【文章內(nèi)容簡介】 業(yè)、造船、建筑及機(jī)械制造等工業(yè)部門，在我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，尤其是制造業(yè)發(fā)展中，焊接技術(shù)是一種不可缺少的加工手段。以西氣東輸工程項目為例，全長約 4300 公里的輸氣管道，焊接接頭的數(shù)量竟達(dá) 35 萬個以上，整個管道上焊縫的長度至少 1 萬 5 千公里。國家大劇院一共用了 6700 噸鋼材，焊縫長達(dá) 100 公里，如果不算已經(jīng)焊好的預(yù)制件，就現(xiàn)場焊縫加起來也有35 公里長，需要 100 多名優(yōu)秀的焊工，耗用 87 噸焊條。北京奧運會鳥巢用的鋼材 11 萬 噸，焊縫長達(dá) 320 公里，所用的焊條 20200 噸，可以足足繞地球赤道三圈。離開焊接，簡直無法想象如何完成這樣的工程。 國內(nèi)外焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢 隨著世界制造業(yè)的快速發(fā)展，焊接技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，焊接技術(shù)水平也越來越高。新的焊接工藝方法不斷涌現(xiàn)，專業(yè)焊接設(shè)備日新月異。與此同時，國內(nèi)外焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)也紛紛通過各種方式展示自身的實力，特別是借以展會展出品種繁多的產(chǎn)品和先進(jìn)的技術(shù)。 縱觀 2020 年的三大焊接展，即 2020 年 6 月在上海舉辦的第 14 屆北京．埃森焊接與切割展覽會、 2020 年 9 月在德國埃森舉辦 的第 17 屆德國埃森焊接與切割展覽、 2020 年 10 月在天津舉辦的第 23 屆中國焊接博覽會，我們對國內(nèi)外焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢以及焊接生產(chǎn)發(fā)展的新需求和新動向印象較深的是：核心技術(shù)的作用得以顯現(xiàn)，數(shù)控和電源方面有發(fā)展，激光焊接技術(shù)成為一大亮點，機(jī)器人應(yīng)用普及化?？梢哉J(rèn)為，世界焊接技術(shù)又跨上了一個新臺階，在高效、自動化、環(huán)境友好方面有了新的進(jìn)步 。焊接材料的種類更加豐富，焊接自動化、高效化、清潔化更加突出 。焊接技術(shù)的綜合成本更低，焊接對工業(yè)的服務(wù)更加廣泛。同時，焊接中存在的手工、粗糙、臟亂、低速已基本消除，取而代之的是自 動、精密、清潔、高效。 產(chǎn)品情況 重型機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)主要為國家大型骨干企業(yè)和國家重點工程項目提供重型機(jī)械裝備。行業(yè)制造骨干企業(yè)如第一重型機(jī)械集團(tuán)有限公司、第二重型機(jī)械集團(tuán)有限公司、太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司、大連重工起重機(jī)集團(tuán)有限公司、中信重型機(jī)械有限公司、鄭州煤機(jī)廠、北京煤機(jī)廠、上海振華港口機(jī)械公司、齊齊哈爾第二機(jī)床廠等，主要制造大型橋式和門式起重機(jī)、 4~35m3 機(jī)械式挖掘機(jī)、1~6m3 液壓挖掘機(jī)、大型加壓氣化爐、加氫反應(yīng)器、大型舞臺設(shè)備、航天發(fā)射塔架、焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備、螺旋焊管設(shè)備以及大型減速機(jī) 、提升機(jī)、堆取料機(jī)、軋鋼鍛壓設(shè)備、氧氣瓶壓機(jī)、水泥設(shè)備、粉磨、破碎機(jī)械、水利、工程機(jī)械、液壓支柱、港口機(jī)械及環(huán)保設(shè)備等大型設(shè)備。 第二章 灰口鑄鐵焊縫設(shè)計 鑄鐵焊件存在的問題 焊后產(chǎn)生白口組織 在焊接 灰口鑄鐵 時，經(jīng)常會在熔合區(qū)生成一層白口組織。產(chǎn)生白口組織的原因是：由于母材近縫區(qū)在焊接時受到高溫加熱，當(dāng)受熱溫度 860℃以上時，原來灰口鑄鐵 中得游離狀態(tài)的石墨開始部分也熔于鐵中，溫度越高，熔于鐵中的石墨也越多。當(dāng)冷卻時，一般認(rèn)為在 30~100℃ /s 的急速冷卻條件下， 熔于鐵中的碳來不及以石墨形式析出，而呈滲碳體出現(xiàn)，即所謂白口。另外。在焊接熔池中的石墨化元素碳，硅等不足也是產(chǎn)生白口的主要原因。一般在窄小的高溫度熔合區(qū)內(nèi)，焊后很容易產(chǎn)生白口組織。白口組織硬而脆，使得焊縫在焊后難 以機(jī)械加工，甚至?xí)?dǎo)致開裂。防止白口產(chǎn)生主要措施是適當(dāng)調(diào)整填充金屬的化學(xué)成分和冷卻速度。改善焊縫技術(shù)的化學(xué)成分，增加石墨化元素的含量，可以在一定條件下防止焊縫金屬產(chǎn)生白口。