灰口鑄鐵補(bǔ)焊技術(shù)的探究

1、專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)題目： 灰口鑄鐵補(bǔ)焊技術(shù)的探究 系 部： 船舶與港口工程系 專 業(yè)： 焊接技術(shù)及自動(dòng)化 班 級(jí)： 焊接XXXXXX 姓 名： XXX 學(xué) 號(hào)： XXXXX 指導(dǎo)教師： XX 職 稱： XXX 2012年6月 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄目 錄I摘 要IIAbstractIII1 引言12 鑄鐵的分類及其特點(diǎn)13 灰鑄鐵的焊接性33.1 焊接接頭的白口及淬硬組織33.2 焊接接頭裂紋54 灰鑄鐵的補(bǔ)焊接工藝84.1 同質(zhì)焊縫的焊條電弧焊84.2 異質(zhì)焊縫的電弧冷焊125 鑄鐵件補(bǔ)焊實(shí)例155.1 煤氣發(fā)生爐的補(bǔ)焊155.2機(jī)車搖臂補(bǔ)焊16結(jié)

2、論18致 謝19參 考 文 獻(xiàn)20摘 要在工業(yè)生產(chǎn)中，由于鑄鐵的性能以及其生產(chǎn)成本低廉，因此在重型機(jī)械的零部件鑄造中得到廣泛的應(yīng)用。本文主要鑒于鑄鐵零部件在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的使用過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)局部損壞或者斷裂，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，為節(jié)省更換零件的時(shí)間，只能采用補(bǔ)焊技術(shù)對(duì)損壞的鑄鐵零件進(jìn)行修復(fù)，從而在分析灰口鑄鐵焊接性和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)灰口鑄鐵材料的補(bǔ)焊工藝和具體操作技術(shù)和方法給予較為詳細(xì)的介紹，并且通過對(duì)某些鑄鐵工件的修補(bǔ)為實(shí)例，對(duì)焊工在對(duì)鑄鐵現(xiàn)場(chǎng)施焊技術(shù)的提高有非常大的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：鑄鐵零件；補(bǔ)焊工藝；修復(fù)。AbstractIn industrial production, because

3、of the performance and low production costs, the cast iron has been widely used in heavy machinery parts casting. This thesis is mainly in view of the inevitable partial damage or fracture that the cast iron parts will bring in the process of using in the production site. Considering the economic be

4、nefits, in order to save the time of replacement parts, we can only use welding technology to repair the damaged cast iron parts, which gives a more detailed introduction to the gray welding technology of cast iron materials and the operating techniques and methods on the basis of the analysis of gr

5、ay cast iron welding properties and characteristics. Besides, taking the repair of some of the cast iron workpiece as examples provides valuable insight for welder to the improve the welding technology in cast iron field.Key words: Cast iron parts；Welding process；Repaired- 20 -1 引言鑄鐵是碳當(dāng)量大于2%的鐵碳合金，工業(yè)

6、鑄鐵的碳當(dāng)量在2%4%，鑄鐵中除了鐵和碳以外，含有Si、Mn、P、S等元素，這些元素含量都比碳鋼高，在某些特殊用途的合金鑄鐵中，根據(jù)需要還加入Cu、Mg、Ni、Mo、或者Al等合金元素。鑄鐵熔點(diǎn)低，液態(tài)流動(dòng)性好，結(jié)晶收縮率小，便于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的機(jī)械零部件，同時(shí)還具有良好的鑄造性、耐磨性、良好的消振性、切削加工性能和較低的缺口敏感性, 而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉, 經(jīng)過適當(dāng)合金化處理后還可以具有良好的耐磨性或耐蝕性, 因此機(jī)械行業(yè)用得十分廣泛。但是，鑄鐵的焊接性能很差，在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用受到偶爾一定的限制，目前鑄鐵焊接技術(shù)主要應(yīng)用于鑄鐵件缺陷的修復(fù)、已損壞的鑄鐵成品件的焊補(bǔ)以及鑄鐵件表面的堆焊等

7、等。2 鑄鐵的分類及其特點(diǎn)按照碳元素在鑄鐵中存在的形式和石墨形態(tài)，可以將鑄鐵分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可煅鑄鐵、蠕墨鑄鐵、及白口鑄鐵及合金鑄鐵六大類。其中以灰鑄鐵和球墨鑄鐵應(yīng)用最廣。（1）灰鑄鐵（HT） 灰鑄鐵含碳量較高（2.7%4.0%），碳主要以片狀石墨形態(tài)存在，分布于不同的基體上，斷口呈灰色，可把灰鑄鐵看做是鋼的基體上加上片狀石墨組成，由于石墨的強(qiáng)度相對(duì)于金屬基體來說是極小的，所以灰鑄鐵的組織可看做是鋼的基體上存在著許多“裂紋”，因而它的抗拉強(qiáng)度、塑性和沖擊強(qiáng)度幾乎為零。但是灰鑄鐵缺口敏感性較低、抗壓強(qiáng)度高、耐磨性好、收縮率低、流動(dòng)性好，可以鑄造具有復(fù)雜形狀的機(jī)械零件。因此，灰鑄鐵廣泛運(yùn)用于

