T∕CFA 0106023-2021 灰铸铁件焊补规范.pdf

I 团体标准 T/CFA 0106023 - 2021 灰铸铁件焊补规范 Specifications for welding and repairing of gray iron castings （公告稿） 20210325 发布 20210625 实施 中国铸造协会中国铸造协会 发布 ICS 23.040.80 J 31 ICS 25.020 CCS J 31 T/CFA 0106023 - 2021 I 目 次 前言 . III 引言 . IV 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 总体要求 . 2 5 焊补材料 . 2 5.1 焊补材料化学成分要求 . 2 5.2 焊补材料的质量要求 . 2 5.3 焊补材料的检验要求 . 3 5.4 焊补材料的储存. 3 6 焊补流程 . 3 7 焊补要求 . 3 7.1 可焊补性判定 . 3 7.2 焊补前预处理 . 3 7.3 焊补操作 . 5 7.4 PT 检验 . 6 7.5 焊后热处理 . 6 8 焊补后检验和评定. 6 8.1 通用要求 . 6 8.2 硬度检验 . 6 8.3 色差检验 . 7 附录 A(资料性) 焊补前判定 . 9 附录 B(资料性) 焊补试验 . 10 参考文献 . 10 表 1 推荐使用焊条、焊丝的型号和化学成分 . 2 表 2 经验系数 K . 4 表 3 焊补顺序 . 5 表 4 焊后去应力热处理工艺参数 . 6 表 5 焊缝区域硬度要求. 7 T/CFA 0106023 - 2021 II 表 6 色差评定对比 . 8 表 A.1 不同类别灰铸铁件焊补前判定规范 . 9 表 B.1 力学性能 . 12 表 B.2 焊补试验的实际测试值 . 12 表 B.3 试块焊补位置硬度测试（不产生裂纹的焊补温度） . 13 表 B.4 试块焊补位置下方硬度测试（不产生裂纹的焊补温度） . 13 图 1 焊补流程图 . 3 图 2 不同火焰类型示意图 . 5 图 3 焊补过程的参数控制 . 6 图 4 穿透型缺陷的焊缝测点位置示例 . 7 图 5 色差检验加工预处理方法示意图 . 7 图 B.1 灰铁测试试块 . 11 T/CFA 0106023 - 2021 III 前 言 本文件按照 GB/T 1.12020标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国铸造协会智能铸造工作委员会提出。 本文件由中国铸造协会归口。 本文件起草单位：共享装备股份有限公司、宜宾普什联动科技有限公司、西安理工大学。 本文件主要起草人：纳建虹、张龙江、苏少静、薛蕊莉、高超、任良敏、徐锦峰、周海帆、杨爱宁。 本文件自 2021年03月25日首次发布。 T/CFA 0106023 - 2021 IV 引 言 灰铸铁是应用最广泛的一种铸件，在各类铸件的总产量中，灰铸铁占比最高。2019 年我国铸件总产量约 4875 万吨，铸铁件产量为 3495 万吨，占全年铸件总产量 4875 万吨的 71.7 %，其中灰铸铁 2040 万吨， 占铸铁件的 58.4 %。 灰铸铁件中可修复缺陷铸件约占 5 %10 %， 即每年有 100200万吨灰铸铁件需要进行焊补修复，因此既可以挽救大量的灰铸铁件，又可以节约企业的生产成本，具有明显的经济效益和社会效益。 由于国内目前缺少有关灰铸铁的焊补技术规范，没有遵循的工艺依据，也没有评判的标准，实际的焊补质量参差不齐，导致很多顾客抱怨，不接受焊补的铸件。因此有必要制定本文件，以规范灰铸铁件的焊补工艺和结果评价，从而提升灰铸铁件焊补的整体质量水平，满足顾客的质量要求。 