鑄鐵大線能量電弧冷焊技術制造技術

本發明專利技術屬于電弧冷焊鑄鐵缺陷的一種方法，主要解決加工面上的大缺陷、大裂紋的焊補，并能加工和刮削，防止裂紋的產生。主要特征是用鑄鐵芯焊條。采用大線能量焊接，長弧分段連續施焊，連續錘擊凝固中的焊縫。其主要優點是，母材、熔合區、焊縫組織皆為灰口組織，并均勻分布，可加工、可刮削，無裂紋產生，適用于各鑄造廠及各機械廠的鑄件焊補。（*該技術在2010年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電弧冷焊鑄鐵缺陷的一種方法，尤其適用于灰鑄鐵加工面大缺陷的焊補。中國專利技術專利公報中，于1987年8月12日公開了一種“鑄鐵冷焊”的方法，其目的是焊補鑄鐵的裂紋和缺陷;其方法是用普通低碳鋼焊條焊接鑄鐵，具體方法有兩種，一是直接冷焊，焊機電流為70～200安培，電弧長度3～5毫米，焊后，馬上用水冷卻;二是水保護冷焊，把工件放入水中，僅露出焊接部位，然后進行焊接;其不足之處是，采用這兩種方法僅陷于鑄鐵非加工面的焊補，使用范圍有限。本專利技術的目的在于避免上述現有技術中的不足，解決鑄件加工面裂紋和缺陷的焊補，尤其是大灰鑄鐵件加工面大缺陷、大裂紋的焊補，達到焊縫區、熔合區不存在白口組織，其硬度和母材硬度一致，能進行機械加工，其至刮削加工的目的，并可有效地防止裂紋的產生和發展，也適用鑄鐵非加工面上的缺陷焊補。本專利技術的目的可以通過以下措施來達到一、焊前準備1、用電弧、砂輪或氣刨槍對鑄件缺陷處開坡口，清除砂粒、水分、油類等雜物，并在坡口凌空處及其周圍用耐火泥或耐火磚等耐火材料造型。2、采用鑄鐵芯焊條，焊條直接φ5～φ10。3、焊接電流Ⅰ與焊條直徑φ的關系是I＝45～55φ。4、焊接規范選擇鑄件厚度(mm) 焊條直徑φ(mm) 焊接電流I(A)≤25 5 180～22025～40 6 250～330≥40 8～10 360～460二、施焊方法1、采用長弧、分段、連續施焊在第一段補焊時，焊縫填滿后可用器具把鐵水撥出，根據實際情況可無或可有若干次。再焊補第一段直到填滿后，熔池高出母材2～6毫米，焊后溫度達1000℃～400℃時，用鉗子榔頭錘擊焊縫，錘擊力量由輕到重，然后以同樣方式補焊第二段、第三段、……，其不同之處在于除第一段要刮出熔池內的鐵水外，其余各段不需刮出鐵水工序，最后用硅酸鋁耐火纖維材料覆蓋在焊補處，使其緩慢冷卻直至室溫，清除耐火、保溫材料及浮渣等雜物，整個焊接過程就此結束。本專利技術建立的理論基礎是根據亞共晶過冷液態鑄鐵等溫轉變圖和連續冷卻轉變圖，見圖1和圖2所示，可知焊補鑄鐵熔合區在1100℃時，冷卻速度小于10℃/秒或者等溫停留20～30秒是獲得灰口組織的充分條件，下面對這兩個條件作進一步的計算1、以φ6焊條為例，計算線能量E值E＝60.U.I.η/ν式中U-電弧電壓，取30V(伏)I-焊接電流，取300A(安培)ν-焊接速度，為1.8厘米/分η-實際熱效率，為0.75將上述數據代入公式則 E＝60×30×300×0.75/1.8＝53550(卡/厘米)這個數值比一般電弧焊接線能量大得多。2、以室溫20℃作為冷焊時溫度，焊補熔池在1100℃時的停留時間tN值計算tH＝ME/2πλ(TH-T0)式中M-常數，取M＝1λ-材料導熱系數，取λ＝0.06卡/厘米·秒·℃π-圓周率TH-熔池溫度，取1100℃T0-工件溫度，取20℃則 tH＝1×53550/2π×0.06(1100-20)＝131(秒)3、計算冷卻速度ν值ν＝2πλ(TH-T0)22/E＝2π×0.06(1100-20)2/53550＝8.32(℃/秒)從以上計算可知，鑄鐵大線能量電弧冷焊方法能夠達到焊接接頭所獲得灰口組織的兩個充分條件，除此而外，本專利技術也可防止裂紋的產生。一般金屬的斷裂是由裂源、擴展和破斷三部分組成，而鑄鐵是一種強度低而脆性高的材料，并存在著大量裂源，如母材中的石墨片、雜質、氣孔、砂眼等，焊補時可能出現的咬肉、未焊透、夾渣、氣孔等缺陷，熔合區出現的白口層組織，熱影響區出現的許火馬氏體組織，都是潛在的裂源，當補焊后，熔池凝固收縮時，產生拉應力，這些裂源處極易產生應力集中，一旦超過鑄鐵本身強度極限時，就會形成宏觀裂紋，本專利技術通過下述方法來解決這個問題的。1、參看圖3和圖4所示，在共晶溫度以上，鑄鐵收縮率遠遠大于共晶溫度以下的收縮率，本專利技術正是利用這一特點，使熔池溫度在1100℃時產生自由收縮，減小拉應力，達到防止裂源擴展的目的。