專利名稱：用于灰鑄鐵和球墨鑄鐵焊接的同質(zhì)電焊條/氣焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及適于灰鑄鐵和球墨鑄鐵焊接的鑄鐵同質(zhì)電焊條和氣焊絲。
背景技術(shù)：
作為特種焊接材料，鑄鐵焊條、焊絲在鑄鐵件焊接和缺陷修復(fù)等工程領(lǐng)域中不可或缺。由于鑄鐵中硫、磷等雜質(zhì)含量高，強(qiáng)度低、塑性差，其固有的凝固特性決定了鑄鐵在焊接修復(fù)過程中，焊補(bǔ)區(qū)容易產(chǎn)生白口和裂紋，尤其在冷焊條件下，白口和裂紋傾向更大，嚴(yán)重影響了鑄件的機(jī)械加工性能和使用性能。
采用非鑄鐵芯外涂石墨化型藥皮的鑄鐵焊條進(jìn)行鑄鐵焊接，例如Z208(低碳鋼芯)焊條、Z308(純鎳芯)焊條、Z408(鎳鐵芯)焊條等，雖然在一定程度上使白口和裂紋減少，但由于焊縫成分、組織和性能及色澤與鑄件不匹配，抗裂性差，無法滿足如顏色一致性、性能匹配性等修復(fù)的綜合性能要求。
應(yīng)用與鑄鐵同質(zhì)的焊接材料如市售Z248、Z238焊條，采用熱態(tài)焊接工藝是克服上述缺陷的有效措施，但熱態(tài)焊接的預(yù)熱方法復(fù)雜，能源消耗大、生產(chǎn)周期長、勞動(dòng)強(qiáng)度大，無疑增加了鑄件的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供適于灰鑄鐵和球墨鑄鐵電弧冷焊用的鑄鐵同質(zhì)電焊條/氣焊絲，在室溫或較低溫度下施焊時(shí)，能有效地降低白口和裂紋傾向，而且焊縫成分、組織和色澤與鑄件基本一致。
本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案，用于灰鑄鐵焊接的同質(zhì)氣焊絲，該焊絲由以下組分按重量百分比組成C 3.6％～4.0％、Si 3.6％～4.6％、Mn 0.2％～0.4％、S＜0.05％、P＜0.1％、Ca＜2％、Ni 0.2％～1.2％、Ti 0.3％～0.8％、Al 0.1％～0.5％、Bi 0.03％～0.06％、Ba 0.01％～0.03％、Ce 0.01％～0.04％和RE 0.01％～0.03％，其余為Fe。
本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案，用于灰鑄鐵焊接的同質(zhì)電焊條，由焊芯和藥皮組成，焊芯由以下組分按重量百分比組成C 3.6％～4.0％、Si 3.6％～4.6％、Mn 0.2％～0.4％、S＜0.05％、P＜0.1％、Ca＜2％、Ni 0.2％～1.2％、Ti 0.3％～0.8％、Al 0.1％～0.5％、Bi 0.03％～0.06％、Ba 0.01％～0.03％、Ce 0.01％～0.04％和RE 0.01％～0.03％，其余為Fe。
本發(fā)明所采用的第三種技術(shù)方案，用于球墨鑄鐵焊接的同質(zhì)氣焊絲，該焊絲由以下組分按重量百分比組成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％，其余為Fe。
本發(fā)明所采用的第四種技術(shù)方案，用于球墨鑄鐵焊接的同質(zhì)電焊條，由焊芯和藥皮組成，焊芯由以下組分按重量百分比組成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％，其余為Fe。
在本發(fā)明的氣焊絲和電焊條焊芯成份中，我們對(duì)各化學(xué)元素的組成及含量限定理由分別敘述如下為了使焊縫金屬獲得灰鑄鐵和球鐵組織，防止焊縫和熔合區(qū)產(chǎn)生白口，保證焊接(補(bǔ))區(qū)的機(jī)械加工性能，焊芯(絲)中含碳量和含硅量均較高，加入量分別為灰鑄鐵C 3.6％～4.0％(球鐵C 3.6％～4.2％)、3.6％～4.6％Si；為了改善焊縫的機(jī)械性能并促進(jìn)石墨化，加入少量的Mn、Ni和Al；為了凈化焊縫金屬，減小S、P等有害雜質(zhì)元素的影響，焊芯中還加入了Ca、Mg、和RE，其中Mg和RE是以球化劑的形式加入的；為了細(xì)化晶粒、促進(jìn)石墨形核與快速生長，還添加了微量的Bi、Ti、Ce和Ba。
