CN100406191C - 用于球墨铸铁焊接的同质电焊条/气焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的用于球墨铸铁焊接的同质气焊丝和焊条焊芯，由以下组分按重量百分比组成：C 3.6%～4.2%、Si 3.6%～4.6%、Mn 0.2%～0.4%、S＜0.03%、P＜0.06%、Ca＜4%、Ni 0.2%～2%、Ti 0.3%～1.2%、Cu 0.2%～0.8%、Al 0.1%～0.5%、Bi 0.01%～0.06%、Mg 0.02%～0.03%、Ba 0.01%～0.03%、Ce 0.01%～0.04%和RE 0.01%～0.03%，其余为Fe。本发明可实现同质焊条冷焊或低温焊接，焊缝成份、组织、性能和色泽与铸件本体一致，具有良好的加工性和抗裂性能。

Description

用于球墨铸铁焊接的同质电焊条/气焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及适于灰铸铁和球墨铸铁焊接的铸铁同质电焊条和气焊丝。
背景技术
作为特种焊接材料，铸铁焊条、焊丝在铸铁件焊接和缺陷修复等工程领域中不可或缺。由于铸铁中硫、磷等杂质含量高，强度低、塑性差，其固有的凝固特性决定了铸铁在焊接修复过程中，焊补区容易产生白口和裂纹，尤其在冷焊条件下，白口和裂纹倾向更大，严重影响了铸件的机械加工性能和使用性能。
采用非铸铁芯外涂石墨化型药皮的铸铁焊条进行铸铁焊接，例如Z208(低碳钢芯)焊条、Z308(纯镍芯)焊条、Z408(镍铁芯)焊条等，虽然在一定程度上使白口和裂纹减少，但由于焊缝成分、组织和性能及色泽与铸件不匹配，抗裂性差，无法满足如颜色一致性、性能匹配性等修复的综合性能要求。
应用与铸铁同质的焊接材料如市售Z248、Z238焊条，采用热态焊接工艺是克服上述缺陷的有效措施，但热态焊接的预热方法复杂，能源消耗大、生产周期长、劳动强度大，无疑增加了铸件的生产成本。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的在于提供适于灰铸铁和球墨铸铁电弧冷焊用的铸铁同质电焊条/气焊丝，在室温或较低温度下施焊时，能有效地降低白口和裂纹倾向，而且焊缝成分、组织和色泽与铸件基本一致。
本发明所采用的第一种技术方案，用于灰铸铁焊接的同质气焊丝，该焊丝由以下组分按重量百分比组成：C3.6％～4.0％、Si3.6％～4.6％、Mn0.2％～0.4％、S＜0.05％、P＜0.1％、Ca＜2％、Ni0.2％～1.2％、Ti0.3％～0.8％、Al0.1％～0.5％、Bi0.03％～0.06％、Ba0.01％～0.03％、Ce0.01％～0.04％和RE0.01％～0.03％，其余为Fe。
本发明所采用的第二种技术方案，用于灰铸铁焊接的同质电焊条，由焊芯和药皮组成，焊芯由以下组分按重量百分比组成：C3.6％～4.0％、Si3.6％～4.6％、Mn0.2％～0.4％、S＜0.05％、P＜0.1％、Ca＜2％、Ni0.2％～1.2％、Ti0.3％～0.8％、Al0.1％～0.5％、Bi0.03％～0.06％、Ba0.01％～0.03％、Ce0.01％～0.04％和RE0.01％～0.03％，其余为Fe。
本发明所采用的第三种技术方案，用于球墨铸铁焊接的同质气焊丝，该焊丝由以下组分按重量百分比组成：C3.6％～4.2％、Si3.6％～4.6％、Mn0.2％～0.4％、S＜0.03％、P＜0.06％、Ca＜4％、Ni0.2％～2％、Ti0.3％～1.2％、Cu0.2％～0.8％、Al0.1％～0.5％、Bi0.01％～0.06％、Mg0.02％～0.03％、Ba0.01％～0.03％、Ce0.01％～0.04％和RE0.01％～0.03％，其余为Fe。