2、采用分段連續一次施焊的方法，第二段的補焊使第一段焊補后的熔池不僅起到補縮作用，而且也起到退火作用，減少了熱應力的形成，將三向應力改變為兩向應力，降低了裂紋擴展的能力。3、分段施焊中進行熱錘擊，使焊縫中，柱狀粗晶變為等軸細晶，石墨片G長度減小，珠光體P變細，增加了鑄鐵塑性變形的能力，使應力得到松弛，并把拉應力轉變為壓應力，參看圖5，鑄鐵在400℃以上均有塑變能力，經過550～700℃的錘擊，使其具備了超塑或塑變的條件，使焊縫金屬變形均勻，應力分散，達到防裂的目的。 附圖說明如下圖1是普通亞共晶過冷液態鑄鐵等溫結晶轉變圖。圖中L-熔體，A-奧氏體，G-石墨，C-滲碳體，BD線為A開始析出線，OSF線為G開始析出線，HSE線為C開始析出線，PHFK線為凝固終了線，FZ為共晶C分解開始線，HX為共晶C分解終了線。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三條線近似地代表三種不同的冷卻速度，BJ線為等溫轉變示意曲線。圖2是普通亞共晶鑄鐵連續冷卻結晶轉變圖。圖中P-珠光體，F-鐵素體，B′D′-初生A的開始析出線，O′E′-共晶轉變開始線， P′K′-共晶轉變終了線，X′W′-白口鑄鐵共析轉變開始線，Y′Z′-白口鑄鐵共析轉變終了線，Q′R′-灰鑄鐵共析轉變中G和F開始析出線，T′R′S′-灰鑄鐵共析轉變中P開始析出線，U′ν′-灰鑄鐵共析轉變終了線。曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分別代表20℃/秒、14℃/秒、10℃/秒、7℃/秒、3℃/秒冷卻速度。圖3是鐵Fe、碳C相圖。圖4是亞共晶鑄鐵的收縮曲線圖。圖中ε固-表示鑄鐵固態時的收縮曲線; ε凝-表示鑄鐵半液態時的收縮曲線; ε液-表示鑄鐵液態時的收縮曲線。圖5是不同溫度下灰口鑄鐵應力σ-應變δ曲線圖。圖6是M6020A萬能工具磨床底座缺陷部位示意圖。1-掉砂缺陷。圖7是2M9120A多用工具磨床滑座示意圖。2-裂溫缺陷。圖8是潛水泵端蓋剖視圖。圖9是圖8的俯視圖。圖中3-掉砂缺陷。圖10是采用純鎳鑄308焊條，對含碳量3.4%灰鑄鐵補焊后焊接接頭的金相組織，焊條直徑為φ3.2毫米，焊接電流為90～100A。圖中a-焊縫區金相組織， b-熔合區金相組織，c-熱影響區和母材組織。圖11是采用鑄248焊條，小線能量焊補后的金相組織，焊條直徑φ4毫米，焊接電流為160A。圖12是本專利技術采用鑄248焊條大線能量電弧冷焊技術后的金相組織，焊條直徑φ6毫米，焊接電流300A。本專利技術將結合實施例作進一步的說明例1參看圖6所示，缺陷掉砂1正處于加工面一側、剛性又很大的位置，該缺陷長約100毫米，寬約20～30毫米，施焊工藝是這樣采用福建建陽焊條廠生產的鑄248焊條，直徑φ6毫米，焊縫處經開坡口，清砂處理，用耐火磚在縱方向上造型，在橫方向上分三段依次焊補，當第一段焊縫填滿后，用木棒或鐵棒將熔池鐵水刮出后，再繼續引長弧施焊，待熔池高于表面3～5毫米，停止焊補，熔池凝固后，用鉗工榔頭輕錘擊，當焊縫冷卻到700～550℃時加重加速錘擊，溫度低于400℃時停止錘擊，依照此法繼續施焊其余各段，不同的是除第一段要刮出熔池鐵水以提高焊補區域的溫度外，其余各段可不進行刮出工序;停止錘擊后，用硅酸鋁耐火纖維覆蓋保溫緩冷，冷至室溫后，清除各類雜質，即可進行機械加工。例2參看圖7，缺陷裂紋2長約7本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鑄鐵大線能量電弧冷焊技術，其特征在于：①用電弧、砂輪或氣刨槍對鑄件缺陷處開坡口，清除砂粒，水分、油類等雜物，并在坡口凌空處及其周圍用耐火材料造型；②采用鑄鐵芯焊條；③焊接規范選擇為：鑄件厚度（ｍｍ），焊條直徑φ（ｍｍ）， 焊接電流Ｉ（Ａ）；≤２５，５，１８０～２２０；２５～４０，６，２５０～３３０；≥４０，８～１０，３６０～４６０④采用長弧、分段、連續施焊，使熔池高出母材２～６毫米，當熔池凝固、溫度在１０００～４００℃時，用榔頭錘擊焊縫，最后用耐火材料覆 蓋，冷至室溫，清除各雜質。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：靳思堅，
申請(專利權)人：靳思堅，
類型：發明
國別省市：61[中國|陜西]