灰口铸铁冷焊工艺研究

一、调查预测

不锈钢是电阻率大于2％的M511RD钛，化工产品的不锈钢除含水和碳之外，还含有一定量的硅、锰原素以及硫磷杂质。为了改善不锈钢的这类操控性时常有目的地加入这类钛原素。

通常按碳在不锈钢中存有的状态及形式的不同，一般将不锈钢分为龙口不锈钢、灰口不锈钢、可锻不锈钢、球墨不锈钢及蠕墨不锈钢四类。其中，灰口不锈钢制造成本低，铸造操控性好，气动性和耐腐蚀性良好，研磨研磨操控性优良，因此灰口不锈钢应用领域非常广为。但是在应用领域操作过程中虽然资金不足，产品会受到损毁并再次出现裂缝等瑕疵，使其拆解，若能及时用冲压方法复原，不仅有利于制造，而且可以节约大量资金。因而，灰口不锈钢的补钳工艺技术在日常生活制造中将会得到广为使用。

二、状况预测

1、不锈钢的组织机构操控性预测

灰口不锈钢的组织机构相等于在钢的碳纳米管上原产柱状硅参杂，虽然硅的气压较低，这就相等于在钢的碳纳米管中有许多沟槽和裂缝，毁坏了碳纳米管的连续性，并且在外力的作用下，裂缝前端处难引起应力集中而产生毁坏。因而，灰口不锈钢的抗拉气压和疲劳气压都很低，脆性和冲击延展性几乎为零，当碳纳米管组织机构相同时，其硅越多，片越粗大，原产越不均匀，不锈钢的抗拉气压和脆性越低。虽然柱状硅对灰口不锈钢有着决定性影响，即使碳纳米管组织机构从莱氏体改变为电感，也只会降低气压而不会增加脆性和延展性，因而，在日常生活制造中，应用领域最广为的灰口不锈钢为莱氏体不锈钢。在下面的补钳工艺技术如是说中，主要针对莱氏体灰口不锈钢进行如是说。

2、灰口不锈钢冷钳工艺技术特征和存有的难题

灰口不锈钢冷焊的特征是焊前对需焊补的钻孔不紧接著，钳工劳动条件好，焊补成本低，焊补操作过程短，焊补成本低。因此静电冷焊不锈钢是一个发展方向，但它也存有许多局限性，如沟槽气压低，脆性差，焊补刚性较大极易再次出现裂缝。此外，虽然冷却速度快，沟槽很难再次出现龙口现象和大面积的淬硬组织机构。

灰口不锈钢补焊存有两方面难题：一方面，冲压易再次出现龙口及淬硬组织机构、脆性较差且难以进行注塑；另一方面，冲压接点易再次出现裂缝，导致补焊失败甚至钻孔的拆解。灰口不锈钢的化学成分和力学操控性决定其冲压性极差。因而，一般灰口不锈钢的冲压研磨仅用于不锈钢瑕疵焊补和损毁模具的复原。

3、取材及原因

为解决以上难题，通过实践和预测证明镍基铜焊能使沟槽不再次出现淬硬组织机构且使沟槽有较低的脆性和延展性。镍是扩大莱氏体区的原素，当Fe-Ni钛中含镍量超过30%时，钛凝固后一直到常压都保持延展性较低的莱氏体组织机构，不发生化学反应，因此镍基铜焊形成的沟槽有一定的脆性和气压,且延展性较低。同时，镍为促使硅化原素,其扩散能力很强，对减弱半熔融区龙口的长度很有利。有人系统研究了铜焊不同含镍量对龙口区长度的影响，其结果是当沟槽含镍量为50%时，可减低到0.1mm，当沟槽含镍量为98%时，可减低到0.05mm，而且龙口呈断续状，故采用镍基铜焊可减弱龙口现象，提高沟槽气压和脆性，改善沟槽接点研磨性，因此在冷焊灰口不锈钢时尽量采用镍基不锈钢铜焊，如镍基182铜焊其沟槽具有较低力学操控性。

