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    常見合金元素對鋼焊接性的影響


     鑄件上的某些缺陷,如氣孔、夾渣、夾砂、裂紋、冷隔、滲漏等,如果超過有關標準、驗收文件或訂貨協議中所允許的范圍,可以按其規定進行修復。經修復、檢驗,確認合格的鑄件,不應列入廢品。

      焊補法應用most廣,most可靠;滲補法經濟而有效;其它修復方法還有熔補、環氧樹脂粘補、塞補、膩補、金屬噴鍍等。

      1.1 鑄鋼件的焊補

      焊補是鑄鋼件的基本生產工序之一。鑄鋼件上的鑄造缺陷幾乎都可以用焊補法修復。電弧焊被廣泛采用。

      (1)鑄鋼的焊接性 鑄鋼的含碳量對焊接性影響極大,合金元素的影響亦相當復雜。碳鋼或低合金鋼的焊接性通常用碳當量CE估計,近似計算公式頗多,大同小異,常用公式如下:

      碳當量CE<0.4%,焊接性良好;碳當量愈高,焊接性愈差。

      常見合金元素對鋼焊接性的影響,其見表28。

      表28 若干元素對鋼焊接性的影響

    元素
    影響規律及說明
    C
    C<0.25%,焊接性良好,C增加,焊接性顯著下降
    Mn
    C<0.20%,Mn<0.8%~1.0,影響不大;Mn增加,焊接性變壞
    Cu
    Cu<0.5%,影響可不計;Cu0.5%~0.6%影響亦不大
    Al
    加入大量Al,焊接性變壞
    Ti,Nb
    改善焊接性
    P
    P<0.05%,影響可不計;P增加,降低焊接性
    S
    降低焊接性

      碳鋼和低合金鋼的焊接性,見表29。

      (2)焊補要點 為了保證焊補品質(質量),應認真清理缺陷處的粘砂、氧化皮、夾雜物等;開出坡口;并根據鋼的焊接性做好焊前預熱和焊后熱處理。

      表29 一些常用鑄鋼的焊接性

    鋼種
    主要化學成分(%)
    焊接性
    焊前預熱溫度(℃)
    焊后于560~650℃退火
    碳鋼
    C<0.3
    不需
    不需
    C 0.3~0.4
    100~150①
    most好退火
    C 0.4~0.5
    尚可
    150~300
    應進行
    錳鋼
    Mn1.2~1.6,C0.2~0.3
    100~150①
    most好退火
    Mn1.2~1.6,C0.3~0.4
    尚可
    150~300
    應進行
    鉻鋼
    Cr<1.0,C<0.2
    不需
    不需
    Cr1.5~1.6,C<0.3
    150~200℃①
    most好退火
    鎳鋼
    Ni<2.0,C<0.2
    不需
    不需
    Ni2.0~3.0,C0.15~0.30
    100~150①
    most好退火
    Ni>3.0,C0.3~0.4
    尚可
    150~300
    應進行
    鉬鋼
    Mo0.4~0.6,C<0.25
    100①
    most好退火
    Mo0.4~0.6,C0.25~0.35
    100~150①
    most好退火
    銅鋼
    Cu<2.0,C<0.2
    不需
    不需

      注:V和Ti在其正常含量范圍內對焊接性的影響可不考慮,Si含量在1.0%以下無明顯影響。

     、 形狀簡單的中小件可不預熱。

      1.2 鑄鐵件的焊補

      鑄鐵件上的氣孔、砂眼、夾渣、裂紋、滲漏等缺陷,若不超過焊補的允許范圍,可以進焊補修復。但是,鑄鐵的焊接性能差,焊后常用氣孔、變形,易斷裂,難加工,因此焊補鑄鐵時,應非常慎重。 (1)焊補方法 鑄鐵的焊補方法通常按工件的預熱溫度分類:焊前不預熱或僅預熱到250℃以下,稱為冷焊;焊前預熱到250~450℃,稱為半熱焊;焊前預熱到500~700℃,稱為熱焊。

