1、毕 业 论 文铸铁件焊缝设计专 业 ： 焊 接 技 术 及 自 动 化 目录毕业论文开题报告.2毕业论文任务书.3摘要.4引言.5第一章焊接的发展史.61.1 焊接的发展史.61.2 焊接的发展前景.71.2.1 国内外概况.71.2.2 产品情况.8第二章灰口铸铁的焊缝设计.92.1 铸铁焊接存在的问题.92.1.1 焊后产生白口组织.92.1.2 焊接接头出现裂纹.92.2 灰口铸铁的化学成分及力学性能.102.2.1 灰口铸铁的化学成分.102.2.2 灰口铸铁的力学性能.102.3 常用铸铁件的焊接方法.102.3.1 热焊法.112.3.2 冷焊法.112.3.3 加热减应焊法.12
2、2.4 接头形式的选择及坡口的选择.132.4.1 焊缝的布置工艺设计原则.132.4.2 接头形式的选择.152.4.3 坡口的选择.16第三章焊后检验.183.1 焊缝外观及尺寸的检验.183.2 致密性检验.183.3 无损探伤.183.3.1 磁粉探伤的基本原理.183.3.2 漏磁场的强度主要取决磁化场的强度和缺陷对于磁化场垂直截面的影响程度.193.3.3 磁粉探伤的一般程序.193.3.4 磁愤探伤的验收标准.20结论.21致谢.22参考文献.23【摘要】:灰 口 铸 铁 是 第 一 阶 段 石 墨 化 过 程 充 分 进 行 而 得 到 的 铸 铁 ， 全 部或 大 部 分 碳
3、 以 片 状 石 墨 形 态 存 在 ， 断 口 呈 灰 暗 色 ， 因 此 得 名 ， 它 包 括 一 般 灰口 铸 铁 (简 称 灰 铸 铁 )、 孕 育 铸 铁 、 稀 土 灰 口 铸 铁 等 。灰 铸 铁 有 一 定 的 强 度 ， 但 塑 性 和 韧 性 很 低 ， 这 种 性 能 特 点 与 石 墨 本 身的 性 能 及 其 在 铸 铁 组 织 中 的 存 在 形 态 有 关 。 在 焊 接 过 程 中 ， 由 于 焊 件 厚 度 ，结 构 形 状 以 及 对 质 量 要 求 的 不 同 ， 其 接 头 型 式 ， 焊 接 检 验 方 法 也 不 同 。 接 头形 式 应 根 据
4、结 构 形 状 ， 强 度 要 求 ， 工 件 厚 度 ， 焊 后 变 形 大 小 ， 焊 条 消 耗 量 ，坡 口 加 工 难 易 程 度 ， 焊 接 方 法 等 因 素 综 合 考 虑 决 定 。【关键词】: 灰口铸铁 焊缝设计 焊接检验【summary】The first stage of grey cast iron is sufficiently graphitization of iron, and all or most carbon to flake graphite morphology, a grey color, fracture, it includes general
5、 grey cast iron castings,) (hereinafter referred to as the iron, rare earth grey cast iron, etc.Gray cast iron have certain strength, but low plasticity and toughness, and the characteristics and graphite cast iron and the performance in itself, the organization form. During the welding process, wel
6、ding, because the shape and structure of thickness of the quality requirements of different types, welding, the joint inspection method is different also. According to the joint structure shape, strength, thickness of workpiece, the welding deformation size, electrode consumption, processing degree
7、of difficulty, welding method considering factors.【Keywords】: Grey cast iron Weld design Welding inspection引言近年来，随着国民经济的飞速发展，我国重型机械金属结构制造业取得了令人瞩目的成就。我国不仅是世界钢材消耗大国，也是世界机械制造业大国。据国际钢铁协会（IISI）统计，2004 年世界钢产量首次达到 10.3 亿 t，用钢量为9.35 亿 t。我国 2004 年钢产量为 2.72 亿 t，约占全球钢产量的 26%，全年用钢量为 3.12 亿 t，占全球钢产量的 33%，其中 1.6
8、亿 t 应用于焊接结构，约占用钢量的 51%左右。根据有关调查，在 1.6 亿 t 焊接结构用钢中，机械制造业金属结构用钢量约占用钢量的 45%，钢铁工业的快速发展，给我国焊接行业，尤其是重型机械金属结构行业焊接技术的可持续发展创造了很大的发展空间。进入 21 世纪，我国重型机械行业面临新的挑战和机遇，应彻底改善耗能大、耗材高、效率低、工作环境差和自动化程度低的传统焊接产业，促进焊接技术与产业向着优质、高效、节能、低成本、环境友好方面和自动化方向发展，努力将相对人力资源优势转化为科技竞争优势，促进企业进步和产业升级。第一章 焊接的发展史1.1 焊接的发展史焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代
9、的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。经分析，所用的与现代软钎料成分相近.战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著天工开物一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制
10、作装饰品、简单的工具和武器。19 世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；18851887 年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900 年又出现了铝热焊。20 世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从 20 年代起成为一种重要的焊接方法。在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930 年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。40 年代，为适应铝、镁合金和合金