T/CFA 0106023 - 2021 1 灰铸铁件焊补规范 1 范围 本文件规定了灰铸铁件焊补的术语和定义、总体要求、焊补材料、焊补流程、焊补要求、焊补后检验和评定的要求。 本文件适用于采用电弧焊和氧乙炔焊的灰铸铁件焊补。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T 3375 焊补术语 GB/T 5611 铸造术语 GB 9448 焊补与切割安全 GB/T 100442006 铸铁焊条及焊丝 GB/T 18851.1 无损检测 渗透检测 第 1 部分：总则 GB/T 26953 焊缝无损检测 焊缝渗透检测 3 术语和定义 GB/T 3375、GB/T 5611 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 焊补 welding and repairing 技术条件允许时，用焊接（电弧焊和氧乙炔焊等）修补有缺陷铸件的方法。 来源：GB/T 56112017，8.3.2，有修改 3.2 电弧焊 arc welding 利用电弧作为热源的熔焊方法，简称弧焊。 来源：GB/T 33751994，3.99 3.3 氧乙炔焊 oxy-acetylene welding 利用氧乙炔焰进行焊接的方法。 来源：GB/T 33751994，3.72 3.4 色差 colour difference 焊缝在机械切削加工后，焊缝的颜色与母材的颜色之间的差异。 注：由焊缝与母材的化学成分和金相组织不同产生的。 T/CFA 0106023 - 2021 2 4 总体要求 4.1 经需方许可，在不影响机械加工的条件下，对不影响结构与性能的缺陷，可进行焊补。 4.2 需方宜在订单中对焊补工艺以及焊工资质提出要求。 4.3 焊补部位应通过焊补缺陷记录图记录其位置及范围，记录在质量保证书中。 4.4 焊补时的安全防护应符合 GB 9448 的要求。 5 焊补材料 5.1 焊补材料化学成分要求 焊条、焊丝的化学成分可参考表 1 给出的范围。 表 1 推荐使用焊条、焊丝的型号和化学成分 种类 型号 化学成分（质量分数，%） 适用位置 C Si Mn S P Fe Ni Cu Al Mo 其它 焊条 EZC 2.04.0 2.56.5 0.75 0.10 0.15 余量 1.0 非加工面 EZNi-1 2.0 2.5 1.0 0.03 8.0 90.0 1.0 加工面 EZNiFe-1 2.0 4.0 2.5 0.03 余量 45.060.0 2.5 1.0 1.0 加工面 焊丝 RZCH 3.2 3.5 2.0 2.5 0.5 0.7 0.1 0.2 0.4 余量 1.2 1.6 0.250.45 1.0 加工面 RZC-1 3.23.5 2.73.0 0.600.75 0.1 0.500.75 余量 加工面 RZC-2 3.24.5 3.03.8 0.300.80 0.1 0.5 余量 加工面 RZC-3 3.64.2 2.02.5 0.150.25 0.060.12 0.20.4 余量 0.05 1.0 加工面 注：焊条和焊丝的化学成分引自 GB/T 100442006(RZC-3 除外) 5.2 焊补材料的质量要求 T/CFA 0106023 - 2021 3 焊条、焊丝质量的检验应符合 GB/T 100442006 中 4.14.3 的规定。 5.3 焊补材料的检验要求 5.3.1 焊条、焊丝应按采购批次进行抽检，抽检的项目包括外观质量（有无锈蚀、裂纹、气泡、杂质、剥落、破头等缺陷以及药皮涂敷是否均匀）和化学成分（见表 1）。 5.3.2 焊剂可不进行检验，但应有证明其合格的相关文件。 5.4 焊补材料的储存 5.4.1 焊补材料的储存温度应在 5 以上，相对湿度不应超过 60 %。 5.4.2 品种、型号、批号、规格及入库时间不同的焊补材料应分类存放，并有明确的区别标识。 