CN104084680A - 一种球墨铸铁件的微色差焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接技术领域内一种用于处理铸件缺陷的球墨铸铁件的微色差焊接工艺，主要包括如下过程：母材处理及坡口制备、母材预热、焊接实施、去应力退火、色差检验和硬度检验。发明的方法通过对焊接预热温度和退火温度的控制，减少热影响区、降低焊缝硬度、减小焊接色差，使铸件焊接后能达到与母材相接近的颜色、较薄的热影响区、合理的硬度和合格的金相组织。

Description

一种球墨铸铁件的微色差焊接工艺
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种用于处理铸件缺陷的球墨铸铁件的微色差焊接工艺。 
背景技术
球墨铸铁件在清理过程中发现大量的不合格品,其中在加工余量范围内的夹砂、夹渣、气孔等缺陷，在无损检测技术的支持下，可以修复并清除干净，该缺陷可以留在铸件上，待后续工序清除；而超过加工余量的夹砂、夹渣、气孔及缺肉缺陷需要通过焊接修复。为保证补焊后铸件整体的机械性能，要求补焊缝组织致密、硬度合格、色差与母材相当，以彻底挽救铸件。而现有技术中，球墨铸铁件的焊接在国际、国内的研究很少，采用传统的焊接工艺焊后焊缝与母材的颜色差异大，焊缝硬度高，焊接热影响区大，焊缝的渣气孔和机械性能等不符合要求。 
发明内容
本发明针对现有技术中球墨铸铁件焊接工艺存在的缺陷，提供一种球墨铸铁件的微色差焊接工艺，使铸件焊接后能达到与母材相接近的颜色、较薄的热影响区、合理的硬度和合格的金相组织。 
本发明的目的是这样实现的，一种球墨铸铁件的微色差焊接工艺，包括如下步骤： 
（ 1）母材处理及坡口制备：将待焊接工件的焊接部位的夹砂、夹渣、气孔等铸造缺陷清洁处理后焊接部位中间开V型坡口。
（2）母材预热：将焊缝周围100～150mm范围的母材缓慢预热到500～600℃后，对坡口位置集中加热至近熔化状态； 本步中母材预热可减小甚至消除焊缝的热影响区、降低焊缝及熔合区的硬度； 
（3）焊接实施：将焊丝快速熔化到熔池，同时添加焊剂并搅拌使焊渣及时排出，保持熔池镜面不出现宏观翻腾和气孔，焊缝高出母材2～3mm；
（4）去应力退火：焊接完成后用氧-乙炔枪迅速对焊缝周围母材加热，同时使焊缝保持在500～600℃，当母材与焊缝温度相同后，对焊缝及周围进行去应力退火30min后用保温材料覆盖缓冷至室温；本步中对母材及焊缝进行退火处理，可以使焊缝稳定石墨球化，避免出现蠕虫石墨、菊花状石墨，从而减小焊缝色差，消除焊缝的恶化；
（5）色差检验：将母材与焊缝表面修磨粗加工后用色差仪进行色差检验，剔除色度差△Ev＞3为不合格品；
（6）硬度检验：对焊缝、熔合区和母材表面磨光并对焊缝熔合区和母材进行硬度检测。当熔合区、焊缝、母材的硬度差超过HB50时，判定为焊接不合格品。
采用本发明的焊接工艺主要取得如下有益效果： 
1）通过控制预热温度，减小焊接热影响区，降低焊缝和热影响区硬度；
2）通过控制退火温度，稳定焊缝石墨球化，避免出现蠕虫石墨、菊花状石墨，从而减小焊缝色差，消除焊缝的恶化；
为进一步优化本发明的焊接工艺，避免焊缝出现渣气孔，所述步骤3中的焊丝为402焊丝，所述焊剂为质量比为1:1的Na2CO3和K2CO3的混合物。 
为便于准确检测母材的预热温度，所述步骤2中母材的预热温度通过远红外测温仪检测。 
为便于迅速准确判断焊缝及母材的温度，所述步骤4中，对母材加热时，当母材与焊缝颜色相同时则判定焊缝与母材温度相同。 
为保证焊后铸件质量，所述步骤6中，当焊缝与母材的硬度差大于HB50时，判断焊件不合格。 
为进一步优化本发明的方法，所述V型坡口角度为60°。 
附图说明
图1为焊接试块打坡口后待焊接的示意图。 
图2为试块焊后用于标准拉伸试验的试棒。 
图3为试块焊后焊缝金相检测时的取样位置示意图。 
图4焊缝色差检测结果的照片。 
图5-8为焊缝石墨形态的金相组织的照片。 
具体实施方式
分别制作如图1所示尺寸为50×50×200球墨铸铁试块数个用于以下比较例和实施例1的焊接。 
比较例1 
 取上述试块两块，将焊接部位清洁处理后焊接部位中间开60°的V型坡口；将坡口周围100mm范围的母材缓慢预热到300℃后，对坡口位置集中加热至近熔化状态；将402焊丝快速熔化到熔池，同时添加焊剂并搅拌使焊渣及时排出，保持熔池镜面不出现宏观翻腾和气孔，焊缝高出母材2～3mm；焊接完成后迅速对焊缝周围母材加热，同时使焊缝保持在600℃，当母材与焊缝温度相同后，对焊缝及周围进行去应力退火30min后用保温材料覆盖缓冷至室温。对焊缝及母材表面修磨后粗加工，用色差仪进行色差检验。将焊接后的试棒焊缝表面修磨光滑形成如图2所示的标准拉伸试棒，分别对焊缝及母材进行硬度、抗拉强度等机械性能检测，检测结果如表1所示。焊缝的石墨形态的金相组织如图6所示。 
比较例2 
与比较例1不同之处在于焊接前的预热温度为400℃；焊后600℃退火处理后对焊缝及母材表面修磨粗加工后进行色差、硬度检验，对焊接试棒加工成标准拉伸试棒进行抗拉强度等机械性能检测，检测结果如表1所示。焊缝的石墨形态的金相组织与图6相似。 
比较例3 
与比较例1不同之处为，预热温度为400℃，退火温度为700℃。将焊接后的试棒及焊缝表面修磨光滑后分别对焊缝及母材进行硬度、抗拉强度等机械性能检测，检测结果如表2所示。焊缝的石墨形态如图7所示，焊缝出现蠕虫状石墨，球化情况恶化。
比较例4 
与比较例1不同之处为，预热温度为500℃，退火温度为800℃。将焊接后的试棒焊缝表面修磨光滑后分别对焊缝及母材进行硬度、抗拉强度等机械性能检测，检测结果如表2所示。焊缝的石墨形态如图8所示，焊缝出现蠕虫状、菊花状石墨，球化情况进一步恶化。
表1： 
实施例1
参照比较例1，与比较例1不同之处在于，本实施例中，焊前预热温度为500℃，退火温度为500℃，焊后用色差仪对焊缝及母材进行色差检测，色差如图4所示，参照如图3所示的取样位置取样对焊缝的石墨形态的金相组织检测照片如图5所示、母材和焊缝的硬度分别为HB159、HB168，并且焊缝无渣气孔表面光滑，焊缝质量符合同铸件的整体要求。
实施例2 
对壁厚为20mm的薄壁内燃机球墨铸铁件采用本发明的方法实施焊接，焊前对焊接部位进行清洁和打V 型坡口处理，焊接前的预热温度为550℃，焊后退火温度为600℃，焊后对焊缝和母材采用色差仪进行色差检测，其色差值为0，焊缝清洁处理后，分别对熔合区和焊缝进行硬度测试，其硬度值分别为192HB、186HB，焊缝组织中55%铁素体，80%球化率。焊缝的石墨状态金相组织与图5相似，符合铸件焊接要求。
实施例3 
对壁厚为150mm的厚壁风电球墨铸铁件采用本发明的方法实施焊接，焊前对焊接部位进行清洁和打V 型坡口处理，焊接前对坡口附近150mm的母材进行600℃预热，焊后退火温度为600℃，焊后对焊缝和母材采用色差仪进行色差检测，其色差值为0，焊缝清洁处理后，分别对熔合区和焊缝进行硬度测试，其硬度值分别为179HB、184HB，焊缝组织中80%铁素体，90%球化率。符合铸件焊接要求。
从上述比较例和实施例的测试结果看出，采用本发明方法，提高预热温度，可提高焊接速度，减小焊缝产生色差和硬度差异的风险，同时加快母材的熔化速度和流动性，使焊渣更容易排出，减小焊缝产生气孔、夹渣等焊接缺陷的风险，且减小了焊缝与母材的温度差，从而减小甚至消除了焊接热影响区，降低了焊缝和热影响区硬度；通过控制退火温度，稳定石墨球化，避免出现蠕虫状石墨、菊花状石墨，从而减小焊缝色差，消除焊缝石墨形态的恶化。 

