球墨铸铁焊接再制造研究进展

球墨铸铁在极端条件下会承受严重的腐蚀和磨损,造成部件的损伤失效。为了降低成本,提高球墨铸铁件的服役性能,需要对部件进行缺陷修复或表面改性以获得更优异的表面耐磨及耐蚀等性能。通过焊接的方法能够在球墨铸铁表面形成与其冶金结合良好的熔覆层或在缺陷处填充合适的金属材料,达到再制造的目的。本文对球墨铸铁焊接再制造的国内外研究情况进行了调研,总结了采用电弧焊、搅拌摩擦加工和激光焊工艺进行球墨铸铁再制造的主要研究成果,可为球墨铸铁再制造的相关研究提供指导。

鞍座支架以铸代焊工艺设计与性能分析

针对传统钢板焊接工艺生产的鞍座支架在焊缝处存在应力集中和晶粒组织粗大、易发生疲劳断裂等问题,提出了以铸代焊工艺技术方案。通过对铸造充型和凝固过程仿真分析,发现在限位挂钩处出现微小缩松、缩孔缺陷,总体积约为0.32 cm^(3)。进一步通过有限元方法对缺陷位置进行应力分析,发现该缺陷处应力仅为5 MPa,不会影响铸件整体性能。利用所提方案进行试铸试验,并测试了试铸件的抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬度等指标均符合设计要求,珠光体含量为80%以上,铸件承受的最大应力为60 MPa,远小于材料的许用应力,铸造鞍座支架疲劳寿命是钢板焊接鞍座支架的1.2倍。试验结果表明:铸造鞍座支架整体性能优于钢板焊接鞍座支架。

高铬铸铁耐磨堆焊埋弧药芯焊丝研究

采用自动埋弧堆焊对高铬铸铁埋弧药芯焊丝堆焊合金的组织及耐磨性进行试验,研究Cr/C对堆焊层的组织和耐磨性的影响。研究发现,Cr/C增加,初生碳化物形状越来越规则,初生碳化物的杆状纤维增长,增加堆焊层的韧性。初生碳化物微区Cr含量增加,增加初生碳化物显微硬度。Cr/C与初生碳化物面积分数对耐磨性的影响比较明显,其中初生碳化物面积分数与耐磨性呈线性关系。高铬铸铁堆焊层的耐磨性受到基体组织影响较大,由奥氏体及其分解产物构成的混合基体的堆焊层耐磨性最大。文中所研究的41#、43#、45#焊丝其堆焊层的耐磨性非常好,相对Q235钢的耐磨性分别为β41=27.1716、β43=18.6305和β45=19.7949。文中进一步探讨了耐磨堆焊层磨损过程中的孔洞效应及裂纹扩张效应。

HT250灰口铸铁的退火工艺和性能试验

对HT2 5 0灰口铸铁在不同温度和保温时间下进行退火 ,发现试样在 75 0℃加热保温 1h的铁素体数量最多、硬度最低。焊接试验证明 ,HT2 5 0灰口铸铁在退火后的焊接热影响区为铁素体和珠光体组织 。

Fe-Cr-C系高碳高铬耐磨堆焊合金微观组织分析

研究了C元素含量6.0%左右时改变Cr元素含量和Cr元素含量40%左右时改变C元素含量两种情况下Cr及C元素各自对Fe-Cr-C合金堆焊层组织的影响。结果表明,C和Cr元素增加时,初生碳化物的量增加。初生碳化物随着C元素和Cr元素的增加,形态越来越规则,分布越来越密集,初生碳化物颗粒的单个尺寸增大。C元素含量6.0%左右,Cr元素含量增大时,初生碳化物微区Cr元素含量增加;而当Cr元素含量40%左右,C元素含量增加时,初生碳化物微区Cr元素含量反而降低。

Ca－Ni－Ti－Bi多元微合金化铸铁电弧冷焊同质焊条的研究

通过Ｃａ－Ｎｉ－Ｔｉ－Ｂｉ多元合金的复合加入，研制出灰铁芯和球铁芯两种铸铁电弧冷焊条。对焊补区性能的测试结果表明：两种焊条获得的结合强度分别为ＨＴσｂ≥２００ＭＰａ，ＱＴσｂ≥４５０ＭＰａ，δ≮６％，硬度和颜色与母材一致；焊缝为铸铁组织，抗裂性好；熔合区基本无白口，机械加工性能良好。

高铬铸铁型自保护药芯焊丝的研制

所研制的药芯焊丝采用自保护方式,焊接工艺性能良好。堆焊层表面裂纹细密,呈网状分布。堆焊金属合金系为Fe-Cr-C,微观组织主要是初生碳化物(Cr、Fe)7C3和共晶组织。初生碳化物呈六棱柱状、垂直于基材方向生长,其横截面的显微硬度达1 771 HV。共晶组织分布在初生碳化物周围,其硬度约为800 HV左右。堆焊层洛氏硬度为64.2 HRC。

