8焊接工艺-铸铁的焊接.ppt
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第十一章第十一章铸铁的焊接铸铁的焊接主讲老师：
吴新华一一铸铁通常按石墨化程度或石墨形态两种方法进行分类铸铁通常按石墨化程度或石墨形态两种方法进行分类第一节第一节铸铁的分类铸铁的分类按按石石墨墨化化程程度度分分灰口铸铁灰口铸铁白口铸铁白口铸铁第一阶段石墨化充分进行，第一阶段石墨化充分进行，CC主要以主要以GG形形式存在，断口呈灰暗色，应用广。
式存在，断口呈灰暗色，应用广。
石石墨墨化化过过程程完完全全被被抑抑制制，CC主主要要以以渗渗碳碳体体存存在在，断断口口呈呈银银白白色色，性性能能脆脆硬硬，主主要做炼钢原料。
要做炼钢原料。
按按石石墨墨形形态态分分灰铸铁灰铸铁球墨铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁可锻铸铁可锻铸铁石石墨墨呈呈片片状状，生生产产工工艺艺简简单单，价价格格低低，应应用最广。
用最广。
石墨呈团絮状，生产周期长，成本高。
石墨呈团絮状，生产周期长，成本高。
石石墨墨呈呈球球状状，生生产产工工艺艺比比可可锻锻铸铸铁铁简简单单，力力学学性性能能好好，应应用用较较广广。
它它是是在在铁铁液液中中加加入入稀稀士士金金属属、镁镁合合金及硅铁等球化剂处理后使石墨球化而成。
金及硅铁等球化剂处理后使石墨球化而成。
石石墨墨呈呈蠕蠕虫虫状状，是是一一种种新新型型铸铸铁铁，有有大大的的应用前景。
应用前景。
铸铁的性能主要取决于石墨的形状、大小、数量及分布特点铸铁的性能主要取决于石墨的形状、大小、数量及分布特点由于石墨存在形式不同，因而对基体的性能影响有很大差异。
在相同由于石墨存在形式不同，因而对基体的性能影响有很大差异。
在相同基体组织的情况下，铸铁的强度：
基体组织的情况下，铸铁的强度：
球墨铸铁球墨铸铁可锻铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁灰口铸铁灰口铸铁二、铸铁的石墨化v铸铸铁铁组组织织中中析析出出碳碳原原子子形形成成石石墨墨的的过过程程称称石石墨墨化化过过程。
程。
v石墨化过程的三个阶段石墨化过程的三个阶段为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。
为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。
此种合二为一的相图称铁碳双重相图此种合二为一的相图称铁碳双重相图0.682.081154738L+GA+GF+GEC4.26SABCDFGHJNKPPSQLEL+第第一一阶阶段段石石墨化墨化第第二二阶阶段段石石墨墨化化第第三三阶阶段段石石墨化墨化各类铸铁经不同程度石墨化后得到的组织铸铁类型铸铁类型石墨化程度石墨化程度显微组织显微组织第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段灰口铸铁灰口铸铁充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行部分进行部分进行不进行不进行F+GF+GF+P+GF+P+GP+GP+G麻口铸铁麻口铸铁部分进行部分进行部分进行部分进行不进行不进行Ld+P+G+FeLd+P+G+Fe33CC亚共晶白口亚共晶白口共晶白口共晶白口过共晶白口过共晶白口不进行不进行不进行不进行不进行不进行Ld+P+FeLd+P+Fe33CCLdLdLd+FeLd+Fe33CC三、影响石墨化的因素wwCC有利于石墨形核；有利于石墨形核；SiSi可削弱铁原子间的结合力，并使共晶温度提高、共可削弱铁原子间的结合力，并使共晶温度提高、共晶点左移，故有利于石墨形核；晶点左移，故有利于石墨形核；生产中，通过调整生产中，通过调整（wwCC+1/31/3wwSiSi）来控制铸铁的组织；来控制铸铁的组织；1、化学成分、化学成分u除除CC、SiSi外，外，PP、AlAl、CuCu、NiNi、CoCo也为石墨化元素；也为石墨化元素；uSS、MnMn、CrCr、WW、MoMo、VV等元素为白口化元素。
等元素为白口化元素。
22、冷却速度、冷却速度渗渗碳碳体体的的成成分分（碳碳含含量量）更更接接近近于于液液态态铸铸铁铁，与与GG相相比比，结结构构亦亦更更近近于于AA，在在快快冷冷时时易易得得到到渗渗碳碳体体；而而GG是是一一种种更更稳稳定定的的相相，在在缓缓冷冷时易得到时易得到GG。
铸件壁厚mmwC+1/3wSi%2040604.05.06.07.0白口麻口P灰P+F灰F灰冷却速度四、铸铁焊接性分析问题：
问题：
白口及淬硬组织白口及淬硬组织热裂纹热裂纹冷裂纹冷裂纹1、白口及淬硬组织白口及淬硬组织白口组织是指灰口铸铁组织中出现了渗碳体或莱氏体组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织。
整个焊接接头分为六个区域AA、焊缝区、焊缝区当焊缝成分与灰铸铁铸件成分相同时，在一般电弧焊情况下，由于焊当焊缝成分与灰铸铁铸件成分相同时，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+二次渗碳铁二次渗碳铁+珠光体，即焊缝基本为白口铸铁组织。
珠光体，即焊缝基本为白口铸铁组织。
增大线能量，白口组织难以消除，若采用低碳钢焊条，因母材的熔入，增大线能量，白口组织难以消除，若采用低碳钢焊条，因母材的熔入，使焊缝相当于高碳钢，在焊接快冷的条件下，得到脆硬的使焊缝相当于高碳钢，在焊接快冷的条件下，得到脆硬的MM。
防止措施：
防止措施：
焊缝为铸铁：
焊缝为铸铁：
采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度；采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度；调整焊调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。
缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。
异质焊缝：
异质焊缝：
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；改变害作用；改变CC的存在状态，使焊缝不出现淬硬组织并具有一定的塑性，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。