8、各種機(jī)床的床身及拖拉機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等鑄件的生產(chǎn)?；诣T鐵的力學(xué)性能及用途如表2-1所示。（2）白口鑄鐵（BT） 白口鑄鐵簡(jiǎn)稱白口鐵，其中碳除極少量溶于鐵素體外，其余都以滲碳體（Fe3C）的形式存在，端口呈亮白色，故稱“白口”。這種鑄鐵的組織為滲碳體和共晶萊氏體，硬而脆，不能進(jìn)行切削加工，從而極少單獨(dú)使用，主要用作煉鋼的原料或者作為可鍛鑄鐵件的毛坯，白口鑄鐵的表層為冷硬鑄鐵常用作軋輥。常用的白口鑄鐵主要化學(xué)成分為C2.1%3.8%，Si1.2%，根據(jù)需要，有時(shí)添加Mo、Cr、W等合金元素提高其力學(xué)性能。表2-1 灰鑄鐵的力學(xué)性能及用途鑄鐵編號(hào)顯微組織抗拉強(qiáng)度/Mpa硬度（HB）特點(diǎn)及用途

9、HT100珠光體30%70%粗片狀，鐵素體10%30%，二元磷共晶7%100175強(qiáng)度低，主要用于制造對(duì)強(qiáng)度及組織無要求的不重要鑄件。HT150珠光體40%90%中粗片狀，鐵素體10%60%二元磷共晶7%150150200強(qiáng)度中等，用于制造承受中等載荷的鑄件，如機(jī)床、工作臺(tái)等。HT200珠光體90%，中片狀，鐵素體5%，二元磷共晶4%200170200強(qiáng)度較高，用于制造承受較高載荷的耐磨鑄件，如發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體、液壓泵、閥門殼體、機(jī)床機(jī)身、汽缸蓋、中等壓力的液壓筒等。HT250珠光體98%，粗片狀，二元磷共晶2%250190240HT300珠光體98%，中細(xì)片狀，二元磷共晶2%300210260

10、強(qiáng)度高，基體組織為珠光體，用于承受高載荷的耐磨件，如剪床、壓力機(jī)的機(jī)身、車床卡盤、導(dǎo)板、齒輪、液壓筒等。HT350珠光體99%，粗片狀，二元磷共晶1%350230280（3）球墨鑄鐵（QT） 球墨鑄鐵簡(jiǎn)稱球鐵，其基體中石墨呈球狀，由于石墨呈球狀分布，就大大降低了石墨割裂經(jīng)書基體組織的作用，大大降低了應(yīng)力集中，因此球墨鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和韌性，而且能通過熱處理（如：正火、淬火、退火等）來改善其力學(xué)性能，可以用來制造力學(xué)性能要求較高的鑄件，如柴油機(jī)的曲軸、連桿、汽缸蓋、汽缸套和齒輪等，并可在一定范圍內(nèi)代替碳鋼或合金鋼來制造某些強(qiáng)度要求較高或者形狀較為復(fù)雜的鑄件。（4）可鍛鑄鐵（KT） 可鍛鑄鐵是因

11、其具有較高的韌性而得名，實(shí)際上并不可鍛，又稱其為展性鑄鐵。是白口鑄鐵毛坯經(jīng)9001000°C長(zhǎng)時(shí)間（幾十個(gè)小時(shí)）的退火，使?jié)B碳體在固態(tài)下分解，其中大部分碳以團(tuán)絮狀石墨的形態(tài)存在，團(tuán)絮狀石墨對(duì)金屬基體組織破壞作用小，故其具有較高的強(qiáng)度和韌性，適于制造形狀復(fù)雜、受沖擊載荷的薄壁鑄件，如各種管接頭以及拖拉機(jī)、汽車、紡織機(jī)零件等可鍛鑄鐵根據(jù)組織成分和化學(xué)成分的不同，可鍛鑄鐵分為鐵素體可鑄鐵（KTH）和珠光體可鍛鑄鐵(KTZ)兩類。（5）蠕墨鑄鐵 (RT)蠕墨鑄鐵，將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)蠕化處理后獲得，析出石墨呈蠕蟲狀，其力學(xué)性能與球墨鑄鐵相近，鑄造性能介于灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間。常用的蠕墨鑄鐵的抗

12、拉強(qiáng)度為300500MPa，伸長(zhǎng)率為1%6%。蠕墨鑄鐵的顯微組織油蠕蟲狀石墨和基體組成。蠕墨鑄鐵有三種類型：鐵素體蠕墨鑄鐵，鐵素體+珠光體蠕墨鑄鐵和珠光體蠕墨鑄鐵。由于蠕化劑中含有導(dǎo)熱性、鑄造性、可切削加工性均優(yōu)于球墨鑄鐵，而與灰鑄鐵相近。蠕墨鑄鐵是一種具有良好綜合性能的鑄鐵，主要用于制造汽車的零部件。（6）合金鑄鐵合金鑄鐵是普通鑄鐵加入適量合金元素（如Si、Mn、P、Ni、Cu、Al、B等）獲得，合金元素使鑄鐵的基體組織發(fā)生變化，從而具有相應(yīng)的耐熱、耐磨、耐蝕、耐低溫或無磁等特性。用于制造礦山、化工機(jī)械和儀器、儀表等零部件。3 灰鑄鐵的焊接性鑄鐵焊件中灰鑄鐵的焊件最為常見，其化學(xué)成分的特點(diǎn)是

