第6章 鑄鐵焊接

第6章鑄鐵焊接_6.1鑄鐵的種類及其焊接方法_6.2鑄鐵的焊接性分析_6.3鑄鐵的焊接材料及工藝_6.1鑄鐵的種類及其焊接方法_

6.1.1鑄鐵的種類_

1、灰鑄鐵

2、球墨鑄鐵

6.1.2鑄鐵的凝固特點(diǎn)與石墨化_6.1.3鑄鐵焊接方法_鑄鐵：wC%>2.11%的鐵碳合金工業(yè)常用鑄鐵：Fe-C-Si合金

wC%=3.0%～4.5%、wSi%=1.0%～3.0%

同時(shí)含有一定量Mn、雜質(zhì)元素P、S等特點(diǎn)：熔點(diǎn)低、液態(tài)下流動(dòng)性好、結(jié)晶收縮率小→便于鑄造生產(chǎn)形狀復(fù)雜的機(jī)械零部件成本低，耐磨性、減振性和切削加工性能好等機(jī)械制造業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用鑄鐵焊接應(yīng)用：①鑄造缺陷的焊補(bǔ);②已損壞的鑄鐵成品件的焊補(bǔ);③零部件的生產(chǎn)6.1鑄鐵的種類及其焊接方法6.1.1鑄鐵的種類按照碳元素在鑄鐵中存在的形式和石墨形態(tài)：白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵等五大類白口鑄鐵：C絕大部分以滲碳體（Fe3C）的形式存在

斷口呈白亮色，性質(zhì)脆硬，極少單獨(dú)使用是制造可鍛鑄鐵的中間品表層為白口鑄鐵的冷硬鑄鐵常用作軋輥灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵中

C基本以石墨形式存在，部分存在于珠光體中石墨形態(tài)不同→性能有較大差別灰鑄鐵：石墨呈片狀其成本低廉，鑄造性、加工性、減振性及金屬間摩擦性均優(yōu)良，工業(yè)中應(yīng)用最廣泛片狀石墨：對(duì)基體嚴(yán)重割裂作用→灰鑄鐵強(qiáng)度低、塑性差可鍛鑄鐵：由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得

石墨呈團(tuán)絮狀→塑性比灰鑄鐵高球墨鑄鐵：1947年以球化劑處理高溫鐵液使石墨球化

石墨呈球狀→對(duì)基體割裂作用小→力學(xué)性能大幅提高蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀，頭部較圓具有比灰鑄鐵強(qiáng)度高、比球墨鑄鐵鑄造性能好、耐熱疲勞性能好的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)中得到一定應(yīng)用鑄鐵基體組織：F、P或二者的混合物是在鋼的基體上加上石墨石墨強(qiáng)度很低，相當(dāng)于空洞→鋼有效承載面積↘石墨端部尖銳→嚴(yán)重應(yīng)力集中，易斷裂→鑄鐵比相同組織鋼：強(qiáng)度低、塑性差（見書）1、灰鑄鐵特點(diǎn)：斷面呈灰色、石墨呈片狀典型金相組織：由白色不規(guī)則塊狀鐵素體，滲碳體與鐵素體層狀分布的珠光體，端部尖銳、灰色長條狀的片狀石墨組成，有時(shí)含有少量的磷共晶石墨：含量高且呈粗片狀→抗拉強(qiáng)度低含量低呈細(xì)片狀→抗拉強(qiáng)度高基體：純鐵素體→抗拉強(qiáng)度和硬度低純珠光體→抗拉強(qiáng)度和硬度均較高牌號(hào)顯微組織抗拉強(qiáng)度/MPa硬度HBW（供參考）特點(diǎn)及用途舉例基體石墨HT100鐵素體粗片狀≥100≤175

強(qiáng)度低，用于制造對(duì)強(qiáng)度及組織無要求的不重要鑄件，如油底殼、蓋、鑲裝導(dǎo)軌的支柱等HT150鐵素體+珠光體較粗片狀≥150150～200

強(qiáng)度中等，用于制造承受中等載荷鑄件，如機(jī)床底座、工作臺(tái)等HT200珠光體中等片狀≥250170～220

強(qiáng)度較高，用于制造承受較高載荷耐磨鑄件，如發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體、液壓泵、閥門殼體、機(jī)床機(jī)身、氣缸蓋、中等壓力的液壓筒等HT250細(xì)片狀珠光體較細(xì)片狀≥250190～240HT300細(xì)片狀珠光體細(xì)小片狀≥300210～260

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細(xì)片狀珠光體細(xì)小片狀≥350230～280表6-1灰鑄鐵牌號(hào)、顯微組織、力學(xué)性能及用途2、球墨鑄鐵用球化劑對(duì)液態(tài)鑄鐵澆鑄前進(jìn)行球化處理可以得到我國常用的球化劑：稀土鎂合金石墨呈球狀細(xì)小圓整的石墨球?qū)︿摶w的割裂作用較小，在相同基體的情況下，其力學(xué)性能是所有鑄鐵中最高的經(jīng)球化劑處理后的鐵液結(jié)晶：過冷傾向變大，具有較大的白口傾向還需進(jìn)行孕育處理

→促進(jìn)石墨化過程的進(jìn)行，避免出現(xiàn)萊氏體組織基體：鐵素體加珠光體混合組織獲得純鐵素體←經(jīng)低溫石墨化退火使珠光體分解為鐵素體和石墨鑄態(tài)組織中還有共晶滲碳體：需經(jīng)高溫石墨化和低溫石墨化二次退火才能獲得鐵素體球墨鑄鐵牌號(hào)抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度/MPa伸長率（%）硬度HBW（供參考）基體顯微組織最小值QT400-1840025018130～180鐵素體QT400-1540025015130～180鐵素體QT450-1045031010160～210鐵素體QT500-75003207170～230鐵素體+珠光體QT600-36003703190～270珠光體+鐵素體QT700-27004202225～305珠光體QT800-28004802245～335珠光體或回火組織QT900-29006002280～360貝氏體或回火馬氏體表6-2球墨鑄鐵牌號(hào)、力學(xué)性能及顯微組織3、可鍛鑄鐵石墨呈團(tuán)絮狀由一定成分白口鑄鐵經(jīng)長時(shí)間石墨化退火獲得與灰鑄鐵相比：具有較好強(qiáng)度和塑性耐磨性和減振性優(yōu)于碳鋼