本发明所采用的第四种技术方案，用于球墨铸铁焊接的同质电焊条，由焊芯和药皮组成，焊芯由以下组分按重量百分比组成：C3.6％～4.2％、Si3.6％～4.6％、Mn0.2％～0.4％、S＜0.03％、P＜0.06％、Ca＜4％、Ni0.2％～2％、Ti0.3％～1.2％、Cu0.2％～0.8％、Al0.1％～0.5％、Bi0.01％～0.06％、Mg0.02％～0.03％、Ba0.01％～0.03％、Ce0.01％～0.04％和RE0.01％～0.03％，其余为Fe。
在本发明的气焊丝和电焊条焊芯成份中，我们对各化学元素的组成及含量限定理由分别叙述如下：
为了使焊缝金属获得灰铸铁和球铁组织，防止焊缝和熔合区产生白口，保证焊接(补)区的机械加工性能，焊芯(丝)中含碳量和含硅量均较高，加入量分别为：灰铸铁C3.6％～4.0％(球铁C3.6％～4.2％)、3.6％～4.6％Si；为了改善焊缝的机械性能并促进石墨化，加入少量的Mn、Ni和Al；为了净化焊缝金属，减小S、P等有害杂质元素的影响，焊芯中还加入了Ca、Mg、和RE，其中Mg和RE是以球化剂的形式加入的；为了细化晶粒、促进石墨形核与快速生长，还添加了微量的Bi、Ti、Ce和Ba。
本发明的有益效果是：
(1)焊芯(丝)中合金元素在熔敷金属中的过渡率提高，焊缝石墨化能力显著增强；
(2)焊缝成份、组织和色泽与铸铁件本体一致；
(3)焊缝抗裂、可加工；
(4)实现同质焊条冷焊或低温焊接、焊补，焊接温度在室温～200℃范围。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明用于灰铸铁和球墨铸铁冷焊或低温焊的同质电焊条/气焊丝，采用电炉熔配低杂质含量的铁液，用Ti、Bi、Ba、Ce等合金元素对焊芯/焊丝进行多元微量合金化处理，经炉前球化、孕育处理后，浇注成球墨铸铁焊芯或气焊丝；不经炉前球化处理，浇注得到灰铸铁焊芯或气焊丝。灰铸铁气焊丝，由以下组分按重量百分比组成：C3.6％～4.0％、Si3.6％～4.6％、Mn0.2％～0.4％、S＜0.05％、P＜0.1％、Ca＜2％、Ni0.2％～1.2％、Ti0.3％～0.8％、Al0.1％～0.5％、Bi0.03％～0.06％、Ba0.01％～0.03％、Ce0.01％～0.04％和RE0.01％～0.03％，其余为Fe。球墨铸铁气焊丝，由以下组分按重量百分比组成：C3.6％～4.2％、Si3.6％～4.6％、Mn0.2％～0.4％、S＜0.03％、P＜0.06％、Ca＜4％、Ni0.2％～2％、Ti0.3％～1.2％、Cu0.2％～0.8％、Al0.1％～0.5％、Bi0.01％～0.06％、Mg0.02％～0.03％、Ba0.01％～0.03％、Ce0.01％～0.04％和RE0.01％～0.03％，其余为Fe。灰铸铁焊芯由以下组分按重量百分比组成：C3.6％～4.0％、Si3.6％～4.6％、Mn0.2％～0.4％、S＜0.05％、P＜0.1％、Ca＜2％、Ni0.2％～1.2％、Ti0.3％～0.8％、Al0.1％～0.5％、Bi0.03％～0.06％、Ba0.01％～0.03％、Ce0.01％～0.04％和RE0.01％～0.03％，其余为Fe。在制得的灰铸铁焊芯上涂敷石墨化药皮，药皮配方按重量百分比为：大理石20％～30％、钾长石10％～16％、鳞石墨5％～12％、泥石墨6％～10％、75#硅铁15％～25％、30#硅钙合金3％～7％、铝粉3％～7％、铁粉3％～7％、白泥10％～15％、碳酸钠0.8％～1.2％，经烘干制成灰铸铁电焊条。球墨铸铁焊芯由以下组分按重量百分比组成：C3.6％～4.2％、Si3.6％～4.6％、Mn0.2％～0.4％、S＜0.03％、P＜0.06％、Ca＜4％、Ni0.2％～2％、Ti0.3％～1.2％、Cu0.2％～0.8％、Al0.1％～0.5％、Bi0.01％～0.06％、Mg0.02％～0.03％、Ba0.01％～0.03％、Ce0.01％～0.04％和RE0.01％～0.03％，其余为Fe。在制得的球墨铸铁焊芯上涂敷石墨化药皮，药皮配方按重量百分比为：白云石10％～20％、钾长石5％～15％、萤石5％～15％、大理石5％～11％、石墨8％～16％、铝粉4％～6％、75#硅铁15％～25％、30#硅钙合金6％～10％、白泥5％～15％、RE-Y1％～3％、铁粉3％～7％、Na2CO3 1％～3％，经烘干制成球墨铸铁电焊条。