400MPa球墨铸铁光纤激光-MIG电弧复合焊接头的断裂特征

采用填充308L不锈钢焊丝光纤激光-MIG电弧复合焊方法,焊接厚度为5mm的风电关键部件用400 MPa级球墨铸铁,获得了表面成形良好且熔透的焊缝,研究了MIG电弧热输入对接头拉伸性能和断裂特征的影响.结果表明,电弧热输入较小时,接头的拉伸性能差,断裂沿熔合线发生,断口为脆性断口;电弧热输入较大时,接头的拉伸性能较好,断裂自半熔化区顶部沿母材发生,断口顶部为脆性断口,底部为韧性断口.接头断裂特征的差异是由接头中焊缝和半熔化区底部莱氏体的量的不同导致的.基于以上研究,获得了抗拉强度为346.4 MPa、断后伸长率为5.4%,断裂发生在母材上的优质接头.

灰铸铁同质焊缝电弧冷焊接头冷裂纹研究进展

从焊缝石墨形态及焊缝组织对冷裂纹的影响、铸铁型焊缝冷裂纹产生机理及裂纹萌生与扩展的微观过程、热影响区冷裂纹研究、铸铁焊接接头冷裂纹试验方法等四个方面综述了国内外灰铸铁同质焊缝电弧冷焊焊接接头冷裂纹的研究进展。研究发现 ,石墨呈球状时可以大为改善焊缝的抗裂性 ;利用贝氏体马氏体二次相变应力松弛效应可以降低灰铸铁焊缝裂纹敏感性 ;裂纹容易在相邻石墨间的窄铁素体基体桥处萌生与扩展 ;扩散氢对灰铸铁接头热影响区冷裂纹影响小而马氏体相变影响大。在灰铸铁焊接冷裂纹试验方法方面 ,重点讨论了能定量评定焊缝抗裂性的铸铁焊缝拘束裂纹试验及平板刚性拘束裂纹 (PRRC)

球墨铸铁与45钢的摩擦焊接研究

球铁与 45钢采用摩擦焊接方法可形成良好的焊接接头。焊后退火处理可改善球铁 - 45钢摩擦焊接头的组织 ,提高接头的性能。在其他焊接参数保持不变时 ,退火后接头拉伸强度随摩擦时间的增大而增加 ,直到 2 3s时达到最大值 358MPa,继续增大摩擦时间 ,接头拉伸强度下降。这主要是因为摩擦时间直接影响着球铁与 45钢摩擦焊接过程中的产热、温度分布、金属的塑性变形和石墨在界面的形态。

铸铁喷焊组织及力学性能研究

为了解决铸铁焊补中焊缝处存在白口、淬硬组织以及裂纹等问题,采用氧乙炔火焰喷枪喷焊自熔性合金粉末F101和Ni60焊接球墨铸铁和用铸铁焊条Z308电弧冷焊球墨铸铁,并对试样进行抗拉强度、硬度测试和金相组织观察。结果表明:用铸铁焊条电弧冷焊后焊缝有白口、淬硬组织及裂纹;用Ni60合金粉末喷焊后熔合区硬度出现突变,硬度高达701HV,与母材硬度值差别很大,用F101合金粉末喷焊后热影响区及焊缝处硬度值与母材差别不大;金相组织观察表明焊缝与母材除了机械结合外,还有冶金结合。喷焊的焊缝无裂纹,且结合强度高于铸铁焊条的焊缝。

等离子弧堆焊WC增强型高铬铸铁的组织和性能

采用等离子弧粉末堆焊技术在Q235钢表面分别堆焊高铬铸铁和WC增强型高铬铸铁,通过对各堆焊层的显微组织、化学成分、显微硬度、耐磨性和耐蚀性进行对比分析,揭示WC颗粒对高铬铸铁堆焊层的影响。结果表明,高铬铸铁堆焊层显微组织由初生(Fe,Cr)7C3和共晶组织组成,WC增强型高铬铸铁堆焊层由初生碳化物、WC颗粒和共晶组织组成。与高铬铸铁相比,WC增强型高铬铸铁由于WC的加入,初生碳化物面积分数非常高,共晶组织数量相应减少;WC增强型高铬铸铁的硬度,耐电解腐蚀性和耐热腐蚀性均优于高铬铸铁。两种堆焊层熔合线处的硬度陡降,结合线扫描结果说明,WC的加入不影响WC增强型高铬铸铁堆焊层与基体界面处的冶金结合和堆焊质量。

奥-贝球墨铸铁制焊管预弯机下预弯模具的可行性研究

采用球化+二次孕育以及等温淬火工艺制备了球化等级为2级的奥-贝球墨铸铁,比较了奥-贝球墨铸铁、珠光体球墨铸铁和Cr12Mo1V1冷作模具钢的力学性能和摩擦磨损特性。结果表明:奥-贝球墨铸铁具有良好的力学性能和优异的摩擦磨损性能,组织中的贝氏体在摩擦磨损中可以有效地传递应力和起到支撑作用,提高了其抗磨性;较高的硬度和弹性模量以及石墨进入磨损表面润滑,减小了摩擦因数。认为采用奥-贝球墨铸铁制备焊管预弯机的下预弯模具具有可行性。

