灰铸铁的焊接性及焊接工艺研究模板.doc

目录
目录 1
序言 3
1. 灰铸铁性能特点及应用 5
1.1 灰铸铁性能特点 5
1.2 灰铸铁应用 6
2. 灰铸铁焊接性 7
2.2焊接接头易出现白口及淬硬组织 7
2.2.1焊缝区 8
2.2.2半熔化区 9
2.2.3奥氏体区 10
2.2.4重结晶区 11
3. 灰铸铁焊接工艺性 11
3.1 电弧热焊 12
3.2 半热焊 12
3.3 电弧冷焊 13
3.4 镍基焊条 14
4.灰铸铁同质（铸铁型）焊缝熔焊 16
4.1电弧热焊 16
4.2气焊 19
5灰铸铁焊接裂纹及预防 21
5.1冷裂纹 21
5.1.1、冷裂纹产生关键原因 21
5.1.2、焊缝上冷裂纹 21
5.1.3热影响比上冷裂纹 22
5.1.4预防冷裂纹方法 23
5.2热裂纹 23
5.2.1产生热裂纹关键原因 24
5.2.2热裂纹预防 24
6. 灰铸铁焊接检验 24
致谢 29
参考文件 30

序言
工业中应用最早铸铁就是以片状石墨存在于金属基体中灰铸铁。因为其成本低廉，并含有铸造性、可加工性、耐磨性及减振性均优良特点。迄今是工业中应用最广泛一个铸铁。20世纪80年代初，铸铁材料发展进入了顶峰期，随即，世界铸铁产量便出现急剧递减，然而铸铁仍是当今金属材料中应用最为广泛基础材料。
灰铸铁在结晶过程中，约有W(C)为80%碳以石墨形式析出，这就给灰铸铁带来两方面特点：首先，因为石墨强度较低（Rm﹤20N/mm2），且以片状形态存在，割裂了基体连续性，所以灰铸铁强度不高，脆性较大。其次，因为石墨存在，灰铸铁含有良好减震性、耐磨性、切削加工性和缺口敏感性。因为共晶结晶过程中石墨化膨胀，还有降低缩松、缩孔倾向。同时，灰铸铁还有较高抗压强度。灰铸铁传统化学成份中Si/C比较低（0.40～0.55）。合适提升Si/C比（0.65～0.85），是提升铸铁内在质量关键路径之一。提升Si/C比作用是：可使连续初析奥氏体枝晶增加，这就像混凝土中钢筋一样，对灰铸铁起到加固作用，可扩大稳定系和介稳定系温度差，增加过冷度△T，从而细化石墨，有效地扩大集体组织利用率；还可降低灰铸铁白口倾向，减小断面敏感性，提升弹性模量和形变抗力。当然，Si/C比较高，会使铁素体增加，强度和硬度有所降低。中国多种铸铁年产量现约为800万吨，有多种铸造缺点铸件约占铸铁年产量10%~15%，即通常所说废品率为10%~15%，若这些铸件工报废,将是极大浪费。采取焊接方法修复这些有缺点铸铁件，因为焊接成本低，不仅可取得巨大经济效益，而且有利于立即完成生产任务。常见焊既接方法有气焊、钎焊、电弧焊等,其中手工电弧焊应用最多。不过铸铁件焊补极易产生白口和裂缝，其中产生白口关键原因是冷却速度过快和石墨元素不足;而产生裂缝原因关键是焊接应力。
焊接是一个将材料永久性连接，并成为含有给定功效结构制造技术。几乎全部产品，从几十万吨巨轮到不足1克微电子元件，在生产制造中全部不一样程度地应用到焊接技术。焊接已经渗透到制造业各个领域，直接影响到产品质量、可靠性和寿命和生产成本、效率和市场反应速度。
多年来，焊接已由一个单一加工工艺发展成为有科学基础有广泛应用范围和前景焊接工程和焊接产业，在这些产业中，焊接在其中占相关键地位，是决定其产品使用安全关键。有些直接出焊接产品或在现场装焊接后投入使用，有些是作成主体结构然后在其上安装动力和机电设备后应用，有焊接结构质量和安全确保在整体结构设计合理情况下，关键决定和焊接联结部位结构、材料匹配、工艺设计、优异焊接制造工艺及设备和正确无损检测技术，这些全部决定了焊接联结部位内在和外观质量，形成了分布在各工业和基础设施建设部门各具特色焊接结构行业，同时也形成了结构焊接需要焊接设备行业和焊接材料行业。这些行业是相互关联促进行业。焊接结构已经有日新月异发展:在装备制造业结构中用焊接结构局部或全部替换铸件或锻件结构和由局部铸件或锻件焊接成组合结构是大重型结构发展方向，可大大节省大型铸锻车间及其设备基础建设投资和生产过程能源消费，同时还可缩短生产周期;在多种建筑行业广泛采取钢质焊接结构替换钢筋混凝土结构，可达成大跨度、轻自重、工厂制造、设计优、工程在建周期短、环境污染少，基础费用省，折除后材料可循环使用，所以符合现在绿色制造和资源循环利用建设节省型社会大时尚。现在中国微电子及IT行业中发展，高强有色金属、光钎、超导和复合材料及高分子材料应用，全部对焊接工艺、设备和材料提出了很多新要求，所以得到了对应发展。
1. 灰铸铁性能特点及应用
1.1 灰铸铁性能特点
灰铸铁力学性能和基体组织和石墨形态相关。灰铸铁中片状石墨对基体割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度和钢相当，也是常见铸铁件中力学性能最差铸铁。同时，基体组织对灰铸铁力学性能也有一定影响，铁素体基体灰铸铁石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁石墨片细小，有较高强度和硬度，关键用来制造较关键铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。故工业上较多使用是珠光体基体灰铸铁。
灰铸铁在结晶过程中，约有W(C)为80%碳以石墨形式析出，这就给灰铸铁带来两方面特点：首先，因为石墨强度较低(Rm﹤20N/mm2)，且以片状形态存在，割裂了基体连续性，所以灰铸铁强度不高，脆性较大。其次，因为石墨存在，灰铸铁含有良好减震性、耐磨性、切削加工性和缺口敏感性。因为共晶结晶过程中石墨化膨胀，还有降低缩松、缩孔倾向。同时，灰铸铁还有较高抗压强度。灰铸铁传统化学成份中Si/C比较低(0.40～0.55)。铸铁成份分析仪器 研究表明，合适提升Si/C比(0.65～0.85)，是提升铸铁内在质量关键路径之一。提升Si/C比作用是：可使连续初析奥氏体枝晶增加，这就像混凝土中钢筋一样，对灰铸铁起到加固作用，可扩大稳定系和介稳定系温度差，增加过冷度△T，从而细化石墨，有效地扩大集体组织利用率；还可降低灰铸铁白口倾向，减小断面敏感性，提升弹性模量和形变抗力。。
1.2 灰铸铁应用
灰铸铁现在在中国使用上关键是缸体、缸盖、刹车盘、机床支架等等吧，关键是依据其组织和性能来判定，下面附组织和性能解释灰铸铁组织和性能。
[组织]：可看成是碳钢基体加片状石墨。按基体组织不一样灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；铁素体一珠光体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。
[力学性能]：灰铸铁力学性能和基体组织和石墨形态相关。灰铸铁中片状石墨对基体割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度和钢相当，也是常见铸铁件中力学性能最差铸铁。同时，基体组织对灰铸铁力学性能也有一定影响，铁素体基体灰铸铁石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁石墨片细小，有较高强度和硬度，关键用来制造较关键铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。故工业上较多使用是珠光体基体灰铸铁。
[其它性能]：良好铸造性能、良好减振性、良好耐磨性能、良好切削加工性能、低缺口敏感性
2. 灰铸铁焊接性
2.1 铸铁焊接性分析
　 灰铸铁在化学成份上特点是碳高及S、P杂质高，这就增大了焊接接头对冷却速度改变敏感性及冷热裂纹敏感性。在力学性能上特点是强度低，基础无塑性。焊接过程含有冷速快及焊件受热不均匀而形成焊接应力较大特殊性。这些原因造成焊接性不良。
关键问题两方面：首先是焊接接头易出现白口及淬硬组织。其次焊接接头易出现裂纹。
2.2焊接接头易出现白口及淬硬组织
以含碳为3%，含硅2.5%常见灰铸铁为例，分析电弧焊焊后在焊接接头上组织改变规律。
2.2.1焊缝区
当焊缝成份和灰铸铁铸件成份相同时，则在通常电弧焊情况下，因为焊缝冷却速度远远大于铸件在砂型中冷却速度，焊缝关键为共晶渗碳体+二次渗碳铁+珠光体，即焊缝基础为白口铸铁组织。
预防方法：
焊缝为铸铁 ①采取合适工艺方法来减慢焊逢冷却速度。如：增大线能量。采取预热或炉中缓冷②调整焊缝化学成份来增强焊缝石墨化能力。可增加C、Si、Ni等元素促进石墨化。

