李曉東，鄧小君，任艷艷

（河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，河南鄭州450046）

鑄鐵焊條EZFe-3焊接接頭組織性能

李曉東，鄧小君，任艷艷

（河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，河南鄭州450046）

在原有鑄鐵焊條的基礎(chǔ)上，研制了EZFe-3鑄鐵焊條。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施焊、硬度測(cè)試、白口區(qū)厚度測(cè)量、可加工性測(cè)試、金相組織觀察和力學(xué)性能試驗(yàn)，對(duì)焊接接頭的組織和性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，研制的焊條焊縫組織為珠光體+少量鐵素體，焊接接頭具有良好的可加工性和抗裂性。

鑄鐵焊條；焊接接頭；力學(xué)性能；可加工性；抗裂性

0 前言

灰鑄鐵是工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種金屬材料，但由于鑄件在生產(chǎn)中往往產(chǎn)生縮孔、裂紋且在使用中常出現(xiàn)裂紋等缺陷，因此灰鑄鐵補(bǔ)焊成為很重要的問(wèn)題?；诣T鐵焊接性極差，在焊補(bǔ)中主要存在以下問(wèn)題：（1）焊接接頭很難機(jī)械加工。灰鑄鐵在補(bǔ)焊時(shí)，焊縫和半熔化區(qū)容易產(chǎn)生滲碳體（Fe3C）生成白口組織，白鑄鐵組織硬度高達(dá)HB800，這使灰鑄鐵件焊補(bǔ)后很難機(jī)械加工。（2）焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋?；诣T鐵本身強(qiáng)度低，塑性極差，再加上焊接過(guò)程受熱不均勻，焊接應(yīng)力大，造成焊縫及熱影響區(qū)容易產(chǎn)生裂紋[1-2]?；诖?，研制了鑄鐵焊條EZFe-3，并對(duì)焊條組織和力學(xué)性能進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

焊接試板為灰鑄鐵HT-200兩塊，尺寸300mm× 150 mm×16 mm。鑄鐵焊條EZFe-3的熔敷金屬化學(xué)成分如表1所示。

表1 焊條熔敷金屬的化學(xué)成分Tab.1Chemical of deposited metal％

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)測(cè)試焊條性能采用交流電弧冷焊工藝。施焊前，將焊條置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干，烘干溫度150℃～200℃，烘干時(shí)間1.5～2 h，將焊接試板開(kāi)60°坡口，認(rèn)真清理待焊處鐵銹、油污等。焊接過(guò)程中采用多層多道焊進(jìn)行對(duì)接焊，每焊50～70 mm后停焊，待焊縫冷卻到100℃以下繼續(xù)施焊，層間溫度

控制在100℃以?xún)?nèi)，焊接電流150～160 A。

在焊接接頭處，用線切割獲得硬度試樣3個(gè)，利用HB-3000型布氏硬度試驗(yàn)機(jī)（壓頭φ5 mm，載荷3 kg）按GB/2650-2008《焊接接頭及堆焊金屬硬度試驗(yàn)方法》進(jìn)行，并將3個(gè)硬度試樣的6個(gè)焊縫橫斷面用硝酸酒精腐蝕后，用10倍放大鏡觀察。采用XJG05金相顯微鏡和X-100顯微硬度計(jì)測(cè)試白口區(qū)厚度，檢驗(yàn)焊接接頭組織。焊接接頭拉伸試驗(yàn)按GB/T2651-2008進(jìn)行。利用B665牛頭刨床62萬(wàn)能銑床和Z25鉆床測(cè)試焊接接頭的可加工性。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 焊縫金屬硬度

焊縫金屬硬度測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示，焊縫實(shí)際平均值為HB210，接近Z408的焊縫硬度，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10044-2006。3個(gè)硬度試樣的6個(gè)焊縫橫斷面上均未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣和裂紋。