本發(fā)明的有益效果是(1)焊芯(絲)中合金元素在熔敷金屬中的過渡率提高，焊縫石墨化能力顯著增強(qiáng)；(2)焊縫成份、組織和色澤與鑄鐵件本體一致；(3)焊縫抗裂、可加工；(4)實(shí)現(xiàn)同質(zhì)焊條冷焊或低溫焊接、焊補(bǔ)，焊接溫度在室溫～200℃范圍。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明用于灰鑄鐵和球墨鑄鐵冷焊或低溫焊的同質(zhì)電焊條/氣焊絲，采用電爐熔配低雜質(zhì)含量的鐵液，用Ti、Bi、Ba、Ce等合金元素對(duì)焊芯/焊絲進(jìn)行多元微量合金化處理，經(jīng)爐前球化、孕育處理后，澆注成球墨鑄鐵焊芯或氣焊絲；不經(jīng)爐前球化處理，澆注得到灰鑄鐵焊芯或氣焊絲?；诣T鐵氣焊絲，由以下組分按重量百分比組成C 3.6％～4.0％、Si 3.6％～4.6％、Mn 0.2％～0.4％、S＜0.05％、P＜0.1％、Ca＜2％、Ni 0.2％～1.2％、Ti 0.3％～0.8％、Al 0.1％～0.5％、Bi 0.03％～0.06％、Ba 0.01％～0.03％、Ce 0.01％～0.04％和RE 0.01％～0.03％，其余為Fe。球墨鑄鐵氣焊絲，由以下組分按重量百分比組成C3.6％～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％，其余為Fe?；诣T鐵焊芯由以下組分按重量百分比組成C 3.6％～4.0％、Si 3.6％～4.6％、Mn 0.2％～0.4％、S＜0.05％、P＜0.1％、Ca＜2％、Ni 0.2％～1.2％、Ti 0.3％～0.8％、Al 0.1％～0.5％、Bi 0.03％～0.06％、Ba 0.01％～0.03％、Ce 0.01％～0.04％和RE 0.01％～0.03％，其余為Fe。在制得的灰鑄鐵焊芯上涂敷石墨化藥皮，藥皮配方按重量百分比為大理石20％～30％、鉀長石10％～16％、鱗石墨5％～12％、泥石墨6％～10％、75#硅鐵15％～25％、30#硅鈣合金3％～7％、鋁粉3％～7％、鐵粉3％～7％、白泥10％～15％、碳酸鈉0.8％～1.2％，經(jīng)烘干制成灰鑄鐵電焊條。球墨鑄鐵焊芯由以下組分按重量百分比組成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％，其余為Fe。在制得的球墨鑄鐵焊芯上涂敷石墨化藥皮，藥皮配方按重量百分比為白云石10％～20％、鉀長石5％～15％、螢石5％～15％、大理石5％～11％、石墨8％～16％、鋁粉4％～6％、75#硅鐵15％～25％、30#硅鈣合金6％～10％、白泥5％～15％、RE-Y 1％～3％、鐵粉3％～7％、Na2CO31％～3％，經(jīng)烘干制成球墨鑄鐵電焊條。
以下實(shí)施例中，利用本發(fā)明的電焊條/氣焊絲焊接灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的焊接工藝參數(shù)如表1所示，焊芯/焊絲的具體化學(xué)成份如表2所示，電焊條藥皮成份配比如表3所示，電焊條/氣焊絲熔敷金屬化學(xué)成份如表4所示，電焊條/氣焊絲熔敷金屬的力學(xué)性能如表5所示，各表中序號(hào)1-8為本發(fā)明實(shí)施例，其中，1、2為本發(fā)明的灰鑄鐵氣焊絲實(shí)施例，3、4為本發(fā)明的球墨鑄鐵氣焊絲實(shí)施例，5、6為本發(fā)明的灰鑄鐵電焊條實(shí)施例，7、8為本發(fā)明的球墨鑄鐵電焊條實(shí)施例。
表1 本發(fā)明的鑄鐵電焊條/氣焊絲焊接灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的工藝參數(shù)