对焊缝石墨影响元素
异质焊缝：若采取低碳钢焊条进行焊接，常见铸铁含碳为3%左右，就是采取较小焊接电流，母材在第一层焊缝中所占百分比也将为1／3～1／4，其焊缝平均含碳量将为0.7%～1.0%,属于高碳钢（C＞0.6%）。这种高碳钢焊缝在快冷却后将出现很多脆硬马氏体。
采取异质金属材料焊接时，必需要设法预防或减弱母材过渡到焊缝中碳产生高硬度组织有害作用。思绪是：改变C存在状态，使焊缝不出现淬硬组织并含有一定塑性，比如使焊缝分别成为奥氏体，铁素体及有色金属是部分有效路径。
2.2.2半熔化区
特点：该区被加热到液相线和共晶转变下限温度之间，温度范围1150～1250℃。该区处于液固状态，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。
1）冷却速度对半熔化区白口铸铁影响
冷却很快，液态铸铁在共晶转变温度区间转变成莱氏体，即共晶渗碳体加奥氏体。继续冷却则为C饱和奥氏体析出二次渗碳体。在共析转变温度区间，奥氏体转变为珠光体。因为该区冷速很快，在共析转变温度区间，可出现奥氏体→马氏体过程，并产生少许残余奥氏体。
其左侧为亚共晶白口铸铁，其中白色条状物为渗碳体，黑色点、条状物及较大黑色物为奥氏体转变后形成珠光体。右侧为奥氏体快冷转变成竹叶状高碳马氏体，白色为残余奥氏体。还可看到部分未熔化片状石墨。
当半熔化区液态金属以很慢冷却速度冷却时，其共晶转变按稳定相图转变。最终其室温组织由石墨+铁素体组织组成。
当该区液态铸铁冷却速度介于以上两种冷却速度之间时，伴随冷却速度由快到慢，或为麻口铸铁，或为珠光体铸铁，或为珠光体加铁素体铸铁。
影响半熔化区冷却速度原因有：焊接方法、预热温度、焊接热输入、铸件厚度等原因。
2）化学成份对半熔化区白口铸铁影响
铸铁焊接半熔化区化学成份对其白口组织形成一样有重大影响。该区化学成份不仅取决于铸铁本身化学成份，而且焊逢化学成份对该区也有重大影响。这是因为焊逢区和半熔化区紧密相连，且同时处于熔融高温状态，为该两区之间进行元素扩散提供了很有利条件。某元素在两区之间向哪个方向扩散首先决定于该元素在两区之间含量梯度（含量改变）。元素总是从高含量区域向低含量区域扩散，其含量梯度越大，越有利于扩散进行。
提升熔池金属中促进石墨化元素（C、Si、Ni等）含量对消除或减弱半熔化区白口形成是有利。
用低碳钢焊条焊铸铁时，半熔化区白口带往往较宽。这是因为半熔化区含C、Si量高于熔池，故半熔化区C、Si反而向熔池扩散，使半熔化区C、Si有所下降，增大了该区形成较宽白口倾向。
2.2.3奥氏体区
该区被加热到共晶转变下限温度和共析转变上限温度之间。该区温度范围约为820～1150℃，此区无液相出现该区在共析温度区间以上，其基体已奥氏体化，加热温度较高部分（靠近半熔化区），因为石墨片中碳较多地向周围奥氏体扩散，奥氏体中含碳量较高；加热较低部分，因为石墨片中碳较少向周围奥氏体扩散，奥氏体中含碳量较低，随即冷却时，假如冷速较快，会从奥氏体中析出部分二次渗碳体，其析出量多少和奥氏体中含碳量成直线关系。在共析转变快时，奥氏体转变为珠光体类型组织。冷却愈加快时，会产生马氏体，和残余奥氏体。该区硬度比母材有一定提升。
熔焊时，采取合适工艺使该区缓冷，可使A直接析出石墨而避免二次渗碳体析出，同时预防马氏体形成。
2.2.4重结晶区
很窄，加热温度范围780～820℃。因为电弧焊时该区加热速度很快，只有母材中部分原始组织可转变为奥氏体。在随即冷却过程中，奥氏体转变为珠光体类组织。冷却很快时也可能出现部分马氏体。
3. 灰铸铁焊接工艺性
灰铸铁应用十分广泛，在铸造过程中也极轻易出现缺点，所以，补焊是铸铁业时常要做工作。因为灰铸铁化学成份和物理性质特殊性，在实施补焊时也就不一样于通常钢材焊接工艺。本文从分析灰铸铁化学成份和物理性质入手，进而介绍灰铸铁常见补焊方法和补焊缺点预防。
现在中国生产灰铸铁牌号有 HT100、HT150、 HT200、 HT260、 HT300、 HT350 及HT400。