例如氣焊用鑄鐵焊絲的碳，硅含量要比母材高（ ％ ~％， %~%）特別是冷焊 灰口鑄鐵 時，焊絲中的含硅量可 高達(dá) ％焊后緩冷和延長熔合區(qū)處于紅熱狀態(tài)的時間，使石墨充分析出，這是避免熔合區(qū)產(chǎn)生白口的主要工藝途徑。采取的具體措施是焊前預(yù)熱和焊后保溫。由于氣焊時冷卻速度較慢。因此。對于防止白口極為有力 焊接接頭出現(xiàn)裂紋 裂紋是焊接 灰口鑄鐵 的要問題， 灰口鑄鐵 焊接接頭上的裂紋可能出現(xiàn)在焊縫金屬中，也可能在基本金屬即母材上。母材的裂紋一般出現(xiàn)近縫區(qū)，可能是縱向，橫向或斜向的。由于 灰口鑄鐵 塑性極差，幾乎不能發(fā)生任何塑性變形，而且強(qiáng)度又低，所以在焊接應(yīng)力及鑄件本身應(yīng)力（組織應(yīng)力）的共同作用下，當(dāng)局部應(yīng)力大于強(qiáng)度 極限時，就產(chǎn)生裂紋。嚴(yán)重時，會使焊縫金屬和母材分離，即焊縫從基本金屬上脫離下來，即所謂剝離。如果焊縫強(qiáng)度較高而母材強(qiáng)度較低，或結(jié)合處產(chǎn)生白口時，由于白口鑄鐵收縮率（ ％ ~2.％）比 灰口鑄鐵 收縮率（ ％ ~％）大，且塑性也差，故均產(chǎn)生剝離。焊縫金屬內(nèi)的裂紋，一般常見的是橫向裂縫，有時也有縱向及斜向裂紋，在焊縫斷口處沒有高溫氧化時常見的藍(lán)顏色。裂紋生成時常發(fā)出清脆的金屬開裂聲。通常裂紋發(fā)生在熱態(tài)焊縫金屬的暗紅色消失后，即 600℃ 以下，直到焊縫與焊件整體溫度均勻化之前。最容易發(fā)生裂紋的溫度在400℃ 以下，通常這種在熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的共同作用下發(fā)生的裂紋稱為熱應(yīng)力裂紋。 灰口鑄鐵的化學(xué)成分及力學(xué)性能 灰口鑄鐵（ HT）中的碳全部或大部分以片狀石墨形態(tài)存在，分布于不同的基礎(chǔ)上，斷口呈暗灰色。這類鑄鐵的生產(chǎn)工藝簡單，價格低廉，具有優(yōu)良耐磨性和切削加工性等，在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。由于基體中的石墨呈片狀分布，與基體結(jié)合力弱。因此灰口 鑄鐵的抗拉強(qiáng)度低、硬度低，塑性幾乎為零?；铱阼T鐵的化學(xué)成分、性能 特點見表 2 22。 灰口鑄鐵的化學(xué)成分 表 21 灰口鑄鐵的化學(xué)成分 灰口鑄鐵的力學(xué)性能 表 22 灰口鑄鐵的力學(xué)性能 牌號 金相組織 /Mpa 抗拉強(qiáng)度 /Mpa 彎曲強(qiáng)度 /MPa 硬度 /HBS HT100 鐵素體 ≥ 100 ≥ 260 ≤ 150 HT150 鐵 素體 +珠光體 ≥ 150 ≥ 330 150~200 牌號 基體組織 化學(xué)成分 % C Si Mn p S HT1OO 珠光體 30%~70%粗片狀，鐵素體 70%~30%,二元磷共晶體少于 7% ~ ~ ~ HT150 珠光體 40%~90%粗片狀，鐵素體 10%~60%,二元磷共晶體少于 7% ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ HT200 珠光體 90%中片狀，鐵素體少于 5%，二元磷共晶體少于 4% ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ HT250 珠光體 98%粗片狀，二元磷共晶體少于 2% ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ HT300 珠光體多于 98%中細(xì)片狀，二元磷共晶體少于 2% ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ HT350 珠光體 95%粗片狀，二元磷共晶體少于 1% ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ HT200 珠光體 ≥ 200 ≥ 400 170~220 HT250 珠光體 ≥ 250 ≥ 470 190~240 HT300 孕育鑄鐵 ≥ 300 ≥ 540 210~260 HT350 孕育鑄鐵 ≥ 350 ≥ 610 230~280 HT400 孕育鑄鐵 ≥ 400 ≥ 680 207~269 （ 字母“ HT” +數(shù)字（最小抗拉強(qiáng)度） ） 常用鑄鐵件的焊接方法 由于鑄鐵的一些優(yōu)點，在汽車制造材料中占有很大的比重。鑄鐵零件大多是加工精度高、價格昂貴的基礎(chǔ)零 件，如氣缸體、氣缸蓋、變速器殼體等。鑄鐵零件在制造及使用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)裂紋、氣孔、損壞等情況。據(jù)統(tǒng)計，汽車在正常使用情況下，這類零件達(dá)到磨損極限時，其尺寸變化只有 ％～ ％，質(zhì)量損失只有 ％～ ％，此時將零件報廢，無疑是非常浪費的。因此，研究和利用先進(jìn)的修理經(jīng)驗，合理地修復(fù)鑄鐵零件是十分必要