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  灰鑄鐵在化學成分上的特點是碳高及S、P雜質高,這就增大了焊接接頭對冷卻速度變化的敏感性及冷熱裂紋的敏感性。在力學性能上的特點是強度低,基本無塑性。焊接過程具有冷速快及焊件受熱不均勻而形成焊接應力較大的特殊性。這些因素導致焊接性不良。主要問題兩方面:一方面是焊接接頭易出現白口及淬硬組織。 另一方面焊接接頭易出現裂紋。
一、焊接接頭易出現白口及淬硬組織
以含碳為3%,含硅2.5%的常用灰鑄鐵,分析電弧焊焊后在焊接接頭上組織變化的規律。
1、焊縫區
  當焊縫成分與灰鑄鐵鑄件成分相同時,則在一般電弧焊情況下,由于焊縫冷卻速度遠遠大于鑄件在砂型中的冷卻速度,焊縫主要為共晶滲碳體+二次滲碳鐵+珠光體,即焊縫基本為白口鑄鐵組織。
  防止措施:焊縫為鑄鐵 ①采用適當的工藝措施來減慢焊逢的冷卻速度。如:增大線能量。②調整焊縫化學成分來增強焊縫的石墨化能力。
  異質焊縫:若采用低碳鋼焊條進行焊接,常用鑄鐵含碳為3%左右,就是采用較小焊接電流,母材在第一層焊縫中所占百分比也將為1/3~1/4,其焊縫平均含碳量將為0.7%~1.0%,屬于高碳鋼(C>0.6%)。這種高碳鋼焊縫在快冷卻后將出現很多脆硬的馬氏體。
  采用異質金屬材料焊接時,必須要設法防止或減弱母材過渡到焊縫中的碳產生高硬度組織的有害作用。改變C的存在狀態,使焊縫不出現淬硬組織并具有一定的塑性,例如使焊縫分別成為奧氏體,鐵素體及有色金屬是一些有效的途徑。
2、半熔化區
特點:該區被加熱到液相線與共晶轉變下限溫度之間,溫度范圍1150~1250℃。該區處于液固狀態,一部分鑄鐵已熔化成為液體,其它未熔部分在高溫作用下已轉變為奧氏體。
1)、冷卻速度對半熔化區白口鑄鐵的影響
  V冷很快,液態鑄鐵在共晶轉變溫度區間轉變成萊氏體,即共晶滲碳體加奧氏體。繼續冷卻則為C所飽和的奧氏體析出二次滲碳體。在共析轉變溫度區間,奧氏體轉變為珠光體。由于該區冷速很快,在共析轉變溫度區間,可出現奧氏體→馬氏體的過程,并產生少量殘余奧氏體。
  其左側為亞共晶白口鑄鐵,其中白色條狀物為滲碳體,黑色點、條狀物及較大的黑色物為奧氏體轉變后形成的珠光體。右側為奧氏體快冷轉變成的竹葉狀高碳馬氏體,白色為殘余奧氏體。還可看到一些未熔化的片狀石墨。
  當半熔化區的液態金屬以很慢的冷卻速度冷卻時,其共晶轉變按穩定相圖轉變。最后其室溫組織由石墨+鐵素體組織組成。
  當該區液態鑄鐵的冷卻速度介于以上兩種冷卻速度之間時,隨著冷卻速度由快到慢,或為麻口鑄鐵,或為珠光體鑄鐵,或為珠光體加鐵素體鑄鐵。影響半熔化區冷卻速度的因素有:焊接方法、預熱溫度、焊接熱輸入、鑄件厚度等因素。研究灰鑄鐵試板焊件、熱輸入相同時,隨板厚的增加,半熔化區冷卻速度加快。白口淬硬傾向增大。
2)化學成分對半熔化區白口鑄鐵的影響
  鑄鐵焊接半熔化區的化學成分對其白口組織的形成同樣有重大影響。該區的化學成分不僅取決于鑄鐵本身的化學成分,而且焊逢的化學成分對該區也有重大影響。這是因為焊逢區與半熔化區緊密相連,且同時處于熔融的高溫狀態,為該兩區之間進行元素擴散提供了非常有利的條件。某元素在兩區之間向哪個方向擴散首先決定于該元素在兩區之間的含量梯度(含量變化)。元素總是從高含量區域向低含量區域擴散,其含量梯度越大,越有利于擴散的進行。