灰铸铁焊接性能较差，假如焊接材料和工艺方法选择不妥，会在焊缝和热影响区产生白口、淬硬组织和裂纹三种种严重缺点，影响补焊质量。
对于灰铸铁补焊有电弧热焊、半热焊和冷焊三种工艺，下面对这三种工艺特点和工艺方法加以介绍。
3.1 电弧热焊
焊前将灰铸铁件整体或局部预热至600～700℃，并在补焊过程中保持这一温度，在焊后再采取缓冷方法工艺方法，称热焊。灰铸铁热焊有 着突出优点，通近预热和缓冷，使焊接部位冷却速度减慢，可避免产生白口和淬硬组织，确保焊接处有良好切削加工性能。因为预热温度较高，使母材和焊缝金属温差变小，大大地降低了接头热应力。灰铸铁在600～700℃时有一定塑性，伸长率可达2%～3%，所以可有效地预防产生焊接裂纹。热焊适适用于薄壁铸件，结构复杂、刚性较大，易产生裂纹部件和对补焊区硬度、颜色、密封性、承受动载荷要求高零、部件补焊。灰铸铁热焊能取得质量最好焊接接头，缺点是劳动条件恶劣、生产成本高、生产率较低。
3.2 半热焊
预热温度在300～400℃时，称为半热焊。半热焊因为预热温度低、冷却速度较快，需要在石墨化能力更强焊接材料配合下，才能取得灰口组织。但能改善劳动条件、简化补焊工艺。对于刚性较大铸件补焊，半热焊还含有一定提裂纹倾向。
热焊和半热焊要采取铸铁型焊接材料，使焊缝组织、硬度和其它物理性能和颜色等全部和母材金属靠近。焊条要选择铸铁芯石墨化型焊条，其牌号为Z248。焊芯直径为6～12mm，补焊时采取大电流，可按每毫米焊芯直径50～60A电流选择，电源则可交、直流两用；半热焊选择钢芯石墨化型焊条，其牌号为Z208，焊芯为H08A，药皮中含有较多碳、硅、铝等石墨化元素。
在补焊前，铲除缺点至露出金属光泽，用扁铲、风铲、砂轮等开坡口。坡口上缘稍大，底面应圆滑过渡。对于边角部位及穿透性缺点，在补焊前需要造型。造型材料质量分配为：焦碳粉30%、耐火砖粉25%、磷片石墨粉20%、耐火土25%。预热设备通常见焦碳地炉，小件亦可采取氧乙炔焰。补焊时，除待焊部位外，其它部位均应用石棉遮盖。从缺点中间引弧，逐步移向边缘，较小缺点可连续填满，较大缺点需逐层堆焊直至填满。焊后保温可把工件置于草木灰内缓冷，结构较复杂大铸件，可放在预热炉内加热到一定温度后，随炉冷却。
3.3 电弧冷焊
电弧冷焊不需专门预热和缓冷设备，所以劳动条件好、工艺过程简单、生产效率高、成本低。但因为冷却速度快，接头白口及裂纹问题比较突出。电弧冷焊适适用于大型铸件中存在体积较大缺点补焊，操作标准是大电流、连续焊。缺点体积通常在60～100cm3时就要用到电弧冷焊。为了预防产生裂纹，补焊应分区分段填满。待每区段焊缝高出母材3～5mm时，再向前推进一个区段，切忌电弧快速全方面铺展，亦不宜分层堆焊。有时可采取石墨板将缺点隔为两部分，先连续焊完二分之一，取出石墨板再补焊另二分之一。收弧时，将电弧沿焊完缺点表面均匀摆动，使焊道平整，冷却缓慢。大型铸件中中等缺点——体积在20～50cm3之间情况下可采取连续焊工艺一次焊完。缺点小于20cm3时除连续一次填满缺点外，再向上堆高3～5mm，趁焊缝表面还处于红热状态时，用钢板刮去高出部分，接着再堆高3～5mm，反复进行三次以上，若焊件和缺点百分比越大，则反复进行堆高次数就越多。
电弧冷焊采取焊条通常见铸铁型焊条，牌号为Z248、Z208。
焊件厚度、焊条直径和焊接电流关系见表一
焊件厚度 / mm
15～25
25～40
＞40
焊条直径 / mm
5
6
8～10
焊接电流 / A
250～300
300～360
350～500
（表一）
电弧冷焊亦可采取非铸铁型（异质焊缝）焊条，这类焊条分为镍基和钢基两大类。
3.4 镍基焊条
特点是焊缝硬度较低、熔合区白口层薄，且成断续分布，焊缝颜色和灰铸铁相近，适于加工面补焊。镍基焊条在下列三种：
1）纯镍铸铁焊条（Z308） 该焊条是纯镍芯、强石墨化型药皮铸铁焊条。电源可交、直流两用，能进行全位置焊接。施焊时，焊件不预热，是冷焊焊条中抗裂性、切削加工性、操作工艺性及力学性能等综合性能很好一个焊条。广泛用于薄件及加工面补焊。
