鑄鐵焊條EZFe-3焊接接頭組織性能

李曉東，鄧小君，任艷艷

（河南職業技術學院機電工程系，河南鄭州450046）

鑄鐵焊條EZFe-3焊接接頭組織性能

李曉東，鄧小君，任艷艷

（河南職業技術學院機電工程系，河南鄭州450046）

在原有鑄鐵焊條的基礎上，研制了EZFe-3鑄鐵焊條。通過現場施焊、硬度測試、白口區厚度測量、可加工性測試、金相組織觀察和力學性能試驗，對焊接接頭的組織和性能進行研究。試驗結果表明，研制的焊條焊縫組織為珠光體+少量鐵素體，焊接接頭具有良好的可加工性和抗裂性。

鑄鐵焊條；焊接接頭；力學性能；可加工性；抗裂性

0 前言

灰鑄鐵是工業中廣泛應用的一種金屬材料，但由于鑄件在生產中往往產生縮孔、裂紋且在使用中常出現裂紋等缺陷，因此灰鑄鐵補焊成為很重要的問題。灰鑄鐵焊接性極差，在焊補中主要存在以下問題：（1）焊接接頭很難機械加工。灰鑄鐵在補焊時，焊縫和半熔化區容易產生滲碳體（Fe3C）生成白口組織，白鑄鐵組織硬度高達HB800，這使灰鑄鐵件焊補后很難機械加工。（2）焊接接頭容易產生裂紋。灰鑄鐵本身強度低，塑性極差，再加上焊接過程受熱不均勻，焊接應力大，造成焊縫及熱影響區容易產生裂紋[1-2]。基于此，研制了鑄鐵焊條EZFe-3，并對焊條組織和力學性能進行分析。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

焊接試板為灰鑄鐵HT-200兩塊，尺寸300mm× 150 mm×16 mm。鑄鐵焊條EZFe-3的熔敷金屬化學成分如表1所示。

表1 焊條熔敷金屬的化學成分Tab.1Chemical of deposited metal％

1.2 試驗方法

試驗測試焊條性能采用交流電弧冷焊工藝。施焊前，將焊條置于鼓風干燥箱內烘干，烘干溫度150℃～200℃，烘干時間1.5～2 h，將焊接試板開60°坡口，認真清理待焊處鐵銹、油污等。焊接過程中采用多層多道焊進行對接焊，每焊50～70 mm后停焊，待焊縫冷卻到100℃以下繼續施焊，層間溫度

控制在100℃以內，焊接電流150～160 A。

在焊接接頭處，用線切割獲得硬度試樣3個，利用HB-3000型布氏硬度試驗機（壓頭φ5 mm，載荷3 kg）按GB/2650-2008《焊接接頭及堆焊金屬硬度試驗方法》進行，并將3個硬度試樣的6個焊縫橫斷面用硝酸酒精腐蝕后，用10倍放大鏡觀察。采用XJG05金相顯微鏡和X-100顯微硬度計測試白口區厚度，檢驗焊接接頭組織。焊接接頭拉伸試驗按GB/T2651-2008進行。利用B665牛頭刨床62萬能銑床和Z25鉆床測試焊接接頭的可加工性。

2 試驗結果及分析

2.1 焊縫金屬硬度

焊縫金屬硬度測試數據如表2所示，焊縫實際平均值為HB210，接近Z408的焊縫硬度，符合國家標準GB/T10044-2006。3個硬度試樣的6個焊縫橫斷面上均未發現氣孔、夾渣和裂紋。

表2 焊縫金屬布氏硬度測試值Tab.2Brinell hardness value of weld metal

2 .2白口區厚度測量

放大250倍的焊接接頭白口區金相圖片如圖1所示。圖1中間部位即為白口區，白口區厚度40 mm，經換算，其實際厚度約為0.16 mm。用該法共測試10組，白口區厚度在0.13～0.22 mm之間，平均值0.15 mm，與目前最好的鑄鐵焊條Z308相近。

圖1 白口區組織形貌Fig.1Morphology of white area

2.3 金相組織檢驗

焊接接頭不同部位顯微組織如圖2所示。圖2a為多層焊縫的金屬組織，組織為珠光體加少量鐵素體，其中黑色塊狀組織為珠光體，白亮色塊狀組織為鐵素體，這與焊條熔敷金屬的化學分析及焊縫金屬的布氏硬度測試結果相吻合，這種組織塑性好、硬度低，焊后焊縫處應力集中小，不易產生焊接裂紋[3-5]。圖2b為焊接接頭熔合區形成的白口區，該區白亮色板條狀為滲碳體（Fe3C），組織硬而脆，延伸率接近零，但電弧冷焊有白口區是不可避免的，只能采取措施盡量降低其厚度。圖2c為母材灰鑄鐵組織，主要是片狀石墨和珠光體組成。

圖2 焊接接頭的金相組織Fig.2Microstructure of welded joint

2.4拉伸試驗及可加工性

焊接接頭抗拉強度平均值205 MPa，斷裂部位均在靠近熔合線的母材一側[6]。用常規刃具和常規切削參數對焊接接頭進行加工，加工過程中未發現打刀現象，在被切削表面上也無“讓刀”痕跡，可見機械加工性較好。

3 結論

（1）試焊焊縫組織為珠光體加少量鐵素體，白口區厚度平均值0.15 mm，與目前最好的鑄鐵焊條Z308相近。

（2）焊縫實際平均值為HB210，符合國家標準GB/T10044-2006。硬度試樣的橫斷面上未發現氣孔、夾渣和裂紋。

（3）焊接接頭抗拉強度平均值為205 MPa，斷裂部位均在靠近熔合線的母材一側，可加工性好。

[1]子榮，李升鶴.電焊條[M].北京：機械工業出版社，1996：39-53，73-80，323-326.

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[3]齊向前，陳金洪，田旭海.焊接線能量對T91鋼焊縫組織及硬度的影響[J].熱加工工藝，2010（9）：167-168.

[4]廖永山，陸亞珍，董茂林，等.含鈦J422焊條研制及其焊縫組織性能[J].焊接技術，2010（39）：13-15.

[5]袁浩，馬成勇，齊彥昌，等.690鎳基合金焊條熔敷金屬的組織與性能研究[J].材料科學與工藝，2016（2）：32-34.

[6]翟秋亞，徐錦鋒.多元微合金化鑄鐵電弧冷焊同質焊條的焊接性能[J].西安理工大學學報，2000，16（4）：4-8.

Microstructures and properties of welded joint of cast iron electrode EZFe-3

LI Xiaodong，DENG Xiaojun，REN Yanyan
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，He'nan Institute of Vocational&Technology，Zhengzhou 450046，China）

Cast iron electrode EZFe-3 was developed on the basis of the original cast iron electrode.The microstructures and properties of welded joint were studied through the field welding,hardness testing,white zone thickness measurement,workability test,microstructure observation and mechanical properties test.Experimental results show that the weld microstructure of electrode contains pearlite and a small amount of ferrite,welded joint has good workability and crack resistance.

cast iron electrode；welded joint；mechanical properties；workability；crack resistance

TG422.1

A

1001-2303（2016）08-0106-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.08.25

2016-06-15

河南省自然科學基金資助項目（152300410146）

李曉東（1962—），男，河南鄭州人，教授，學士，主要從事機械及焊接材料的研究。