焊接技术专业毕业论文---铸铁件焊缝设计

焊接技术专业毕业论文---铸铁件焊缝设计内容摘要：

业、造船、建筑及机械制造等工业部门，在我国的国民经济发展中，尤其是制造业发展中，焊接技术是一种不可缺少的加工手段。 以西气东输工程项目为例，全长约 4300 公里的输气管道，焊接接头的数量竟达 35 万个以上，整个管道上焊缝的长度至少 1 万 5 千公里。 国家大剧院一共用了 6700 吨钢材，焊缝长达 100 公里，如果不算已经焊好的预制件，就现场焊缝加起来也有35 公里长，需要 100 多名优秀的焊工，耗用 87 吨焊条。 北京奥运会鸟巢用的钢材 11 万 吨，焊缝长达 320 公里，所用的焊条 20200 吨，可以足足绕地球赤道三圈。 离开焊接，简直无法想象如何完成这样的工程。 国内外焊接技术的发展趋势 随着世界制造业的快速发展，焊接技术应用越来越广泛，焊接技术水平也越来越高。 新的焊接工艺方法不断涌现，专业焊接设备日新月异。 与此同时，国内外焊接设备生产企业也纷纷通过各种方式展示自身的实力，特别是借以展会展出品种繁多的产品和先进的技术。 纵观 2020 年的三大焊接展，即 2020 年 6 月在上海举办的第 14 届北京．埃森焊接与切割展览会、 2020 年 9 月在德国埃森举办 的第 17 届德国埃森焊接与切割展览、 2020 年 10 月在天津举办的第 23 届中国焊接博览会，我们对国内外焊接技术的发展趋势以及焊接生产发展的新需求和新动向印象较深的是：核心技术的作用得以显现，数控和电源方面有发展，激光焊接技术成为一大亮点，机器人应用普及化。 可以认为，世界焊接技术又跨上了一个新台阶，在高效、自动化、环境友好方面有了新的进步。 焊接材料的种类更加丰富，焊接自动化、高效化、清洁化更加突出。 焊接技术的综合成本更低，焊接对工业的服务更加广泛。 同时，焊接中存在的手工、粗糙、脏乱、低速已基本消除，取而代之的是自 动、精密、清洁、高效。 产品情况 重型机械金属结构行业主要为国家大型骨干企业和国家重点工程项目提供重型机械装备。 行业制造骨干企业如第一重型机械集团有限公司、第二重型机械集团有限公司、太原重型机械集团有限公司、大连重工起重机集团有限公司、中信重型机械有限公司、郑州煤机厂、北京煤机厂、上海振华港口机械公司、齐齐哈尔第二机床厂等，主要制造大型桥式和门式起重机、 4~35m3 机械式挖掘机、1~6m3 液压挖掘机、大型加压气化炉、加氢反应器、大型舞台设备、航天发射塔架、焦炉机械设备、螺旋焊管设备以及大型减速机 、提升机、堆取料机、轧钢锻压设备、氧气瓶压机、水泥设备、粉磨、破碎机械、水利、工程机械、液压支柱、港口机械及环保设备等大型设备。 第二章 灰口铸铁焊缝设计 铸铁焊件存在的问题 焊后产生白口组织 在焊接 灰口铸铁 时，经常会在熔合区生成一层白口组织。 产生白口组织的原因是：由于母材近缝区在焊接时受到高温加热，当受热温度 860℃以上时，原来灰口铸铁 中得游离状态的石墨开始部分也熔于铁中，温度越高，熔于铁中的石墨也越多。 当冷却时，一般认为在 30~100℃ /s 的急速冷却条件下， 熔于铁中的碳来不及以石墨形式析出，而呈渗碳体出现，即所谓白口。 另外。 在焊接熔池中的石墨化元素碳，硅等不足也是产生白口的主要原因。 一般在窄小的高温度熔合区内，焊后很容易产生白口组织。 白口组织硬而脆，使得焊缝在焊后难 以机械加工，甚至会导致开裂。 防止白口产生主要措施是适当调整填充金属的化学成分和冷却速度。 改善焊缝技术的化学成分，增加石墨化元素的含量，可以在一定条件下防止焊缝金属产生白口。 例如气焊用铸铁焊丝的碳，硅含量要比母材高（ ％ ~％， %~%）特别是冷焊 灰口铸铁 时，焊丝中的含硅量可 高达 ％焊后缓冷和延长熔合区处于红热状态的时间，使石墨充分析出，这是避免熔合区产生白口的主要工艺途径。 采取的具体措施是焊前预热和焊后保温。 由于气焊时冷却速度较慢。 因此。 