鋳鉄の溶接方法
特定の条件下で、鋳鉄を社内で溶接することが可能です
鋳鉄部品の効果的な社内溶接は時間とお金を節約できますが、課題があります。溶接の失敗は、ひび割れやその他の損傷を引き起こすことがよくあります。重要な部品が関係している場合は、成功する結果を確実にするために、経験豊富な溶接工と一緒に溶接施設の技量を探すのが賢明かもしれません。
社内で溶接を行う場合、溶接部品を効果的に製造するために必要な手順を調査することが重要です。開始する前に、次の4つの重要な手順を実行する必要があります。
- 合金を特定する
- 鋳物を完全に清掃します
- 予熱温度を選択
- 適切な溶接技術を選択してください
合金を特定する
鋳鉄は、鉄-炭素合金のファミリーです。それらの高い炭素含有量（通常2〜4％）は、鋳鉄にその特徴的な硬度を与えます。ただし、その硬度は延性を犠牲にしてもたらされます。鋼や錬鉄に比べて可鍛性が低くなります。溶接中の加熱と冷却のサイクルは、金属の膨張と収縮を引き起こし、引張応力を引き起こします。鋳鉄は、加熱または応力がかかっても伸びたり変形したりせず、ひびが入り、溶接が非常に困難になります。この特性は、さまざまな合金を追加することで改善できます。
一部の鋳鉄合金は、他の合金よりも溶接が容易です：
- ねずみ鋳鉄
ねずみ鋳鉄は、鋳鉄の最も一般的な形態です。炭素は、パーライトまたはフェライトの結晶性微細構造への製造中にグラファイトフレークに沈殿します。白い鋳鉄よりも延性があり、溶接可能です。ただし、ねずみ鋳鉄内のグラファイトフレークが溶接プールに入り、溶接金属の脆化を引き起こす可能性があるため、将来の溶接工にとっては依然として課題となります。
- 白い鋳鉄
白い鋳鉄は、炭素をグラファイトとして沈殿させることなく、炭化鉄として保持します。セメンタイトの結晶性微細構造は非常に硬く、もろいです。白い鋳鉄は一般的に溶接できないと考えられています。 - 延性、結節性、または可鍛性 鉄
これらの鋳鉄は、製造による微細構造の違いにより、すべて脆性が低くなっています。 3つすべてに、独自の製造プロセスによって作成された回転楕円体の炭素微細構造があります。
白鉄かねずみ鋳鉄かを判断する最良の方法は、元の仕様を確認することです。分光化学分析は、事後にこの仕様を提供することができます。これらの正確な方法が不可能な場合、ショップにチェックインする方法がいくつかあります。
ねずみ鋳鉄は、その微細構造にグラファイトがあるため、破壊点に沿って灰色を示します。白鉄はセメンタイトのために割れ目に沿ってより白くなります。残念ながら、破壊試験は、溶接工が材料が灰色または白色であることを知っている場合にのみ役立ちます。これらはより古く、より伝統的な形の鋳鉄です。それらはまた、特定のクラスの商品でより一般的です。ただし、比較的新しいダクタイル鋳鉄も、破壊に沿って非常に白く、はるかに溶接可能です。
経験豊富な冶金学者がスパークテストを使用して、鉄の種類を特定することもできます。
鋳物をきれいにする
合金に関係なく、すべての鋳造品は溶接前に適切に準備する必要があります。溶接用の鋳造品を準備する際には、すべての表面材料を除去することが重要です。鋳造物は、溶接部で完全にきれいでなければなりません。溶接ゾーンから塗料、グリース、オイル、その他の異物を取り除きます。母材の溶接ゾーンから閉じ込められたガスを除去するために、溶接領域に注意深くゆっくりと短時間熱を加えるのが最善です。
鋳鉄表面の準備状況をテストするための簡単な手法は、金属上に溶接パスを堆積することです。不純物が存在する場合、金属は多孔質になります。このパスはすりつぶすことができ、多孔性がなくなるまでこのプロセスを数回繰り返します。
予熱
すべての鋳鉄は、応力下で割れやすくなっています。熱制御は、亀裂を回避する上で最も重要な唯一の要素です。
鋳鉄溶接には3つのステップが必要です：
- 予熱
- 低入熱
- 徐冷
熱制御の主な理由は熱膨張です。金属が温まると膨張します。オブジェクト全体が同じ速度で暖まり、膨張する場合、応力は発生しませんが、熱が小さな熱影響部（HZ）に集中すると、応力が発生します。
局所的な加熱により、膨張が制限されます。HZは、周囲のより低温の金属に含まれます。結果として生じる応力の程度は、HZと鋳造体の間の温度勾配に依存します。鋼やその他の延性のある金属では、制限された膨張と収縮によって生じる応力は、伸ばすことによって緩和されます。残念ながら、鋳鉄は延性が比較的低いため、収縮期間中に亀裂が発生する可能性があります。予熱により、鋳造体とHZ間の温度勾配が減少し、溶接による引張応力が最小限に抑えられます。一般に、高温溶接法では、高温予熱が必要です。適切な予熱が不可能な場合、最良の戦略は入熱を最小限に抑えることです。低温溶接プロセスと低融点溶接ロッドまたはワイヤを選択します。