表2 焊縫金屬布氏硬度測(cè)試值Tab.2Brinell hardness value of weld metal

2 .2白口區(qū)厚度測(cè)量

放大250倍的焊接接頭白口區(qū)金相圖片如圖1所示。圖1中間部位即為白口區(qū)，白口區(qū)厚度40 mm，經(jīng)換算，其實(shí)際厚度約為0.16 mm。用該法共測(cè)試10組，白口區(qū)厚度在0.13～0.22 mm之間，平均值0.15 mm，與目前最好的鑄鐵焊條Z308相近。

圖1 白口區(qū)組織形貌Fig.1Morphology of white area

2.3 金相組織檢驗(yàn)

焊接接頭不同部位顯微組織如圖2所示。圖2a為多層焊縫的金屬組織，組織為珠光體加少量鐵素體，其中黑色塊狀組織為珠光體，白亮色塊狀組織為鐵素體，這與焊條熔敷金屬的化學(xué)分析及焊縫金屬的布氏硬度測(cè)試結(jié)果相吻合，這種組織塑性好、硬度低，焊后焊縫處應(yīng)力集中小，不易產(chǎn)生焊接裂紋[3-5]。圖2b為焊接接頭熔合區(qū)形成的白口區(qū)，該區(qū)白亮色板條狀為滲碳體（Fe3C），組織硬而脆，延伸率接近零，但電弧冷焊有白口區(qū)是不可避免的，只能采取措施盡量降低其厚度。圖2c為母材灰鑄鐵組織，主要是片狀石墨和珠光體組成。

圖2 焊接接頭的金相組織Fig.2Microstructure of welded joint

2.4拉伸試驗(yàn)及可加工性

焊接接頭抗拉強(qiáng)度平均值205 MPa，斷裂部位均在靠近熔合線的母材一側(cè)[6]。用常規(guī)刃具和常規(guī)切削參數(shù)對(duì)焊接接頭進(jìn)行加工，加工過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)打刀現(xiàn)象，在被切削表面上也無(wú)“讓刀”痕跡，可見(jiàn)機(jī)械加工性較好。

3 結(jié)論

（1）試焊焊縫組織為珠光體加少量鐵素體，白口區(qū)厚度平均值0.15 mm，與目前最好的鑄鐵焊條Z308相近。

（2）焊縫實(shí)際平均值為HB210，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10044-2006。硬度試樣的橫斷面上未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣和裂紋。

（3）焊接接頭抗拉強(qiáng)度平均值為205 MPa，斷裂部位均在靠近熔合線的母材一側(cè)，可加工性好。

[1]子榮，李升鶴.電焊條[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996：39-53，73-80，323-326.

[2]王愛(ài)華，李建國(guó)，姚青虎，等.納米CeO：粉體對(duì)鐵粉焊條焊縫組織和性能影響的研究[J].兵器材料科學(xué)與工程，2009（3）：32-34.

[3]齊向前，陳金洪，田旭海.焊接線能量對(duì)T91鋼焊縫組織及硬度的影響[J].熱加工工藝，2010（9）：167-168.

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[5]袁浩，馬成勇，齊彥昌，等.690鎳基合金焊條熔敷金屬的組織與性能研究[J].材料科學(xué)與工藝，2016（2）：32-34.

[6]翟秋亞，徐錦鋒.多元微合金化鑄鐵電弧冷焊同質(zhì)焊條的焊接性能[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，16（4）：4-8.

Microstructures and properties of welded joint of cast iron electrode EZFe-3

LI Xiaodong，DENG Xiaojun，REN Yanyan
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，He'nan Institute of Vocational&Technology，Zhengzhou 450046，China）

Cast iron electrode EZFe-3 was developed on the basis of the original cast iron electrode.The microstructures and properties of welded joint were studied through the field welding,hardness testing,white zone thickness measurement,workability test,microstructure observation and mechanical properties test.Experimental results show that the weld microstructure of electrode contains pearlite and a small amount of ferrite,welded joint has good workability and crack resistance.

cast iron electrode；welded joint；mechanical properties；workability；crack resistance

TG422.1

A

1001-2303（2016）08-0106-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.08.25

2016-06-15

河南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（152300410146）

李曉東（1962—），男，河南鄭州人，教授，學(xué)士，主要從事機(jī)械及焊接材料的研究。