應(yīng)用：管類零件和農(nóng)機(jī)具等4、蠕墨鑄鐵石墨呈蠕蟲狀生產(chǎn)方式：與球墨鑄鐵相似特點(diǎn)：具有比灰鑄鐵強(qiáng)度高、比球墨鑄鐵鑄造性能好、耐熱疲勞性能好的優(yōu)點(diǎn)；應(yīng)用：制造大功率柴油機(jī)氣缸蓋、電動(dòng)機(jī)外殼等6.1.2鑄鐵的凝固特點(diǎn)與石墨化鑄鐵的成分、組織及性能特點(diǎn)關(guān)鍵在于碳的存在形式碳含量超過在鐵中溶解度：鑄鐵中便有高碳相析出或是滲碳體，或是自由狀態(tài)的碳-石墨熔融狀態(tài)的鐵液在冷卻過程中：（化學(xué)成分和冷卻條件不同）既可從液相中或高溫奧氏體中直接析出滲碳體（介穩(wěn)狀態(tài)）也可直接析出石墨（穩(wěn)定狀態(tài)）同時(shí)，滲碳體加熱至高溫還可以分解出石墨圖6-1

鐵碳合金雙重相圖虛線：Fe-C穩(wěn)定系相圖實(shí)線：Fe-Fe3C介穩(wěn)定系相圖wC%=4.26%：共晶鑄鐵共晶反應(yīng)：

L→A+Fe3C

或L→A+G共析反應(yīng)：

A→F+Fe3C

或A→F+G過共晶：

L→Fe3C（Ⅰ）或L→G（Ⅰ）石墨化過程：1）石墨化第一階段

從過共晶鐵液中直接析出的初生（一次）石墨；共晶轉(zhuǎn)變過程中形成的共晶石墨；奧氏體冷卻析出二次石墨；一次滲碳體、共晶滲碳體和二次滲碳體在高溫下分解析出的石墨特點(diǎn)：由于溫度較高，碳原子擴(kuò)散能力強(qiáng)，石墨化比較容易實(shí)現(xiàn)2）石墨化第二階段共析轉(zhuǎn)變過程中形成的共析石墨；共析滲碳體分解析出的石墨

若第二階段石墨化能充分進(jìn)行，→鑄鐵基體將完全為鐵素體但是由于溫度較低，一般難以實(shí)現(xiàn)因此鑄鐵在鑄態(tài)下多為鐵素體加珠光體混合組織專門石墨化退火→使珠光體中共析滲碳體分解→獲得基體完全為鐵素體的鑄鐵影響鑄鐵石墨化的主要因素：

鑄鐵的化學(xué)成分和結(jié)晶及冷卻過程中的冷卻速度1）化學(xué)成分促進(jìn)石墨化元素、阻礙石墨化（促進(jìn)白口化）元素圖6-2

合金元素對(duì)鑄鐵石墨化的影響表6-3

常用合金元素及雜質(zhì)元素對(duì)鑄鐵石墨化、組織和性能的影響2）冷卻速度緩慢冷卻有利于石墨化冷卻速度：與鑄模類型、澆注溫度、鑄件壁厚及鑄件尺寸等因素有關(guān)如，同一鑄件，厚壁處為灰鑄鐵而薄壁處可能出現(xiàn)白口鑄鐵圖6-3

鑄件壁厚（冷卻速度）和化學(xué)成分（碳硅總量）對(duì)鑄鐵組織的影響6.1.3鑄鐵焊接方法焊條電弧焊、氣焊、CO2氣保電弧焊、手工電渣焊、氣體火焰釬焊以及氣體火焰粉末噴焊等

近年來，直接將焊接用于零部件的生產(chǎn)在實(shí)際工作中的比例越來越大，主要是將球墨鑄鐵件之間、球墨鑄鐵與各種鋼件或有色金屬件之間，采用細(xì)絲CO2焊、摩擦焊、激光焊、電子束焊、電阻對(duì)焊、擴(kuò)散焊等方法連接起來對(duì)焊接的要求：1）焊后焊接接頭是否進(jìn)行機(jī)械加工2）焊縫顏色是否與母材一致3）焊后接頭是否承受很大工作應(yīng)力4）焊縫金屬及接頭力學(xué)性能是否要求與母材一致5）焊接成本

根據(jù)被修復(fù)件的結(jié)構(gòu)剛度以及對(duì)焊補(bǔ)后機(jī)械加工要求的不同，采用焊條電弧焊或氣焊方法：熱焊：焊前將被修復(fù)鑄件整體加熱到600~700℃

并在此溫度下焊接半熱焊：焊前預(yù)熱到400℃冷焊：焊前不預(yù)熱

焊補(bǔ)后緩冷→防止焊接裂紋并改善焊補(bǔ)區(qū)域的機(jī)械加工性能鑄鐵電弧焊的焊縫金屬分類Fe基Ni基Cu基鑄鐵鋼球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵灰鑄鐵高釩鋼低合金鋼碳素鋼Ni-C奧氏體Ni-Fe-C奧氏體Ni-Cu-C合金Cu-Fe合金Cu-Al合金Cu-Ni-Mn合金圖6-4

鑄鐵電弧焊的焊縫金屬分類6.2鑄鐵的焊接性分析_

6.2.1焊接接頭白口及淬硬組織_

1、焊縫區(qū)

2、半熔化區(qū)

3、奧氏體區(qū)

4、部分重結(jié)晶區(qū)