6 焊补流程 焊补流程一般应包括可焊性判定、焊补前预处理、焊补操作、PT 检验和焊后热处理，见图 1。 图 1 焊补流程图 7 焊补要求 7.1 可焊补性判定 机床类、内燃机气缸盖与机体类、矿山机械类、内燃机机架类和风机类灰铸铁件焊补的判定依据见附录 A，其他类别的灰铸铁件参考使用。 7.2 焊补前预处理 7.2.1 电弧焊 T/CFA 0106023 - 2021 4 7.2.1.1 焊补前，铸件根据需要可选择是否进行预热。具体预热温度可参照附录 B。 注：使用 GB/T 10044 荐的焊条焊补时，铸件可不进行预热。 7.2.1.2 层间温度的控制应根据铸件壁厚、易变性和开裂程度进行选择，一般应200 。 7.2.1.3 焊补电流按照公式（1）计算： I = d K （1） 式中： I焊补电流（A）； d焊条直径(mm)； K经验系数(A/mm)，见表 2。 表 2 经验系数 K 焊条直径 d/mm 1.6 22.5 3.2 4.06.0 经验系数 K 2025 2530 3040 4050 7.2.1.4 焊补电压按照公式（2）计算： U = 20 0.04 I （2） 式中： U焊补电压（V）； I焊补电流（A）。 7.2.1.5 焊补速度一般为 0.15 cm/s0.25 cm/s。 7.2.1.6 焊补热输入按照公式（3）计算： Q = nI U/v （3） 式中： Q单位长度焊缝的热输入(J/cm)； n热效率系数，焊条电弧焊为 0.70.8； I焊补电流(A)； U电弧电压(V)； v焊补速度(cm/s)。 7.2.2 氧乙炔焊 7.2.2.1 应对铸件整体或局部进行预热，预热温度为（550 50），时间为 2 min3 min，并使用保温材料进行覆盖。 7.2.2.2 对缺陷底部进行持续的垂直加热， 温度为 1150 1250 ， 使缺陷底部处于近熔化状态。焊丝应在熔池中熔化、往复滑动，保持镜面，不出现宏观的翻腾。焊丝熔化产生的焊渣可用焊丝端部沾除排出。 7.2.2.3 加热时使用中性火焰，如图 2 所示。 T/CFA 0106023 - 2021 5 图 2 不同火焰类型示意图 7.3 焊补操作 7.3.1 电弧焊 7.3.1.1 每焊一层，应使用尖锤对焊缝进行重复锤击至布满麻点，然后用钢丝刷将焊剂完全清除。如焊缝处发现裂纹，应使用旋转锉彻底去除后，再继续进行焊补。 7.3.1.2 对一个或多个缺陷进行焊补时，焊缝应彼此重叠而不断开。焊补顺序应按表 3 中的规定执行。 表 3 焊补顺序要求 缺陷 焊补顺序 适用场合 浅表型 缺陷的深度小于壁厚的1/2 深层缺陷 缺陷的深度大于等于壁厚的 1/2 穿透型缺陷 缺陷直接穿透铸件 7.3.2 氧乙炔焊 7.3.2.1 对于较大缺陷，应尽可能使整个熔池的温度和焊丝的熔化速率保持稳定。在进行下一层焊补时，应保证上一层的焊道充分加热熔化，焊补顺序应按表 3 中的规定执行。 7.3.2.2 焊缝尺寸达到要求后，应快速对焊缝区（包含焊肉、熔合区和热影响区）进行整体加热，使整个焊缝区在 1150 1250 范围内保持 5 min10 min。 7.3.2.3 焊后要采取保温缓冷措施，包括回火、去应力和空冷至室温三个阶段。 7.3.2.4 焊补过程的工艺参数控制宜按图 3 执行。 T/CFA 0106023 - 2021 6 图 3 焊补过程的工艺参数控制 7.4 焊后热处理 铸件焊补后应进行去应力热处理，热处理工艺参数宜按表 4 的工艺执行。 表 4 焊后去应力热处理工艺参数 升温速率（/h） 保温温度（） 保温时间（h） 降温速率（/h） 出窑温度（） 50 540560 4 50 200 8 焊补后检验和评定 8.1 通用要求 焊补区域应进行 PT 检验，确认是否有裂纹和夹渣缺陷，若焊补区域为加工面时，还应进行硬度和色差检验。 