2）镍铁铸铁焊条（Z408） 该焊条是镍铁芯（Ni55%、Fe 45%）、强石墨化型药皮铸铁焊条。可交、直流两用，能全位置焊接。施焊时，焊件可不预热，含有强度高、塑性好、抗裂性优良、和母材金属熔合好等特点。熔合区白口宽度为0.1mm左右。加工性比纯镍型焊条稍差，可用于关键灰铸铁补焊。
3）镍铜铸铁焊条（Z508） 它是镍铜合金焊芯（Ni70%、Cu 30%）、强石墨化药皮铸铁焊条。电源可交、直流两用，能进行全位置焊接。工艺性能和加工性能靠近纯镍焊条和镍铁焊条，但因为收缩率较大，焊缝金属抗拉强度低，不宜用于刚性大铸件补焊。可在常温或低温预热（300℃）焊接。用于强度要求不高、塑性要求好灰铸铁件补焊。
3.5 钢基焊条
焊芯采取低碳钢焊芯，焊后焊缝中易出现热裂纹、冷裂纹和淬硬组织，熔合区白口宽度较大，焊接质量不能令人满意，但价格廉价，现在仍有一定应用空间。
1）低碳钢芯氧化性药皮焊条（Z100） 药皮中含有较多赤铁矿（Fe2O3）、大理石（CaCO3）等强氧化物质，目标是经过碳氧化反应来降低焊缝中含碳量。第一层焊缝碳质量分数平均为0.8 %，属高碳钢，焊缝硬度达40～50HRC，熔合区白口层宽约0.2mm，接头无法加工。常见于不要求加工，致密性及受力较低缺点部位补焊。
2）低碳网铁粉型焊条（Z122Fe）药皮这钛钙型，加入低碳铁粉目标是降低焊缝含碳量。第一层焊缝碳质量分数可降至0.48～0.56 %，属中碳钢上限，最高硬度可达320HBS，极难加工，常见于非加工面补焊。
3）低碳钢芯低氢型药皮高钒铸铁焊条（Z116、Z117） 熔敷金属中钒质量分数达11%，最在优点是焊缝含有优越抗裂性能，致密性好、塑性高（伸长率28%～36%），且抗拉强度可达558Mpa，极难加工，用于非加工件补焊。
钢基焊缝颜色和灰铸铁颜色相差较大，当要求二者颜色一致时，钢焊条无法满足。在使用非铸铁型（异质焊缝）焊条进行灰铸铁缺点补焊时在工艺上要注意以下几点：
1）在确保电弧稳定燃烧前提下，采取尽可能小焊接电流。焊接第1、2层时应采取小直径焊条，焊接电流可按焊条直径29～34倍选择。
2）在确保焊缝正常成形及母材金属熔合良好前提下，采取尽可能快焊接速度，并尽可能压低电弧，采取短弧焊。
3）采取短段焊，断续焊，分散焊及焊后立即捶击焊缝等工艺方法，降低焊接应力，预防产生裂纹。每次焊缝长度10～40mm。
4）采取合理焊接次序，以降低应力。厚板多层焊时焊接次序，应先焊坡口面焊道，再焊中间层焊道。
4.灰铸铁同质（铸铁型）焊缝熔焊
4.1电弧热焊
（从相关焊接历史文件中能够知道，金属极电弧焊发时后，首先是应用于铸铁件焊补。当初焊接冶金还未开始系统研究，大家就用和灰铸铁件成份基相同铸铁圆棒（没有药皮）作为焊接材料进行铸铁件缺点焊补尝试，发觉焊后焊缝易出现裂纹，焊缝白口严重，为了处理上述问题，于是大家采取了对工件进行整体预热焊接尝试，发觉这么做有利于问题处理，所以热焊是铸铁焊接应用最早一个工艺，以后焊接工作者又不停地完善热焊工艺。）
将工件整体或有缺点局部位置预热到600～700℃（暗红色），然后进行焊补，焊后并进行缓冷铸铁焊补工艺，大家称“热焊”。
预热选择：
对结构复杂（如缸体）且焊补处拘束度很大焊件，宜采取整体预热，采取局部预热焊，会在焊补处产生高拉应力，而再出现裂纹。
对结构简单而焊补地方拘束度较小焊件，可采取局部预热拘束度大，是指焊缝处于高拉应力状态中，故易裂，拘束度小，是指焊补地方有一定自由膨胀及收缩余地，焊缝受应力小。
电弧热焊优点：①有效地降低了焊接接头上温差，而且铸铁由常温完全无塑性改变为有一定塑性，灰铸铁在600～700℃时，伸长率可达2～3%，再加以焊后缓慢冷却，焊接应力状态大为改善。②600～700℃预热，石墨化过程进行比较充足，焊接接头有完全预防白口及淬硬组织产生，从而有效地预防了裂纹。
缺点：①预热温度高，劳动条件很坏，焊补时焊工胸前高温烤，背后凉风吹（风扇），身体前后温差很大，工人轻易得病。
②将焊件加热到600～700℃需消耗很多燃料，焊补成本高，工艺复杂，生产率低。