6.2.2焊接裂紋_

1、冷裂紋

2、熱裂紋

6.2.3球墨鑄鐵的焊接性特點(diǎn)_

6.2鑄鐵的焊接性分析鑄鐵化學(xué)成分特點(diǎn)：C、Si含量高，S、P雜質(zhì)含量高灰鑄鐵力學(xué)性能特點(diǎn)：強(qiáng)度低，塑性差鑄鐵焊接性：較差

表現(xiàn)：焊接接頭容易出現(xiàn)白口及淬硬組織容易產(chǎn)生裂紋原因：焊接加工具有冷卻速度快，焊件受熱不均勻造成較大焊接應(yīng)力等6.2.1焊接接頭白口及淬硬組織灰鑄鐵：wC%=3.0%，wSi%=2.5%焊條電弧焊

Fe-C-Si三元合金：共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變是在某一溫度區(qū)間進(jìn)行的

共晶轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間：L→A+Fe3C（介穩(wěn)態(tài)）或L→A+G（穩(wěn)態(tài)）

共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間：A→F+Fe3C（介穩(wěn)態(tài)）或A→F+G（穩(wěn)態(tài)）

冷卻速度快時(shí)：A→M圖6-5灰鑄鐵焊條電弧焊焊接接頭各區(qū)域組織變化焊接熱影響區(qū)wSi%=2.5%半熔合區(qū)1、焊縫區(qū)焊縫金屬冷卻速度>>鑄件在砂型中的冷卻速度焊縫為非鑄鐵成分時(shí)：不存在白口組織問題當(dāng)焊縫為鑄鐵成分時(shí)：具有萊氏體組織的白口鑄鐵白口鑄鐵：硬而脆，硬度高達(dá)500～800HB

將影響整個(gè)焊接接頭的機(jī)械加工性能，同時(shí)促進(jìn)產(chǎn)生裂紋

不預(yù)熱條件下，即使增大焊接熱輸入，仍然不能完全消除白口同質(zhì)鑄鐵焊縫，要求：選擇合適的焊接材料，調(diào)整焊縫化學(xué)成分、增強(qiáng)焊縫金屬的石墨化能力，并配合適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┦购缚p金屬緩冷，促進(jìn)碳以石墨形式析出采用：熱焊或半熱焊同質(zhì)焊條：碳、硅含量高防止白口2、半熔化區(qū)溫度范圍：1150～1250℃，固相線和液相線之間

焊接時(shí)處于半熔化狀態(tài)高溫下：L+高碳γ冷卻時(shí)：共晶溫度區(qū)間L→A+共晶Fe3C繼續(xù)冷卻：A析出Fe3C(Ⅱ)

共析溫度區(qū)間：A→F+Fe3C（A→P

）最終得到：共晶Fe3C+Fe3C(Ⅱ)+P的白口鑄鐵快冷：出現(xiàn)A→M

（固態(tài)相變）3、奧氏體區(qū)溫度范圍：820～1150℃固相線與共析溫度上限之間

只有固態(tài)相變

距離熔合線遠(yuǎn)近不同，即熱循環(huán)最高溫度不同，奧氏體化的溫度不同，使得碳在奧氏體中的含量產(chǎn)生差別奧氏體區(qū)溫度較高地方：碳較多地向周圍奧氏體擴(kuò)散使含碳量增高，同時(shí)奧氏體晶粒長大隨后冷卻過程中：首先A析出Fe3C(Ⅱ)

而后共析轉(zhuǎn)變：A→F+Fe3C冷卻速度較慢：A→P冷卻速度較快：A→M使焊接接頭加工性變差?yuàn)W氏體區(qū)溫度較低地方：碳向周圍奧氏體擴(kuò)散數(shù)量較少使含碳量較低，且奧氏體晶粒較小4、部分重結(jié)晶區(qū)溫度范圍：780～820℃奧氏體與鐵素體雙相區(qū)加熱時(shí)：母材中P→A

鐵素體晶粒長大冷卻過程：再次發(fā)生固態(tài)相變，A→P快冷：出現(xiàn)M最終得到：馬氏體＋鐵素體混合組織鑄鐵焊接特點(diǎn)：焊縫金屬的多樣化而與母材成分有較大差異“未完全混合區(qū)”：焊縫底部存在，成分受母材控制物理化學(xué)冶金特性：接近于半熔化區(qū)將未完全混合區(qū)與半熔化區(qū)合稱為“熔合區(qū)”“熔合區(qū)”白口：未完全混合區(qū)白口（石墨化元素較焊縫少，冷卻時(shí)易生成白口）和半熔化區(qū)連在一起形成較寬的白口帶異質(zhì)焊縫的熔合區(qū)物理化學(xué)反應(yīng)更為復(fù)雜鑄件焊補(bǔ)后機(jī)械加工：硬度<300HBW可以進(jìn)行機(jī)械加工灰鑄鐵：硬度190~280HBW

焊接接頭：高硬度白口（500~800HBW）及馬氏體（約500HBW）出現(xiàn)“打刀”或“讓刀”現(xiàn)象白口鑄鐵：收縮率高→產(chǎn)生較大焊接應(yīng)力6.2.2焊接裂紋鑄鐵焊接接頭出現(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)致焊接失敗1、冷裂紋（熱應(yīng)力裂紋）溫度：500℃以下出現(xiàn)位置：焊縫及熱影響區(qū)均有較大冷裂紋敏感性不焊接僅局部加熱至高溫，冷卻后就可能產(chǎn)生裂紋1）冷裂紋產(chǎn)生的原因鑄鐵型同質(zhì)焊縫：出現(xiàn)：焊縫較長或焊補(bǔ)部位剛度較大時(shí)容易出現(xiàn)即使焊縫沒有白口或馬氏體組織也可能產(chǎn)生溫度：500℃以下伴隨：脆性斷裂的聲音冷裂紋很少在500℃以上產(chǎn)生的原因：一方面是由于鑄鐵在較高溫度下有一定塑性另一方面是此時(shí)焊縫承受的焊接應(yīng)力也較小鑄鐵焊縫冷裂紋的裂紋源：片狀石墨的尖端位置原因：片狀石墨減小了焊縫金屬的有效承載面積且尖端會(huì)造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中灰鑄鐵500℃以下：強(qiáng)度低、塑性差焊接應(yīng)力作用下→片狀石墨尖端裂紋源將穿過F與P的基體窄橋向前擴(kuò)展焊縫止裂能力差→形成尺寸較大貫穿焊縫金屬脆性宏觀裂紋式中：σ0—平均拉伸應(yīng)力；