8.2 PT 检验 焊补区域的 PT 检验应按照 GB/T 18851.1 的方法执行。 8.3 硬度检验 8.3.1 硬度检测时，被检测截面应通过机械加工方式获得。测量区域应包含母材、热影响区和焊缝金属三个区域。图 4 给出了穿透型缺陷焊缝的测点位置示例。 T/CFA 0106023 - 2021 7 单位为 mm （a）垂直焊缝面 （b）平行焊缝面 图 4 穿透型缺陷的焊缝测点位置示例 8.3.2 热影响区中由于焊补而引起的硬化区域，应至少有一个测点，测点中心与融合线之间的距离0.5 mm。 8.3.3 可依据供需双方达成的协议对测点位置重新定义。 8.3.4 焊缝区域硬度在没有相应规定时，宜按表 5 的要求进行控制。 表 5 焊缝区域硬度要求 母材硬度 硬度波动范围 焊缝区域最大、最小硬度（含焊肉、熔合区和热影响区） 179 HB 10 % Max：196 HB，Min：161 HB 179 HB190 HB 10 % Max：200 HB，Min：165 HB 190 HB200 HB 10 % Max：210 HB，Min：180 HB 200 HB 10 % Max：220 HB，Min：180 HB 8.4 色差检验 8.4.1 预处理 应采取加工的方法（车、铣、刨）对表面进行处理；不准许使用打磨、抛丸等清理办法；加工后表面粗糙度 Ra 应不大于 6.3 m， 加工深度应不小于 2 mm， 加工范围距离焊缝应不小于 50 mm，以便对比色差，见图 5 所示。 单位为 mm 图 5 色差检验加工预处理方法示意图 T/CFA 0106023 - 2021 8 8.4.2 色差等级评定 焊补后需要加工的铸件表面， 焊缝处与母材之间的颜色差异推荐参考表 6 的照片进行比对评定，或者按照需方允许的色差要求进行评定。 表 6 色差等级评定比对 等级 对比照片 描述 1 级 肉眼几乎看不出焊缝处与母材之间的颜色差异 2 级 焊缝处的颜色接近母材颜色，肉眼可观察到轻微的差异 3 级 肉眼可见焊缝处的颜色与母材有明显的差异 T/CFA 0106023 - 2021 9 附 录 A (资料性) 焊补前判定 不同类别灰铸铁件焊补前判定说明见表 A.1。 表 A.1 不同类别灰铸铁件焊补前判定说明 序号 类别 焊补前判定说明 1 机床类铸件 1. 对不影响使用性能和外观质量的铸造缺陷，在保证铸件质量的条件下，允许焊补； 2. 滑动面、 导轨面、 线轨和轴承的安装面等加工面以及有重量承载的位置一般不允许焊补； 3. 非加工面，在不影响结构性能的条件下，缺陷直径20 mm 的单个缺陷，或同一部位缺陷不多于 3 个、单个缺陷直径10 mm、缺陷间隔50 mm 的缺陷可以焊补；铸件上任何位置穿透性裂纹不允许焊补 2 内燃机气缸盖与机体类 1. 加工面、螺纹孔 10 mm 范围内不允许焊补； 2. 分散性夹砂、密集性气孔及缩松不允许焊补； 3. 其他铸造缺陷可以焊补但必须满足相应的技术要求 3 矿山机械类 可以进行焊补，但焊补区域需进行无损检测并满足与非焊补区域同样的技术要求 4 内燃机机架类 可焊补的缺陷最大尺寸为 10 mm，最大深度为 10 mm，且不超过任何壁厚 50 % 5 风机类 1不允许焊补的零件、部位和缺陷为：a）回流室、扩压器、叶盘上的叶片；b）轮毂、带轮等件的轴孔；c）通风机的轮毂表面、罗茨风机叶轮表面（端面除外）；d）加工后表面粗糙度Ra1.6 的部位，以及金属与金属的摩擦工作面；e）机壳、变速器等零件的起重吊耳或其他易发生安全事故的部位缺陷；f）储存稀油和承压铸件上，足以引起渗漏的缺陷；g）凡受冲击负荷和承受较大弯矩、扭矩的铸件上的裂纹类缺陷；h）轴承压盖铸件上的缩孔、缩松类缺陷。 2. 