焊条的含碳量越高是不是就越难以融化

引言
铸铁具有铸造性能,减震性能,耐磨性能与切削加工性能优良等很多优点,而且成本低,熔化设备简单,所以在机械制造业中获得非常广泛的应用.按碳在铸铁中存在的状态及形式不同,可将铸铁分为球墨铸铁,可锻铸铁,白口铸铁,灰铸铁四大类.本文以力学性能最差的灰铸铁作为焊接母材为例,并对灰铸铁的焊接性进行简要分析. 以铜钢焊条为主要的冷焊焊接材料作一论证.
一.灰铸铁的焊接性
灰铸铁在化学成分上的特点是碳.磷.硫含量高,这一特点就增加了焊接接头对冷.热裂纹敏感性,在力学性能上的特点是强度低,基本无塑性.这两特点结合焊接过程具有冷速快及因焊接受热不均匀形成焊接应力较大的特性,决定了铸铁的焊接性不良.主要问题有:
焊接接头易出现白口及淬硬组织:⒈原因是:铸铁在电弧焊的情况下,焊缝的冷却速度远远大于铸件在砂型铸造中的冷却速度,焊缝主要为共晶渗碳体和二次渗碳体及珠光体组成,即焊缝基本为硬而脆白口铸铁组织. ⒉防止的途径:采用异种材料进行焊接,使焊缝组织不是铸铁,自然可以防止白口产生.由此我们会想到最常用的低碳钢焊条,但只用低碳钢焊条焊接铸铁,则由于母材熔化而过渡到焊缝中的碳较高,又产生另一种高硬度组织---马氏体.所以在焊接铸铁时,必须设法防止或减弱母材过渡到焊缝中的碳,也就是使用低碳钢焊条焊接铸铁时,给熔池中添加一定量的纯铜,这就是所说的铜钢焊条,它可以有效降低高硬度组织的产生.
焊接接头易出现冷热裂纹: ⒈产生冷裂纹原因是:焊接过程中工件局部不均匀受热,焊缝在冷却过程中会产生很大的拉应力,这种拉应力随焊缝温度的下降而增大,再者铸铁及焊缝强度低,400℃以下基本无塑性,当应力超过它们的强度极限时,即发生裂纹, 裂纹很快扩展,呈脆性断裂.⒉冷裂纹防止的途径:向焊缝加入一定量的合金元素(如铜.锰.镍),使焊缝先发生一定量的贝氏体相变,接着又发生一定量的马氏体相变,利用二次连续相变产生的焊缝应力松弛效应,可有效的防止冷裂纹.⒊热裂纹原因是: 铸铁磷.硫含量较高, 其焊缝对热裂纹有较大的敏感性.⒋热裂纹防止的途径:增加脱硫磷反应,使晶粒细化,采用正确的焊接工艺,使应力减小,降低杂质的熔入,适量增加含碳量,均有助于防止热裂纹的产生.
二.铜和钢共同使用的原理
通过前面的分析可知,铜的熔入是有利的,因为它与碳不生成碳化物,也不容解碳,碳以石墨形态析出,他也有很好的塑性,又是弱石墨化元素,对减少白口有一定的作用,但是纯铜对热裂纹很敏感,所以要适量增加含碳量,也就是要增加20％的铁或钢,可大大提高焊缝的抗热裂性能.原因是:铜的熔点低,钢铁的熔点高,故熔池中的钢铁结晶到铜的熔点后铜才开始结晶,这时的焊缝为双相组织.但钢铁的含量过高时,则焊缝的脆性增大,易产生低温裂纹.所以铜与钢铁的比例为80∶20时焊缝的塑性及抗热裂性都较高.但铁的含碳量高于钢的含碳量，所以焊缝中加20％的铁要比加20％的钢的含碳量高,故铜铁焊缝的白口区要比铜钢焊缝的白口区要宽,由此可知铜铁焊缝的加工性就低与铜钢焊缝,因此推荐铜钢并用.
三. 铜钢并用的具体方法
要想使焊缝具有较高的塑性及抗热裂性,我们必须使铜钢均匀的分布到每一个熔池中. 1.具体方法:A.将�0�48mmx1mm纯铜管套在烘干后的�0�43.2的J507 .J506或A302的药皮外,并使铜管与钢芯接触良好,共同作为电极,这样可使铜钢同时过渡到金属熔池中,使其均匀分布.由于电极横截面积增加,电阻减小,电流必然增加.( 推荐电流130----170A,（根据工件的薄厚选择);B.采用�0�45mm的铜条与烘干后的�0�43.2的J507. J506或 A302配合,就是说�0�43.2的J507 .J506或A302焊条作为电极,熔化母材,再将铜条以续丝的形式均匀的续入熔池,即可. 2.A .B的对比；A的特点是不易操作,但铜钢分布很均匀,电流大; B的特点易操作, 但铜钢分布不很均匀, 电流一般.它们的共同点:铜钢比例都为76∶24可以满足要求，并且都可用在平位或倾斜角度不大的位置及厚度为3mm以上的工件焊接.如用A302则力学性能更加优良。 3. 冷焊工艺要点：作好焊前准备工作，认真清理工件及缺陷上的杂质,观察缺陷情况,如是裂纹应在端部3-5mm处钻�0�45-8mm的止裂孔,防止裂纹扩散.选择合理的破口形式,如U坡口,以减小熔合比,减小应力,防止裂纹发生;再保证电弧稳定及焊透的情况下均应采用最小的电流.原因是电流小,熔深小,铸铁中的碳.硫.磷等有害物质可以少进入焊缝，有利于提高焊缝质量,焊缝中的硫.磷越多,越易产生热裂纹;在焊接速度不变的情况下,电流越小,热输入.焊接应力.裂纹倾向.热影响区的宽度跟着减小,使白口层变薄,所以要采用小直径焊条小电流快速焊接;合理的安排焊接顺序，采用短焊道断续分散焊,原因是焊缝越长拉力越大,应力增加,发生裂纹的可能性越大,一般薄壁件10-20mm为一小段，厚壁件30-40mm为一小段，并且每焊完一段立即用小锤锤击，细化晶粒，消除应力；当前一段冷却到不烫手时（50-60℃），再焊下一道，依此类推。
四. 镍基焊条和铜钢焊条的对比
1. 力学性能 虽然镍基焊条所焊的焊缝及整个接头具有较高的抗拉强度和塑性，硬度较低，能够满足铸铁的焊接需要,但是焊缝易出现热裂纹的结晶裂纹,价格又昂贵. 2. 价格 镍基焊条目前的市场价为180元/ Kg ,而铜管40元/ Kg J507或 J506焊条5元/ Kg ,合计铜钢焊条45元/ 2Kg,每公斤相差157.5元,长期使用,这个费用是非常可观的.
五。 量检验
如是容器,应进行水压试验,无泄漏为止;如是一般的承载焊缝,试验时能够承受正常的工作载荷.如发现泄漏,判断原因,如是裂纹应彻底清除重新焊接,其他缺陷可打磨后直接焊接.
六.结论
说铜钢焊条是一种较好的冷焊焊条，但如能焊前预热，焊后热处理，则效果会更好。因此我们推荐：工件厚度为在8mm以下可进行冷焊或半热焊法,即预热至400℃,焊后加热至650℃,消除应力; 厚度为8mm以上用热焊法, 即预热至600---700℃。
（注:焊接过程中如发现裂纹或其他缺陷一定要彻底打磨）