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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,如果超過有關標准、驗收文件或訂貨協議中所允許的範圍,可以按其規定進行修複。經修複、檢驗,確認合格的鑄件,不應列入廢品。

      焊補法應用最廣,最可靠;滲補法經濟而有效;其它修複方法還有熔補、環氧樹脂粘補、塞補、膩補、金屬噴鍍等。

      1.1 铸钢件的焊补

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

      (1)铸钢的焊接性 铸钢的含碳量对焊接性影响极大,合金元素的影响亦相当复杂。碳鋼或低合金钢的焊接性通常用碳当量CE估计,近似计算公式颇多,大同小异,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,其见表28。

      表28 若干元素对钢焊接性的影响

    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 为了保证焊补品质(质量),应认真清理缺陷处的粘砂、氧化皮、夹杂物等;开出坡口;并根据钢的焊接性做好焊前预热和焊后热处理。

      表29 一些常用铸钢的焊接性

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

      注:V和Ti在其正常含量範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。

      ① 形状简单的中小件可不預熱。

      1.2 铸铁件的焊补

      铸铁件上的气孔、砂眼、夹渣、裂纹、渗漏等缺陷,若不超过焊补的允许范围,可以进焊补修复。但是,铸铁的焊接性能差,焊后常用气孔、变形,易断裂,难加工,因此焊补铸铁时,应非常慎重。 (1)焊補方法 铸铁的焊補方法通常按工件的预热温度分类:焊前不預熱或仅预热到250℃以下,称为冷焊;焊前预热到250~450℃,称为半热焊;焊前预热到500~700℃,称为热焊。

      |||

      鑄鐵常用焊補方法的特點及適用範圍見表30。

      表30 铸铁的焊補方法及其適用範圍

    焊補方法
    鑄件預熱
    焊補特點
    適用範圍
    焊條電弧焊
    不預熱冷焊
      通常采用非铸鐵焊條。若用镍基焊条,焊后可加工;若用其它种类焊条,焊后加工性差,且焊缝强度和颜色各不相同,有的与母材接近
      采用大直径铸铁芯焊条和大电流时,若能严格执行冷焊工艺要点,则焊后可加工,硬度、强度、颜色与母材基本相同。但若缺陷四周刚度大时,焊后易开裂
    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
      一般采用钢芯石墨化型铸鐵焊條,焊后加工性不稳定,强度与母材相近
    500~700℃
    左右熱焊
      一般采用铸铁芯焊条。焊后需保温缓冷。可加工,硬度,强度、颜色与母材基本相同,即使缺陷四周刚度大,焊后亦不易开裂
    氧-乙炔氣焊
    不預熱
      焊后可加工,硬度、强度、颜色与母材基本相同。但焊后常易开裂
    主要用于非加工面
    600℃左右熱焊
      预热后快速焊。焊后在650~700℃左右保温缓冷。可加工,硬度、强度、颜色与母材基本相同
    多用于加工面
    釺焊
    釺料與鑄件
    一同加熱
      钎料熔化,流布铸件的缝隙或空洞中。焊后,铸件变形小,易加工,但不宜高温工作
    主要用于修補孔洞,裂縫等缺陷

      (2)焊条的选用 焊补铸铁缺陷应根据母材选 用适当焊条,见表31。

      表31 根据铸铁材质选用焊条(日本焊接协会)

    母材
         焊条种类
    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铸鐵焊條(下列成分是焊缝金属成分%):

    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 铸铝件的焊补

      常用焊補方法及其應用见表32。

      表32 铸铝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%,氯化锂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℃,保温2~3h
    广泛應用
    金屬極電弧焊
    1.焊條常用鋁矽合金焊條(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.焊後300~350℃回火
    适于大铸件,重要铸件,如缸体,缸盖等。應用较广
    氩弧焊
    1.焊條位于鎢極下方,端頭伸入熔池,在氩氣保護中,鎢極熔化金屬
    2.鑄件預熱150~200℃;焊后缓冷
    適于重要鑄件,如缸體、缸蓋等。質量好,成本高

      ① 指质量分数。

      |||

      1.4 浸渗修补

      將液態材料(浸滲劑)滲透進疏松等缺陷裏,硬化,堵塞孔洞,修複鑄件的方法,稱爲滲浸修補。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)浸渗方法 浸渗分为局部浸渗和整体浸渗两大类,每类又根据浸渗条件分为若干浸渗方法。分类如下:

     

      內壓浸滲是待補鑄件只留一個開口,其余開口均封閉,然後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。

      真空浸渗是国内外公认的最有成效的浸渗方法,應用最多。

      (2)浸渗剂 浸渗剂是在浸滲處理中用以密封铸件微孔缺陷的液态化学物质。浸渗剂分为无机浸渗剂和有机浸渗剂两大类,种类繁多,分类如下;

     

      其中效果最佳者是矽酸鹽、聚酯類、厭氧型三種浸滲劑。

      1)硅酸盐浸渗剂 以水玻璃(硅酸钠溶液Na2O·mSiO2)为主要成分,以多种金属氧化物超细粉为固化剂等,调制而成。水玻璃模数一般2.7~3.0,密度稀释到1.29~1.35g/cm3;氧化物一般超细到270~400目。典型配比如下:水玻璃溶液73.7~96.7%,超细无机金属盐2%~10%多种超细金属氧化物(如ZnO,MgO,CaO,Al2O3,Fe2O3等)0.1%~3%。稳定剂0.5%~5%,有机增韧剂0.5%~5%,表面活性剂0.1%~1%,高分子分散剂0.1%~0.3%等。技術參數,见表33。

      矽酸鹽浸滲劑耐高溫(500~800℃),成本低,但質脆,收縮大,易龜裂。可滲補0.4mm以下的微孔;若孔較大,需重複浸滲。

      表33 硅酸盐浸渗剂的技術參數

    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
    渗补铸件壁厚  mm
    >2
    浸渗最大孔径 mm
    ≤0.2
    浸渗效率  %
    90~95

      2)聚酯类浸渗剂 通常是以苯乙烯为稀释剂的聚酯溶液。表面张力小,浸渗效率高,收缩率低,耐介质作用,渗补件承压大。但固化需加热到100~135℃,作业场地需通风,价格贵。可渗补0.2mm以下的微孔,一次渗补成功率高。

      3)厌氧浸渗剂 以丙烯酸酯类为主要成分,添加引发剂、促进剂、表面活性剂、阻聚剂等,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,變爲固態。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,最大孔徑0.4~0.5mm。適用于各種鑄造合金。

      (3)浸渗工艺及设备 浸渗工艺与浸渗方法和浸渗剂有关,通常分为三階段:前處理浸渗,後處理在各种浸渗工艺中,硅酸盐真空浸渗最常用。

      1)矽酸鹽真空浸滲工藝(表34)

      表34 硅酸盐真空浸渗工艺

    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,去除鑄件表面油汙。脫脂是關鍵工序
    2.清洗;通常用清水沖洗
    3.幹燥:風幹,或烘幹
    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
    後處理
    1.取出鑄件,滴幹,清洗(漂洗或沖洗)幹淨
    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.風幹:取出鑄件,風幹20~24h

      2)矽酸鹽真空浸滲設備: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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