灰铸铁焊接容易产生裂纹的原因及处理方法

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：图3-1 灰铸铁焊接接头的组织变化奥氏体区该区位于固相线与共析温度上限之间。2）灰铸铁焊后难于进行机械加工。总之，铸铁焊接接头容易产生裂纹的原因主要有铸铁强度低、铸铁的塑性极差、焊件受热不均匀和焊接应力大等。

1.焊接接头容易出现白口及淬硬组织

以常用的灰铸铁为例，经焊条电弧焊焊接后，灰铸铁铸件焊接接头的组织变化，可以分为如下几个区域，如图3-1所示。

（1）焊缝区当焊缝的化学成分与焊件的成分相同时，焊条电弧焊焊缝的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度，焊缝基本上是白口组织。如果增大焊接热输入，焊缝中可以出现一定量的灰铸铁，但还不能完全消除白口组织。为避免焊缝中的白口组织产生，可采取以下措施：

1）采用石墨化能力很强的焊条进行电弧冷焊，并配合一定的工艺措施。

2）采用铜钢焊条及镍基焊条等进行施焊，使焊缝金属成为钢或有色金属。

3）焊前预热，焊后缓冷。

（2）半熔化区此区较窄，处于液相线及固相线之见间，其温度范围为1150～1250℃。在焊接操作时，此区处于半熔化状态，即液-固状态。其中一部分铸铁已变为液体，另一部分铸铁通过石墨片中碳的扩散作用，已经转变为被碳所饱和的奥氏体。在焊后快速冷却的情况下，其液相部分在共晶温度转变为莱氏体（即奥氏体+渗碳体）。继续快冷时，碳的存在形式由石墨转变为化合物状态的渗碳体，也就是由灰铸铁变为白口铸铁。若更快的冷却速度，还可能抑制奥氏体的共析转变，而转变为马氏体。

图3-1 灰铸铁焊接接头的组织变化

（3）奥氏体区该区位于固相线与共析温度上限之间。其加热温度范围为820～1150℃，在此区内铸铁为固态。在焊接过程快速冷却时，可得到珠光体+二次渗碳体+石墨的组织，这是一种不完全石墨化的组织状态，比半熔化区的组织状态好一些。如果在焊接过程中以更快的速度冷却时，也会产生马氏体组织。所以，在铸铁熔焊时，应采取适当工艺措施使该区缓慢冷却，就可以使奥氏体直接析出石墨，从而避免二次渗碳体的析出，也可以防止产生淬硬组织。

（4）重结晶区这个区很狭窄，加热温度范围为780～820℃。由于焊接的加热速度很快，铸铁中只有部分组织可以转变为奥氏体，在焊后的冷却过程中，奥氏体转变为珠光体。当冷却速度很快时，也可能出现马氏体组织。

（5）碳化物石墨化区及原始组织区该区温度低于780℃，熔焊后，该区组织没有明显变化或不变。

2.白口及淬硬组织的危害

1）容易产生焊接裂纹。白口及淬硬组织硬而脆，极容易形成裂纹。但是，只要采用适当的焊接工艺措施，就可以避免半熔化区的白口组织而产生的裂纹。

2）灰铸铁焊后难于进行机械加工。

3.焊接接头容易出现裂纹

铸铁焊接时产生的裂纹有冷裂纹和热裂纹两类，现分述如下：

（1）冷裂纹铸铁焊接时，冷裂纹可以发生在焊缝及热影响区，当焊缝为铸铁型时，则容易产生冷裂纹，裂纹产生的温度在400℃以下。这种冷裂纹常发生在较长的铸铁焊缝或较大的铸铁缺陷补焊时，并时常伴有较响的产生裂纹的脆断声音。

当焊缝为白口铸铁时，由于白口铸铁的收缩率约为2.3%，灰铸铁的收缩率为1.26%，所以白口铸铁比灰铸铁更容易出现裂纹。

（2）热裂纹当焊缝为铸铁型时，焊缝对热裂纹不敏感。当采用低碳钢焊条与镍基铸铁焊条冷焊时，焊缝容易出现结晶裂纹。当焊接应力较大时，此种裂纹也可以发展成剥离性裂纹。

总之，铸铁焊接接头容易产生裂纹的原因主要有铸铁强度低、铸铁的塑性极差、焊件受热不均匀和焊接应力大等。

为防止铸铁焊补时产生裂纹，采取的措施主要有焊件的焊前预热，焊后缓冷，采用加热减应区法，调整焊缝的化学成分，采用合理的焊补工艺，以及采用栽螺钉法等。