13、碳、硅含量高，硫、磷雜質(zhì)含量高，力學(xué)性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低、塑性差，在結(jié)晶過程中對(duì)冷卻速度敏感，因而焊接時(shí)冷卻速度快時(shí)，由于焊件受熱不均勻時(shí)造成了很大的熱應(yīng)力，或者是在一般的焊條電弧焊中，采用的工藝措施不當(dāng)時(shí)，很容易形成白口及淬硬組織或產(chǎn)生裂紋。3.1 焊接接頭的白口及淬硬組織灰鑄鐵焊接時(shí)，由于熔池體積小，存在時(shí)間短，加上鑄鐵本身內(nèi)部的導(dǎo)熱作用，使得焊縫及其近區(qū)的冷卻速度大，在融合線處產(chǎn)生大量的滲碳體，形成了白口鑄鐵組織。由于白口鑄鐵硬而脆，難以進(jìn)行加工制造。根據(jù)在焊接接頭不同的部位，產(chǎn)生的白口組織的概率不同，灰鑄鐵焊接接頭的組織變化圖如圖3-1。由圖3-1可見，焊接接頭中產(chǎn)生白口組織的區(qū)域是由焊縫

14、區(qū)、半熔化區(qū)、奧氏體區(qū)、重結(jié)晶區(qū)、碳化物石墨化、球化區(qū)、原始組織區(qū)組成，其中的焊縫區(qū)、半熔化區(qū)、奧氏體區(qū)為重點(diǎn)。有此可見，灰鑄鐵接頭的白口化問題主要是指焊縫和半熔化區(qū)容易產(chǎn)生白口組織。其主要原因是采用了一般的電弧焊方法焊接時(shí)，接頭過冷傾向大造成鑄鐵的石墨化不足，焊縫區(qū)的冷卻速度比鑄造時(shí)的速度快得多，特別是母材和熔合區(qū)的成分相近，在快速冷卻下，很容易產(chǎn)生白口。圖3-1 灰鑄鐵焊接接頭組織變化圖鑄鐵接頭中的白口組織的存在，不僅造成加工的困難，還會(huì)引起裂紋等缺陷的產(chǎn)生，因此要采取相應(yīng)的措施來減小其生成的條件，同時(shí)也是為了接頭石墨化提供了有利條件。相關(guān)預(yù)防措施有如下幾種。（1）改變焊縫中的化學(xué)成分，提

15、高石墨化元素的含量。由于在碳鋼焊條焊接鑄鐵時(shí)，熔池中的C、Si含量低，可以在焊條或者焊絲中加入大量的C、Si元素使其含量高于母材，以便在一定的焊接工藝條件配合下，促進(jìn)石墨化，使焊縫形成灰口組織，此外，使用異質(zhì)材料焊條（如，鎳基合金、高釩鋼、銅鋼）來避免產(chǎn)生白口或者其他脆硬組織的可能性。（2）減慢冷卻速度，延長(zhǎng)熔合區(qū)處于紅熱狀態(tài)的時(shí)間，有利于石墨的充分析出，這是避免熔合區(qū)產(chǎn)生白口的主要工藝途徑。例如氣焊時(shí)補(bǔ)焊區(qū)的冷卻速度較慢，容易防止焊縫及熔合區(qū)產(chǎn)生白口，或者在焊接前預(yù)熱及焊后保溫，預(yù)熱溫度一般為400700°C，減慢冷卻速度也可以防止白口的產(chǎn)生。（3）采用釬焊焊接法，由于焊件過程中，

16、母材不熔化，可以避免熔合區(qū)產(chǎn)生白口。要注意的是：雖然改變焊縫中的化學(xué)成分可以解決焊縫的白口問題，但是對(duì)于半熔化區(qū)的白口層是很難完全消除的，因?yàn)樵诟邷叵?，半熔化區(qū)為局部熔化，在焊接冷卻條件下，熔池中的石墨化元素很難迅速、均勻地?cái)U(kuò)散到近縫區(qū)，因此，通過調(diào)整焊縫中的化學(xué)成分來阻止半熔化區(qū)白口組織的產(chǎn)生，效果不是很好，只能通過控制焊接參數(shù)將白口層的寬度縮小到可見機(jī)械加工范圍（即寬度小于0.1mm）。同時(shí)，很多鑄鐵焊接補(bǔ)焊后都要進(jìn)行機(jī)械加工，一般認(rèn)為在布氏硬度300以下進(jìn)行機(jī)械加工?；诣T鐵本身為珠光體或珠光體+鐵素體基體，硬度為190280HB，具有良好的加工性，但是，焊接接頭中出現(xiàn)的高硬度白口（500

17、800HB）及馬氏體組織（500HB左右）會(huì)給機(jī)械加工帶來很大的困難，表現(xiàn)在用高速鋼刀具加工不動(dòng)，用硬質(zhì)合金刀具磨損嚴(yán)重，會(huì)出現(xiàn)“打刀”的現(xiàn)象。3.2 焊接接頭裂紋灰鑄鐵屬于脆性金屬材料，抗裂能力差，在焊接應(yīng)力作用下焊接接頭很容易開裂。鑄鐵焊接裂紋分為冷裂紋和熱裂紋兩類，但是產(chǎn)生的原因及影響因素有著很大的差別，鑄鐵焊接接頭一旦出現(xiàn)裂紋，承載能力大大下降，整體結(jié)構(gòu)也不能滿足致密性要求，導(dǎo)致焊接的失敗。鑄鐵焊接時(shí)出現(xiàn)的裂紋有冷裂紋、熱裂紋、母材開裂，下面分別予以分析。3.2.1 冷裂紋（1）焊縫中的冷裂紋 當(dāng)焊縫金屬為鑄鐵型（同質(zhì)）時(shí)，焊接灰鑄鐵容易出現(xiàn)“低塑性脆化裂紋”，其可以發(fā)生在焊縫或熱影響

