[发明专利]一种灰铁焊补修复过程中焊接区组织与性能的预测及控制方法

说明书

一种灰铁焊补修复过程中焊接区组织与性能的预测及控制方法。本发明属于金属材料的焊接技术领域，具体涉及一种通过灰铸铁相变双重体系计算、确定灰铸铁焊接区白口及淬硬相产生的临界条件，据此制定满足灰铸铁高质量同质焊接的工艺技术及方法。提供了一种焊接工艺参数选定的参考依据，较之以往的“经验法”更为准确和具有针对性。通过控制焊接敏感区冷却速率低于发生介稳定转变的临界冷却速率，确保焊接区无白口及淬硬组织产生，实现灰铸铁的高质量同质焊接修复。环保节能、经济快捷。

技术领域

本发明属于金属材料的焊接技术领域，具体涉及一种通过灰铸铁相变双重体系计算、确定灰铸铁焊接区白口及淬硬相产生的临界条件，据此制定满足灰铸铁高质量同质焊接的工艺技术制定方法。

背景技术

铸铁材料应用广泛，但其在加工和使用的过程中会产生各种缺陷如气孔、夹渣、缩孔、缩松、砂眼、裂缝等，需要对这些缺陷进行有效的修复以挽回因缺陷而报废所造成的经济损失，每年会有大量的缺陷铸铁件需要进行焊接修复。铸铁的焊接性较差。由于铸铁相变具有双重特性，冷速较大时按介稳定系转变，碳以渗碳体形式析出，形成白口和淬硬组织，导致焊接区硬度过高，机加性能变差，铸件使用精度降低。目前，灰铁焊接主要采用600～700℃的热态焊和350～400℃的半热态焊方法，焊接工艺通常凭借估计或经验制定，这就很可能因预热温度过高造成能源的过度浪费，有悖于当今环保节能的绿色再制造理念。因此，需要一种科学的精细化的焊接工艺制定方法，避免资源浪费和环境污染，节约缺陷铸件的修复再制造成本。

控制白口和淬硬组织、预防焊接裂纹的主要措施是减缓焊接区金属的冷却速率，包括熔池凝固冷速控制和焊接区金属的高温固态相变冷速控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灰铁焊补修复过程中焊接区组织与性能的预测及控制方法，该方法可以根据铸件的成分、壁厚以及焊接位置选定相应的焊接工艺参数，解决了目前铸铁热态焊中存在的预热盲目性及工艺参数制定的盲目性和“经验论”。在保证焊接质量要求的前提下降低能源的消耗，同时还能根据实际情况灵活调整工艺参数。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种灰铁焊补修复过程中焊接区组织与性能的预测及控制方法，包括如下步骤：

(1)确定灰铁同质焊接组织与性能敏感区的临界冷却速率；

在铸铁的熔焊区域，熔合区冷速最大，该区在凝固过程中往往发生介稳定相变，极易形成白口组织；该区与其紧邻的过热区连续冷却过程中极易发生形成淬硬组织的固态相变。铸铁焊接过热区是白口和淬硬组织最敏感区域。因此，灰铸铁焊接区组织与性能控制主要控制熔合区凝固过程与过热区固态相变过程的冷却速率，如何控制及控制程度是灰铸铁同质焊接的关键技术环节。

根据Fe-C相图和灰铸铁CCT曲线，结合灰铸铁同质焊接实验，获得铸铁发生介稳定凝固相变的临界冷却速率t_CR1200/1000、产生淬硬组织的临界冷却速率t_CR8/5；

通过控制焊接工艺参数使熔合区凝固冷速小于临界冷速t_1200/1000>t_CR1200/1000、过热区固态相变冷速小于临界冷速t_8/5>t_CR8/5，确保灰铸铁同质焊接区不产生白口和淬硬组织。通过将既定工艺条件下所求得t_1200/1000及t_8/5与上述对应的两种临界冷速相比较，通过调整焊接工艺参数，做到以最经济、最节俭、最快捷的工艺条件来实现灰铸铁的高质量同质焊接修复。

(2)计算灰铸铁焊接相变敏感区的冷却速率；