专利名称：新型气焊条的制作方法
技术领域：
本发明属于焊条技术领域。
背景技术：
自铸件问世至今，始终伴随着各种缺陷的存在，对铸件进行修复一直成为铸造和焊接界所共同探究的领域。因气焊和电焊具有操作简便，焊补效果好，经济高效的特点，而成为铸铁焊补的主要方法。但铸铁含碳量高，焊接性差，焊接过程中融合区容易产生白口和焊缝裂纹；并且由于焊接时冷速大，淬硬组织及硬化相的存在很难保证焊补区与铸件基本硬度一致，给机加工和使用性能造成不利影响。因而，焊接时常用焊前预热，焊后保温缓冷得热焊法和半热焊法才能保证焊接效果。其劳动强度大，费用消耗多。所以，开发和研究铸铁冷焊丝和焊条具有非常重大的现实意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有更强的接头强度，更高的抗裂性和通用性，冷焊效果突出的新型通用铸铁气焊条。
本发明的目的是这样实现的新型通用铸铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3～5，硅3～5，镍0.5～3，锰0.2～1.0，硫＜0.04，磷＜0.02，钙0.1～0.5，铝0.5～1.5，镁0.4～1.0，钛0.1～0.5，余为铁。
新型灰铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3.6～4.0，硅3.6～3.9，镍0.6～0.8，锰0.5～0.7，硫＜0.04，磷＜0.02，钙0.3～0.4，铝0.5～0.8，钛0.1～0.5，镁0.4～0.8，余为铁。
新型球铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3.9～4.3，硅3.8～4.0，镍0.8～1.0，锰0.3～0.7，硫＜0.03，磷＜0.02，钙0.35～0.5，铝0.8～0.9，镁0.8～1.4；钇基重稀土1.0～1.5，余为铁。
焊条中元素组合的作用石墨形核剂元素通过钛、钙、铝、镍、镁的加入，可以极大地促进焊缝组织中碳元素以石墨形态析出。这些元素有很强的脱氧、脱硫能力，与氧和碳元素形成的化合物及元素颗粒本身都可成为石墨的形核剂和晶核。保证了焊接极快的冷却速度下，融化的铸铁焊缝中的碳元素在这些氧化物和原苏颗粒上沉积并很快地以石墨形态长大。促进铁素体形成，有效地减少和消除焊缝及半融化区的渗碳体。
焊条中各元素的确定及作用碳当硅为3～5％时，增大碳量至3.0％以上，则焊接时在共晶转变温度区间进行稳态或介稳态的转变速度将大大加快，进而保证碳能以较快速度以石墨形态析出。并且，当焊缝处于高碳时，通过焊缝与半融化区元素的相互扩散作用，使半融化区的碳、硅有所上升；并使该区域相线与固相线温度差减小，从而降低了该区形成白口。高碳可极大地脱去焊缝中氧，对于球铁，则有利于石墨球化充分。碳的熔点高达3700℃，给熔池增加了大量外来晶核，从而增强了孕育效果——使球数增加；且过饱和的碳以石墨析出时伴随着体积膨胀，有助于减弱焊接接头应力，对防止热影响区焊缝冷裂纹的发生也有着重要的意义。所以保持焊条3.0～5.0％的高碳是必要的。
硅硅也是影响铸铁冷焊效果的一个关键元素。硅的强石墨化作用表现在硅的加入使铁、碳硅三员合金稳定系共晶温度之差比铁、碳二元合金温度差增大，使稳定态共晶增长优先于介稳定态共晶增长，有利于共晶渗碳体和共析渗碳体的分解，使在较大冷却速度时，在球化剂作用下仍能获得球墨铸铁组织的可能。硅虽然几乎没有脱氧能力，但铁液中的硅提高表面能力从而促进球化，且有利于消除焊缝金属中局部球化不良。因而，在一定程度内提高含硅量可减少白口，消除渗碳体。较高硅含量对焊缝球化稳定也是很重要的。同时硅又能强化铁素体，太高的硅会使焊缝的硬度增加，降低冲击韧性，因此控制焊条中硅含量在3.0～5.0％范围内较合适。