      |||

      鑄鐵常用焊補方法的特點及適用范圍見表30。

      表30 鑄鐵的焊補方法及其適用范圍

    焊補方法
    鑄件預熱
    焊補特點
    適用范圍
    焊條電弧焊
    不預熱冷焊
      通常采用非鑄鐵焊條。若用鎳基焊條,焊后可加工;若用其它種類焊條,焊后加工性差,且焊縫強度和顏色各不相同,有的與母材接近
      采用大直徑鑄鐵芯焊條和大電流時,若能嚴格執行冷焊工藝要點,則焊后可加工,硬度、強度、顏色與母材基本相同。但若缺陷四周剛度大時,焊后易開裂
    冷焊、半熱焊主要用于非加工面上焊補,有時也用于加工面上焊補
    400℃左右半熱焊
      一般采用鋼芯石墨化型鑄鐵焊條,焊后加工性不穩定,強度與母材相近
    500~700℃
    左右熱焊
      一般采用鑄鐵芯焊條。焊后需保溫緩冷?杉庸,硬度,強度、顏色與母材基本相同,即使缺陷四周剛度大,焊后亦不易開裂
    氧-乙炔氣焊
    不預熱
      焊后可加工,硬度、強度、顏色與母材基本相同。但焊后常易開裂
    主要用于非加工面
    600℃左右熱焊
      預熱后快速焊。焊后在650~700℃左右保溫緩冷?杉庸,硬度、強度、顏色與母材基本相同
    多用于加工面
    釬焊
    釬料與鑄件
    一同加熱
      釬料熔化,流布鑄件的縫隙或空洞中。焊后,鑄件變形小,易加工,但不宜高溫工作
    主要用于修補孔洞,裂縫等缺陷

      (2)焊條的選用 焊補鑄鐵缺陷應根據母材選 用適當焊條,見表31。

      表31 根據鑄鐵材質選用焊條(日本焊接協會)

    母材
         焊條種類
    焊接種類
    鎳焊條
    DFC Ni
    鎳鐵焊條
    DFC NiFe
    鎳銅焊條
    DFCNi Cu
    銅焊條
    DFC Cu
    鐵焊條
    DFC Fe
    灰鑄鐵
    補洞
    焊接
    一般
    焊補裂縫
    稍差
    球墨鑄鐵
    補洞
    一般
    稍差
    稍差
    焊接
    一般
    焊補裂縫
    一般
    可鍛鑄鐵
    黑心與
    白心
    補洞
    稍差
    焊接
    稍差
    焊補裂縫
    一般
    珠光體
    補洞
    一般
    稍差
    焊接
    稍差
    焊補裂縫

      注:日本JISZ3252鑄鐵焊條(下列成分是焊縫金屬成分%):

    焊條名稱
    C
    Mn
    Si
    P
    S
    Ni
    Fe
    Cu
    DFC Ni
    1.8
    1.0
    2.5
    0.04
    0.04
    >92
    DFC NiFe
    2.0
    2.5
    2.5
    0.04
    0.04
    40~60
    余量
    DFC NiCu
    1.7
    2.5
    1.0
    0.04
    0.04
    >60
    2.5
    2.5~3.5
    DFC Cu
    1.0~5.0
    1.0
    2.5~9.5
    0.04
    0.04
    余量
    DFC Fe
    0.15
    0.8
    1.0
    0.03
    0.04
    余量

      1.3 鑄鋁件的焊補

      常用焊補方法及其應用見表32。

      表32 鑄鋁件常用焊補方法及應用

    方法
    焊補要點
    應用
    氣焊
    1.焊條與補焊鑄件相同
    2.熔劑①(焊藥);氯化鉀30%~50%,氯化鋰0%~23%,氯化鈉0%~45%,氯化鋇0%~40%,氯化鈉0%~9%,氟化鉀0%~15%,冰晶石0%~20%。
    3.鑄件預熱到300~400℃,保溫2~3h
    廣泛應用
    金屬極電弧焊
    1.焊條常用鋁硅合金焊條(Si4%~6%)也可用純鋁焊條(Al≥99.5%)
    2.工件預熱溫度:壁厚<6mm,100~150℃;壁厚6~8mm,200℃左右;壁厚8~12mm,350~400℃
    3.焊后300~350℃回火
    適于大鑄件,重要鑄件,如缸體,缸蓋等。應用較廣
    氬弧焊
    1.焊條位于鎢極下方,端頭伸入熔池,在氬氣保護中,鎢極熔化金屬
    2.鑄件預熱150~200℃;焊后緩冷
    適于重要鑄件,如缸體、缸蓋等。質量好,成本高

     、 指質量分數。

      |||

      1.4 浸滲修補

      將液態材料(浸滲劑)滲透進疏松等缺陷里,硬化,堵塞孔洞,修復鑄件的方法,稱為滲浸修補。浸滲是鑄件防滲漏的有效途徑,廣泛用于各種耐氣壓或液壓的鑄件,如發動機缸體、缸蓋、進氣管,壓縮機鑄件,閥類鑄件,泵類鑄件等。

      (1)浸滲方法 浸滲分為局部浸滲和整體浸滲兩大類,每類又根據浸滲條件分為若干浸滲方法。分類如下:

     

