EZNiCu电弧冷焊HT250接头的组织研究

摘要： 铸铁能吸油、减振、且抗拉强度较高，因此成为机械制造中不可缺少的钢铁材料之一。本文采用EZNiCu电弧冷焊工艺焊接HT250，通过光学显微镜观察接头的组织，获取EZNiCu电弧冷焊HT250的较佳工艺，为铸造企业和相关焊补灰铸铁提供最佳冷焊工艺，提高生产效率。

Abstract： Cast iron can absorb oil and reduce vibration and has strong tensile strength. Therefore， it is one of the most indispensable basic iron and steel materials in the mechanical manufacturing. This paper welds HT250 by EZNiCu arc cold welding process， watches joint organization and does some mechanical testing by optical microscopy to obtain the optimum and relevant gray cast iron to provide the best arc cold welding process， thereby， improving the production efficiency.

关键词： EZNiCu焊条；HT250；冷焊工艺；接头组织

Key words： EZNiCu rod；HT250；cold welding process；the joint organization

中图分类号：TG457.12 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）30-0109-03

0 引言

根据有关部门资料显示，近几年来我国各种铸铁件的总产量为4250万吨以上，同比产量增加了10%左右。铸铁年产量中可能会产生10%-15%铸造缺陷，即通常所说的废品率为10%-15%，如果这些铸件直接回炉，每年造成的损失可能高达20亿元以上[1]。因此，加快铸铁焊补的研究，提高铸铁的利用率就变得十分重要。

1 焊接试验材料及方法

1.1 试验设备及实验材料

1.1.1 试验材料和尺寸

①试样材料：HT250；②试样尺寸：100×60×12mm；③焊条型号：EZNiCu，直径3.2mm。

1.1.2 试验设备

①电焊机：ZX7-400STG直流焊机；②焊条烘干设备：YGCH-G2-100型远红外高低温自控焊条烘箱；③热处理炉：SX2-8-16GP箱式电阻炉；④除尘砂轮机：M3320；⑤金相显微镜：4AX；⑥抛光机型号：P-2金相试样抛光机；⑦硬度计：HV-1000维氏硬度计；⑧金相砂纸：W50、W40、W28、W20、W14、W10、W7、W5；⑨其它：抛光布，抛光剂，3%～4%的硝酸酒精、缓蚀剂、钢锯、榔头等。

1.1.3 焊接工艺参数

各试板的焊接工艺参数见表1。

1.2 焊接研究内容

①采用不同的热输入，短段断续分散堆焊，焊缝长度10～15mm，边焊边锤击焊缝，通过光学显微镜观察组织。

②采用HV-1000维氏硬度计在焊接接头处打硬度，判断组织和硬度的关系。

1.3 焊接及金相制备

①把焊条烘干到150℃，烘干1小时并且保温1小时。把试块烘干到300℃，烘干半个小时。按电流正接的方式焊接。

②在焊接电压均为26～28V下，分别采用110A、130A的热输入对试块进行单层焊接，焊接时采用短段、断续、分散的方式堆焊。焊缝的长度10～15mm，边焊锤击焊缝，使应力得以松弛，并促使晶粒细化。每焊完一段停止，待焊缝冷至不烫手时，再进行下一道施焊。

③采用110A的热输入对试块进行双层焊接，施焊同方法同上。

④焊后在空气中冷却一段时间。

焊接接头包括母材、熔合区和焊缝金属，金相取样可以分为焊缝横向取样和纵向取样。取样时，按检验目的确定其截取部位和检验面，截取方法视材料硬度选择，本实验采用手工钢锯切割的方法进行焊缝横向取样。取样的大小为12×12×12mm。手工锯切割时要注意持锯的方式，要保证取样的大小，不要锯偏。

2 不同工艺参数对组织的影响

焊接工艺通常是指焊接过程中的一整套技术规定，包括焊接方法、焊前准备、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、工艺参数以及焊后热处理等。本试验重点放在焊接工艺参数和焊接层数对组织的影响。