18、區(qū)中，多在400°C以下產(chǎn)生，產(chǎn)生時(shí)常伴隨著清脆的金屬開裂聲響，這是由于焊件收縮應(yīng)力大所引起的。鑄鐵冷裂紋大多以橫向分布，存在片狀石墨，削弱了基體組織的連續(xù)性，而片狀石墨的尖端極易成為裂紋源。焊接時(shí)，因接頭局部不均勻的加熱和冷卻，焊縫在冷卻過程中產(chǎn)生了很大的拉應(yīng)力，溫度越低，產(chǎn)生的拉應(yīng)力越大，在拉應(yīng)力的作用下，石墨片的尖端呈嚴(yán)重的應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過焊縫金屬的強(qiáng)度時(shí)，使微裂紋發(fā)展成為宏觀裂紋，并可能擴(kuò)展到整個(gè)焊縫橫截面。焊縫石墨化程度也影響冷裂紋的產(chǎn)生。石墨化不充分，存在白口層時(shí)，也易產(chǎn)生裂紋。這是鑄鐵的冷裂紋與鋼的冷裂紋機(jī)理不大相同的主要因素，與氫的作用沒有任何的關(guān)系。焊接處的剛度

19、、焊縫體積和焊縫長(zhǎng)度，對(duì)焊縫裂紋的敏感性有明顯的影響。剛度大、焊接體積大、焊縫長(zhǎng)都將焊接應(yīng)力增大，促使裂紋的產(chǎn)生。（2）近縫區(qū)冷裂紋 當(dāng)采用低碳鋼焊條焊接時(shí)，或者母材與焊縫強(qiáng)度級(jí)別相差很大的時(shí)候，容易產(chǎn)生近縫區(qū)的裂紋。這類型的裂紋大多數(shù)沿縱向分布，也有橫向或者斜向分布，裂紋大多數(shù)發(fā)生在半熔合區(qū)或半熔合區(qū)與奧氏體區(qū)交界處，常沿熔合線開裂，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致焊縫剝離，因此又稱之為“剝離裂紋”。剝離裂紋也具有冷裂紋性質(zhì)，其產(chǎn)生的主要原因與焊縫強(qiáng)度高、收縮率大及半熔化區(qū)組織有關(guān)。這種接頭的組織分布一般是：焊縫是碳鋼組織；半熔化區(qū)是白口組織；奧氏體區(qū)因?yàn)闆]有熔化，其收縮率只有1.1%左右。因此在冷卻過程中

20、，焊縫附近的半熔化區(qū)與奧氏體區(qū)之間存在著很大的切應(yīng)力（見圖3-2）。由于母材的強(qiáng)度低，牽制不住焊縫的收縮，因而導(dǎo)致在半熔化區(qū)與奧氏體區(qū)之間產(chǎn)生縱向開裂，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成整個(gè)焊縫沿半熔化區(qū)從母材上剝離。當(dāng)工件越厚或者焊道越多時(shí)，焊接應(yīng)力就越大，焊縫的剝離也就越容易產(chǎn)生。圖3-2 半熔化區(qū)與奧氏體交界處產(chǎn)生剪應(yīng)力3.2.2 熱裂紋焊縫為鑄鐵型時(shí)，雖然含有較高的碳、硫、磷等元素，但是對(duì)熱裂紋的產(chǎn)生并不敏感。因?yàn)楹缚p由高溫冷卻時(shí)將會(huì)析出石墨，伴隨著產(chǎn)生石墨化膨脹，使焊縫體積增加而收縮率減小，故有利于降低接頭拉應(yīng)力，再者鑄鐵焊縫的成分接近于共晶點(diǎn)，其固、液溫度區(qū)間比鋼小，脆性溫度區(qū)較小，所以鑄鐵型的焊縫熱

21、裂紋傾向不大。而使用鎳基焊圖3-3 熱裂紋條、氧化鐵型焊條或者其他一些非鑄鐵型焊條時(shí)，就有可能在焊縫中產(chǎn)生熱裂紋。這主要是在靠近母材的焊縫中（見圖3-3），因熔合比大而熔入了較多的碳、硫、磷等元素；或者由于鎳基焊條焊接時(shí)，鎳與硫、磷等元素形成低熔點(diǎn)共晶組織，因此上述焊縫金屬對(duì)熱裂紋較為敏感。鎳基焊縫的熱裂紋沿奧氏體晶間開裂，屬于結(jié)晶裂紋。影響鎳基焊縫熱裂紋傾向的冶金因素主要有：低熔點(diǎn)共晶物的數(shù)量及其熔點(diǎn)高低，焊縫合金系統(tǒng)及其結(jié)晶溫度區(qū)間的大小。實(shí)驗(yàn)研究表明，隨著焊縫中的P、S等元素的增加，抗熱裂紋性能明顯下降；調(diào)節(jié)焊縫中的C、Si等元素，可以得到抗熱裂紋性能較佳的合金系統(tǒng)。圖3-4 碳對(duì)鎳鐵型

22、焊縫金屬熱裂紋的影響圖3-4給出了碳對(duì)鎳鐵型焊縫金屬抗熱裂紋性能的影響規(guī)律，圖中Vb1值表示產(chǎn)生熱裂紋的臨界變形速率。Vb1 值越大，焊縫金屬的抗熱裂紋性能就越好。3.2.3 母材開裂 在灰鑄鐵焊接中，有時(shí)還會(huì)有可能在焊接區(qū)以外的母材上出現(xiàn)裂紋。其原因是由于局部加熱后應(yīng)力增大，同時(shí)鑄鐵薄壁厚不均勻所致。當(dāng)焊接加熱不當(dāng)時(shí)，因?yàn)槟覆牡乃苄圆?，局部?yīng)力過大而會(huì)把薄弱處拉斷，斷裂部分往往是鑄件的薄壁處及斷面形狀突變處。由以上分析可知，灰鑄鐵焊接時(shí)，焊接接頭中裂紋傾向是比較大的，這主要是與鑄鐵本身的性能、焊接應(yīng)力、接頭組織及其化學(xué)成分有關(guān)。為了防止鑄鐵焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋，在生產(chǎn)中主要采取減小焊接應(yīng)力，改變焊