      內壓浸滲是待補鑄件只留一個開口,其余開口均封閉,然后在鑄件內腔裝滿浸滲劑,從開口處加壓,浸補。

      真空浸滲是將鑄件裝入耐壓罐內,密封,抽真空,在真空條件下注入浸滲劑浸滲;壓力浸滲是使浸滲劑在壓力條件下浸滲鑄件;真空壓力浸滲是鑄件裝入耐壓罐內先真空浸滲,再進一步壓力浸滲。

      真空浸滲是國內外公認的most有成效的浸滲方法,應用most多。

      (2)浸滲劑 浸滲劑是在浸滲處理中用以密封鑄件微孔缺陷的液態化學物質。浸滲劑分為無機浸滲劑和有機浸滲劑兩大類,種類繁多,分類如下;

     

      其中效果most佳者是硅酸鹽、聚酯類、厭氧型三種浸滲劑。

      1)硅酸鹽浸滲劑 以水玻璃(硅酸鈉溶液Na2O·mSiO2)為主要成分,以多種金屬氧化物超細粉為固化劑等,調制而成。水玻璃模數一般2.7~3.0,密度稀釋到1.29~1.35g/cm3;氧化物一般超細到270~400目。典型配比如下:水玻璃溶液73.7~96.7%,超細無機金屬鹽2%~10%多種超細金屬氧化物(如ZnO,MgO,CaO,Al2O3,Fe2O3等)0.1%~3%。穩定劑0.5%~5%,有機增韌劑0.5%~5%,表面活性劑0.1%~1%,高分子分散劑0.1%~0.3%等。技術參數,見表33。

      硅酸鹽浸滲劑耐高溫(500~800℃),成本低,但質脆,收縮大,易龜裂?蓾B補0.4mm以下的微孔;若孔較大,需重復浸滲。

      表33 硅酸鹽浸滲劑的技術參數

    性能
    技術參數
    pH(25℃)
    11~12
    粘度(25℃)m·Pa·s
    14~18
    相對密度(25℃)g/cm3
    1.2~1.35
    表面張力(25℃)N/m
    0.04~0.06
    滲補鑄件壁厚  mm
    >2
    浸滲most大孔徑 mm
    ≤0.2
    浸滲效率  %
    90~95

      2)聚酯類浸滲劑 通常是以苯乙烯為稀釋劑的聚酯溶液。表面張力小,浸滲效率高,收縮率低,耐介質作用,滲補件承壓大。但固化需加熱到100~135℃,作業場地需通風,價格貴?蓾B補0.2mm以下的微孔,一次滲補成功率高。

      3)厭氧浸滲劑 以丙烯酸酯類為主要成分,添加引發劑、促進劑、表面活性劑、阻聚劑等,配制而成。

      |||

      厭氧浸滲劑對氧化極敏感,在空氣中,由于氧的阻聚作用而能長期保持液態且低粘度;一旦隔絕空氣,就發生聚合反應,變為固態。特點:粘度小,浸滲效率高(>99%),固化不收縮亦不膨脹,耐腐蝕,承壓大;但不耐熱(<150℃),價格昂貴。通常滲補0.2mm以下的微孔,most大孔徑0.4~0.5mm。適用于各種鑄造合金。

      (3)浸滲工藝及設備 浸滲工藝與浸滲方法和浸滲劑有關,通常分為三階段:前處理浸滲,后處理在各種浸滲工藝中,硅酸鹽真空浸滲most常用。

      1)硅酸鹽真空浸滲工藝(表34)

      表34 硅酸鹽真空浸滲工藝

    階段
    工藝過程及要點
    前處理
    1.脫脂:在有加熱裝置的脫脂容器中,一般用60~80℃的堿液或三氯乙烯蒸汽,去除鑄件表面油污。脫脂是關鍵工序
    2.清洗;通常用清水沖洗
    3.干燥:風干,或烘干
    浸滲處理
    鑄件放入浸滲罐
    1.抽真空:真空壓力一般選-0.093~-0.098MPa,持續10~15min
    2.注液,真空浸滲:浸滲液滲進鑄件的微孔缺陷中
    3.壓力浸滲:向浸滲罐施壓,一般選0.5~0.8MPa,滲進鑄體微孔的浸滲劑,在壓力下進一步向縱深滲入真空壓力浸滲延續時間一般選10~15min
    4.降壓到0.2MPa,排液
    后處理
    1.取出鑄件,滴干,清洗(漂洗或沖洗)干凈
    2.固化:鑄件在有加熱裝置的容器或烘箱中,恒溫80~100℃,固化2~3h
    3.風干:取出鑄件,風干20~24h

      2)硅酸鹽真空浸滲設備:成套設備主要有:脫脂罐,清洗罐,浸滲罐(及其貯液罐、真空泵),鈍化罐,固化罐等。


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