球墨铸铁 QT400-18 补焊工艺研究
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发布者：陈亚斌1 王韬2 王圣潇
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时间：2021年9月16日 13:33
（ 1. 青岛泰泓轨道装备有限公司， 山东 青岛 266111 （ 2. 青岛宏达青田交通设备有限公司，山东 青岛 266111）
摘. . 要：随着现代铸造技术与装备的快速发展，球墨铸铁被广泛应用在一些结构和受力复杂、强度、韧性、耐磨性要求较高的零件上。
本文简单阐述了球墨铸铁的特性和焊接难点，并探索了 HS221-φ2.4 焊丝补焊球墨铸铁 QT400-18 转臂球铰裂纹的焊接工艺，希望能对球墨铸铁补焊工艺深入研究提供参考。
关键词?：球墨铸铁；裂纹?；补焊；
前言
球墨铸铁是指通过添加稀土元素进行球化和孕育处理得到的一种铸铁，其中，碳以球状石墨形式存在。因耐磨性好、机械性能优良，特别是塑性和韧性较好，被广泛应用在工业装备制造领域，受到越来越多的关注。基于此，本文探索研究了球墨铸铁 QT400-18 转臂球铰裂纹的补焊工艺。
1. 焊接性分析
转臂球铰的材质是球墨铸铁 QT400-18，具有较高的强度和塑韧性，其抗拉强度约为 400MPa, 伸长率约为 18% 。用于补焊的转臂球铰壁厚约 50 ㎜，内侧孔壁直径约 130 ㎜，内侧孔壁表面有连续性的轴向黑色裂纹，长度约为 150 毫米，裂纹深度约 2-3 毫米。
QT400-18 球墨铸铁，由于含碳量较高的原因，焊接过程中易形成硬度很高的白口组织和产生热裂纹 ［1］ ，致使受力情况变差，塑韧性降低；球墨铸铁焊接时，热影响区冷却速度快，淬硬性和淬透性较大，其硬度高，脆性大，在焊接收缩应力、拘束应力的作用下易产生裂纹；由于球墨铸铁强度和塑性及韧性相对较高，一般要求焊缝与母材强度相近，这就要求对焊材的强度和塑性及韧性需要进行综合考量；此外，转臂球铰内侧孔径 130 ㎜，壁厚 50 ㎜，有一定的拘束度，焊接可达性一般，送丝需要注意角度。
2 焊接工艺方法
2.1 焊接方法
铸铁常用补焊方法有氧乙炔焊和焊条电弧焊，基于目前公司的设备和工件可达性以及工艺技术要求，考虑到工件结构特点，缺陷状况，质量要求以及施焊条件和经济性，焊接方法选用氧乙炔焊，焊炬型号为射吸式焊炬 H01-20，焊嘴直径φ3mm。焊接时使用中性焰。
2.2 焊接材料
焊材根据其焊缝金属类型选择铜基焊材。它除了会导致焊缝区颜色不一致外，他有很多的优势。一方面，铜与碳不形成碳化物，也不溶解碳，彼此之间不形成高硬度的组织。另一方面，铜的屈服极限较低，塑韧性特别好，在铸铁焊接时有利于防止裂纹的产生，此外，锌除了可以提高焊缝力学性能和耐蚀性外，铜 - 锌熔敷金属合金在凝固结晶时，产生双相组织，有利于防止裂纹。最重要的是，用这种焊丝补焊，强度也能满足要求。
基于对转臂球铰（球墨铸铁 QT400-18）的焊接性的分析，并结合前期试验经验，考虑到工件结构特点，缺陷状况，质量要求以及施焊条件，并依据前期对铜基焊材 Z607 的分析与理解，经综合考虑，焊丝选用 HS221-φ2.4 的规格 , 其熔敷金属的抗拉强度为 430MPa，断后延伸率为23%。结合前期试验结果，考虑到经济性，溶剂选择硼砂。
2.3 焊接工艺步骤
用打磨的方法清理裂纹及周围的杂质和油污，去除表面氧化膜，并使其露出金属光泽。排查缺陷周围的砂眼缩孔及裂纹，理清裂纹的走向、分枝及端点。在裂纹端点前 3-5mm 处打直径φ4-6 的止裂孔。
加工坡口时，上口应该略大，底部需圆滑过渡，不能有尖角。选择射吸式焊炬 H01-20，焊嘴直径φ3mm；
由于铸件厚度 50 ㎜，有一定的拘束度，焊补前先进行预热，预热温度控制在600~ 700℃。预热时加热速度不宜过快，应该均匀加热，工件各区域温差不能太大，这利于减小不均匀加热产生的应力。
先用火焰加热坡口底部使之熔化形成熔池，将已烧热的焊丝沾上熔剂迅速插入熔池，使焊丝在熔池中熔化而不是以熔滴状滴入熔池 ［2］ 。
焊接过程中，速度要适当减慢并尽量保持均匀。此外，可使用焊丝缓慢搅拌熔池，加强液态熔池的流动性，并为熔池内的夹杂物上浮争取时间。
若发现熔池底部有白亮夹杂物 (SiO2) 或气孔时，应加大火焰，减小焰心到熔池的距离，以便提高熔池底部温度使之浮起，也可用焊丝迅速插入熔池底部将夹杂物、气孔排出［3］。
焊缝的收尾阶段，要多焊接一层，使最终的焊缝余高略高于转臂球铰的内壁表面 2-3 毫米左右，待焊缝温度降低至室温时，用机械加工的方法去除多余高度，这样做的目的是为了消除焊缝上表面的气孔和夹渣。
为了预防由于脆硬组织和焊接应力导致焊缝裂纹，需要缓慢冷却，在焊接完成后，进行后热，从而防止裂纹的产生。
3 结束语
通过该方法焊接完成的球墨铸铁 QT400-18 转臂球铰，进行外观成型检测以及渗透探伤检验，并制备了宏观金相和微观金相，检验结果均合格。试验表明：采用 HS221-φ2.4 焊丝补焊球墨铸铁 QT400-18转臂球铰的裂纹，补焊效果良好。这不仅拓宽了球墨铸铁 QT400-18的补焊方法。同时，为球墨铸铁补焊工艺的进一步深入研究提供了参考。
参考文献：
［1］高培东 , 胡满生 , 张郁琦 . 球墨铸铁缸体的裂纹补焊 [J]. 现代焊接 ,2013(7):65-66.
[2-3] 王新彦 . 灰铸铁气缸的焊补 [J]. 热加工工艺 ,2008(5):132-133.a