镍镍是强石墨化元素，高温时，镍与铁可以无限共融，有利于削弱焊接时产生白口组织；镍在焊缝中偏析于石墨球附近，可进一步抑制碳化物的析出，提高焊缝的塑性和韧性。并且，镍的加入有利于得到铁素体为基的焊缝。对于焊条的成形及其表面光洁度有很大作用。但镍价格昂贵，故在保证焊接质量的前提下，取小量为宜。因此控制焊条中镍含量在0.5～3％范围内较合适。
锰适量的锰可以提高焊接接点强度，但过量易导致白口组织的出现，因此所加锰量应在0.2～1.0左右范围内，根据不同要求确定。
硫硫是极有害元素。降低可焊接性，促进白口，所以要尽量脱硫、去硫，降低其含量。
磷磷是对焊接极有危害的元素，很容易导致接头部位出现硬化组织和焊接裂纹，因此要尽量降低其含量。
铝有较强的脱氧能力，与氧的亲和力接近球化元素。铝含量增大，可增加焊接时稀土和镁的过渡，减少稀土元素、镁在焊接时能过多烧损。铝易与氧形成三氧化二铝(熔点高达2323k)易形成夹渣，失去铝元素原有的优点。故单独使用铝效果不佳。
镁在碱土金属中球化能力最强，并有强脱硫作用，从而可强烈地净化焊缝，脱氧去硫，保证石墨按照其稳定状态长大形成球墨。但镁沸点低(1380卡)，低于铸铁熔点蒸发十分严重，过渡不稳定，因而，必须用其他碱土金属来补偿其烧损。控制焊条中镁含量在0.5～2％范围内较合适钙因钙沸点较高(1756卡)略高于熔池平均温度，当焊缝中残留量≥0.2％时，有弱球化作用。并且，氧化烧损远较镁低，因此，能较稳定地过渡到焊缝中促进石墨的球状石墨形式析出。在共晶转变时不增大过冷度，故白口倾向在球化元素中最小。因此，采用铼-镁-钙复合球化剂，在铸铁冷焊时能获得稳定的球化效果和较高的机械性能。控制焊条中钙含量在0.1～0.5％范围内较合适。
稀土元素稀土元素有很强的脱氧脱硫能力，且都是球化元素。钇的球化能力仅次于镁。并且有较高的沸点，焊接时蒸发损失很小。当脱氧良好时过渡稳定，过渡系数十镁的2倍。但钇作球化剂时，当铁水含碳不高，或虽然是高碳铁水，但冷却较快时，易产生白口。因此，为减少铸铁冷焊接头白口倾向，可适量减少稀土加入量，并尽量提高焊缝的脱氧能力。
钛钛的性能与镍相似，但比镍具有更强的石墨化能力。铸铁焊接时，钛可促使焊缝形成珠光体为基的焊缝，使强度提高，有利于与高强度的铸铁匹配。同镍相似的理由，也取小量为宜。控制焊条中钛含量在0.1～0.5％范围内较合适。
与现有技术相比，本发明的有益效果采用不同的焊条，用同样的气体冷焊法焊接后测试焊接区域强度，得到以下结果
表1 新型焊条与其他铸铁焊接材料测试结果
以上不难看出，本发明的气焊条比之于普通气焊条具有抗拉强度大，对各种被焊基材适用范围广的特点。
图1是新型通用铸铁气焊条焊后融合区金相图；图2是新型灰铁气焊条焊后融合区金相图；图3是新型球铁气焊条焊后融合区金相图。
具体实施例方式
例1新型通用铸铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3，硅3，镍0.5，锰0.2，硫＜0.04，磷＜0.02，钙0.5，铝1.5，镁1.0，钛0.5，余为铁。
新型通用铸铁气焊条焊接效果参见附图1，附图1是新型通用铸铁气焊条焊后融合区金相图。从图中可以看出焊缝呈现细的石墨形态、细的珠光体形态和牛眼状的铁素体形态；融合区呈现球状、片状和絮状的石墨形态以及少量的铁素体和珠光体，与基材的片状石墨形态以及少量的铁素体和珠光体适应情况良好。
例2新型通用铸铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳5，硅5，镍3，锰1.0，硫＜0.04，磷＜0.02，钙0.1，铝0.5，镁0.4，钛0.1，余为铁。
例3新型灰铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3.6，硅3.6，镍0.6，锰0.5，硫＜0.04，磷＜0.02，钙0.4，铝0.8，钛0.5，镁0.8，余为铁。
