球墨鑄鐵是上世紀(jì)五十年代發(fā)展起來(lái)的一種金屬結(jié)構(gòu)材料。下面介紹一下有關(guān)球墨鑄鐵焊接的知識(shí)。
和普通鑄鐵一樣，球墨鑄鐵的焊接是很困難的。從上世紀(jì)中期開(kāi)始，焊接技術(shù)雖然有所進(jìn)展，但球墨鑄鐵的焊接仍然沒(méi)有得到很好的解決。球墨鑄鐵的焊接之所以因難，是因?yàn)槿鄯蠼饘偌彼倮鋮s，焊縫會(huì)析出碳化物、馬氏體等，焊接區(qū)冷卻時(shí)，因收縮、析出馬氏體而產(chǎn)生劇烈變形。此外，焊縫析出的碳化物缺乏塑性變形能，因此產(chǎn)生龜裂的頻率很高。
雖然鑄鐵焊接有許多困難，但還是有一些方法的，例如可采用氣焊、弧焊以及TIG焊等。只不過(guò)不論用哪種方法，仍然會(huì)有一些問(wèn)題存在。例如氣焊，需要焊工的技術(shù)高度熟練。電弧焊時(shí)，在焊接區(qū)會(huì)產(chǎn)生硬化、裂紋等，焊接強(qiáng)度可靠性差，且熔敷金屬是與基體金屬不同的異種金屬，因此有可能引起所謂的微電池腐蝕。因此，上述的方法，與其說(shuō)是工業(yè)焊接法，不如說(shuō)是鑄件修補(bǔ)法。
作為一種工業(yè)爆接法，不論是球鑄鐵，還是普通鑄鐵，都要求焊接強(qiáng)度必須與基體金屬相同或更高�；瘜W(xué)組成，顯微組織從防蝕角度來(lái)看，要求與基體金屬相同。而從工業(yè)現(xiàn)代化角度來(lái)說(shuō)，則要求工效高、對(duì)焊工的技術(shù)依賴性要低，此外還必須省力，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在球墨鑄鐵剛發(fā)展起來(lái)的時(shí)候，氣焊、弧焊以及TIG焊都是不能滿足上述要求的。球墨鑄鐵擁有能與鑄鋼相匹敵的高韌性，還有普通鑄鐵所具有的吸振性、耐蝕性，它的用途應(yīng)該進(jìn)一步擴(kuò)大，然而因?yàn)楹附臃ǖ木窒扌�，影響了球墨鑄鐵的發(fā)展。
為滿足球墨鑄鐵焊接要求，日本某鐵工提出了一種新的球墨鐵焊接法。按照此法，球墨鑄鐵焊接時(shí)，焊接區(qū)及其附近的****冷卻速度，將按照低于該鑄鐵組成所決定的連續(xù)冷卻變態(tài)曲線上臨界冷卻速度，來(lái)確定該鋼材的溫度。先用等離子焊接進(jìn)行初層焊接，然后在等離子焊接區(qū)的冷卻階段，用焊接材料進(jìn)行第二次焊接。焊接材料做成填充焊劑金屬絲，制造方法是在鐵基合金管內(nèi)按照重量填充硅、鈣及鎂、穩(wěn)弧劑，分別以單體或化合物粉末材料配制成焊劑，填充率為10~40。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，此方法可歸納如下三點(diǎn)：焊接過(guò)程中，焊接區(qū)的冷卻速度要低于所定值；在滿足第一點(diǎn)的同時(shí)，用等離子焊進(jìn)行初層焊接；用熔敷金屬為球墨鑄鐵的復(fù)合焊絲進(jìn)行第二層焊接。
球墨鑄鐵焊接為什么要控制冷卻速度？鑄鐵類的物理化學(xué)性質(zhì)，一般是受到石墨、碳化物組織及基體組織的影響。此組織主要通過(guò)炭、硅含量及冷卻速度決定結(jié)晶狀態(tài)。與普通鑄鐵相同，球墨鑄鐵也強(qiáng)烈地受化學(xué)成分、冷卻速度影響。按鑄鐵定性連續(xù)冷卻曲線，球墨鑄鐵基體組織在鑄型內(nèi)冷卻，冷卻速度緩慢時(shí)，析出珠光體及鐵素體。通過(guò)正火處理，析出珠光體密實(shí)的索氏體。通過(guò)水冷處理，因冷卻速度顯著增快而析出馬氏體。球墨鑄鐵焊接時(shí)，焊接區(qū)及其附近的冷卻速度顯著增大時(shí)，析出碳化物及馬氏體，因此會(huì)在焊接區(qū)產(chǎn)生裂紋。而裂紋的產(chǎn)生多半是由于馬氏體的析出引起膨脹，所以馬氏體析出量減少時(shí)，就會(huì)控制裂紋的發(fā)生。
在冷卻速度是100%的馬氏體析出的臨界冷卻曲線以下，冷卻速度低時(shí)，析出奧氏體。此外，關(guān)于此冷卻速度，曾有專業(yè)人員進(jìn)行過(guò)種種實(shí)驗(yàn)，對(duì)貝氏體的析出及裂紋的關(guān)系進(jìn)行了研究，得出的結(jié)果表明：只要不超過(guò)上述臨界速度（即在貝氏體析出的冷卻速度）不會(huì)產(chǎn)生裂紋。對(duì)于不同成分的球墨鑄鐵，當(dāng)焊接熱量輸入固定，改變?nèi)鄯蠼饘偌捌涓浇睦鋮s速度就可以進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，高于100%馬氏體析出的臨界冷卻速度時(shí)，產(chǎn)生裂紋的頻率很高，而在低于臨界冷卻速度時(shí)，完全沒(méi)有裂紋。因此，為防止焊縫裂紋，需要控制冷卻速度。
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