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        鑄鐵電弧焊補工藝在電機鑄件的應(yīng)用研究

        2014-04-09 00:32:25馬朋飛
        黑龍江科學(xué) 2014年4期
        關(guān)鍵詞:裂紋焊縫

        馬朋飛,連 軍

        (佳木斯電機股份有限公司,黑龍江 佳木斯 154002)

        電機鑄鐵工件材料牌號主要為HT250,不可避免會出現(xiàn)各種缺陷,包括鑄造內(nèi)部缺陷、磕碰等問題。鑄鐵含碳量很高,補焊后焊接接頭容易出現(xiàn)問題。各生產(chǎn)廠都是根據(jù)經(jīng)驗采取補焊等措施,焊接的關(guān)鍵要素不明確,缺少工藝數(shù)據(jù)和可靠的試驗基礎(chǔ)。

        1 灰鑄鐵焊接性分析

        灰鑄鐵力學(xué)性能的特點是強度低、基本無塑性,焊接接頭發(fā)生裂紋的敏感性比較大。其主要問題有:第一,焊接接頭易形成白口鑄造鐵與高碳馬氏體組織。第二,焊接接頭易形成裂紋[1]。

        目前鑄鐵焊接的方法分為冷焊、半熱焊和熱焊3種[2],半熱焊或熱焊需要較長的預(yù)熱及準備時間,不適宜實際生產(chǎn),因此在實際生產(chǎn)中盡量采用冷焊,但是對于修補量比較大的工件,冷焊則不適宜,理論上應(yīng)采用熱焊。

        2 試驗內(nèi)容及試驗過程

        2.1 試件及輸助準備

        為檢測接頭的性能,反映出補焊的接頭性能,試件采用厚板開坡口焊接,開坡口焊接時焊量大,產(chǎn)生的應(yīng)力更為明顯,對接頭的考核更加嚴格,從而更能代表補焊結(jié)構(gòu)。選用保溫棉作為焊接時保溫工具,在焊接完畢后,將試板整體覆蓋起到緩冷的作用。工件采用火焰預(yù)熱,預(yù)熱溫度用紅外線測溫槍測量。

        2.2 試件焊接過程

        2.2.1 Z308、Z208焊條焊接

        第一,先用Z308分別焊接一組試板,采用冷焊(不預(yù)熱),焊條直徑φ3.2mm,焊接電流:100~120A;電源極性:交流;焊接位置:水平。采用多層多道焊,焊接時將另一組試板墊在下面,作為另一組試板間接預(yù)熱。焊接過程中沒有發(fā)現(xiàn)裂紋出現(xiàn),焊接后當時沒有出現(xiàn)裂紋。

        第二,Z308焊條焊接完一對試板后,間接加熱墊在下面的一對試板,預(yù)熱溫度100℃左右,用Z208焊條焊接這對試板,焊接過程中產(chǎn)生了裂紋,再接著焊接仍出現(xiàn)裂紋。

        第三,上述兩件試樣放置12h后,第2d觀察到Z208焊接的試板沿整個焊縫中心開裂,板厚方向裂透,稍加沖擊力試板裂為兩半,可以看到Z308焊條適于冷焊,這在實際生產(chǎn)過程中冷焊散熱片也得到證實。Z208冷焊時,不論在焊接過程中還是焊接后裂紋不可避免出現(xiàn)。

        第四,將Z208焊接開裂的試板焊道打磨掉,重新開坡口,打磨過程中發(fā)現(xiàn)焊道比母材硬度大很多,打磨火星亮度很暗且少,磨削量遠小于母材,說明Z208焊接后不經(jīng)預(yù)熱處理或預(yù)熱溫度較低時焊縫產(chǎn)生非常脆硬的馬氏體,在焊接應(yīng)力的作用下產(chǎn)生脆性裂紋。Z208焊接前用火焰對試板進行預(yù)熱,預(yù)熱溫度600℃~700℃,加熱后迅速用保溫棉覆蓋,焊接時只露出焊接位置,焊接參數(shù)不變,焊接過程中沒有發(fā)現(xiàn)裂紋存在。

        2.2.2 Z408、Z508焊條焊接

        第一,先用Z408半熱焊焊接一組試板,試板預(yù)熱至400℃左右,預(yù)熱后迅速用保溫棉包裹運到焊接位置,焊接時只露出焊縫,焊條直徑φ3.2mm,焊接電流:100~120A;電源極性:交流;焊接位置:水平。采用多層多道焊,焊接時將另一組試板墊在下面,作為另一組試板間接預(yù)熱。焊接過程中沒有發(fā)現(xiàn)有裂紋出現(xiàn),焊接后當時沒有出現(xiàn)裂紋,焊接后試板用保溫棉進行保溫處理。

        第二,Z408焊條焊接完一對試板后,間接加熱墊在下面的一對試板,預(yù)熱溫度100℃左右,用Z508焊條焊接這對試板,焊接后用保溫棉包裹進行緩冷,放置12h后,第2d觀察Z408焊接的試板沒有出現(xiàn)裂紋,而Z508焊接的試板沿焊縫表面有兩段斷續(xù)裂紋。

        第三,為此,需進一步做508焊條焊接試驗,試板需預(yù)熱,用原來有裂紋的試板,沿焊縫縱向砸開,在試板兩側(cè)面重新用砂輪開出坡口,按上面的方法預(yù)熱至400℃,按同樣的焊接參數(shù)進行焊接,焊后保溫處理,經(jīng)過12h后觀察,沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。

        2.3 試件加工及檢測

        試件加工過程中,首先是車削試板平面,Z308、Z408、Z508試板車削沒有問題,但Z208試板焊接接頭堅硬,車削非常困難。然后對各試件進行拉力及硬度試樣檢測。試驗發(fā)現(xiàn)接頭的橫截面表觀都已經(jīng)焊透,斷裂位置在焊縫或熔合線處,接頭的抗拉強度在83~155Mpa,其中Z408接頭強度最高,Z508接頭強度稍低,Z308最低。接頭焊縫處的硬度在176~309HV5。

        3 試驗結(jié)果分析

        第一,從試驗結(jié)果得出,HT250母材強度較低,可能是鑄造過程中控制環(huán)節(jié)不佳,但化學(xué)成分合格,不影響焊接工藝試驗結(jié)果。

        第二,用Z308焊條焊接時工件可以不預(yù)熱,實現(xiàn)冷焊,但用Z208、Z408、Z508焊條焊接HT250時,工件必需進行預(yù)熱處理,否則無法控制裂紋。用Z208焊條焊接時工件預(yù)熱600℃~700℃,用Z408和Z508焊條焊接時工件預(yù)熱400℃。

        第三,Z208焊條焊接后接頭硬度高,只能適用于焊后不加工的工件,如要焊后加工可用Z308、Z408、Z508焊條。從焊條成本來看Z208價格很低,而Z308、Z408、Z508焊條價格要高出6倍,實際焊接中需要根據(jù)使用情況具體對待。

        第四,Z408接頭強度最高,Z508接頭強度稍低,Z308最低。

        4 結(jié)論

        從實際試驗結(jié)果及分析來看,鑄鐵焊補應(yīng)首先采用Z308冷焊補焊工藝,如果工件較厚,厚度超過10mm,應(yīng)采用預(yù)熱處理,但接頭要求較強需使用Z408、Z508預(yù)熱焊接。

        [1]傅積和,孫玉林.焊接數(shù)據(jù)資料手冊[K].北京:機械工業(yè)出版社,1994.

        [2]陳祝年.焊接工程師手冊[K].北京:機械工業(yè)出版社,2010.

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