冷却速度は、溶接部に発生する応力に直接影響を与えるもう1つの要因です。急速に冷却すると収縮が発生し、溶接部がもろくなり、割れやすくなります。対照的に、低冷却は硬化と収縮のストレスを軽減します。
https://www.reliance-foundry.com/wp-content/uploads/pre-heat-welding.mov
溶接前の予熱
すべての鋳鉄は応力下で割れやすいですが、これは予熱することで防ぐことができます。ビデオを見て、溶接前に金属に熱がどのように加えられるかを確認してください。
溶接技術
溶接技術は、溶接される鋳鉄合金への適合性に基づいて選択する必要があります。最も一般的な溶接プロセスは、スティック、オキシアセチレン、およびろう付け溶接です。
スティック溶接
被覆アーク溶接またはMMAとしても知られるスティック溶接は、フラックスで覆われた消耗電極を利用します。用途、必要なカラーマッチ、溶接後の機械加工量に応じて、さまざまな種類の電極を使用できます。
鋳鉄スティック溶接に適した主なフィラータイプは3つあります。
- 鋳鉄で覆われた電極
- 銅合金電極
- ニッケル合金電極
ニッケル合金電極は、鋳鉄溶接で最も人気があります。 New Hampshire Materials Laboratory Inc.によると、ニッケルと鉄の溶接は熱膨張係数が低く、溶接応力が低く、割れに対する耐性が向上しているため、より強力です。
電極と溶接領域の間の電気アークが金属を溶かし、融合を引き起こします。アークは母材ではなく溶接プールに向ける必要があります。これにより、希釈が最小限に抑えられます。熱ストレスを最小限に抑えるために、メーカーが承認した最低電流設定を使用することをお勧めします。鋳鉄または銅の電極で溶接する前に、部品を少なくとも250°Fに予熱します。ニッケル電極は予熱なしで使用できます。
オキシアセチレン溶接
オキシアセチレント溶接も電極を使用しますが、電流によって生成されるアークの代わりに、オキシアセチレントーチが溶接のエネルギーを提供します。鋳鉄電極と銅亜鉛電極はどちらも、鋳鉄のオキシアセチレン溶接に適しています。
アセチレン溶接中に鋳鉄を酸化しないように注意する必要があります。これにより、シリコンが失われ、溶接部に白鉄が形成されます。温度勾配を最小限に抑えるために、溶接棒は炎によって直接ではなく、溶融した溶融池で溶融する必要があります。
ろう付け溶接
ろう付け溶接は、母材自体への影響が最小限であるため、鋳鉄部品を接合するための一般的な方法です。溶接棒は、鋳鉄の表面に付着するフィラーを提供します。鋳鉄に比べてフィラーの融点が低いため、フィラーは鋳鉄で希釈されず、表面に付着します。
接合は母材の表面を濡らすフィラーの品質に依存するため、この溶接技術では表面の清浄度が重要です。 Machine Designによると、ろう付け中の酸化物の形成を防ぐためにフラックスを使用するのが一般的です。濡れを促進する液体であり、接合する金属部分にフィラーが流れます。また、酸化物の部品を洗浄して、フィラーが金属部品により強固に結合するようにします。さらに、フラックスは溶接で金属表面を洗浄するために使用されます。
仕上げ
亀裂は通常、熱収縮段階で発生します。溶接部が冷えて収縮すると、引張応力が発生します。応力が臨界点に達すると、溶接部に亀裂が生じます。
冷却中の引張応力に対抗するために圧縮応力を加えることにより、亀裂の可能性を減らすことができます。溶接機は、溶接がまだ柔らかいうちに、変形可能な溶接ビードにピーニング（ボールピーンハンマーで中程度の打撃）と呼ばれる技術を使用します。ピーニングは、溶接部とHZの亀裂のリスクを低減しますが、比較的延性のある溶接金属を使用する場合にのみ試行する必要があります。
溶接の最後のステップは、冷却制御です。このプロセスでは、断熱材を使用して冷却を可能な限り遅くするか、溶接部に定期的な熱を加えて自然冷却プロセスを遅くします。
社内溶接
鋳鉄溶接を専門家に委託することで高品質の溶接を保証できますが、慎重な準備で社内で溶接修理を完了することができます。合金を特定し、材料を準備し、最も適切な溶接技術を選択する手順に従います。
ソース
- トータルマテリア。 「鋳鉄およびその他の鉄の溶接。」
- ニューハンプシャー材料研究所。 「鋳鉄の溶接に関するヒント。」
- 溶接研究所。 「材料の溶接性：鋳鉄。」
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