ρt—裂紋尖端的曲率半徑；

a—代表內(nèi)部裂紋長度的一半；

σm—裂紋尖端處的最大應(yīng)力不同石墨形態(tài)鑄鐵，裂紋敏感性不同：原因：石墨邊緣形狀不同

①應(yīng)力集中程度不同，對(duì)基體組織割裂程度不同→造成力學(xué)性能的差異②止裂能力也有較大差別灰鑄鐵：片狀石墨邊緣非常尖銳，應(yīng)力集中系數(shù)大，抗拉強(qiáng)度低，塑性差，止裂能力也差→冷裂紋傾向大球墨鑄鐵：冷裂傾向比相同組織的灰鑄鐵低蠕墨鑄鐵：冷裂傾向處于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵：得到鋼焊縫焊縫仍具有較大冷裂紋傾向異質(zhì)焊條焊接灰鑄鐵：連續(xù)長焊縫產(chǎn)生橫向裂紋并發(fā)出金屬斷裂聲其中：

Ni-Cu焊縫：收縮率高、熱應(yīng)力大、裂紋傾向較大高釩鋼焊縫：橫向冷裂紋銅鋼焊縫：抗冷裂紋能力最強(qiáng)實(shí)質(zhì)：熱應(yīng)力超過其塑性變形能力時(shí)發(fā)生突然斷裂行為剝離性裂紋：產(chǎn)生：異質(zhì)材料焊接鑄鐵時(shí)位置：熔合區(qū)、熱影響區(qū)，沿焊縫與熱影響區(qū)交界擴(kuò)展斷口：呈脆斷特征原因：脆弱的母材、熱影響區(qū)及熔合區(qū)不能承受焊接時(shí)過大的熱應(yīng)力引起總結(jié)：冷裂紋主要受焊接應(yīng)力即熱應(yīng)力的影響，熱應(yīng)力超過焊縫及熱影響區(qū)的塑性變形能力，白口和馬氏體等脆硬組織通過影響焊縫及熱影響區(qū)金屬的力學(xué)性能和熱應(yīng)力而促進(jìn)裂紋，氫的影響不大。2）防止冷裂紋的措施應(yīng)從減小熱應(yīng)力入手防止鑄鐵型同質(zhì)焊縫出現(xiàn)冷裂紋最有效的措施：對(duì)焊補(bǔ)工件進(jìn)行整體高溫預(yù)熱（600～700℃），使焊縫金屬處于塑性狀態(tài)，并促進(jìn)焊縫金屬石墨化，改善組織，充分降低焊接應(yīng)力，并要求焊后在相同溫度下消除應(yīng)力加熱減應(yīng)區(qū)法：緩解焊接區(qū)域的焊接應(yīng)力既可以避免高溫預(yù)熱，也能有效防止冷裂紋①鑄鐵型焊縫：

wC%↗，并加入一定量合金元素，如Mn（wMn=0.75%）、Mo（wMo=1.17%）

Cu（wCu=1.85%）等→使焊縫金屬在快冷條件下高溫時(shí)能析出石墨，較低溫度下基體金屬依次發(fā)生貝氏體相變和馬氏體相變利用二次連續(xù)相變產(chǎn)生的應(yīng)力松弛效應(yīng)，可以有效地防止焊縫出現(xiàn)冷裂紋焊縫金屬二次相變產(chǎn)生應(yīng)力松弛效應(yīng)的原因:

一是在相變過程中金屬塑性增加即相變塑性

A→B、A→M明顯相變塑性現(xiàn)象；二是B和M的比體積較A、P及F的比體積都大相變過程中體積膨脹有利于松弛焊接應(yīng)力貝氏體相變的有利作用：伴隨其相變500℃~250℃；馬氏體相變產(chǎn)生的焊縫金屬應(yīng)力松弛：一般從200℃左右至室溫

二次連續(xù)相變?cè)?00℃以下整個(gè)溫度范圍的連續(xù)有益效應(yīng)，使熱應(yīng)力未能達(dá)到焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度而避免冷裂紋②異質(zhì)焊縫：為降低熱應(yīng)力，防止冷裂紋和剝離性裂紋，要求：

焊縫金屬應(yīng)與鑄鐵有良好的結(jié)合性，強(qiáng)度適當(dāng)尤其是屈服強(qiáng)度低一些較為有利，并具有較好的塑性和較低的硬度鋼焊縫：冷裂紋主要受母材高含碳量影響采取冶金措施：降低第一層焊縫含碳量鋼焊縫具有合適wV/wC

——純鐵素體基體上彌散分布細(xì)小

V4C3的鋼焊縫鎳基或銅基焊材

——焊縫為塑性良好的非鐵合金對(duì)冷裂紋不敏感常采用“短段焊”、“斷續(xù)焊”等工藝措施或小規(guī)范焊接白口及馬氏體等脆硬組織對(duì)冷裂紋的不利影響解決：冶金：鑄鐵焊縫增加C、Si含量配以緩冷促進(jìn)石墨化

異質(zhì)焊縫采用塑性良好的非鐵合金材料工藝：預(yù)熱焊方法→防止焊接接頭冷裂紋2、熱裂紋出現(xiàn)：焊縫結(jié)晶裂紋鑄鐵焊縫：由于鐵液凝固過程中析出石墨，體積膨脹，且流動(dòng)性好，不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋采用低碳鋼焊條或鎳基鑄鐵焊材：有較大熱裂紋傾向特點(diǎn)：沒有開裂聲宏觀：表面因?yàn)楦邷匮趸纬傻乃{(lán)紫色特征微觀：沿一次奧氏體晶界開裂的沿晶斷口形貌并存在高溫液態(tài)薄膜拉開后回縮的皺褶低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵：