23、縫合金系統(tǒng)以及限制母材中雜質(zhì)熔入焊縫的措施。從減小應(yīng)力的角度來看，采用適當(dāng)溫度下的熱焊，或者加熱減應(yīng)區(qū)焊，都有利于改善接頭的應(yīng)力分布狀態(tài)；在冷焊時(shí)采用嚴(yán)格的工藝措施，如：小電流、分段、斷續(xù)焊，也有利于減小接頭中的雜焊接應(yīng)力。通過改善焊縫的化學(xué)成分或合金系統(tǒng)，使其成為具有較高塑性的非鑄鐵組織（如鎳基合金、高釩鋼、銅鋼組織等），增加了焊縫的塑性變形能力，將近縫區(qū)的焊接應(yīng)力得以松弛，故使焊接接頭的裂紋傾向大為降低。為防止熱裂紋的產(chǎn)生，可以通過增加藥皮的堿度及適當(dāng)加入脫硫元素（如錳、稀土等），來降低雜質(zhì)的危害。同時(shí)通過焊接工藝措施來減小熔合比，以免母材中碳、硫、磷大量進(jìn)入到熔池中。4 灰鑄鐵的補(bǔ)焊接工

24、藝由灰鑄鐵的焊接性可以知道，灰鑄鐵的焊接性能很差，很容易出現(xiàn)白口組織和裂紋，因此，為了防止這些缺陷的產(chǎn)生，我們要從多方面因素考慮來選擇和制定合理的焊接方法及工藝。編制工藝時(shí)，主要從這以下幾方面進(jìn)行考慮：（1）被焊鑄鐵件的形狀，如大小、厚薄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、缺陷的大小、被焊部分的剛性等。（2）對(duì)補(bǔ)焊質(zhì)量要求，如切削加工性、硬度、強(qiáng)度、焊縫的顏色、密封性等。（3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和經(jīng)濟(jì)性等要求來選擇。鑄鐵的補(bǔ)焊方法有很多，但是每種方法都有其特點(diǎn)，只能適應(yīng)某些類型鑄件中某些缺陷的焊補(bǔ)。其中，最常用的是焊條電弧焊。4.1 同質(zhì)焊縫的焊條電弧焊同質(zhì)焊縫是指焊接后形成的鑄鐵型焊縫，其焊條電弧焊工藝可以分為熱焊（包括

25、半熱焊）和冷焊（即不預(yù)熱焊）兩種。4.1.1 熱焊及半熱焊 鑄鐵焊接時(shí)，白口組織和冷裂紋的產(chǎn)生，主要是由于熔池體積小而使冷卻速度過大造成的，針對(duì)這個(gè)問題，人們?cè)诤茉缫郧皯?yīng)用了熱焊工藝，以達(dá)到減小鑄件的溫度差，降低接頭冷卻速度的目的。熱焊是焊前將鑄件整體或局部預(yù)熱到600700，然后在此溫度下進(jìn)行焊接，焊接過程焊接的溫度保持在450以上，焊后保溫緩冷。熱焊溫度一般在700以下，不超過鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變溫度。因?yàn)槌^了這個(gè)溫度時(shí)，焊后會(huì)引起鑄鐵的基體組織變化，珠光體基體中的滲碳體會(huì)在共析轉(zhuǎn)變時(shí)分解并形成石墨，使焊件的硬度和耐磨性下降，并且在石墨析出時(shí)，還伴隨著體積長(zhǎng)大，使焊接的變形增加。因此，熱焊的優(yōu)

26、點(diǎn)是焊接受熱均勻，冷卻速度緩慢，有利于焊縫金屬石墨化，減少和避免焊縫中出現(xiàn)白口組織，有利于降低焊接熱應(yīng)力，有效防止產(chǎn)生裂紋，使用合適成分的焊條，焊接接頭的硬度和母材相近，有優(yōu)良的加工性，力學(xué)性能、顏色都與母材一致，但是其缺點(diǎn)是：勞動(dòng)條件惡劣、加熱費(fèi)用大、工件變形大、表面易氧化等。半熱焊是指將鑄件整體或者局部預(yù)熱到300400左右，與熱焊法相比能改善勞動(dòng)條件，同時(shí)也能獲得較好的焊縫質(zhì)量。（1）熱焊工藝 熱焊適用于中厚（10mm以上）鑄件的大缺陷補(bǔ)焊，對(duì)于8mm以下的薄壁鑄件補(bǔ)焊時(shí)，易燒穿，一般來說不適合采用。a. 預(yù)熱 對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件（如柴油機(jī)缸蓋），由于補(bǔ)焊區(qū)剛性大，焊縫無自由膨脹收縮的余