预热方法：
部分大型拖拉机厂，汽车厂生产铸件多，焊补量大，焊补要求高，常装备有专门进行铸铁热焊连续式煤气加热炉。铸铁焊补前，进入装有传送带煤气加热炉，依次经过低温（200～350℃）、中温（350～600℃）及高温（600～700℃）加热，使焊件升温缓慢而均匀，然后出炉焊补，焊补后再把焊件送入另一传送带，反过来由高温区到低温区出炉，以消除焊接应力。通常中，小型铸造车间及修配厂常采取地炉或砖砌明炉加热，燃料常见焦炭、木炭，也可用煤气火焰及氧乙炔焰加热。
焊接材料：
铸铁热焊时虽采取了预热缓冷方法，但焊缝通常还是快于铸铁铁液在砂型中冷却速度，为了确保焊缝石墨化，不产生白口组织且硬度适宜，焊缝中总C、Si含量还应稍大于母材。经研究认为电弧热焊时焊缝中W(C)=3%～3.8%，W（Si）=3%～3.8%,W(C+Si)=6%～7.6%为宜。
热焊时采取大直径铸铁芯焊条，配合采取大电流，可加紧焊补速度，缩短焊工从事热焊时间，热焊时工人愿意采取大直径铸铁芯焊条。电弧热焊关键适适用于厚度大于10mm以上工件缺点焊补，若对10mm以下薄件焊补，则易发生烧穿等问题。
适适用于铸铁焊接电弧焊用药芯焊丝。外皮由低碳钢带制成，内装有石墨、硅铁、铝粉等石墨化剂。优点：能够用较大焊接电流，熔敷率达5～19kg/h，15mm以上大中厚型缺点焊接修复。
4.2气焊
应用：氧乙炔火焰温度（<3400℃）比电弧温度（6000～8000℃）低很多，而且热量不集中，很适于薄壁铸件焊补。
优点：气焊时需用较长时间才能将焊补处加热到焊补温度，而且其加热面积又较大，实际上相当于焊补处先局部预热再进行焊接过程。在采取合适成份铸铁焊芯对薄壁件缺点进行气焊焊补时，因为冷速较慢，有利于石墨化过程进行。焊缝易得到灰铸铁组织，而HAZ也不易产生白口或其它淬硬组织。
缺点：工件受热面积大，焊接热应力较大，焊补刚度较大缺点时比热焊更生冷裂纹。4.3焊缝为铸铁型电弧冷焊
电弧冷焊优点：焊前对被焊补工件不预热，焊工劳动条件好，焊补成本低，焊补过程短，焊补效率高。对于预热很困难大型铸件或不能预热已加工面等情况更适于采取。
易出现问题：①铸铁型焊缝焊接熔池及其HAZ冷却速度很快，易产生白口及马氏体。
②焊件上温度场很不均匀，使焊缝产生较高拉应力，而灰铸铁焊缝强度较低，基础无塑性，焊后很轻易产生冷裂纹。
处理方法：1、提升焊缝石墨化能力。冷焊条件下焊缝中W(C)=4.0%～5.5%,Si=3.5%～4.5%,C+Si=7.5～10%，比较适宜。
过去通常全部趋向于提升焊缝含硅量（4.5%～7%）.把C控制在3%左右，经过多年来大量研究工作表明，合适提升焊缝含C量及合适保持焊缝含Si量较为理想。
原因：⑴提升焊缝含C量对减弱和消除半熔化区白口作用比提升Si有效，因为液态时，C扩散能力比Si强十倍左右。
⑵在C、Si总量一定时，提升焊缝含C量比提升焊缝含硅量更能降低焊缝收缩量，从而对降低焊缝裂纹敏感性有好处。
⑶焊缝含Si量>7.5%时，Si对铁素体固溶强化，使焊缝硬度升高，C不存在这一问题。
2、焊缝中加入Ca、Ba、Al等，这些微量元素加入，可形成高熔点硫化物、氧化物等，成为石墨形核异质关键，加速焊缝石墨化过程。
3、为了预防焊接接头上出现白口及淬硬组织，采取大焊接热输入工艺，即采取大电流、连续焊工艺来降低焊缝冷却速度。
4、（过去电弧冷焊灰铸铁，受传统观念束缚，一直使焊缝也成为灰铸铁，但灰铸铁石墨为片状，片状石墨尖端是高应力集中区，加以铸铁焊缝强度低，无塑性，又采取大电流连续工艺，工件局部受热较严重，焊缝应力状态较严重，很易形成冷裂纹。）
近期，经过冶金处理，改变焊缝石墨形态，甚至使石墨成为球状，并控制基体为铁素体+珠光体，使焊缝抗冷裂能力取得提升。
铸铁型焊缝电弧冷焊存在很多不足：
⑴焊缝强度低、塑性差，焊补较大刚度缺点时易出现裂纹。
⑵焊缝为铸铁型，因为冷速快，焊缝易出现白口。
⑶因为工艺要求采取大电流、连续焊，对于薄壁件缺点焊补有困难。
5灰铸铁焊接裂纹及预防