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。
BB、半熔化区、半熔化区该区被加热到液相线与共晶转变下限温度之间，温度范围该区被加热到液相线与共晶转变下限温度之间，温度范围1150115012501250，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，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。
温作用下已转变为奥氏体。
冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响VV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FeFe33C+AC+A）。
继续冷却则从）。
继续冷却则从CC所饱和的所饱和的AA析出二次析出二次FeFe33CC。
在共析转变温度区间，。
在共析转变温度区间，AA转变为转变为PP。
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。
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，可出现温度区间，可出现AMAM的过程，并产生少量残余的过程，并产生少量残余AA。
当当VV冷很小时，其共晶转变按稳定相图转变，最后其室温组织由石墨冷很小时，其共晶转变按稳定相图转变，最后其室温组织由石墨+F+F组织组成。
组织组成。
当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，或当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。
为麻口铸铁，或为珠光体铸铁，或为珠光体加铁素体铸铁。
影响冷却速度的因素：
焊接方法、预热温度、焊接热输入、铸件厚度等。
影响冷却速度的因素：
焊接方法、预热温度、焊接热输入、铸件厚度等。
化学成分对半熔化区白口铸铁的影响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（提高熔池金属中促进石墨化元素（CC、SiSi、NiNi等）的含量对消除或减等）的含量对消除或减弱半熔化区白口的形成有利。
弱半熔化区白口的形成有利。
CC、奥氏体区、奥氏体区该区被加热到固相线与共析转变上限温度之间，温度约为该区被加热到固相线与共析转变上限温度之间，温度约为82082011501150，无液相。
在共析温度区间以上，其基体已，无液相。
在共析温度区间以上，其基体已AA化，组织为化，组织为A+GA+G。
加热温度较高。
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的部分（靠近半熔化区），由于石墨片中的碳较多地向周围AA扩散，扩散，AA中含碳中含碳量较高；加热较低的部分，由于石墨片中的碳较少向周围量较高；加热较低的部分，由于石墨片中的碳较少向周围AA扩散，扩散，AA中含碳量中含碳量较低，随后冷却时，如果冷速较快，会从较低，随后冷却时，如果冷速较快，会从AA中析出一些二次中析出一些二次Fe3C，其析出量，其析出量的多少与的多少与AA中含碳量成直线关系。
在共析转变快时，中含碳量成直线关系。
在共析转变快时，AA转变为转变为PP类型组织。
冷类型组织。
冷却更快时，会产生却更快时，会产生MM与残余与残余AA。
该区硬度比母材有一定提高。
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，可使熔焊时，采用适当工艺使该区缓冷，可使AA直接析出直接析出GG而避免二次而避免二次Fe3C析出，同时防止析出，同时防止MM形成。
形成。
DD、重结晶区、重结晶区很窄，加热温度范围很窄，加热温度范围780780820820。
由于电弧焊时该区加热速度很。
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快，只有母材中的部分原始组织可转变为AA。
在随后冷却过程中，。
在随后冷却过程中，AA转转变为变为PP，冷却很快时也可能出现一些，冷却很快时也可能出现一些MM，最终得到，最终得到M+FM+F组织。
组织。
22、裂纹、裂纹铸铁裂纹的倾向比钢大的多、严重的多。
铸铁裂纹的倾向比钢大的多、严重的多。
（11）冷裂纹）冷裂纹可发生在焊缝或热影响区上可发生在焊缝或热影响区上AA、焊缝处冷裂纹、焊缝处冷裂纹产生部位：
产生部位：
铸铁型焊缝铸铁型焊缝启裂温度：
启裂温度：
一般在一般在400400以下。
以下。
产生原因：
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，度低，400400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。
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，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。
加以其中渗碳体性能更脆，故焊缝更易出现裂纹。
影响因素：
影响因素：
与焊缝基体组织有关。
与焊缝基体组织有关。
与焊缝石墨形状有关。
与焊缝石墨形状有关。
与焊补处刚度与焊补体积的大小及焊缝长短有关。
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：
防止措施：
对焊补件进行整体预热（对焊补件进行整体预热（600600700700）能降低焊接应力。
）能降低焊接应力。
向铸铁型焊缝加入一定量的合金元素（向铸铁型焊缝加入一定量的合金元素（MnMn、NiNi、CuCu等）使焊缝金等）使焊缝金属先发生一定量的属先发生一定量的BB相变，接着又发生一定量的相变，接着又发生一定量的MM相变，则利用这二次连相变，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。
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
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