27、地，故宜采用整體預(yù)熱；對(duì)于簡(jiǎn)單的鑄件，焊補(bǔ)處剛性小，焊縫有一定的膨脹余地，采用局部預(yù)熱。整體預(yù)熱的方法一般是將鑄件整體用地爐加熱，局部預(yù)熱可以采用氣焊或火焰加熱。b焊前清理 在焊接前，首先要對(duì)補(bǔ)焊處進(jìn)行清理，并且開好合適的坡口， 倘若在待焊的地方有油漬的話，可以用癢乙炔燒掉，同時(shí)可以用砂輪、扁鏟、鏟進(jìn)行加工，制定坡口時(shí)要保證坡口的干凈、有光澤。 c. 造型 對(duì)于焊接邊角部位以及穿透缺陷，焊前為了防止熔化金屬流失，保證一定的焊縫成形，還應(yīng)在待焊部位造型，其形狀尺寸如圖4-1所示。 造型材料可以用型砂加水玻璃或者黃泥。內(nèi)壁最好放置耐高溫的石墨片（一般用石墨廢電極制成），以防止造型材料受熱熔化或者塌

28、方，并且在焊前一定要加熱烘干。 （a）中間缺陷補(bǔ)焊 （b）邊角缺陷補(bǔ)焊4-1 熱焊焊補(bǔ)區(qū)造型示意圖 d焊接 焊接時(shí)，為了保證預(yù)熱溫度，縮短高溫工作時(shí)間，要求在最短的時(shí)間內(nèi)焊接完成，因此要采用大電流、連續(xù)焊。一般來說焊接電流的確定可以根據(jù)焊條直徑d的4060倍。因?yàn)殍T鐵焊條藥皮中含有較多的高熔點(diǎn)難熔物質(zhì)石墨，采用適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)弧焊將有利于藥皮的熔化以及石墨向焊縫中過渡。e焊后緩冷 焊后應(yīng)采取緩冷措施，一般采用保溫材料覆蓋，最好的就是隨著地爐冷卻。 采用電弧熱焊工藝，焊縫為鑄鐵型，力學(xué)性能基本與母材一致，顏色與母材一樣。、具有良好的切削加工性，焊后殘余應(yīng)力小，焊接接頭質(zhì)量高。但是，由于鑄件的預(yù)熱度高，使

29、操作者的工作條件惡劣；同時(shí)加熱消耗燃料多，會(huì)使補(bǔ)焊的成不增加；同時(shí)是造成了焊接工藝復(fù)雜化，增加了生產(chǎn)周期，使生產(chǎn)效率低。因此，電弧熱焊工藝的運(yùn)用和發(fā)展都受到了很大的限制。（2）半熱焊工藝 為了降低預(yù)熱溫度，改善勞動(dòng)強(qiáng)度、條件，人們?cè)趯?shí)際中發(fā)現(xiàn)：適當(dāng)提高焊縫的石墨化能力，采用300400°C的整體或者局部預(yù)熱，用于剛度較小鑄件的焊接，也能受到較好的效果，但是加熱時(shí)塑性變形不明顯，因而在焊補(bǔ)剛度較大的焊接時(shí)不容易產(chǎn)生變形，同時(shí)焊接應(yīng)力較大，可能導(dǎo)致接頭產(chǎn)生裂紋等缺陷，因此，半熱焊只適用于焊補(bǔ)區(qū)剛度較小或者形狀簡(jiǎn)單的鑄件。 半熱焊預(yù)熱溫度較低，鑄件在焊接時(shí)的溫度差要比熱焊條件下大，故焊接區(qū)

30、的冷卻速度將加快。因此，為了防止白口組織和裂紋的產(chǎn)生，保證焊縫石墨化，焊縫中的石墨化元素含量一般應(yīng)高于熱焊時(shí)的含量，一般情況下采用“Z208”或者“Z248”鑄鐵焊條。半熱焊工藝過程基本與熱焊時(shí)相同，即大電流、長(zhǎng)弧、連續(xù)焊、焊后保溫緩冷等。4.1.2 冷焊冷焊又稱不預(yù)熱焊。它是在提高焊接石墨化的基礎(chǔ)上，采用了大直徑焊條、大焊接線能量的連續(xù)焊工藝，以增加熔池存在的時(shí)間，達(dá)到降低接頭冷卻速度、防止白口組織產(chǎn)生的目的。這種焊接方法在焊接過程中不需要輔助加熱，因此能大大降低了焊接成本，提高補(bǔ)焊生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件等。此方法適用于中厚度以上的大缺陷焊補(bǔ)，基本上可以避免白口組織的產(chǎn)生，獲得良好的效果。（1

31、）焊條的選擇 常用的冷焊焊條按照焊后焊縫的加工性可以分為兩類：一類是焊后不需要機(jī)械加工的鑄件，如高銅鐵鑄鐵焊條、高釩鑄鐵焊條、氧化型鋼芯焊條和低碳鋼焊條；另一類用于焊后需要機(jī)械加工的鑄件，如純鎳焊條、鎳銅合金焊條和鎳鐵合金焊條。（2）電弧冷焊工藝 通常采用的鑄鐵冷焊工藝，因焊縫和母材平皮齊或稍高于母材，所采用的焊接電流小，往往會(huì)在半熔化區(qū)附近產(chǎn)生白口組織（圖4-2），為此，進(jìn)行鑄鐵型焊條焊縫電弧冷焊時(shí)，除了要調(diào)整焊縫的化學(xué)成分外，焊接中還要制定相應(yīng)的工藝措施，以降低冷卻速度。具體工藝措施如下所述。圖4-2 普通冷焊時(shí)半熔化區(qū)白口組織示意圖a. 坡口制備 焊接前，應(yīng)該對(duì)待焊焊件的補(bǔ)焊區(qū)進(jìn)行清理并

