QT400-18球墨鑄鐵焊補(bǔ)工藝研究

趙悅光，郭敏，晁革新，谷剛，田逢甲（陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平 713105）

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QT400-18球墨鑄鐵焊補(bǔ)工藝研究

趙悅光，郭敏，晁革新，谷剛，田逢甲
（陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平 713105）

摘要：球墨鑄鐵鑄造生產(chǎn)中難免產(chǎn)生鑄造缺陷，根據(jù)鑄件技術(shù)要求可以采用焊補(bǔ)修復(fù)。然而，球墨鑄鐵含碳量高，焊接性能差，焊補(bǔ)過(guò)程中易產(chǎn)生白口組織和裂紋。通過(guò)對(duì)QT400-1 8球墨鑄鐵焊補(bǔ)工藝進(jìn)行研究，制定嚴(yán)格的焊補(bǔ)工藝，通過(guò)與母材對(duì)比結(jié)果表明，選用Z408焊補(bǔ)后的硬度稍高，不適合用于加工面的焊補(bǔ)處理，Z308焊條焊補(bǔ)后的硬度與母材接近，可以用于加工面的焊補(bǔ)處理，Z308焊條和Z408焊條焊補(bǔ)后的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度基本與母材一致，不影響鑄件的使用性能。

關(guān)鍵詞：焊補(bǔ)；球墨鑄鐵；焊條；機(jī)械性能

鑄鐵是含碳量大于2%的鐵碳合金，一般含有硅、錳元素及硫、磷雜質(zhì)，有時(shí)還加入不同的合金元素，以便獲得具有不同性能的鑄鐵。按碳在鑄鐵中存在的狀態(tài)及形式的不同，可將鑄鐵分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、白口鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵。使用較多的鑄鐵有灰鑄鐵和球墨鑄鐵，鑄鐵的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接過(guò)程中易產(chǎn)生白口組織和裂紋。白口組織是由于在鑄鐵補(bǔ)焊時(shí)，碳、硅等促進(jìn)石墨化元素大量燒損，且補(bǔ)焊區(qū)冷速快，在焊縫區(qū)石墨化過(guò)程來(lái)不及進(jìn)行而產(chǎn)生的。白口鑄鐵硬而脆，切削加工性能很差。選用適當(dāng)?shù)暮笚l和合理的焊補(bǔ)工藝可以保證焊補(bǔ)質(zhì)量，避免出現(xiàn)白口組織。

1　球墨鑄鐵焊補(bǔ)難點(diǎn)

1.1球墨鑄鐵焊接裂紋產(chǎn)生原因

焊補(bǔ)裂紋通常發(fā)生在焊縫和熱影響區(qū)，產(chǎn)生的原因是鑄鐵的抗拉強(qiáng)度低，塑性很差，而焊接應(yīng)力較大，且接頭存在白口組織時(shí)，由于白口組織的收縮率更大，裂紋傾向更加嚴(yán)重，甚至可使整條焊縫沿熔合線從母材上剝離下來(lái)。

1.2球墨鑄鐵焊接時(shí)存在的主要問(wèn)題

1.2.1焊接接頭易出現(xiàn)白口和淬硬組織

由于焊縫金屬冷卻速度快，不同于鑄鐵在型砂中的冷卻速度，并有部分鑄鐵母材熔入焊縫，使焊縫的含碳量增高，熱影響區(qū)的半熔化區(qū)和焊縫易產(chǎn)生馬氏體淬硬組織，而母材易產(chǎn)生白口組織等性能較差的組織。

1.2.2焊接接頭易出現(xiàn)冷裂紋和熱裂紋

冷裂紋通常在400 ℃以下出現(xiàn)，產(chǎn)生原因是由于鑄鐵塑性差和焊接拘束應(yīng)力的共同作用。熱裂紋是因低熔點(diǎn)共晶和結(jié)晶過(guò)程中焊接應(yīng)力的作用產(chǎn)生的。

2　QT400-18球墨鑄鐵焊補(bǔ)工藝研究

2.1QT400-18球墨鑄鐵機(jī)械性能要求

屈服強(qiáng)度σ0.2≥200 MPa，抗拉強(qiáng)度σb≥370 MPa，延伸率δ≥12%。

2.2試驗(yàn)方法與目的

采用電弧焊冷焊方式，選用常用的Z308和Z408焊條，分別對(duì)QT400-18牌號(hào)的球墨鑄鐵試樣進(jìn)行焊補(bǔ)，通過(guò)著色探傷和機(jī)械性能測(cè)試，驗(yàn)證焊補(bǔ)工藝的可行性與焊補(bǔ)的質(zhì)量。

2.3焊條及母材

2.3.1Z308焊條成分及焊補(bǔ)特點(diǎn)

1) 焊條成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)w）：Ni≥90%，F(xiàn)e≤8.0%，C≤2.0%，Si≤2.5%。藥皮為石墨型。