  提高熔池金屬中促進石墨化元素(C、Si、Ni等)的含量對消除或減弱半熔化區白口的形成是有利的。
  用低碳鋼焊條焊鑄鐵時,半熔化區的白口帶往往較寬。這是因為半熔化區含C、Si量高于熔池,故半熔化區的C、Si反而向熔池擴散,使半熔化區C、Si有所下降,增大了該區形成較寬白口的傾向。
3、奧氏體區
  該區被加熱到共晶轉變下限溫度與共析轉變上限溫度之間。該區溫度范圍約為820~1150℃,此區無液相出現該區在共析溫度區間以上,其基體已奧氏體化,加熱溫度較高的部分(靠近半熔化區),由于石墨片中的碳較多地向周圍奧氏體擴散,奧氏體中含碳量較高;加熱較低的部分,由于石墨片中的碳較少向周圍奧氏體擴散,奧氏體中含碳量較低,隨后冷卻時,如果冷速較快,會從奧氏體中析出一些二次滲碳體,其析出量的多少與奧氏體中含碳量成直線關系。在共析轉變快時,奧氏體轉變為珠光體類型組織。冷卻更快時,會產生馬氏體,與殘余奧氏體。該區硬度比母材有一定提高。熔焊時,采用適當工藝使該區緩冷,可使A直接析出石墨而避免二次滲碳體析出,同時防止馬氏體形成。
4、重結晶區
  很窄,加熱溫度范圍780~820℃。由于電弧焊時該區加熱速度很快,只有母材中的部分原始組織可轉變為奧氏體。在隨后冷卻過程中,奧氏體轉變為珠光體類組織。冷卻很快時也可能出現一些馬氏體。
二、裂紋是易出現的缺陷
1.冷裂紋可發生在燭焊縫或熱影響區上,
1)焊縫處冷裂紋
  產生部位:鑄鐵型焊縫,當采用異質焊接材料焊接,使焊逢成為奧氏體、鐵素體,銅基焊縫時,由于焊縫金屬具有較好的塑性,焊接金屬不易出現冷裂紋。
  啟裂溫度:一般在400℃以下。原因:一方面是鑄鐵在400℃以上時有一定塑性;另一方面焊縫所承受的拉應力是隨其溫度下降而增大。在400℃以上時焊縫所承受的拉應力較小。
  產生原因:焊接過程中由于工件局部不均勻受熱,焊縫在冷卻過程中會產生很大的拉應力,這種拉應力隨焊縫溫度的下降而增大。當焊縫全為灰鑄鐵時,石墨呈片狀存在。當片狀石墨方向與外加應力方向基本垂直,且兩個片狀石墨的尖端又靠得很近,在外加應力增加時,石墨尖端形成較大的應力集中。鑄鐵強度低,400℃以下基本無塑性。當應力超過此時鑄鐵的強度極限時,即發生焊縫裂紋。
當焊縫中存在白口鑄鐵時,由于白口鑄鐵的收縮率比灰鑄鐵收縮率大,加以其中滲碳體性能更脆,故焊縫更易出現裂紋。影響因素:
①、與焊縫基體組織有關,焊縫中滲碳體越多,焊縫中出現裂紋數量越多。當焊縫基體全為珠光體與鐵素體組成,而石墨化過程又進行得較充分時,由于石墨化過程伴隨有體積膨脹過程,可以松弛部分焊接應力,有利于改善焊縫的抗裂性。
②、與焊縫石墨形狀有關,粗而長的片狀石墨容易引起應力集中,會減小抗裂性。石墨以細片狀存在時,可改善抗裂性。石墨以團絮狀存在時,焊縫具有較好的抗裂性能。
③、與焊補處剛度與焊補體積的大小及焊縫長短有關,焊補處剛度大,焊補體積大,焊縫越長都將增大應力狀態,促使裂紋產生。
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