以下实施例中，利用本发明的电焊条/气焊丝焊接灰口铸铁和球墨铸铁的焊接工艺参数如表1所示，焊芯/焊丝的具体化学成份如表2所示，电焊条药皮成份配比如表3所示，电焊条/气焊丝熔敷金属化学成份如表4所示，电焊条/气焊丝熔敷金属的力学性能如表5所示，各表中序号1-8为本发明实施例，其中，1、2为本发明的灰铸铁气焊丝实施例，3、4为本发明的球墨铸铁气焊丝实施例，5、6为本发明的灰铸铁电焊条实施例，7、8为本发明的球墨铸铁电焊条实施例。
表1本发明的铸铁电焊条/气焊丝焊接灰口铸铁和球墨铸铁的工艺参数
 被焊铸铁牌号  焊条直径(Φ/mm)  焊接电流(A)  焊接电压(V)  焊接温度(℃)
 灰铸铁HT250  5～8  200～350  20～40  室温～200
 球墨铸铁QT450-10  5～8  200～350  20～40  室温～200
表2本发明实施例铸铁焊芯/焊丝的具体化学成份对比(重量％)
  元素序号 C Si Mn S P Ca Ni Ti Al Bi Mg Cu Ba Ce Re Fe
1 3.6 4.6 0.4 0.01 0.06 0.8 0.2 0.3 0.5 .03 / / .01 .04 .01   余量
2 4.0 3.6 0.2 0.03 0.07 0.6 1.2 0.8 0.1 .06 / / .03 .01 .03   余量
3 4.2 3.6 0.4 0.02 0.05 0.8 2 0.3 0.5 .01 0.03 0.8 .03 .04 .03   余量
4 3.6 4.6 0.2 0.01 0.05 0.4 0.3 1.2 0.1 .06 0.02 0.2 .01 .01 .01   余量
5 4.0 3.6 0.4 0.02 0.01 0.1 1.2 0.8 0.1 .03 / / .03 .01 .03   余量
6 3.6 4.6 0.2 0.03 0.08 0.1 0.2 0.3 0.5 .06 / / .01 .04 .01   余量
7 3.6 3.6 0.4 0.01 0.05 0.2 1.8 0.3 0.5 .05 0.02 0.8 .03 .04 .02   余量
8 4.2 4.5 0.2 0.01 0.01 0.5 0.3 1.0 0.2 .01 0.03 0.3 .02 .02 .01   余量
表3本发明实施例铸铁电焊条药皮的成份配比(重量％)
成份序号 大理石 白云石 钾长石 萤石 鳞石墨 泥石墨 石墨 75<sup>#</sup>硅铁   30<sup>#</sup>硅钙合金 铝粉 铁粉 白泥 碳酸钠 RE-Y
  5   25   /   13   /   8   8   /   20   5   5   0   15   1   /
  6   20   /   10   /   10   10   /   20   4   3   1   20   2   /
  7   8   15   10   10   /   /   12   20   8   5   5   10   2   2
  8   8   10   12   8   /   /   9   21   7   3   6   12   3   1
表4本发明实施例铸铁电焊条/气焊丝熔敷金属化学成份(重量％)
元素序号 C Si Mn S P Ca Ni Ti Al Bi Mg Cu Ba Ce Re Fe
1 3.5 4.5 0.4 0.01 0.06 0.6 0.2 0.3 0.5 .03 / / .01 .02 .01   余量