焊接效果参见附图2，附图2是新型灰铁气焊条焊后融合区金相图。从图中可以看出焊缝呈现细的石墨形态、细的珠光体形态；融合区呈现细片状的石墨形态以及细的珠光体形态，与基材的片状石墨形态以及细的珠光体形态适应情况良好。
例4新型灰铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳4.0，硅3.9，镍0.8，锰0.7，硫＜0.04，磷＜0.02，钙0.3，铝0.5，钛0.1，镁0.4，余为铁。
例5新型球铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳4.3，硅4.0，镍1.0，锰0.7，硫＜0.03，磷＜0.02，钙0.35，铝0.8，镁0.8；钇基重稀土1.0，余为铁。
焊接效果参见附图3，附图3是球铁气焊条焊后融合区金相图。从图中可以看出焊缝呈现球状石墨形态、细的珠光体形态和牛眼状的铁素体形态；融合区呈现同样的球状石墨形态、细的珠光体形态和牛眼状的铁素体形态；与基材的球状石墨形态、珠光体形态和铁素体形态适应情况良好。
例6新型球铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3.9，硅3.8，镍0.8，锰0.3，硫＜0.03，磷＜0.02，钙0.5，铝0.9，镁1.4；钇基重稀土1.5，余为铁。
权利要求
1.新型通用铸铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3～5，硅3～5，镍0.5～3，锰0.2～1.0，硫＜0.04，磷＜0.02，钙0.1～0.5，铝0.5～1.5，镁0.4～1.0，钛0.1～0.5，余为铁。
2.新型灰铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3.6～4.0，硅3.6～3.9，镍0.6～0.8，锰0.5～0.7，硫＜0.04，磷＜0.02，钙0.3～0.4，铝0.5～0.8，钛0.1～0.5，镁0.4～0.8，余为铁。
3.新型球铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3.9～4.3，硅3.8～4.0，镍0.8～1.0，锰0.3～0.7，硫＜0.03，磷＜0.02，钙0.35～0.5，铝0.8～0.9，镁0.8～1.4；钇基重稀土1.0～1.5，余为铁。
全文摘要
本发明属于焊条技术领域。新型通用铸铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3～5，硅3～5，镍0.5～3，锰0.2～1.0，硫＜0.04，磷＜0.02，钙0.1～0.5，铝0.5～1.5，镁0.4～1.0，钛0.1～0.5，余为铁。新型灰铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3.6～4.0，硅3.6～3.9，镍0.6～0.8，锰0.5～0.7，硫＜0.04，磷＜0.02，钙0.3～0.4，铝0.5～0.8，钛0.1～0.5，镁0.4～0.8，余为铁。新型球铁气焊条，包括以下组分及重量百分比碳3.9～4.3，硅3.8～4.0，镍0.8～1.0，锰0.3～0.7，硫＜0.03，磷＜0.02，钙0.35～0.5，铝0.8～0.9，镁0.8～1.4；钇基重稀土1.0～1.5，余为铁。
文档编号B23K35/30GK1836822SQ20051012224
公开日2006年9月27日 申请日期2005年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者同建辉 申请人:天津沃金科技发展有限公司