对于防止白口极为有力 焊接接头出现裂纹 裂纹是焊接 灰口铸铁 的要问题， 灰口铸铁 焊接接头上的裂纹可能出现在焊缝金属中，也可能在基本金属即母材上。 母材的裂纹一般出现近缝区，可能是纵向，横向或斜向的。 由于 灰口铸铁 塑性极差，几乎不能发生任何塑性变形，而且强度又低，所以在焊接应力及铸件本身应力（组织应力）的共同作用下，当局部应力大于强度 极限时，就产生裂纹。 严重时，会使焊缝金属和母材分离，即焊缝从基本金属上脱离下来，即所谓剥离。 如果焊缝强度较高而母材强度较低，或结合处产生白口时，由于白口铸铁收缩率（ ％ ~2.％）比 灰口铸铁 收缩率（ ％ ~％）大，且塑性也差，故均产生剥离。 焊缝金属内的裂纹，一般常见的是横向裂缝，有时也有纵向及斜向裂纹，在焊缝断口处没有高温氧化时常见的蓝颜色。 裂纹生成时常发出清脆的金属开裂声。 通常裂纹发生在热态焊缝金属的暗红色消失后，即 600℃ 以下，直到焊缝与焊件整体温度均匀化之前。 最容易发生裂纹的温度在400℃ 以下，通常这种在热应力和组织应力的共同作用下发生的裂纹称为热应力裂纹。 灰口铸铁的化学成分及力学性能 灰口铸铁（ HT）中的碳全部或大部分以片状石墨形态存在，分布于不同的基础上，断口呈暗灰色。 这类铸铁的生产工艺简单，价格低廉，具有优良耐磨性和切削加工性等，在工业上得到了广泛应用。 由于基体中的石墨呈片状分布，与基体结合力弱。 因此灰口 铸铁的抗拉强度低、硬度低，塑性几乎为零。 灰口铸铁的化学成分、性能 特点见表 2 22。 灰口铸铁的化学成分 表 21 灰口铸铁的化学成分 灰口铸铁的力学性能 表 22 灰口铸铁的力学性能 牌号 金相组织 /Mpa 抗拉强度 /Mpa 弯曲强度 /MPa 硬度 /HBS HT100 铁素体 ≥ 100 ≥ 260 ≤ 150 HT150 铁 素体 +珠光体 ≥ 150 ≥ 330 150~200 牌号 基体组织 化学成分 % C Si Mn p S HT1OO 珠光体 30%~70%粗片状，铁素体 70%~30%,二元磷共晶体少于 7% ~ ~ ~ HT150 珠光体 40%~90%粗片状，铁素体 10%~60%,二元磷共晶体少于 7% ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ HT200 珠光体 90%中片状，铁素体少于 5%，二元磷共晶体少于 4% ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ HT250 珠光体 98%粗片状，二元磷共晶体少于 2% ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ HT300 珠光体多于 98%中细片状，二元磷共晶体少于 2% ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ HT350 珠光体 95%粗片状，二元磷共晶体少于 1% ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ HT200 珠光体 ≥ 200 ≥ 400 170~220 HT250 珠光体 ≥ 250 ≥ 470 190~240 HT300 孕育铸铁 ≥ 300 ≥ 540 210~260 HT350 孕育铸铁 ≥ 350 ≥ 610 230~280 HT400 孕育铸铁 ≥ 400 ≥ 680 207~269 （ 字母“ HT” +数字（最小抗拉强度） ） 常用铸铁件的焊接方法 由于铸铁的一些优点，在汽车制造材料中占有很大的比重。 铸铁零件大多是加工精度高、价格昂贵的基础零 件，如气缸体、气缸盖、变速器壳体等。 铸铁零件在制造及使用过程中，经常会出现裂纹、气孔、损坏等情况。 据统计，汽车在正常使用情况下，这类零件达到磨损极限时，其尺寸变化只有 ％～ ％，质量损失只有 ％～ ％，此时将零件报废，无疑是非常浪费的。 因此，研究和利用先进的修理经验，合理地修复铸铁零件是十分必要。