1）焊縫wC%高

2）FeS-Fe低熔點(diǎn)共晶——形成焊縫底部熱裂紋甚至宏觀熱裂紋鎳基焊縫：

1）母材S、P雜質(zhì)多，熔入鎳基A焊縫金屬后，形成Ni-Ni3S2和Ni-Ni3P低熔點(diǎn)共晶

2）鎳基焊縫凝固后為較粗大單相奧氏體柱狀晶——凝固過程中易使低熔點(diǎn)共晶在A晶間連續(xù)分布，促進(jìn)熱裂紋形成特點(diǎn)：沿奧氏體晶間開裂，屬于典型的結(jié)晶裂紋影響因素：低熔點(diǎn)共晶物的數(shù)量多少及其熔點(diǎn)高低，焊縫合金系統(tǒng)及其結(jié)晶溫度區(qū)間的大小研究表明：

1）增加焊縫硫、磷含量→抗熱裂紋性能明顯下降

2）調(diào)節(jié)焊縫金屬中碳、硅、鈷、稀土等合金元素含量，可得到抗熱裂紋性能較佳的合金系統(tǒng)圖6-6碳對(duì)鎳鐵型焊縫金屬熱裂紋的影響Vbl：產(chǎn)生熱裂紋的臨界變形速率Vbl值越大→焊縫金屬抗熱裂紋性能越好wC%=2.38%：Vbl最大焊縫抗熱裂紋性能最佳C-Fe-Ni三元合金相圖：焊縫wC=2.38%：合金處于共晶成分

——凝固溫度區(qū)間最窄，焊縫金屬晶粒細(xì)小又：晶間的S、P偏析較少——焊縫金屬的抗熱裂紋性能好。wC<2.38%：焊縫金屬為亞共晶wC>2.38%：焊縫金屬為過共晶

——偏離共晶成分越遠(yuǎn)，凝固溫度區(qū)間越大，奧氏體晶粒粗化，晶間S、P偏析加劇，低熔點(diǎn)共晶相對(duì)增多——抗熱裂紋性能下降

稀土元素釔對(duì)鎳鐵性鑄鐵焊條的焊縫金屬抗熱裂紋性能有明顯影響：適量：提高抗熱裂紋性能釔具有較強(qiáng)脫S、脫P(yáng)作用→使奧氏體晶間低熔點(diǎn)共晶物減少細(xì)化晶粒、促使石墨呈球狀析出，改善焊縫金屬力學(xué)性能過量：釔在晶間偏析，與鎳或鐵形成低熔點(diǎn)共晶→惡化焊縫抗熱裂紋性能6.2.3球墨鑄鐵的焊接性特點(diǎn)球墨鑄鐵焊接性特點(diǎn)：1）球化劑有增大鐵液結(jié)晶過冷度、阻礙石墨化和促進(jìn)

A→M的作用2）由于球墨鑄鐵的力學(xué)性能遠(yuǎn)比灰鑄鐵好，特別是以鐵素體為基體的球墨鑄鐵，塑性和韌性很好，對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能要求相應(yīng)提高焊接接頭中白口鑄鐵：使沖擊韌度值大幅度下降對(duì)強(qiáng)度和塑性有較大不良影響出現(xiàn)白口鑄鐵部位容易萌生裂紋，促進(jìn)形成焊接冷裂紋奧-貝球墨鑄鐵焊接性：比普通球墨鑄鐵更差1）鑄鐵wSi%高

→奧-貝球墨鑄鐵基體中貝氏體是wC%很低的單相組織，不含碳化物，故又稱之為貝氏體鐵素體貝氏體鐵素體在相變過程中：排出C→周圍AwC%=1.5%→為焊接HAZ奧氏體區(qū)形成高碳馬氏體提供條件2）有些含有少量合金元素→奧氏體區(qū)淬硬傾向更大6.3鑄鐵的焊接材料及工藝_

6.3.1灰鑄鐵的焊接材料及工藝特點(diǎn)_

1、同質(zhì)焊縫電弧熱焊

2、氣焊

3、手工電渣焊

4、異質(zhì)焊縫電弧冷焊

5、灰鑄鐵的釬焊與噴焊

6.3.2球墨鑄鐵的焊接工藝特點(diǎn)_

1、氣焊

2、同質(zhì)焊縫電弧焊

3、異質(zhì)焊縫電弧焊

6.3.3其他鑄鐵的焊接特點(diǎn)_

1、奧-貝球墨鑄鐵

2、蠕墨鑄鐵焊接

3、白口鑄鐵焊接6.3鑄鐵的焊接材料及工藝焊接方法：電弧熱焊和不預(yù)熱焊、氣焊、手工電渣焊以及氣體火焰釬焊或噴焊焊接材料：同質(zhì)焊條、異質(zhì)焊條、銅基釬料及鎳基或鐵基噴焊粉其中，焊條：鐵基合金、鎳基合金及銅基合金三大類6.3.1灰鑄鐵的焊接材料及工藝特點(diǎn)1、同質(zhì)焊縫（鑄鐵型）電弧熱焊電弧熱焊：將鑄鐵件預(yù)熱到600～700℃，然后在塑性狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊接溫度不低于500～400℃，為防止焊接過程中開裂，焊后立即進(jìn)行消除應(yīng)力處理及