32、且制好坡口，為防止冷焊時(shí)因熔池體積過于小而使冷速增大，焊補(bǔ)區(qū)的面積須大于8cm²，深度起碼要大于7mm，而且型槽形狀應(yīng)光滑，并為上大下小呈一定的角度（20°30°），例如下圖（4-3）所示。 a）型槽形狀及尺寸 b）缺陷狀況圖4-3 鑄鐵型焊條冷焊焊前準(zhǔn)備示意圖b. 造型 坡口制定好后，為了防止焊縫液態(tài)鐵液流失和保證焊縫高于母材，還應(yīng)該在待焊位置造型。造型的方法和材料與熱焊造型基本一樣。（圖4-3）c. 焊接 焊接時(shí)，一定要采用大直徑焊條，并且使用直流反接法，對(duì)待焊焊件進(jìn)行 大電流、長(zhǎng)弧、連續(xù)焊。其焊接電流根據(jù)選用的焊條直徑來選擇，若采用的焊條直徑為5.mm時(shí)，焊

33、接的電流應(yīng)該達(dá)到250350A；若焊條直徑為8mm時(shí)，焊接電流應(yīng)該選擇380600A，弧長(zhǎng)長(zhǎng)度保持在812mm，由中心向兩邊連續(xù)焊接。當(dāng)坡口焊滿后不要熄弧，用電弧沿著邊緣移動(dòng)，（如圖4-4a），使焊縫堆高，一般焊縫的高度要超過母材表面58mm，以防止半熔化區(qū)的白口，焊后截面圖如（4-4b）所示。焊后要立即覆蓋熔池，以達(dá)到保溫緩冷的效果。 （a）收弧移動(dòng)方法 （b）焊后焊縫的截面圖4-4 冷焊焊接過程示意圖鑄鐵型焊條電弧冷焊也有些不足的地方：因?yàn)楹缚p為灰鑄鐵組織，強(qiáng)度低而塑性差，當(dāng)采用大電流焊接時(shí)，鑄件局部受熱嚴(yán)重，在焊接剛度較大焊件時(shí)焊接區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力較大，故容易產(chǎn)生裂紋，此外，這種方法不能用于

34、中小缺陷，否則將會(huì)因熱應(yīng)力大而使裂紋傾向增大。4.2 異質(zhì)焊縫的電弧冷焊 異質(zhì)焊縫又稱為非鑄鐵焊縫，電弧冷焊由于焊前不需要加熱，不僅簡(jiǎn)化了焊接工藝過程，還改善了焊工的工作條件，具有適應(yīng)范圍廣泛，可進(jìn)行全位置焊接及焊接效率高的特點(diǎn)，因此，只是一種很有發(fā)展前途的焊接工藝方法。（1）異質(zhì)焊縫電弧冷焊的焊條目前，我國(guó)已經(jīng)發(fā)展了很多種系列的非鑄鐵型焊縫鑄鐵焊條，常用鑄鐵焊條的性能、牌號(hào)及其主要用途見表4-1。表4-1 鑄鐵焊條的牌號(hào)成分和用途牌號(hào)型號(hào)藥皮類型焊接電源焊芯主要成分焊縫金屬的主要成分主要用途Z100EZFe-2氧化型交直流碳鋼碳鋼灰鑄鐵件非工面補(bǔ)焊Z116EZV低氫鉀型碳鋼（高釩藥皮）高釩鋼

35、高強(qiáng)度灰鑄鐵件Z117EZV低氫鈉型直流碳鋼（高釩藥皮）高釩鋼高強(qiáng)度灰鑄鐵件Z122FeEZFe-2鐵粉鈦鈣型交直流碳鋼碳鋼多用于一般鑄鐵件非加工面補(bǔ)焊Z208EZCQ石墨型碳鋼碳鋼一般灰鑄鐵焊接補(bǔ)焊Z238EZCQ碳鋼球墨鑄鐵球墨鑄鐵件補(bǔ)焊Z248EZCQ鑄鐵鑄鐵灰鑄鐵件補(bǔ)焊Z258EZCQ鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵件補(bǔ)焊Z268EZCQ碳鋼球墨鑄鐵球墨鑄鐵件補(bǔ)焊Z308EZNi-1純鎳純鎳重要灰鑄鐵薄壁件和加工面補(bǔ)焊Z408EZNiFe-1鎳鐵合金鎳鐵合金重要高強(qiáng)度灰鑄鐵件及球墨鑄鐵的補(bǔ)焊Z408AEZNiFeCu鎳鐵銅合金鎳鐵銅合金重要灰鑄鐵及球墨鑄鐵的補(bǔ)焊Z438EZNiFe-1鎳鐵合金鎳鐵

36、合金重要灰鑄鐵及球墨鑄鐵的補(bǔ)焊Z508EZNiCu-1鎳銅合金鎳銅合金強(qiáng)度要求不高的灰鑄鐵件補(bǔ)焊Z607低氫鈉型直流純銅銅鐵混合一般鑄鐵件非加工面補(bǔ)焊Z612鈦鈣型交直流銅包鋼芯銅鐵混合一般鑄鐵件非加工面補(bǔ)焊（2）異質(zhì)焊縫電弧冷焊的焊接工藝a 焊前清理 焊前應(yīng)將焊件缺陷周圍的油漬清理干凈，否則會(huì)產(chǎn)生氣孔及影響接頭質(zhì)量。b坡口的制備 常用的坡口形式有U型和V型，但是開坡口前首先要對(duì)裂紋兩端鉆止裂孔，孔的位置一般在裂紋前35mm，孔徑58mm，深度25mm，如果是穿透性的裂紋的話則要鉆透，坡口表面進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，要盡量平整，減少基本金屬的熔入量。c 焊接 異質(zhì)型焊條進(jìn)行電弧冷焊的主要工藝特點(diǎn)是：采

