焊条电弧焊焊补铸铁件焊区硬度控制.pdf

第33卷第11期
焊接学报
Vol 33 No. 11
20 1 H TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION November 2012
焊条电弧焊焊补铸铁件焊区硬度控制
徐锦锋,任永明,翟秋亚
(西安理工大学材料科学与工程学院,西安710048)
摘要:采用微合金化灰铸铁同质电焊条和直流电焊机,研究了焊接电流和预热温度
对焊补区组织和硬度的影响规律,结果表明,焊接电流和预热温度对焊补区组织和硬
度均有显著的影响,在焊接电流一定的情况下,预热温度越高,接头温度分布越均匀,
冷速越缓慢,越有利于形成灰口组织;在预热温度一定的情况下,随着焊接电流的增大,
焊接热输入增大,焊区冷却速率减小,容易获得无白口的灰口组织.采用小电流打底、
大电流连续焊补工艺,可有效地控制焊补区组织和硬度,获得机械加工性能优良的同质
焊缝
关键词:铸造缺陷;冷却速率;焊接电流;预热温度;加工性
中图分类号:TGA44+.1文献标识码:A文章编号:0253-360X(2012)11-0105-05
徐锦锋
0序言
1试验方法
近年来,中国铸件市场发生了深刻地变化,对铸
焊接材料选用自主研发的微合金化灰铸铁同质
铁件外观成形质量要求日趋苛刻.以风电铸件为电焊条.该焊材的制备原理为通过物理治金方法对
例,铸件表面不允许存在任何铸造缺陷,否则一概打铸铁焊芯进行微合金化处理,将促进石墨形核、生长
入报废;而对于允许修复的传统铸件,如汽车、钻机、的合金元素直接加入到焊芯中,从而极大的提高合
机床等铸件的修复,必须满足焊补区色泽和硬度与金元素的过渡率和焊缝金属的石墨化能力,获得色
本体保持一致,铸铁件焊接修复领域正面临着新的泽和硬度与本体一致、加工性优良的同质焊缝.采
挑战.体现在以下两个方面:(1)镍基焊条由于焊用AX3-500型直流焊机施焊,焊接电流取165A,
缝成分、性能和色泽于铸件不匹配,抗裂性差,无法210A和260A三个水平.焊前采用ZHY60型电烘
满足铸件生产质量的苛刻要求;(2)铸铁同质焊箱对试件进行预热.试件材质为H1200,尺寸为150
条Z248,7238等在冷焊条件下获得焊缝白口倾向mmx150mmx20mm.预热温度取25,100,200和
大,机械加工性能不良,热态焊缝与母材有良好的匹300℃四个水平.按标准金相技术制备金相试样,
配性,但能源消耗大、生产周期长,铸件的生产成本选用4%硝酸酒精溶液对试样进行浸蚀,浸蚀时间3
较高?
55.用JSM6700F型金相显微镜分析接头的组织
微合金化铸铁同质焊材有效地降低了焊缝金属形态,用HB-3000型布氏硬度计和 TUKON2100型
对冷却速率的敏感性,容易获得成分、组织和性能与显微硬度计测试接头的硬度
本体一致的同质焊缝.然而,焊接修复质量的
高低不仅取决于焊接材料,还必须辅以合理的焊接2焊接区冷却速率的理论计算
工艺.因此,很有必要对微合金化铸铁同质焊材的
焊接工艺开展深入系统的研究,文中重点研究焊接
焊接区的冷却速率是决定焊缝组织的最主要的
电流和焊件预热温度对焊补区组织和硬度的影响规?素,焊接时的冷却过程在不同阶段是不同的.为
律,探索焊补区硬度控制工艺及方法,为铸造生产提了便于分析研究,通常用800-500℃的冷却时间
供理论依据.
3来表示.式(1),式(2)为三维热流和二维热流确
定的E和3之间的关系,式(3)为划分三维热流和
收稿日期:2011-09-19
二维热流的临界板厚表达式如下:
基金项目:陕西省教育厅产业化培育资助项目(2009K306-14)
三维热流为
万方数括
焊接学报
度的提高,冷却速率显著降低
(q)(8L(500-7)2~(800-73)
二维热流为
65A
260A
2TTAC
500-T)2(80
60
临界壁厚为
600-7
S0100150200250300
式中:t为800~500℃冷却时间,单位为s;ax为热
预热温度7℃
扩速率,单位为cm2/s;c为比热容,单位为
冷却时间随预热混度的变化
J/(g?℃),p为密度,单位为g/(cn2;g2,3为接头形
50
式修正系数;E为焊接热输入,单位为J/cm;m为电
40
210A
弧加热热效率;8为焊件壁厚,单位为cm;7为焊件
260A
预热温度,单位为℃;8为临界壁厚,单位为cm;Ke
=(1.1~0.001T)为焊缝预热修正系数.由于焊
P≤3哥最
接接头待焊部位常预先打磨为U形坡口,接头形式
修正系数p2取1.0;93范围为1.0~1.2,取1.0;m
取0.8.电弧电压为38V,焊接电流分别为165,210
50100150200250300
预热温度T℃
和260A,焊接速度约0.5cm/s,则焊接热输入分别
)冷却遠率随预热温度的变化
为12.54,15.96和19.76kI/8.灰铸铁的热物性参
数列人表1,在25~300℃下,g取0.115cm2/s,c
图1冷却速率预热温度和燡接电流的变化
取0.55/(g:℃),p取7.1g/cm.对于预热温度为Fig1 Variations of cooling rate with preheat temperature
25~300℃时,K。取1.0.当6<0.758时,按二维热
and welding current
流计算,当δ≥0.758.时,按二维热流计算
表1灰铸铁的热物性參数
试验结果及分析
Table 1 Thermal-physical parameters of gray cast iron
温度
热扩散率
比热容
密度
3.1焊接工艺参数对焊缝组织的影响
p/gcm
为了获得优良的焊缝组织及性能,除了正确地
0.595
选择合金化元素及其加入量之外,选用合理的焊接
600
0.620
0,645
工艺至关重要.主要包括焊接热输入、道间温度、
800
0.G65
0.703
了.⊥
焊条直径及焊接位置等,它是影响焊缝组织和性能
的又-重要因素.其中,焊接热输人集中反映了焊
图1a为冷却时间ts焊件预热温度和焊接电接电流、电压和焊速的综合影响、是决定焊缝冷却速
流的变化从图中可以看出,预热温度对t。:值影响度的主要参数之一;道间温度(通常还包括预热温
十分敏感,尤其当预热温度大于200℃时影响更为度,片热温度)是决定焊缝冷却速度的另一主要参
显著.因此,为了降低焊接区的冷却速率,在焊接电数;焊条直径的大小和焊接位置的变化主要影响到
流输入一定的情况下,尽可能地升高焊件的预热温焊接热输人,但也影响到焊鏠中各晶区的组成比例
度,在200~300℃范围比较适宜45越大,焊区冷而焊接电流和顶热温度是影响焊鏠组织的两个可控
却速率越低,越有利于铸铁按稳定系方式转变,从而性因素
避免渗碳体的析出,防止焊接接头硬度升高.
3.1.1濞接电流对焊銓组织的影响
冷却速率随预热温度和焊接电流的变化如
图2为室温下焊缝组织