现白口时 异质焊条焊接灰铸铁,连续焊长异质焊条焊接灰铸铁,连续焊长焊缝也会产生横向冷裂纹焊缝也会产生横向冷裂纹主要受焊接应力即热应力的影响,主要受焊接应力即热应力的影响,只要热应力不超过焊缝及热影响区只要热应力不超过焊缝及热影响区金属的塑性变形能力就不会开裂。金属的塑性变形能力就不会开裂。冷裂纹冷裂纹产生的产生的原因原因第14页/共30页第十五页,编辑于星期日:十五点 五十九分。冷裂纹冷裂纹的防止的防止措施措施既然灰铸铁焊接冷裂纹产生的主要既然灰铸铁焊接冷裂纹
11、产生的主要原因是热应力,那么防止冷裂纹的原因是热应力,那么防止冷裂纹的措施也措施也应从减小热应力入手。应从减小热应力入手。防止铸铁型同质焊缝出现冷裂纹最有效的防止铸铁型同质焊缝出现冷裂纹最有效的措施是对焊补工件进行整体高温预热措施是对焊补工件进行整体高温预热(600600700700)在铸铁型焊缝中提高碳含量,并加入一定量在铸铁型焊缝中提高碳含量,并加入一定量的合金元素,如的合金元素,如MnMn(w wMnMn=0.75%=0.75%)、)、MoMo(wMn=1.17%=1.17%)、)、CuCu(w wCuCu=1.85%=1.85%)等)等 钢焊缝冷裂纹主要受母材高含碳量的影响。钢焊缝冷裂
12、纹主要受母材高含碳量的影响。为了消除或减轻碳的有害作用,为了消除或减轻碳的有害作用,提高铸铁提高铸铁焊接时钢焊缝的抗冷裂纹能力,焊接时钢焊缝的抗冷裂纹能力,可以采取可以采取冶金措施。冶金措施。白口及马氏体等脆硬组织对冷裂纹的不利影白口及马氏体等脆硬组织对冷裂纹的不利影响可以从冶金和工艺因素两方面入手加以解响可以从冶金和工艺因素两方面入手加以解决。决。第15页/共30页第十六页,编辑于星期日:十五点 五十九分。热热裂裂纹纹大多数出大多数出现在焊缝现在焊缝上:为结上:为结晶裂纹晶裂纹用低碳钢用低碳钢焊条焊接焊条焊接 灰铸铁时灰铸铁时 用镍基焊用镍基焊接材料焊接接材料焊接 灰铸铁时灰铸铁时 形成形成
13、FeSFeS与与FeFe的低的低熔点共晶物(熔点熔点共晶物(熔点为为988988),高的焊),高的焊缝含碳量会增加热裂缝含碳量会增加热裂纹敏感性,导致形成纹敏感性,导致形成焊缝底部热裂纹甚至焊缝底部热裂纹甚至宏观热裂纹。宏观热裂纹。容易形成容易形成Ni-Ni3S2Ni-Ni3S2(熔(熔点为点为644644)和)和Ni-Ni3PNi-Ni3P(熔点为(熔点为880880)低熔点)低熔点共晶,且镍基焊缝凝固共晶,且镍基焊缝凝固后为较粗大的单相奥氏后为较粗大的单相奥氏体柱状晶,凝固过程中体柱状晶,凝固过程中容易使低熔点共晶在容易使低熔点共晶在奥氏体晶间连续分布,奥氏体晶间连续分布,促进热裂纹形成促
14、进热裂纹形成 。向焊缝加入适量稀土能使抗热裂纹向焊缝加入适量稀土能使抗热裂纹性能提高;但过量加入稀土反而使性能提高;但过量加入稀土反而使焊缝的抗热裂纹性能下降。焊缝的抗热裂纹性能下降。第16页/共30页第十七页,编辑于星期日:十五点 五十九分。6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 球墨铸铁的焊接性特点球墨铸铁的焊接性特点球墨铸铁的焊接性特点球墨铸铁的焊接性特点焊接性特点焊接性特点球墨铸铁中的球墨铸铁中的球化剂有增大铁液球化剂有增大铁液结晶过冷度、阻碍结晶过冷度、阻碍石墨化和促进奥氏石墨化和促进奥氏体转变为马氏体体转变为马氏体 的作用。的作用。由于球墨铸铁由于球墨铸铁的力学性能远比灰铸
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