11、钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。1951 年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊，成为大厚度工件的高效焊接法。1953 年，苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊，促进了气体保护电弧焊的应用和发展，如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。1957 年美国的盖奇发明等离子弧焊；40 年代德国和法国发明的电子束焊，也在 50 年代得到实用和进一步发展；60 年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现，标志着高能量密度熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。其他的焊接技术还有 1887 年，美国的汤普森发明电
12、阻焊，并用于薄板的点焊和缝焊；缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法，随着缝焊过程的进行，工件被两滚轮推送前进；二十世纪世纪 20 年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。1956 年，美国的琼斯发明超声波焊；苏联的丘季科夫发明摩擦焊；1959 年，美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊；50 年代末苏联又制成真空扩散焊设备。(来源:中国金属加工在线)1.2 焊接前景 据有关资料介绍，全世界钢铁产量中约有 50%左右是通过焊接加工由原材料变成成品的。目前，很多焊接作业已采用机械化、自动化、数控、人工智能等很多高新技术。据有关资料不完全统计，在一些工业发达国家焊接机械化的平均水平已达
13、 70%80%，而我国只有 20%30%，绝大部分焊接作业离不开人工操作。随着生产的发展和科学技术的进步，焊接已成为门独立的学科，并广泛应用于宇航、航空、核工业、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
14、钢材 11 万吨，焊缝长达 320 公里，所用的焊条 20100 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。1.2.1 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 2009 年的三大焊接展，即 2009 年 6 月在上海举办的第 14 届北京埃森焊接与切割展览会、2009 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、2009 年 1
15、0 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。1.2.2 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
16、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、435m3 机械式挖掘机、16m3 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2.1 铸铁焊件存在的问题2.1.1 焊后产生白口组织在焊接灰口铸铁
17、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 30100/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
18、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（C3.03.8，Si3.6%4.8%）特别是冷焊灰口铸铁时，焊丝中的含硅量可高达 4.5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2.1.2 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
19、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（1.62.）比灰口铸铁收缩率（0.91.8 ）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
20、的共同作用下发生的裂纹称为热应力裂纹。2.2 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 2-1、2-2。2.2.1 灰口铸铁的化学成分表 2-1 灰口铸铁的化学成分2.2.2 灰口铸铁的力学性能表 2-2 灰口铸铁的力学性能化学成分 %牌号 基体组织C Si Mn p SHT1OO珠光体 30%70%粗片状，铁
21、素体70%30%,二元磷共晶体少于 7%3.43.9 2.12.6 0.50.6 0.3 0.15HT150珠光体 40%90%粗片状，铁素体10%60%,二元磷共晶体少于 7%3.23.52.02.41.92.31.82.20.50.80.50.80.60.90.03 0.15HT200珠光体 90%中片状，铁素体少于 5%，二元磷共晶体少于 4%3.23.53.13.43.03.31.62.01.51.81.41.60.70.90.70.90.81.00.3 0.12HT250 珠光体 98%粗片状，二元磷共晶体少于 2%3.03.32.93.22.83.11.51.81.41.71.31
22、.60.81.00.91.11.01.20.2 0.12HT300珠光体多于 98%中细片状，二元磷共晶体少于 2%3.03.32.93.22.83.11.51.81.41.71.21.50.80.90.91.11.01.20.15 0.12HT350 珠光体 95%粗片状，二元磷共晶体少于 1%2.83.12.83.12.83.01.31.61.21.51.11.41.01.31.01.31.11.40.15 0.10牌号 金相组织 /Mpa 抗拉强度 /Mpa 弯曲强度 /MPa 硬度/HBSHT100 铁素体 100 260 150HT150 铁素体+ 珠光体 150 330 15020
23、0HT200 珠光体 200 400 170220HT250 珠光体 250 470 190240HT300 孕育铸铁 300 540 210260HT350 孕育铸铁 350 610 230280HT400 孕育铸铁 400 680 207269（字母“HT”+数字（最小抗拉强度）2.3 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0.080.40，质量损失只
24、有 0.11.8，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地。焊接就是一种非常有效地修复铸铁零件的方法。铸铁含碳量高、杂质多，并具有塑性低、焊接性差、对冷却速度敏感等特性， 焊补后容易出现白口组织和产生裂纹。为改善铸铁零件的焊补质量，常用的方法有以下几种。2.3.1 冷焊法电弧焊冷焊法就是焊件在焊前不预热,焊接过程中也不辅助加热，因此可以加速焊补生产率，降低成本，改善劳动条件，减少焊件因预热时受热不均匀而产生的变形和焊件已加工面的氧化。目前冷焊法正在推广，并迅速发展。但是冷焊法在焊接后因焊缝及热影响区的冷却速度很大，极易形成白口组织。此外因焊件受热不均匀。常形成极大的内应力，会造成裂纹，在冷焊时应注意以下