2) 焊接特點(diǎn)：Z308焊條的焊接性好，其焊縫塑性和抗裂性能好，焊縫強(qiáng)度大于等于250 MPa，熔合區(qū)白口寬度為0.05～0.1 mm，呈斷續(xù)分布，切削加工性能也較好。因此對(duì)于重要鑄件及位于加工表面上的缺陷通常采用此焊條?？刹活A(yù)熱，焊后錘擊以減少應(yīng)力。

2.3.2Z408焊條成分及焊補(bǔ)特點(diǎn)

焊條成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)w）：Ni45%～60%，C≤2.0%， Si≤2.0%，Mn≤1.5%，Cu4%～10%，F(xiàn)e余量。藥皮為石墨型。

焊接特點(diǎn)：焊接工藝性能好，焊條不發(fā)紅，熔合性能好，用于焊補(bǔ)重要的高強(qiáng)度灰鑄鐵及球墨鑄鐵件。

2.3.3母材：QT400-18

2.4試樣制備

2.4.1材質(zhì)QT400-18試樣

準(zhǔn)備試樣兩組，每組試樣6根，依次進(jìn)行編號(hào)：1#-1、2#-1、3#-1試樣按圖1及表1進(jìn)行加工，1#-2、2#-2、3#-2試樣按圖2加工。（因?yàn)殚_(kāi)坡口的試樣在焊補(bǔ)時(shí)可能輕微變形，所以焊補(bǔ)的試樣直徑比對(duì)比試樣粗4 mm）。

表1　焊補(bǔ)試樣加工要求

圖1　焊補(bǔ)試樣加工圖

2.5焊補(bǔ)工藝

2.5.1焊前準(zhǔn)備

1）用砂輪對(duì)需焊補(bǔ)部位進(jìn)行坡口修磨，坡口底部寬度不小于5 mm，坡口小于30°。

2）選用Z308（Z408）焊條，直徑φ3.2 mm，焊前焊條烘干溫度100～120 ℃，保溫2 h。

3）焊條放置在保溫桶內(nèi)待用。

4）對(duì)近焊補(bǔ)部位的非焊補(bǔ)面進(jìn)行保護(hù)。

5）選用直流焊機(jī)。

6）鑄件電焊工（高級(jí)工以上）進(jìn)行焊補(bǔ)操作。

圖2　對(duì)比試樣加工圖

2.5.2施焊過(guò)程

1）采用直流反接，焊接電流90～110 A。

2）對(duì)焊補(bǔ)部位進(jìn)行預(yù)熱，溫度180～220 ℃。

3）分段焊補(bǔ)，每次熄弧后立即用小尖錘敲擊焊補(bǔ)區(qū)，用鋼刷將焊渣清理干凈，檢查是否有焊補(bǔ)缺陷，如有缺陷必須打磨消除，然后接著焊補(bǔ)下一道，直到U型槽填滿。

4）焊完后待焊補(bǔ)區(qū)冷卻至常溫后打磨光滑，表面達(dá)到探傷要求，用著色、磁粉探傷法初步檢驗(yàn)焊補(bǔ)質(zhì)量。

5）焊后24 h后用著色探傷法對(duì)焊補(bǔ)質(zhì)量終檢。

6）按照?qǐng)D2重新加工焊補(bǔ)試樣。

2.6力學(xué)性能檢驗(yàn)內(nèi)容

Z308焊條焊補(bǔ)QT400-18母材后試樣的機(jī)械性能以及對(duì)比試樣的機(jī)械性能。

Z408焊條焊補(bǔ)QT400-18母材后試樣的機(jī)械性能以及對(duì)比試樣的機(jī)械性能。

3　QT400-18焊補(bǔ)試驗(yàn)結(jié)果

3.1Z308焊條焊補(bǔ)QT400-18（母材）試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

按照2.4制定的焊補(bǔ)工藝將提前準(zhǔn)備的兩組試樣中的一組1#-1、2#-1、3#-1的QT400-18試樣焊補(bǔ)好。將焊補(bǔ)后經(jīng)著色探傷的試樣加工為φ10的標(biāo)準(zhǔn)試樣，并同對(duì)比試樣一起做機(jī)械性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，焊縫屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均達(dá)到母材的70%以上，圖3、圖4、圖5分別為焊補(bǔ)試樣的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、硬度與母材對(duì)比的柱狀圖，可以看出焊補(bǔ)試樣的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度與母材的性能基本一致，焊補(bǔ)試樣的延伸率比母材稍低，但與技術(shù)要求相比相差不多，焊補(bǔ)試樣的硬度比母材稍高，與技術(shù)要求相差不多，基本滿足技術(shù)要求。3.2 Z408焊條焊補(bǔ)QT400-18（母材）試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

表2　Z308焊條焊補(bǔ)QT400- 18機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果

圖3　Z308焊條焊補(bǔ)QT400- 18試樣屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與母材的對(duì)比圖