Claims (6)

1.一种球墨铸铁件的微色差焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（ 1）母材处理及坡口制备：将待焊接工件的焊接部位清洁处理后焊接部位中间开V型坡口；
（2）母材预热：将焊缝周围100～150mm范围的母材缓慢预热到500～600℃后，对坡口位置用氧-乙炔枪集中加热至近熔化状态；
（3）焊接实施：将焊丝快速熔化到熔池，同时添加焊剂并搅拌使焊渣及时排出，保持熔池镜面不出现宏观翻腾和气孔，焊缝高出母材2～3mm；
（4）去应力退火：焊接完成后用氧-乙炔枪迅速对焊缝周围母材加热，同时使焊缝保持在500～600℃，当母材与焊缝温度相同后，对焊缝及周围进行去应力退火30min后用保温材料覆盖缓冷至室温；
（5）色差检验：焊接部位修磨前对焊缝及母材表面用色差仪进行色差检验，剔除色度差△Ev＞3为不合格品；
（6）硬度检验：对焊缝、熔合区和母材表面磨光并对焊缝熔合区和母材进行硬度检测，剔除硬度不合格的制件。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁件的微色差焊接工艺，其特征在于，所述步骤3中的焊丝为402焊丝，所述焊剂为质量比为1:1的Na2CO3(无水)和K2CO3(无水)的混合物。
3.根据权利要求1所述的球墨铸铁件的微色差焊接工艺，其特征在于，所述步骤2中母材的预热温度通过远红外测温仪检测。
4.根据权利要求1所述的球墨铸铁件的微色差焊接工艺，其特征在于，所述步骤4中，对母材加热时，当母材与焊缝颜色相同时则判定焊缝与母材温度相同。
5.根据权利要求1所述的球墨铸铁件的微色差焊接工艺，其特征在于，所述步骤6中，当焊缝与母材的硬度差大于HB50，判断焊件不合格。
6.根据权利要求1所述的球墨铸铁件的微色差焊接工艺，其特征在于，所述V型坡口角度为60°。
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