緩冷的鑄鐵焊補(bǔ)工藝。預(yù)熱：結(jié)構(gòu)復(fù)雜且焊補(bǔ)處拘束度大——整體預(yù)熱；結(jié)構(gòu)簡單、拘束度較小——大范圍局部預(yù)熱高溫預(yù)熱作用：1）減小了焊接區(qū)域的溫差2）使母材從常溫?zé)o塑性狀態(tài)變?yōu)榫哂幸欢ㄋ苄浴蟠鬁p小了熱應(yīng)力，避免開裂高溫預(yù)熱+焊后緩冷使焊縫和半熔化區(qū)石墨化較為充分→焊接接頭可以完全避免白口及淬硬組織產(chǎn)生使用合適成分焊條：焊接接頭硬度與母材相近，有優(yōu)良加工性，力學(xué)性能、顏色與母材一致半熱焊：預(yù)熱溫度在300～400℃時(shí)稱為半熱焊優(yōu)點(diǎn)：1）改善焊工勞動(dòng)條件，降低焊補(bǔ)成本2）對(duì)防止焊接熱影響區(qū)出現(xiàn)M及熔合區(qū)白口較有效→改善接頭加工性不利：鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊補(bǔ)處剛度較大時(shí)局部半熱焊會(huì)增大熱應(yīng)力，促使產(chǎn)生裂紋為保證焊縫石墨化，防止白口：電弧熱焊——焊縫中C、Si總量應(yīng)稍高于母材

wC%=3.0%~3.8%wSi%=3.0%~3.8%半熱焊——wC%=3.5%~4.5%wSi%=3.0%~3.8%類別名稱型號(hào)焊條及藥芯焊絲熔敷金屬或焊絲主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）備注CSiMnSPFeNiCu鑄鐵同質(zhì)焊條灰鑄鐵焊條EZC2.0~4.02.5~6.5≤0.75≤0.10≤0.15余——球墨鑄鐵焊條EZCQ3.2~4.23.2~4.0≤0.80球化劑0.04~0.15%鎳基鑄鐵焊條純鎳鑄鐵焊條EZNi-1≤2.0≤2.5≤1.0≤0.03—≤8.0≥90—EZNi-2≤4.0≤2.5≥85≤2.5Al≤1.0%EZNi-3Al1.0%~3.0%鎳鐵鑄鐵焊條EZNiFe-1余45~60Al≤1.0%EZNiFe-2Al1.0%~3.0%EZNiFeMn≤1.010~1435~45Al≤1.0%鎳銅鑄鐵焊條EZNiCu-10.35~0.55≤0.75≤2.3≤0.0253.0~6.060~7025~35EZNiCu-250~6035~45鎳鐵銅鑄鐵焊條EZNiFeCu≤2.0≤2.0≤1.5≤0.03余45~604~10表6-4鑄鐵焊條及焊絲（GB/T10044-2006）類別名稱型號(hào)焊條及藥芯焊絲熔敷金屬或焊絲主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）備注CSiMnSPFeNiCu其他鑄鐵焊條純鐵及碳鋼焊條EZFe-1≤0.04≤0.10≤0.6≤0.010≤0.015余——焊芯成分EZFe-2≤0.10≤0.03≤0.030≤0.030高釩焊條EZV≤0.25≤0.70≤1.50≤0.04≤0.04V8%~13%鑄鐵同質(zhì)焊絲灰鑄鐵焊絲RZC-13.2~3.52.7~3.00.60~0.75≤0.100.50~0.75——RZC-23.5~4.53.0~3.80.30~0.80≤0.50——RZCH3.2~3.52.0~2.50.50~0.700.20~0.401.2~1.6—Mo0.25~0.45%球墨鑄鐵焊絲RZCQ-13.2~4.03.2~3.80.10~0.40≤0.015≤0.05≤0.5Ce≤0.20球化劑0.04%~0.10%RZCQ-23.5~4.23.5~4.20.50~0.80≤0.03≤0.10——鎳基藥芯焊絲ET3ZNiFe≤2.0≤1.03.0~5.0≤0.03—45~60≤2.5Al≤1.0%鎳基氣體保護(hù)焊焊絲ERZNi≤1.0≤0.75≤2.5≤0.03≤0.4≥90≤4.0ERZNiFeMn≤0.50≤1.010~14余34~45≤2.5Al≤1.0%電弧熱焊工藝：焊前準(zhǔn)備、預(yù)熱、焊接、焊后緩冷及加工等過程1）焊前準(zhǔn)備：清理、開坡口

尺寸較大或位于鑄件邊角缺陷，焊前造型圖6-7缺陷造型示意圖a)較大缺陷b)邊角缺陷造型作用：防止鐵液流失，增大焊補(bǔ)金屬體積，減緩焊補(bǔ)區(qū)冷卻速度2）預(yù)熱：溫度根據(jù)鑄鐵件體積、壁厚、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、缺陷位置及加熱條件等因素來確定注意：控制加熱速度→使鑄鐵件溫度均勻，減小熱應(yīng)力→防止加熱過程中出現(xiàn)裂紋焊接電流與直徑經(jīng)驗(yàn)公式：

I=（40～50）d

式中d－焊條直徑（mm）3）焊接：從缺陷中心引弧，逐漸向外擴(kuò)展，連續(xù)焊接將缺陷焊滿

焊補(bǔ)過程中保持預(yù)熱溫度4）焊后：保溫緩冷重要鑄件焊補(bǔ)后馬上入爐進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，保溫一段時(shí)間后隨爐冷卻不預(yù)熱焊：特點(diǎn)：焊接熔池及熱影響區(qū)冷卻速度快→易產(chǎn)生白口及脆硬組織、焊接接頭裂紋傾向大解決：1）焊接材料：

①提高焊條藥皮石墨化能力→使焊縫含有較高C、Si

②加入多元少量有孕育作用合金元素：Ca、Ba、Al→形成高熔點(diǎn)硫化物、氧化物質(zhì)點(diǎn)，作為石墨異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)，促進(jìn)石墨化③使用具有貝氏體和馬氏體連續(xù)相變松弛應(yīng)力效應(yīng)的焊條2）冶金：①焊時(shí)改變石墨形態(tài)：片狀→蠕蟲狀、球狀②使基體為：F+P組織→提高焊縫抗冷裂紋性能同質(zhì)焊條不預(yù)熱焊：采用灰鑄鐵芯焊條（如Z248）