圖4　Z308焊條焊補(bǔ)QT400- 18試樣延伸率與母材的對(duì)比圖

圖5　Z308焊條焊補(bǔ)QT400- 18試樣硬度與母材的對(duì)比圖

按照2.4制定的工藝將提前準(zhǔn)備的兩組試樣中的一組1#-1、2#-1、3#-1的QT400-18試樣焊補(bǔ)好。將焊補(bǔ)后經(jīng)著色探傷的試樣加工為φ10 mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣，并同對(duì)比試樣一起做機(jī)械性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，焊縫屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均達(dá)到母材的70%以上，圖6、圖7、圖8分別為焊補(bǔ)試樣的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、硬度與母材對(duì)比的柱狀圖，可以看出焊補(bǔ)試樣的屈服強(qiáng)度與母材的性能基本一致，抗拉強(qiáng)度比母材稍高，焊補(bǔ)試樣的延伸率比母材稍低，但與技術(shù)要求相比相差不多，焊補(bǔ)試樣的硬度比母材稍高，與技術(shù)要求相差不多，基本滿足技術(shù)要求。

表3　Z408焊條焊補(bǔ)QT400- 18機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果

圖6　Z408焊條焊補(bǔ)QT400- 18試樣屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與母材的對(duì)比圖

圖7　Z408焊條焊補(bǔ)QT400- 18試樣延伸率與母材的對(duì)比圖

圖8　Z408焊條焊補(bǔ)QT400- 18試樣硬度與母材的對(duì)比圖

4　試驗(yàn)結(jié)論

從試驗(yàn)結(jié)果可以以看出：

1）Z308焊條焊補(bǔ)的試樣屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度基本與母材一致，延伸率稍低，硬度稍高，與技術(shù)要求接近，不影響鑄件的使用。

2）Z408焊條焊補(bǔ)的試樣屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度比母材稍高，延伸率稍低，硬度比母材高，與技術(shù)要求接近，不影響鑄件的使用。

3）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出Z408焊條焊補(bǔ)的抗拉強(qiáng)度和硬度均比Z308焊條焊補(bǔ)的抗拉強(qiáng)度和硬度高，因而，Z408機(jī)械加工性能不如Z308焊條，所以在加工面上需要焊補(bǔ)處理的鑄件大多使用Z308焊條，非加工部位可以使用Z408焊條。

參考文獻(xiàn)

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2016年“圣泉杯”全國(guó)鑄造行業(yè)優(yōu)秀青年人才獎(jiǎng)評(píng)選工作即將啟動(dòng)

為推進(jìn)全國(guó)鑄造行業(yè)青年人才隊(duì)伍建設(shè)，鼓勵(lì)在本職工作中業(yè)績(jī)突出的青年鑄造工作者，經(jīng)中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)批準(zhǔn)，在全國(guó)鑄造行業(yè)范圍內(nèi)設(shè)立“全國(guó)鑄造行業(yè)優(yōu)秀青年人才獎(jiǎng)”。該獎(jiǎng)項(xiàng)評(píng)選工作由中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)組織實(shí)施。

201 5年10月26日，在“201 5中國(guó)鑄造活動(dòng)周”開(kāi)幕式上，舉行了隆重的2015年度“圣泉杯”全國(guó)鑄造行業(yè)優(yōu)秀青年人才獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮。大連理工大學(xué)王同敏教授，華中科技大學(xué)周建新教授，沈陽(yáng)鑄造研究所劉時(shí)兵先生，清華大學(xué)劉源教授，溫州瑞明工業(yè)股份有限公司徐海登先生，亞新科山西國(guó)際鑄造有限公司姬應(yīng)渠先生及廣西玉柴機(jī)器股份有限公司廖文東先生榮獲201 5年度“圣泉杯”全國(guó)鑄造行業(yè)優(yōu)秀青年人才獎(jiǎng)。

2016年“圣泉杯”全國(guó)鑄造行業(yè)優(yōu)秀青年人才獎(jiǎng)評(píng)選推薦工作將于2016年3月1日正式啟動(dòng)，敬請(qǐng)關(guān)注！

（中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)）

Study on the welding process technology of QT400-18 nodular cast iron

ZHAO YueGuang,GUO Min,CHAO GeXin,GU Gang,TIAN FenGjia
(Shaanxi Diesel Engine Heavy Industry Co., Ltd.,XingPing 713105,Shaanxi,China)

Abstract:Nodular cast iron will inevitably produce casting defects in production .It can be use welding repair according to the technical requirements , however, nodular cast iron with high carbon content, poor welding performance, easy to produce white structure and crack during welding process. This paper study on the QT400-18 iron welding process. formulate strict welding process, compared with the matrix material. The results show that the hardness is slightly high and not suitable for reinforcing treatment for machining surface after selected Z408 welding rod . The hardness was closed to the base material selected Z308 welding rod , it can be complement treatment for machining surface, tensile strength and the yield strength were closed to the base material after using Z408 welding rod and Z308 welding rod , the welding quality does not affect the properties of castings.

Keywords:welding repair；nodular cast iron；welding rod；mechanical properties

作者簡(jiǎn)介：趙悅光（1984—），男，工程師，主要從事鑄造工藝設(shè)計(jì).

收稿日期:2015- 08- 03

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .001

中圖分類(lèi)號(hào)：TG457.12；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

文章編號(hào):1 006-9 658（2016）01 -0001 -04

稿件編號(hào):1508- 1017