铸铁焊接时很轻易产生裂纹。裂纹组要类型是冷裂纹，其次是热裂纹。
5.1冷裂纹
焊接时产生这种裂纹温度通常在摄氏度以下，多发生在焊缝和热影响区影响区以上。
5.1.1、冷裂纹产生关键原因
a灰铸铁强度低，塑性几乎为零，无塑性变形能力；
b焊件上受到不均匀加热和冷却，产生热应力和收缩应力。焊件上温差大，这些应力也愈大。、
c焊接接头上产生了白口组织和淬硬组织，这些组织比灰铸铁还脆，尤其白口组织，不能塑性变形，最易开裂。
5.1.2、焊缝上冷裂纹
关键决定于焊缝金属性质
a铸铁型（同质）焊缝
是否产生冷裂纹决定于焊缝组织。当焊缝中有白口铸铁时轻易开裂，因白口铸铁收缩率大于母材收缩率，憨厚产生较大收缩应力，白口铸铁无法承受大收缩应力。焊缝中渗碳体量越多，越轻易产生裂纹；但焊缝基体为铁索体或珠光体，而石墨化过程进行较充足时，焊缝就不易产生裂纹。因为石墨化过程伴伴随体积膨胀，能够松弛部分收缩应力。这是能造成开裂原因关键是石墨形态及其分布，粗而长片状石墨笔细而短片状石墨轻易开裂，假如焊缝中石墨呈团絮状或球状，则含有很好抗裂性能。
b、非铸铁型（异质）焊缝
是否产生冷裂纹决定于焊缝金属塑性和焊接工艺合理配合。当焊缝为奥氏体、铁素体或镍基、铜基焊缝时，因为很好塑形而不易产生冷裂纹；当采取低碳钢或其它合金焊条做铸铁电弧冷汗时，第一层焊缝因母材（灰铸铁）熔入而变成高碳钢，快速冷却时就会产生淬硬组织高低马氏体，轻易产生冷裂纹。
5.1.3热影响比上冷裂纹
在电弧冷焊灰铸铁时，影响区上轻易产生冷裂纹。前已述及热影响区内半熔化区（温度范围为1150-1250℃）及奥氏体区（温度范围为820-1150℃）在快速冷却时就轻易产生渗碳体和马氏体淬硬组织，当焊接应力超出了它们强度时就会产生裂纹。
裂纹多为纵向分布，且常出现在半熔化区和奥氏体交界处，沿界面开裂，会造成整个焊缝金属剥离下来。
焊缝为碳钢时，半熔合区为白口组织，奥氏体区位石墨化不完全半白口组织或马氏体组织。焊缝收速率约为2.17%，半熔化区约为2.3%，奥氏体区约为1.1%，冷却过程中收缩率不一样三个部分之间，肯定产生很大剪切应力，当超出材料抗剪强时，就会沿界面裂开，严重时发生整个焊缝剥离。厚壁铸件冷却时，因为坡口深，须多层焊，积累焊接应力也轻易产生焊缝剥离；对于同质焊缝，假如焊缝强度高，如采取高钒铸铁焊条，焊接时不采取降低焊接应力方法话，也轻易产生焊缝剥离。
5.1.4预防冷裂纹方法
减小焊接接头应力和避免焊接接头出现渗碳体和马氏体是预防灰铸铁冷裂纹基础方法。
a铸铁型焊缝时，焊前预热，焊后缓冷。这么既可减小焊接应力又能避免白口等脆性组织产生。
b非铸铁型焊缝时，选择好焊缝含有良好塑性焊接材料，这么能够松弛焊接应力。
c再焊补厚大铸铁件时，采取开窄坡口、内填板等方法以减小焊缝体积，减小焊接应力；也能够焊前在坡口内载丝，以分散焊接应力。
d在工艺上采取短段焊、断续分散焊和焊后锤击焊缝等手段能够减小焊接应力。
5.2热裂纹
灰铸铁焊接热裂纹关键出现在焊缝上。铸铁型焊缝对热裂纹不敏感，因为焊缝高温时石墨析出，使体积增加，有利于减小焊接应力，在非铸铁型焊缝中，假如用碳钢焊条，则焊缝极易产生热裂纹，用镍基焊条时也有一定热裂倾向。
5.2.1产生热裂纹关键原因
用低碳钢焊条焊接灰铸铁第一层焊缝最轻易发生热裂纹，因为作为母材灰铸铁其碳、硫和磷含量高，熔入第一层焊缝量较多使钢质焊缝平均含碳、硫和磷增加，而碳、硫和磷是碳钢发生结晶裂纹有害元素。所以第一层焊缝产生热裂纹机率最大。
用镍基焊条焊接时，也因母材熔入焊缝使硫、磷有害元素增加，易生成低熔共晶物，如Ni—Ni3S5共晶温度为644℃，Ni—Ni3P共晶温度为880℃，故镍基焊缝也有热裂倾向。
5.2.2热裂纹预防
预防焊缝金属产生热裂纹路径是从冶金处理和焊接工艺两方面采取方法。在冶金方面，经过调整焊缝化学成份，使其脆性温度区间缩小；加入稀土元素，增强脱硫、去磷能力以降低晶间低溶物质；是晶粒细化等。在工艺方面要正确制订冷焊操作工艺使焊接应力降低和使母材熔入焊缝中百分比（既熔合比）尽可能小。