渣金间辅助外电场提高焊接工艺稳定性分析

为探索焊接过程实现高稳定性工艺的潜在途径,最大限度地减少重要钢结构制造中焊缝咬边及成形缺陷带来的焊后返修工作,提出并试验了一种利用埋弧焊渣金间随焊施加辅助外电场对渣金电导载流进行导流,进而提高焊接工艺稳定性的方法,并应用焊接电信号分析仪对弧压信号进行了采集统计分析.结果表明,以钨电极作阴极利用电场在渣金熔体内部形成稳定的电导载流,可使熔渣电导性能得以改善,并引导电子进入电弧阴极中心以增强电弧的集聚程度.同时外电场作用也使渣金内部的带电粒子形成有序运动并在界面结合成低表面能的活性氧化物,又可改善液态熔渣在焊缝金属表面的润湿铺展性能.实施辅助电场引入的这些有益作用使焊缝形状、表面光洁度、尤其是焊缝边缘平直均匀性得到较好地改观,焊接过程工艺稳定性得以进一步提高.

焊接工艺参数对3mm厚SS400钢焊接接头组织的影响

采用不同焊材和工艺参数对3 mm厚SS400钢板进行手工电弧焊,并对接头显微组织进行了观察和分析。结果表明,焊材对焊缝组织影响较大,对热影响区组织影响较小。当选用J422酸性焊条时,焊缝组织为块状铁素体+针状铁素体+少量珠光体。选用J506碱性焊条时,焊缝组织为大量针状铁素体+少量珠光体。焊接热输入对焊缝组织影响较小,对焊接热影响区组织影响较大。当热输入由3.6 kJ/cm增大到15.6 kJ/cm时,热影响区组织晶粒也逐步变大,魏氏组织不断增加,索氏体和粒状贝氏体不断减少。在实际生产中,考虑焊接效率和焊接质量时,采用J506碱性焊条和热输入为10.5 kJ/cm为最优焊接工艺。

细丝双弧共熔池脉冲MAG高速焊脉冲参数匹配研究

利用研制的双丝脉冲MAG焊装备及数字化协同控制系统,在协同控制模式主机和从机不同外特性组合方式下,进行了双丝高速脉冲MAG焊工艺试验研究,根据实验结果分析总结出两路脉冲参数最佳配合方式以及相互影响规律。实验表明,通过对双丝脉冲MAG焊工艺实验来掌握主从脉冲参数规律,为最大程度减少主从电弧之间的影响,保证双丝高速脉冲焊接过程稳定,为提高焊缝质量提供了技术指导,具有针对性和实际意义。

铸铁喷焊组织及力学性能

为了解决铸铁焊补中焊缝处存在白口、淬硬组织以及裂纹等问题,采用氧乙炔火焰喷枪喷焊自熔性合金粉末F101和Ni60焊接球墨铸铁以及用铸铁焊条Z308电弧冷焊球墨铸铁,并对试样进行抗拉强度、硬度和金相组织分析。结果表明,用铸铁焊条电弧冷焊后焊缝有白口、淬硬组织及裂纹;用Ni60合金粉末喷焊后熔合区硬度出现突变,硬度高达701 HV,与母材硬度值差别很大,用F101合金粉末喷焊后热影响区及焊缝处硬度值与母材差别不大;金相组织分析表明焊缝与母材除了机械结合外,还有冶金结合。喷焊的焊缝无裂纹,且结合强度高于铸铁焊条的焊缝。

球墨铸铁铸件的焊补工艺

针对生产实际的需要 ,为确保铸件焊补的质量 。

CO_2焊逆变电源动态性能分析

在弧焊逆变电源的研制过程中,弧焊电源动态特性的分析和控制一直是其中非常关键的问题。由于焊接电流、电弧电压包含有与弧焊电源的动特性相关的特征信息,因此本文采用自行研制的弧焊过程电信号分析系统,针对CO2焊逆变电源进行一系列工艺性能试验,并对弧焊电源的动特性进行分析和评定,从而可对焊接工艺参数的优化提供依据。

电触头材料的熔池演化过程

在计算了电弧能量作用于触头材料所形成温度场变化的基础上,研究了电弧作用后从形成熔池到冷却凝固至室温过程中,触头材料状态的变化过程以及与之对应的熔池形貌的演化过程;着重分析了熔池凝固过程的特点及其对触头材料显微组织和形貌变化的影响。结果表明:电弧作用后触头降温至完全凝固过程中的温度变化速率高达107℃.s-1,因而冷却速率极快;触头材料凝固过程还具有易于形核、熔池温度梯度大、易形成孔洞疏松结构、甚至会发生化学反应等突出的特点。