除以上规定的其他铸件和部位，出现铸造缺陷，在不影响铸件使用性能、寿命和外观质量条件下，可按照下列规定进行焊补：a）毛坯铸件：缺陷的深度静止件不得大于壁厚的 2/3、运动件不得大于壁厚的 1/3，两缺陷的距离不小于最大缺陷尺寸的 2.5 倍；b）机械加工后出现的铸造缺陷：缺陷的深度静止件不得大于壁厚的 1/2、运动件不得大于壁厚的 1/4，两缺陷的距离不小于最大缺陷尺寸的 2.5 倍 T/CFA 0106023 - 2021 10 附 录 B (资料性) 焊补试验 B.1 概述 B.1.1 本附录详细介绍了用于评估各种类型和等级铸铁件相对可焊性的测试计划。 每种牌号铸件的测试需要 812 个双面试样(见图 B.l)。 分别独立进行三组测试， 每组测试之间至少间隔几个小时。 B.1.2 第一组试验需要五个试样，分别在室温、121 、260 、400 、540 焊补。24 小时后，按照 B.4 中 k)n) 步骤测试每一个截面，并确定焊补后会产生裂纹的最高温度，这一温度记做温度 X。 B.1.3 第二组试验需要四个试样 （可重复使用第一轮试验中高于 X 温度的试样） ， 分别在 （X + 28） 、（X + 56）、（X + 86）、（X + 111） 焊补。24 小时后，按照 B.4 中 k)n) 步骤测试每一个截面，并确定焊补后会产生裂纹的最高温度，这一温度记做温度 Y。 B.1.4 第三组试验需要四个试样（可重复使用第二轮试验中高于 Y 温度试样的第二焊补面），分别在（Y + 6）、（Y + 11）、（Y +17）、（Y+22）焊补。不产生裂纹的最低温度被定义为无裂纹温度。 注：如果第二焊补表面的预热温度（新的测试温度加上 20 %，参见 B.4 中步骤 c) 的要求)比第一焊补表面的测试温度更高，则该试样不能重复使用。 B.2 设备要求 采用氩弧焊工艺进行试验的基础设备如下: a) 电流：300 安培的直流电（恒流）； b) 焊炬：直径为 4 mm 钨丝的气体保护钨极电弧焊焊炬和夹头； c) 控制装置：自动反馈电路控制，能够保持参数在规定的公差内； d) 移动装置：在水平方向可自动移动； e) 热源：可将试样加热至 650 ； f) 温度测量：在预热和焊补过程中可直接和连续读数。 T/CFA 0106023 - 2021 11 图 B.1 灰铁测试试块 注 1：沿虚线用干锯把试块切割成四根试棒。 注 2：打磨所有锯切表面，使其光滑，精度需达到 0.003 mm，以便进行焊补试验。 注 3：在每根试棒的末端钻孔。 B.3 焊补条件 焊补试验程序所采用的具体条件和参数如下： a) 工艺：氩弧焊(GTAW)； b) 电弧电压：（14 0.5）V； c) 电流：（250 10.0）A； d) 电极:直流负电极（DCEN）； e) 焊补速度：（5.5 0.2）mm/s； f) 钨丝：直径 4 mm； g) 启动参数：高频； h) 热输入：（630 80）kJ/m； i) 保护气体：纯氩气，19 L/min； j) 气体杯：直径 16 mm； k) 焊补长度：（114 6）mm； l) 预热温度：室温至（650 5）； m) 填充材料：无； n) 热电偶：类型 K(镍铬)，直径 4.8 mm 的不锈钢护套； o) 试样：图 B.1 规定的试样。 B.4 测试工艺 每一个单独测试流程如下： a） 试样准备：按照图 B.1 要求准备试样，正确标记每个试样； b） 在每一个试样底部钻取 4.9 mm * 19 mm 的孔； c） 将试样置于加热装置上或加热装置中，加热至比规定测试温度高 20 %左右的温度， 热T/CFA 0106023 - 2021 12 电偶置于孔中； d） 在试样加热时，在废金属上验证 B.3 中描述的焊补条件； e） 当试样温度达到比测试温度高 20 %的温度时，从热源上取下，放在焊补台上，热电偶仍连接在上面； f） 将焊炬对准在距离试样一端(热电偶所在位置)25 毫米的位置。焊补路径在试样打磨面的中心线上。 