[发明专利]铸铁大线能量电弧冷焊技术

说明书

本发明属于电弧冷焊铸铁缺陷的一种方法，尤其适用于灰铸铁加工面大缺陷的焊补。

中国发明专利公报中，于1987年8月12日公开了一种“铸铁冷焊”的方法，其目的是焊补铸铁的裂纹和缺陷;其方法是用普通低碳钢焊条焊接铸铁，具体方法有两种，一是直接冷焊，焊机电流为70～200安培，电弧长度3～5毫米，焊后，马上用水冷却;二是水保护冷焊，把工件放入水中，仅露出焊接部位，然后进行焊接;其不足之处是，采用这两种方法仅陷于铸铁非加工面的焊补，使用范围有限。

本发明的目的在于：避免上述现有技术中的不足，解决铸件加工面裂纹和缺陷的焊补，尤其是大灰铸铁件加工面大缺陷、大裂纹的焊补，达到焊缝区、熔合区不存在白口组织，其硬度和母材硬度一致，能进行机械加工，其至刮削加工的目的，并可有效地防止裂纹的产生和发展，也适用铸铁非加工面上的缺陷焊补。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一、焊前准备：

1、用电弧、砂轮或气刨枪对铸件缺陷处开坡口，清除砂粒、水分、油类等杂物，并在坡口凌空处及其周围用耐火泥或耐火砖等耐火材料造型。

2、采用铸铁芯焊条，焊条直接φ5～φ10。

3、焊接电流Ⅰ与焊条直径φ的关系是I＝45～55φ。

4、焊接规范选择：

铸件厚度（mm）  焊条直径φ（mm）  焊接电流I（A）

≤25  5  180～220

25～40  6  250～330

≥40  8～10  360～460

二、施焊方法：

1、采用长弧、分段、连续施焊在第一段补焊时，焊缝填满后可用器具把铁水拨出，根据实际情况可无或可有若干次。再焊补第一段直到填满后，熔池高出母材2～6毫米，焊后温度达1000℃～400℃时，用钳子榔头锤击焊缝，锤击力量由轻到重，然后以同样方式补焊第二段、第三段、……，其不同之处在于除第一段要刮出熔池内的铁水外，其余各段不需刮出铁水工序，最后用硅酸铝耐火纤维材料覆盖在焊补处，使其缓慢冷却直至室温，清除耐火、保温材料及浮渣等杂物，整个焊接过程就此结束。

本发明建立的理论基础是：根据亚共晶过冷液态铸铁等温转变图和连续冷却转变图，见图1和图2所示，可知焊补铸铁熔合区在1100℃时，冷却速度小于10℃/秒或者等温停留20～30秒是获得灰口组织的充分条件，下面对这两个条件作进一步的计算：

1、以φ6焊条为例，计算线能量E值：E＝60.U.I.η/ν

式中：U-电弧电压，取30V（伏）

I-焊接电流，取300A（安培）

ν-焊接速度，为1.8厘米/分

η-实际热效率，为0.75

将上述数据代入公式：

则  E＝60×30×300×0.75/1.8＝53550（卡/厘米）

这个数值比一般电弧焊接线能量大得多。

2、以室温20℃作为冷焊时温度，焊补熔池在1100℃时的停留时间t_N值计算：t_H＝ME/2πλ（T_H-T₀）

式中：M-常数，取M＝1

λ-材料导热系数，取λ＝0.06卡/厘米·秒·℃

π-圆周率

T_H-熔池温度，取1100℃

T₀-工件温度，取20℃

则 t_H＝1×53550/2π×0.06（1100-20）＝131（秒）

3、计算冷却速度ν值：

ν＝2πλ（T_H-T₀）²2/E

＝2π×0.06（1100-20）²/53550

＝8.32（℃/秒）

从以上计算可知，铸铁大线能量电弧冷焊方法能够达到焊接接头所获得灰口组织的两个充分条件，除此而外，本发明也可防止裂纹的产生。一般金属的断裂是由裂源、扩展和破断三部分组成，而铸铁是一种强度低而脆性高的材料，并存在着大量裂源，如母材中的石墨片、杂质、气孔、砂眼等，焊补时可能出现的咬肉、未焊透、夹渣、气孔等缺陷，熔合区出现的白口层组织，热影响区出现的许火马氏体组织，都是潜在的裂源，当补焊后，熔池凝固收缩时，产生拉应力，这些裂源处极易产生应力集中，一旦超过铸铁本身强度极限时，就会形成宏观裂纹，本发明通过下述方法来解决这个问题的。