大電流、慢速、往復(fù)運(yùn)條連續(xù)焊，焊縫高出母材5mm以上，利用強(qiáng)大電弧熱延長焊縫及熔合區(qū)1200℃~800℃停留時(shí)間并減慢冷卻速度，形成一個(gè)小范圍局部熱焊采用：分段焊或加熱減應(yīng)區(qū)法→減小熱應(yīng)力2、氣焊電弧熱焊及半熱焊：壁厚>10mm鑄件上缺陷的焊補(bǔ)氣焊：薄壁件宜用

氧乙炔火焰溫度比電弧溫度低很多，而且熱量不集中，需要很長時(shí)間才能將焊補(bǔ)處加熱到熔化溫度，使得受熱面積較大，相當(dāng)于局部預(yù)熱焊接條件特點(diǎn)：1）冷卻速度慢，焊縫容易獲得灰鑄鐵組織，焊接HAZ

容易避免白口及淬硬組織2）被焊件受熱面積大，焊接熱應(yīng)力較大，有一定裂紋傾向適用于：拘束度小的薄壁件缺陷的焊補(bǔ)拘束度大時(shí)：整體預(yù)熱的氣焊熱焊法預(yù)熱溫度為600～700℃，焊后緩冷類別名稱型號(hào)焊條及藥芯焊絲熔敷金屬或焊絲主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）備注CSiMnSPFeNiCu鑄鐵同質(zhì)焊絲灰鑄鐵焊絲RZC-13.2~3.52.7~3.00.60~0.75≤0.100.50~0.75余——RZC-23.5~4.53.0~3.80.30~0.80≤0.50——RZCH3.2~3.52.0~2.50.50~0.700.20~0.401.2~1.6—Mo0.25~0.45%RZC-1：w（C+Si）%=6.0%適用于熱焊RZC-2：石墨化元素含量提高適用于不預(yù)熱氣焊與CJ201氣焊熔劑配合使用RZCH：含有一定數(shù)量合金元素，焊縫強(qiáng)度高適于高強(qiáng)度灰鑄鐵及合金鑄鐵等氣焊焊縫夾渣：成因：SiO2酸性氧化物，熔點(diǎn)高粘度較大流動(dòng)性不好去除：加入以堿性氧化物為主要組成的釬劑，互相結(jié)合成為低熔點(diǎn)熔渣，浮到熔池表面，便于清除2Na2CO3+SiO2=2（Na2O）·SiO2+2CO2↑加熱減應(yīng)區(qū)法：在焊件上選定一處或幾處適當(dāng)部位，作為所謂“減應(yīng)區(qū)”，焊前、焊后及焊接過程中，對(duì)其進(jìn)行加熱和保溫，以降低或轉(zhuǎn)移焊接接頭拘束應(yīng)力、防止裂紋的工藝方法目的：降低預(yù)熱溫度，并且有效防止裂紋適用于：拘束度較大部位裂紋的焊補(bǔ)關(guān)鍵：正確選擇“減應(yīng)區(qū)”，以及對(duì)其加熱、保溫和冷卻的控制選擇原則：使減應(yīng)區(qū)主變形方向與焊縫金屬冷卻收縮方向一致焊前：對(duì)減應(yīng)區(qū)加熱能使缺陷位置獲得最大張開位移焊后：使減應(yīng)區(qū)與焊補(bǔ)區(qū)域同步冷卻加熱溫度：不應(yīng)超過鑄鐵的相變溫度，600～700℃較好圖6-8加熱減應(yīng)區(qū)氣焊法修復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋裂紋A、B：減應(yīng)區(qū)C：焊補(bǔ)位焊前：A、B、C三處同步加熱T≈600℃：對(duì)C繼續(xù)加熱使之熔化并形成坡口以保證焊透A、B兩處T↗→650℃：開始對(duì)C處焊接焊后：三處同步冷卻結(jié)果：可獲得良好焊補(bǔ)質(zhì)量不會(huì)出現(xiàn)裂紋3、手工電渣焊電渣焊特點(diǎn)：加熱與冷卻緩慢，適合鑄鐵焊補(bǔ)要求鑄鐵手工電渣焊：造型法使焊縫強(qiáng)迫成型4、異質(zhì)焊縫（非鑄鐵型）電弧冷焊鑄鐵電弧冷焊是鑄鐵焊接的發(fā)展方向途徑：1）盡量降低焊縫含碳量獲得鋼焊縫2）異質(zhì)焊接材料改變碳的存在形式，防止出現(xiàn)淬硬組織，提高焊縫金屬的力學(xué)性能異質(zhì)焊縫：鎳基、鐵基和銅基三類多采用小規(guī)范電弧冷焊1）鐵基焊縫及焊接材料鋼基鑄鐵焊條：類別名稱型號(hào)焊條及藥芯焊絲熔敷金屬或焊絲主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）備注CSiMnSPFeNiCu其他鑄鐵焊條純鐵及碳鋼焊條EZFe-1≤0.04≤0.10≤0.6≤0.010≤0.015余——焊芯成分EZFe-2≤0.10≤0.03≤0.030≤0.030高釩焊條EZV≤0.25≤0.70≤1.50≤0.04≤0.04V8%~13%EZFe-1：純鐵焊芯氧化性藥皮鑄鐵焊條EZFe-2：低碳鋼焊芯鐵粉型鑄鐵焊條——焊接接頭的白口、淬硬組織和裂紋問題沒有解決EZV：低碳鋼焊芯、低氫型藥皮高釩鑄鐵焊條V：是急劇縮小γ相區(qū)、擴(kuò)大α相區(qū)的元素，又是強(qiáng)烈碳化物形成元素焊縫中wV/wC比值合適：碳化釩彌散分布，基體組織為鐵素體焊縫：很好力學(xué)性能和抗裂性