37、用小工藝參數(shù)進(jìn)行施加焊，并采用短弧焊、短段焊、斷續(xù)焊、分散焊以及在焊后即使錘擊焊道，以減小應(yīng)力防止裂紋。為了減小應(yīng)力, 防止裂紋, 必須防止焊縫局部過熱, 使焊縫區(qū)保持較低溫度, 減小與整體溫度差別, 每一段焊縫要短, 一般以1015mm 為宜, 不能繼續(xù)進(jìn)行, 但可以分散在多處起焊。每道焊縫之間冷卻到大約60°C 時(shí), 再焊下 一道, 每焊一道, 要馬上用帶小圓頭的尖頭小錘迅速地錘擊焊縫金屬, 直到焊縫上出現(xiàn)密布的麻點(diǎn)并且焊縫冷卻為止, 從而消除部分焊接應(yīng)力。與此同時(shí),要嚴(yán)格控制焊接電流, 宜盡可能用小電流（在保證焊縫和母體熔合良好的情況下） , 保證淺熔深, 避免白口層厚度加大,

38、 造成焊縫剝離和熱裂紋。當(dāng)坡口較大的話，應(yīng)該選擇多道焊；當(dāng)母材材質(zhì)較差時(shí)，應(yīng)該采用栽絲法即在焊件坡口上鉆孔攻螺紋，擰入鋼釘（一般用M8螺釘，間距2030mm），如圖4-5所示；當(dāng)焊接有一定深度的大面積鑄造缺陷的焊補(bǔ)時(shí)，必要的時(shí)候可以采用加墊板焊補(bǔ)法（如圖4-6），以減少焊縫金屬量，降低焊接接頭應(yīng)力。 圖4-5 栽絲法示意圖 圖4-6 墊板焊接法5 鑄鐵件補(bǔ)焊實(shí)例5.1 煤氣發(fā)生爐的補(bǔ)焊某廠的煤氣發(fā)生爐由于長(zhǎng)期負(fù)荷工作，導(dǎo)致爐底出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。煤氣發(fā)生爐爐底直徑為3m，厚度為40mm，材料為灰口鑄鐵HT200，裂紋長(zhǎng)度為1.5m，深度為30mm，從經(jīng)濟(jì)成本考慮，可以采用焊接方法對(duì)裂紋進(jìn)行補(bǔ)焊。5

39、.1.1 焊接方法和焊條的選擇一般來說，大鑄件的補(bǔ)焊方法有冷焊和熱焊，但是考慮到補(bǔ)焊的成本，及補(bǔ)焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，采用冷焊法：焊前不需要預(yù)熱，可以用小參數(shù)進(jìn)行焊接，雖然冷焊會(huì)比熱焊產(chǎn)生的白口組織和應(yīng)力要大，但是我們可以通過電流大小、電源極性等來控制熔合比，減少熔覆金屬量，選擇塑性比較好的焊條。由于鎳基焊條的塑性好、抗裂能力好，鎳基焊條常用的有純鎳焊條、鎳鐵焊條、鎳銅焊條，其中鎳鐵焊條的價(jià)格便宜抗裂性能最好，但是考慮到裂紋深度深，為降低成本，我們先采用鎳鐵焊條打底和過渡，然后用較便宜的堿性焊條E5015來蓋面。5.1.2 補(bǔ)焊工藝（1）焊前準(zhǔn)備。a用氧乙炔火焰清除裂縫處的油漬，并且用鋼絲刷清理到金

40、屬光澤。b用手提砂輪機(jī)打磨坡口，角度在6070°間，坡口地部呈圓角，如圖5-1.所示。c在坡口兩邊縱向擰入M10螺釘，坡口兩側(cè)各15個(gè)，螺孔深10mm，孔距100mm，呈人字交錯(cuò)排開，如圖5-2所示。d采用電源直流反接法e焊前焊條在200°C以下烘干1h，保溫備用，隨用隨取。（2）焊接步驟。a焊接第一層時(shí)先焊螺釘周圍的焊縫，然后焊螺釘間，隨后焊接螺釘以下的坡口底部，最后焊接螺釘以上的坡口邊緣b鋪底完成后，再用直徑為3.2的E5015過渡，采用多道焊，焊接電流在100A左右，直流反接，采用直線形運(yùn)條法，不擺動(dòng)，短弧焊接，每焊完50mm，用小錘輕輕敲擊焊縫，消除應(yīng)力，檢查焊縫，如發(fā)現(xiàn)有裂紋缺陷，用手提砂輪打磨后繼續(xù)焊接，嚴(yán)格控制層間溫度。c坡口焊滿后應(yīng)多焊一道回火焊道，起附加預(yù)熱處理作用，焊后修磨與母材一致。 5-1 坡口栽絲示意圖 5-2 螺釘排列5.2 機(jī)車搖臂補(bǔ)焊機(jī)車的搖臂一般選擇的材料為灰鑄鐵HT150，由于長(zhǎng)時(shí)間的工作，使得搖臂處出現(xiàn)了裂紋，這時(shí)我們?yōu)榱斯?jié)省時(shí)間和減少成本，對(duì)搖臂進(jìn)行補(bǔ)焊，如圖5-3所示。因