对准焊枪， 使其从热电偶所在试样端部大约 25 mm 处开始。 焊补路径位于 178 mm长研磨面的中心线上； g） 在试样冷却时仔细监测温度，一旦达到试验温度，立即启动电弧； h） 一旦电弧启动，马上焊补，焊补长度为 114 毫米左右； i） 停止电弧和焊补同时进行。焊坑的填充或控制是不可以衰变的； j） 取下热电偶，将样品置于一旁(未遮盖)，在室温静止空气中冷却至少 24 小时； k） 24 小时后，用粗糙度为 240 的砂纸轻轻打磨含有焊珠的表面，直到表面光滑，可进行液体渗透试验； l） 使用液体渗透剂，浸泡至少 15 分钟； 注：如果要拍摄渗透检测痕迹的照片，在进行下一步之前要准备好相机。如果痕迹很快出现，在显影液干后 30 秒内拍照，以获得最清晰的结果。 m） 清洁表面渗透剂制造的痕迹和使用的显影剂。按照渗透剂制造商的指导书清洁表面并应用显影剂； n） 记录焊缝中的任何横向或中心线痕迹，忽略所有熔合线痕迹和开始及结束的 12.7 mm范围内焊道的任何痕迹。允许显影剂设置至少 20 分钟，以便任何时间的迹象将显示在表面。 表 B.l 列出了在测试评估中使用的各铸铁件的力学性能。表 B.2 列出了焊补试验的实际结果。表 B.3、 B.4 列出了在选定的焊补试样截面上测量的硬度值。 表 B.1 各铸件力学性能 试块序号 牌号 拉伸强度/MPa 硬度 HBW 铸件状态 G1 HT 225 248 187 铸态 G2 HT 250 317 179 铸态 G3 HT 275 310 229 铸态 G4 HT 300 359 241 铸态 表 B.2 焊补试验的实际测试值 预热温度（） 试样 G1 G2 G3 G4 540 C C C C 400 C C C C 370 C C 345 C C 315 C C 290 C C 280 C C 275 C C 270 C C 265 CT1 C T/CFA 0106023 - 2021 13 表 B.2 焊补试验的实际测试值（续） 260 CT1 C C C 255 C C 250 C C 245 C C 240 C C 230 CT1 C 225 C 220 C 205 C 150 C C 145 C 140 CT1 130 CT2 95 C CT2 65 C 50 C 45 C 40 CT1 20 CT3 注：C 表示环状痕迹；CTx 表示环状裂纹，x 表示裂纹长度；表示未进行试验。 表 B.3 试块焊补位置硬度测试（不产生裂纹的焊补温度） 牌号 焊补位置硬度/HRC 焊补热影响区硬度/HRC 基体金属硬度/HRC 不产生裂纹的焊补温度/ HT225 78.580 65.568.5 91.593 270 HT250 77.580 6469.5 8084 240 HT275 7979.5 7376 87.596.5 40 HT300 78.580.5 73.577.5 102.5104.5 140 表 B.4 试块焊补位置下方硬度测试（不产生裂纹的焊补温度） 牌号 测试温度 / 焊补位置硬度/HRC 焊补热影响区硬度/HRC 基体金属硬度/HRC 不产生裂纹的焊补温度/ HT 225 260 80.582 6571.5 9092.5 270 HT 250 150 76.583.5 71.572.5 59.579.5 240 HT 275 20 76.579 7578 96.597 40 HT 300 95 7879 74.577 102102.5 140 T/CFA 0106023 - 2021 14 参 考 文 献 1 GB/T 985.1-2008 气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口 2 GB/T 13814-2008 镍及镍合金焊条 3 周振丰，铸铁焊接冶金与工艺 M.北京: 机械工业出版社, 2001 _