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超低碳型多用焊接材料的應用
來源於:鞏義市AG亞遊正規平台材料有限公司 發布時間:[2012/12/17] 瀏覽:1871

研製了一種超低碳型多用焊接材料,該焊接材料所獲得的焊縫組織為鐵素體+珠光體基體,通過在合金係統中加入Ni、Cu等合金元素,保證了焊縫金屬與鑄鐵、高碳鋼等材料的可焊接性。這種焊接材料不但可以用於灰口鑄鐵和球墨鑄鐵件的補焊和連接,也可用於焊接中碳鋼、中合金鋼和部分高碳鋼。
關鍵詞:碳含量;焊接材料;鑄鐵
鑄鐵和中碳鋼、高碳鋼的可焊性是比較差的,主要原因是由於其成分中大量碳的存在。在焊接過程中,由於焊接冷速很快,這些碳形成碳化物或高碳馬氏體,造成焊接熱影響區的白口和裂紋[1].焊接這類材料,一般需要采用一些特殊的焊接材料,例如焊接鑄鐵時,常用鑄208和鑄248焊條;另一類常用的焊接材料是鑄308焊條和鑄408焊條[2].采用了另一種方法,即利用超低碳焊接材料本身碳含量很低這一特點,去衝淡母材中的碳,另外通過加入鎳、銅和稀土等元素,克服了由母材中溶入的碳的有害作用。同樣也能解決鑄鐵等難焊材料的可焊性問題,在工程上應用取得了良好的使用效果。

1 試驗材料及方法

  試驗焊條采用特製的超低碳型焊芯,其碳含量控製在0.03%以下。焊芯直徑φ3.2~4.0mm,合金元素是通過在焊條藥皮中加入金屬鎳粉、銅粉和稀土矽鐵等過渡到焊縫中。當采用所研製的焊接材料焊接後,焊縫金屬的化學成分如表1所示。

表1 焊縫金屬的化學成分/%

C Si Mn Ni Cu Ce S P
0.059 0.36 0.81 1.5 0.47 0.003 0.023 0.021

  焊後從焊接接頭上截取試件,進行硬度測定和金相分析,並根據所測試的數據進行理論分析。

2 試驗結果及分析

2.1 焊接材料的設計思路
  設計一種鑄鐵焊條時,必須考慮到該種材料焊接後出現白口、冷裂紋現象和焊後可加工性問題。在這種新型超低碳焊接材料的設計過程中,主要采用下麵的方法來解決這些問題。首先,采用超低碳焊芯來保證焊縫中對碳的衝淡。當采用一般結構鋼焊條焊接鑄鐵時,焊縫中第一層中的碳含量可達0.7%~1.0%,在焊接冷速較快條件下,焊縫中必然出現大量的高碳馬氏體組織。另外,在熔合區中,還可能出現大量的碳化物,並導致白口現象。采用超低碳型焊接材料後,由於超低碳焊接材料的碳含量僅為0.03%,可以容納由母材中過渡來的大量的碳,使得其含量低於導致高碳馬氏體出現的水平,焊縫中碳的含量問題基本可以得到解決。但是,由於過渡區中的高含碳量是由於在焊接固-液相線之間的溫度區由液相金屬的流動和強烈擴散所造成的,因此,僅靠焊縫本身的衝淡作用難以保證不出現白口現象。為此,在焊縫中仍需加入一些保證石墨化的合金元素,如稀土矽鐵等。同時在焊縫中加入一定量的鎳、銅、矽等元素,這對於防止白口的存在將是十分有利的。本文所設計的特種焊條就是按照上述的思路所設計的。但是,由於考慮到焊條本身的造價問題,這些元素的加入量都沒有達到足夠的量。雖然這可能導致其防止熱影響區白口的能力不會很強,但考慮到該焊條本身是為多種功能而設計的,這樣也基本可以保證了焊縫的硬度和可加工性。
  當采用該種焊條焊接中碳鋼、高碳鋼時,不存在白口的問題。同時,采用超低碳焊接材料也基本可以解決碳含量過高的問題。但是,由於這類母材淬硬性較大,雖然焊縫中可以防止裂紋,但是,熱影響區的淬硬傾向仍需注意。在條件許可的情況下,可以適當采用一些預熱措施。
  該種焊接材料麵臨的另一個問題是強度問題,純鐵類材料強度很低,但在焊條設計過程中加入合金元素後,在保證其它性能的同時,也能提高焊縫的強度。該種焊接材料完全可以作為一種連接型焊接材料用於低碳鋼和低合金鋼類材料的焊接,並可以保證其力學性能的要求。
2.2 焊縫金屬的組織與性能
  用所研製的焊接材料分別在灰口鑄鐵和45號鋼上進行施焊。所得到的焊縫組織如圖1、圖2所示。其中圖1是在灰口鑄鐵上施焊的,而圖2是在45號鋼件上施焊的。

    由圖1中可以看到,采用超低碳型焊接材料焊接灰口鐵時,焊縫組織為較細的鐵素體+珠光體組織。此時對焊縫的硬度進行測試,各點硬度均在HB200~230範圍之內,而且焊縫具有很好的抗裂性和良好的加工性能。雖然可以在焊接熱影響區的金相組織中看到一些白口組織,但這些組織並不影響焊縫的性能。由圖2中可以看到,采用該種焊接材料焊接中碳鋼時,焊縫組織也是較細的鐵素體+珠光體組織,焊接熱影響區則是很細的以珠光體為主的組織。此時焊縫有良好的抗裂性。
  對熔敷金屬進行力學性能試驗,結果為:焊縫金屬的σb=546MPa、σS=446MPa、δ5=33%、焊縫平均硬度為HB210~220,由這些數據可見,該種焊條完全可以用於低碳鋼和低合金鋼的焊接。
  由以上的分析可見,該種焊條可以焊接鑄鐵(包括灰口鑄鐵和球墨鑄鐵)、高碳鋼、中碳鋼。此時焊縫具有良好的可焊性,但焊縫並不保證與母材等強的要求。在這些條件下主要是作為焊補材料使用。這種材料可以作為連接材料用於低碳鋼和低合金鋼的焊接,此時,其力學性能完全可以滿足與母材等強的要求。
2.3 焊接工藝要求
  采用該種焊接材料焊接上述各種材料時,完全可以不進行焊前預熱。焊前焊條應烘幹250~300℃,焊接時采用直流反接,焊接電流與一般結構鋼焊條焊接時基本相同。當焊接鑄鐵時,以短弧、窄道為宜,最好邊焊邊錘擊焊肉以消除焊接應力。

3 結論

  (1)所研製的多功能焊接材料采用超低碳焊芯,並與適當的合金元素配合,可以用於鑄鐵、高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼、低合金鋼的焊接。
  (2)該種焊接材料與上述各種母材間具有良好的可焊性,所形成的焊縫組織以鐵素體+珠光體組織為主。
  (3)焊接時不需采取預熱等特殊的工藝措施,就可以保證焊縫具有良好的抗裂性和可加工性。

 

 

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