6. 灰铸铁焊接检验
焊接质量检验贯穿整个焊接过程，包含焊前、焊接过程中和焊后成品检验三个阶段。
6.1 焊接质量检验内容和要求
（1）焊前检验
焊前检验是指焊件投产前应进行检验工作，是焊接检验第一阶段，其目标是预先预防和降低焊接时产生缺点可能性。包含项目有：
①检验焊接基础金属、焊丝、焊条型号和材质是否符合设计或要求要求；
②检验其它焊接材料，如埋弧自动焊剂牌号、气体保护焊保护气体纯度和配比等是否符合工艺规程要求
③对焊接工艺方法进行检验，以确保焊接能顺利进行；
④检验焊接坡口加工质量和焊接接头装配质量是否符合图样要求；
⑤检验焊接设备及其辅助工具是否完好，接线和管道联接是否合乎要求；
⑥检验焊接材料是否根据工艺要求进行去锈、烘干、预热等；
⑦对焊工操作技术水平进行判定；
⑧检验焊接产品图样和焊接工艺规程等技术文件是否齐备。
（2）焊接生产过程中检验
焊接过程中检验是焊接检验第二阶段，由焊工在操作过程中，其目标是为了预防因为操作原因或其它特殊因索影响而产生焊接缺点，便于立即发觉问题并加以处理。包含：
①检验在焊接过程中焊接设备运行情况是否正常；
②对焊接工艺规程和规范要求实施情况；
③焊接夹具在焊接过程中夹紧情况是否牢靠；
④操作过程中可能出现未焊透、夹渣、气孔、烧穿等焊接缺点等；
⑤焊接接头质量中间检验，如厚壁焊件中间检验等。
焊前检验和焊接过程中检验，是预防产生缺点、避免返修关键步骤。尽管多数焊接缺点能够经过返修来消除，但返修要消耗材料、能源、工时、增加产品成本。通常返修要求采取更严格工艺方法，造成工作麻烦，而返修处可能产生更为复杂应力状态，成为新影响结构安全运行隐患。
（3）成品检验
成品检验是焊接检验最终阶段，需按产品设计要求逐项检验。包含项目关键有：检验焊缝尺寸、外观及探伤情况是否合格；产品外观尺寸是否符合设计要求；变形是否控制在许可范围内；产品是否在要求时间内进行了热处理等。成品检验方法有破坏性和非破坏性两大类，有多个方法和手段，具体采取哪种方法，关键依据产品标准、相关技术条件和用户要求来确定。
6.2 焊接质量检验方法
焊接质量检验方法分为非破坏性和破坏性两类，见表。