表2 本發(fā)明實(shí)施例鑄鐵焊芯/焊絲的具體化學(xué)成份對(duì)比(重量％)

表3 本發(fā)明實(shí)施例鑄鐵電焊條藥皮的成份配比(重量％)

表4 本發(fā)明實(shí)施例鑄鐵電焊條/氣焊絲熔敷金屬化學(xué)成份(重量％)

表5 本發(fā)明實(shí)施例鑄鐵電焊條/氣焊絲熔敷金屬的力學(xué)性能(重量％)


現(xiàn)有技術(shù)中的鑄鐵同質(zhì)焊條大多采用低碳鋼芯外涂石墨化型藥皮制備而成，通過藥皮向焊縫中過渡合金元素來提高焊縫金屬的石墨化能力。而本發(fā)明通過物理冶金直接將促進(jìn)石墨形核生長的合金元素加入到鑄鐵焊芯中，可大幅度提高合金元素的過渡率，焊縫石墨化能力強(qiáng)；抗裂、可加工；成分、組織和色澤與母材一致性好。外涂的石墨化藥皮僅作為合金化輔助手段。因此，多元微合金化鑄鐵同質(zhì)焊條(絲)在成分設(shè)計(jì)與控制方面與傳統(tǒng)鑄鐵焊條存在本質(zhì)的區(qū)別。
權(quán)利要求
1.用于灰鑄鐵焊接的同質(zhì)氣焊絲，其特征在于，該焊絲由以下組分按重量百分比組成C 3.6％～4.0％、Si 3.6％～4.6％、Mn 0.2％～0.4％、S＜0.05％、P＜0.1％、Ca＜2％、Ni 0.2％～1.2％、Ti 0.3％～0.8％、Al 0.1％～0.5％、Bi 0.03％～0.06％、Ba 0.01％～0.03％、Ce 0.01％～0.04％和RE 0.01％～0.03％，其余為Fe。
2.用于灰鑄鐵焊接的同質(zhì)電焊條，由焊芯和藥皮組成，其特征在于，所述焊芯由以下組分按重量百分比組成C 3.6％～4.0％、Si 3.6％～4.6％、Mn 0.2％～0.4％、S＜0.05％、P＜0.1％、Ca＜2％、Ni 0.2％～1.2％、Ti 0.3％～0.8％、Al 0.1％～0.5％、Bi 0.03％～0.06％、Ba 0.01％～0.03％、Ce 0.01％～0.04％和RE 0.01％～0.03％，其余為Fe。
3.用于球墨鑄鐵焊接的同質(zhì)氣焊絲，其特征在于，該焊絲由以下組分按重量百分比組成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％，其余為Fe。
4.用于球墨鑄鐵焊接的同質(zhì)電焊條，由焊芯和藥皮組成，其特征在于，所述焊芯由以下組分按重量百分比組成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％，其余為Fe。
全文摘要
本發(fā)明公開的用于灰鑄鐵焊接的同質(zhì)氣焊絲和焊條焊芯，由以下組分按重量百分比組成C 3.6％～4.0％、Si 3.6％～4.6％、Mn 0.2％～0.4％、S＜0.05％、P＜0.1％、Ca＜2％、Ni 0.2％～1.2％、Ti 0.3％～0.8％、Al 0.1％～0.5％、Bi 0.03％～0.06％、Ba 0.01％～0.03％、Ce 0.01％～0.04％和RE 0.01％～0.03％，其余為Fe。用于球墨鑄鐵焊接的同質(zhì)氣焊絲和焊條焊芯，由以下組分按重量百分比組成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％，其余為Fe。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)同質(zhì)焊條冷焊或低溫焊接，焊縫成份、組織、性能和色澤與鑄件本體一致，具有良好的加工性和抗裂性能。
文檔編號(hào)B23K35/30GK1769002SQ20051009637
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者翟秋亞, 徐錦鋒 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)