2 3.9 3.6 0.2 0.02 0.07 0.4 1.0 0.7 0.1 .04 / / .03 .01 .02   余量
3 4.0 3.5 0.3 0.01 0.05 0.8 1.8 0.3 0.5 .01 0.02 0.8 .02 .03 .01   余量
4 3.6 4.5 0.2 0.01 0.05 0.3 0.3 1.0 0.1 .05 0.02 0.2 .01 .01 .01   余量
5 3.8 3.6 0.4 0.02 0.01 0.1 1.0 0.7 0.1 .03 / / .02 .01 .03   余量
6 3.6 4.5 0.2 0.03 0.08 0.1 0.2 0.3 0.5 .04 / / .01 .03 .01   余量
7 3.6 3.6 0.3 0.01 0.05 0.1 1.8 0.3 0.4 .05 0.01 0.6 .03 .03 .02   余量
8 4.0 4.2 0.1 0.01 0.01 0.3 0.3 0.8 0.1 .01 0.01 0.3 .02 .02 .01   余量
表5本发明实施例铸铁电焊条/气焊丝熔敷金属的力学性能(重量％)
Figure C20051009637600091
现有技术中的铸铁同质焊条大多采用低碳钢芯外涂石墨化型药皮制备而成，通过药皮向焊缝中过渡合金元素来提高焊缝金属的石墨化能力。而本发明通过物理冶金直接将促进石墨形核生长的合金元素加入到铸铁焊芯中，可大幅度提高合金元素的过渡率，焊缝石墨化能力强；抗裂、可加工；成分、组织和色泽与母材一致性好。外涂的石墨化药皮仅作为合金化辅助手段。因此，多元微合金化铸铁同质焊条(丝)在成分设计与控制方面与传统铸铁焊条存在本质的区别。

Claims (2)

1.用于球墨铸铁焊接的同质气焊丝，其特征在于，该焊丝由以下组分按重量百分比组成：C 3.6％～4.2％、Si 3.6％～4.6％、Mn 0.2％～0.4％、S＜0.03％、P＜0.06％、Ca＜4％、Ni 0.2％～2％、Ti 0.3％～1.2％、Cu 0.2％～0.8％、Al 0.1％～0.5％、Bi 0.01％～0.06％、Mg 0.02％～0.03％、Ba 0.01％～0.03％、Ce 0.01％～0.04％和RE 0.01％～0.03％，其余为Fe。
2.用于球墨铸铁焊接的同质电焊条，由焊芯和药皮组成，其特征在于，所述焊芯由以下组分按重量百分比组成：C 3.6％～4.2％、Si 3.6％～4.6％、Mn 0.2％～0.4％、S＜0.03％、P＜0.06％、Ca＜4％、Ni 0.2％～2％、Ti 0.3％～1.2％、Cu 0.2％～0.8％、Al 0.1％～0.5％、Bi 0.01％～0.06％、Mg 0.02％～0.03％、Ba 0.01％～0.03％、Ce 0.01％～0.04％和RE 0.01％～0.03％，其余为Fe。
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Ca-Ni-Ti-Bi多元微合金化铸铁电弧冷焊同质焊条的研究. 徐锦锋等.西安理工大学学报，第12卷第4期. 1996
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同质焊缝球墨铸铁焊条的研制. 何柏林等.热加工工艺，第6期. 2003
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多元微合金化铸铁气焊丝的研究与应用. 翟秋亚等.铸造技术，第3期. 2001
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CN1769002A (zh) 2006-05-10

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