表二 焊接检验方法

6.2.1 非破坏性检验  关键是对产品进行检验。
（1）外观检验
（2）无损检验
①表面检验：磁粉探伤（MT）；渗透探伤（PT），包含：着色和荧光检验
②内部检验：超声探伤（UT），射线探伤（RT），包含，X射线、γ射线和高能射线。
（3）接头强度试验：水压试验；气压试验
（4）致密性检验：气密性试验；氨渗漏试验等。
（5）硬度检验。
6.2.2 破坏检验 
关键是对试样进行检验。
（1）机械性能试验：拉伸（室温、高温）试验，弯曲试验；硬度试验，冲击试验，断裂韧性试验，疲惫试验；其它试验。
（2）化学分析试验：化学成份分析试验；腐蚀试验；含氢量测定。          
（3）金相检验：宏观组织检验；微观组织检验，断口分析（成份和形貌）检验。
（4）其它：如焊接性试验、事故分析等。

致谢
这次毕业设计得到了很多老师、同学和同事帮助，其中我导师张玉萍老师对我关心和支持尤为关键，每次碰到难题，我最先做就是向张老师寻求帮助，而张老师每次不管繁忙或清闲，总会抽闲来找我面谈，然后一起商议处理措施。 
另外，感谢校方给我这么一次机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给我们多种方便，使我们在立即离校最终一段时间里，能够更多学习部分实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提升了独立思索能力。再一次对我母校表示感谢。 
感谢在整个毕业设计期间和我亲密合作同学，和曾经在各个方面给过我帮助伙伴们，在大学生活立即结束最终日子里，我们再一次演绎了团结合作童话，把一个庞大，历来没有上手课题，圆满地完成了。正是因为有了你们帮助，才让我不仅学到了此次课题所包含新知识，更让我感觉到了知识以外东西，那就是团结力量。 
最终，感谢全部在这次毕业设计中给过我帮助人。 
对上述好友，再一次真诚地表示感谢！
学生：师林伟

参考文件
【1】杨兵兵.焊接实训.北京：高等教育出版社，3月
【2】刘世荣.金属学和热处理. 北京：机械工业出版社，1997年6月.
【3】周振丰.金属熔焊原理及工艺[M].北京：机械工业出版社，1985
【4】周振丰.铸铁焊接冶金和工艺[M].北京：机械工业出版社，
【5】吴树雄、尹士杰、李春范.金属焊接材料手册[M].北京：化学工业出版社，
【6】中国机械工程学会焊接学会.焊接手册之材料焊接[M].北京：机械工业出版社，
【7】英若采.熔焊原理及金属材料焊接[M].北京：机械工业出版社，
【8】刘云龙.焊工技师手册.[M]，北京：机械工业出版社,1989
【9】焊工手册编写小组.焊工手册（手工焊接和切割）[M]，北京：机械工业出版社,1979

陕西航空职业技术学院

毕业设计（论文）说明书

材料工程系 系 焊接技术及自动化 专业

毕业设计（论文）题目 灰铸铁焊接性及焊接工艺研究

学生姓名 师林伟 学号 24

指导老师 张玉萍 职称 助教

年 10 月 29 日

毕业设计（论文）任务书

材料工程系 系 焊接技术及自动化 专业
学生姓名 师林伟 学号 24
一、毕业设计（论文）题目 灰铸铁焊接性及焊接工艺研究
二、毕业设计（论文）时间 年 10 月 29 日至 年 12 月25日
三、毕业设计（论文）地点： 陕西航空职业技术学院
四、毕业设计（论文）内容要求：
（1）、明确灰铸铁性能特点及应用。
（2）、明确灰铸铁焊接性。
（3）、分析灰铸铁焊接工艺性。
（4）、分析灰铸铁焊接接头裂纹。
（5）、叙述预防灰铸铁裂纹方法。
（6）、分析灰铸铁焊接质量检验方法

指导老师 张玉萍 9月 26日
批 准 陈海英 10月9日
毕业设计（论文）评定表

姓名
师林伟
学号
24
专业
焊接技术及自动化
毕业设计（论文）题目
灰铸铁焊接性及焊接工艺研究
评阅意见

评阅老师： 年 月 日
答辩组组员

答辩时间

答辩地点

本人陈说