2.1 不同焊接参数对焊接接头组织的影响

2.1.1 焊接参数不同的单层焊焊接接头组织形貌

①110A电流单层焊焊接接头组织形貌，如图1。

其中图（a）、图（b）是母材区的200倍和400的金相照片。其中黑色层片状组织为珠光体。珠光体间的白色区域，其上分布着细小的黑点，为磷共晶，黑色小点为奥氏体相变后的生成物（铁素体或珠光体）。片状石墨分布于珠光体基体上。

图（c）为热影响区的200倍金相照片。其中大量的针状马氏体组织，黑色的微珠光体。

图（d）为熔合区的200倍金相照片。大量的亮白色条束为莱氏体（即出现了白口组织），其余为石墨和奥氏体基体。

②130A电流单层焊焊接接头组织形貌，如图2。

其中图 （a）、图（b）是母材区的200倍和400的金相照片。其中黑色层片状组织为珠光体。珠光体间的白色区域，其上分布着细小的黑点，为磷共晶，黑色小点为奥氏体相变后的生成物（铁素体或珠光体）。片状石墨分布于珠光体基体上。

图 （c）为热影响区的200倍金相照片。基体为板条状马氏体，其余还有片状石墨和分布于马氏体间的磷共晶。

图（d）为熔合区的200倍金相照片。上面为奥氏体焊缝；大量的石墨和亮白色的莱氏体，石墨周围分布有少量的马氏体+珠光体。出现白口组织。

2.1.2 结果分析

由图1和图2对比可以发现，由于热输入不同，二者的组织也有所差别。焊接电流为110A时，熔合区和热影响区均产生了马氏体，减小了熔合区的白口及淬硬层的宽度；焊接电流为130A时，熔合区上只有少量马氏体出现，热影响区则是夹杂着少量磷共晶的珠光体基体，使白口及淬硬层的宽度较宽。

2.2 不同焊接层数对焊接接头组织的影响

2.2.1 焊接参数不同的双层焊焊接接头组织形貌

110A电流双层焊焊接接头组织形貌如图3。

图3（a）、图 3（b）是母材区的200倍和400的金相照片。其中黑色层片状组织为珠光体。珠光体间的白色区域，其上分布着细小的黑点，为磷共晶，黑色小点为奥氏体相变后的生成物（铁素体或珠光体）。片状石墨分布于珠光体基体上。

图3（c）为热影响区的200倍的金相照片。比较粗大的珠光体基体晶间有磷共晶分布。另外还有枝晶点状的石墨。

图3（d）为熔合区的400倍金像照片。中间的熔合线上大量细小的针状马氏体沿石墨析出，这是由于石墨的周围含碳量高，从而导致碳在α―Fe中来不及析出，形成过饱和的固溶体。基体为粗大的奥氏体晶粒。无白口组织。

2.2.2 结果分析

将图1与图3对比可以得知，双层焊时的组织比单层焊的组织效果要好。单层焊时，熔合区上还有少量的马氏体出现，而双层焊时熔合区上完全没有白口和淬硬组织出现。这主要是因为双层焊时，第二道焊缝对第一道焊缝起到了焊接后热的作用，相当于对前一道焊缝进行了退火处理，从而均匀了组织，消除了应力，使马氏体中的过饱和碳析出，转变为平衡组织。另外，由于双层的焊的高温停留时间叫单层焊稍长，其中石墨的扩散要好于单层焊。

3 结论

①使用EZNiCu焊条110A电流对HT250进行单层短续焊，焊接接头熔合区和热影响区组织为大量的马氏体。有白口组织出现，但宽度较窄。

②焊接电流采用130A，EZNiCu焊条对HT250进行单层短续焊，焊接接头熔合区和热影响区组织只产生了极少量的马氏体，有白口组织。与焊接电流为110A时相比，白口组织明显增多。

③使用EZNiCu焊条对HT250进行双层短续焊，焊接电流采用110A时，焊接接头的熔合区组织为珠光体+磷共晶，无白口和淬硬组织。与单层焊相比，消除了单层焊时产生的少量马氏体，组织要好于单层焊。且焊接层数越多，效果越好。

参考文献：

[1]李亚江.焊接冶金学-材料焊接性[M].北京：机械工业出版社，2006，10：198-218.

[2]杨春利，林三宝主编.电弧焊基础[M].哈尔滨工业大学出版社，2003.

[3]周振丰主编.焊接冶金学[M].机械工业出版社，1995.