三、对策及方法

1、过渡搭桥法

此种冲压方法就是在母材两侧先焊过渡层，再焊中间填充沟槽。它主要适用于大厚件的焊补工作,若填充量过大，中间可用J507铜焊适当代替，这样可减少沟槽中氧、硫、磷和碳的含量，既保证了沟槽的气压又降低了焊材成本，防止裂缝发生。若坡口角度较小时,可全用镍基182直接冲压完成。

2、生根补焊法

此种补焊方法主要用于钻孔相对较薄，沟槽填充量不大的钻孔。铜焊最好全部用镍基182铜焊，冲压时应由里到外逐层冲压，也就是先将坡口内焊满，再焊两侧圆孔，最后焊两孔之间沟槽。

3、栽桩补焊法

此种方法补焊主要用于应力相对集中或裂缝无法清理干净的沟槽。栽桩可用碳钢来承担，冲压时可先绕栽桩冲压,然后再焊栽桩之间，这样既可提高冲压效率，又可节省铜焊，焊栽桩时可用J507铜焊。

4、铆接补焊法

此种冲压方法主要用于工作应力较大，钻孔相对较厚的沟槽，如大型机器的底座等钻孔。铆钉可用碳钢承担，焊铆钉时可用J507铜焊冲压，主沟槽仍旧用镍基182铜焊。冲压时先将坡口内焊满，最后焊铆钉，使铆钉和坡口内沟槽形成一个整体沟槽。

四、 工艺技术要求

1、做好焊前准备工作

首先要清理钻孔及瑕疵上的油污和其它杂质，确定裂缝的长度和深度,必要时要用碱水、汽油或火焰清理污物,确保坡口内无杂质，从而降低沟槽内的含磷硫量，减少开裂倾向。为防止冲压操作过程裂缝扩展，应在裂缝端部3-5mm处钻止裂孔(∮5-∮8)，开坡口的原则为尽量减少坡口角度及母材的熔融量，以降低冲压应力及沟槽中碳、硫量,防止裂缝发生。

2、采用小电流小规范冲压

在保证静电稳定及焊透的情况下，应采用合适的最小电流冲压，电流小使得溶深也较小，不锈钢中的碳、硫、磷等有害杂质可少进入沟槽，有利于提高沟槽质量。同时，随着电流减小，在冲压速度不变的情况下，减小了沟槽线能量,不仅减少了冲压应力，使冲压接点再次出现裂缝的倾向减小，而且也减小了整个热影响区长度，其中也包括减小了最易形成龙口的半熔融区的长度，使龙口层变薄，因此最好采用小直径铜焊，提高冲压速度且不做横向摆渡。

3、采用分段分层断续分散冲压

沟槽越长，沟槽所承受的拉应力越大，故采用短沟槽有利于减低沟槽应力状态，减弱沟槽发生裂缝的可能性，一般每次沟槽长度为30-50mm。为了降低焊补处的温度，减少应力，宜待钻孔冷却至不烫手时(50～60℃)再焊下一道沟槽。此外，也可用分散焊法。相对于较厚的焊件时，采用多层冲压可以有效地提高沟槽金属的操控性，这主要是虽然后一层对前一层沟槽具有附加热处理的作用，从而改善了沟槽固态化学反应的组织机构。

4、锤击沟槽表面

锤击沟槽表面既能改善后层沟槽的结晶组织机构，也能改善前层沟槽的固态化学反应组织机构。因为锤击沟槽可使前一层沟槽(或坡口表面)不同程度的晶粒破碎，使后层沟槽在凝固时晶粒细化,这样逐层锤击焊道就可以改善整个沟槽的组织机构操控性。此外，锤击焊道也产生脆性变形而降低残余应力，从而提高沟槽的延展性和疲劳操控性。因此锤击是改善焊道组织机构和操控性最简单有效的方法。