σb=558～588MPa，δ=28～36%，滿足要求焊縫底部：形成一條主要由碳化釩顆粒組成的高硬度帶狀組織，加上半熔化區(qū)白口較寬→焊接接頭加工性差用于：非加工面缺陷的焊補(bǔ)CO2氣體保護(hù)焊：焊絲：H08Mn2SiA細(xì)絲（Φ0.8～Φ1.0mm）氣體：CO2或CO2+O2氣體工藝：小電流（＜85A）、低電壓（18～20V）和較快焊接速度（10～12m/h）→減少母材熔化量，降低焊縫含碳量和焊接應(yīng)力不足：接頭加工性不好用于：非加工面缺陷的焊補(bǔ)2）鎳基焊縫及焊接材料Ni：奧氏體形成元素，與鐵完全互溶

wNi%>30%：得到硬度較低單相奧氏體組織較強(qiáng)石墨化元素，且與碳不形成碳化物鎳基焊縫：高溫下可溶解較多CT↘→部分過飽和碳以石墨形式析出石墨析出伴隨體積膨脹→降低焊接應(yīng)力，防止焊接熱影響區(qū)冷裂紋

Ni向半熔化區(qū)擴(kuò)散→縮小白口寬度、改善焊接接頭加工性類別名稱型號(hào)焊條及藥芯焊絲熔敷金屬或焊絲主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）備注CSiMnSPFeNiCu鎳基鑄鐵焊條純鎳鑄鐵焊條EZNi-1≤2.0≤2.5≤1.0≤0.03—≤8.0≥90—EZNi-2≤4.0≤2.5≥85≤2.5Al≤1.0%EZNi-3Al1.0%~3.0%鎳鐵鑄鐵焊條EZNiFe-1余45~60Al≤1.0%EZNiFe-2Al1.0%~3.0%EZNiFeMn≤1.010~1435~45Al≤1.0%鎳銅鑄鐵焊條EZNiCu-10.35~0.55≤0.75≤2.3≤0.0253.0~6.060~7025~35EZNiCu-250~6035~45鎳鐵銅鑄鐵焊條EZNiFeCu≤2.0≤2.0≤1.5≤0.03余45~604~10

降低焊接應(yīng)力，防止焊接熱影響區(qū)冷裂紋。鎳基焊縫中的鎳可以向半熔化區(qū)擴(kuò)散，對(duì)縮小白口寬度、改善焊接接頭加工性非常有效。因此，盡管鎳基鑄鐵焊接材料價(jià)格貴，但在實(shí)際工作中仍然應(yīng)用廣泛。純鎳鑄鐵焊條

如EZNi-1（Z308），優(yōu)點(diǎn)是在電弧冷焊條件下焊接接頭加工性優(yōu)異。焊接工藝合適時(shí)半熔化區(qū)白口寬度僅為0.05mm左右，且呈斷續(xù)分布，是所有鑄鐵異質(zhì)焊接材料中最窄的，使得熱影響區(qū)硬度較低，加工性好。焊縫為奧氏體加點(diǎn)狀石墨，硬度低，塑性較好，抗熱裂紋性能較好。

鎳鐵鑄鐵焊條

如EZNiFe-1（Z408），熔敷金

屬鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)40%～55%，價(jià)格較低。由于鐵的固溶強(qiáng)化作用，其熔敷金屬力學(xué)性能較高，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到390～540MPa，伸長率一般大于10%，主要用于高強(qiáng)度灰鑄鐵和球墨鑄鐵的焊接。這種焊條的焊縫金屬抗熱裂紋性能優(yōu)于其他鎳基鑄鐵焊條，而且第一層焊縫金屬被母材稀釋后鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%～40%。由圖6-10所示的鎳鐵合金線膨脹系數(shù)隨成分的變化規(guī)律可見，此時(shí)焊縫金屬的膨脹系數(shù)較低，且與鑄鐵母材接近，有利于降低焊接應(yīng)力。由于焊縫金屬含鎳量較低，半熔化區(qū)白口層比純鎳焊條稍寬，小電流焊接時(shí)半熔化區(qū)白口寬度為0.10～0.15mm，熱影響區(qū)最高硬度小于300HBS，使焊接接頭的加工性比EZNi型焊條稍差。由于焊縫強(qiáng)度較高，用這種焊條焊接剛度較大部位的缺陷或焊補(bǔ)量較大時(shí)，有時(shí)在焊接接頭的熔合區(qū)出現(xiàn)剝離性裂紋。另外，鎳鐵合金焊芯電阻率高，像不銹

鋼焊條一樣，焊接時(shí)有紅尾現(xiàn)象，如果繼續(xù)焊接則因焊條熔化速度加快而影響焊接質(zhì)量，為了解決這一問題，發(fā)展了鎳鐵銅鑄鐵焊條EZNiFeCu（Z408A）。

圖6-10鎳鐵合金的線膨脹系數(shù)3)鎳銅鑄鐵焊條

EZNiCu-1（Z508）采用Monel合金焊芯，故又稱之為蒙乃爾焊條。由于含鎳量處于純鎳鑄鐵焊條和鎳鐵鑄鐵焊條之間，使焊接接頭的半熔化區(qū)白口寬度和接頭的加工性能也介于二者之間。但鎳銅合金的收縮率較大（約為2%），容易引起較大的焊接應(yīng)力，產(chǎn)生焊接裂紋。該焊條的灰鑄鐵焊接接頭抗拉強(qiáng)度較低，為78～167MPa，僅適用于強(qiáng)度要求不高的加工面缺陷的焊補(bǔ)。鎳基焊縫的共同特點(diǎn)是含碳量較高，組織為奧氏體＋石墨。適當(dāng)?shù)暮剂坎粌H可以提高焊縫金屬的抗熱裂紋性能，還作為脫氧劑能防止焊縫氣孔，此外，可以防止半熔化區(qū)的碳向焊縫擴(kuò)散，有利于減小白口寬度。碳以石墨形式析出時(shí)可以緩解焊接應(yīng)力，降低焊縫金屬的熱裂紋傾向。因此，這類焊條均采用石墨型藥皮，主要用于不同厚度鑄鐵件加工面上中、小缺陷的焊補(bǔ)。三種鎳基鑄鐵焊條的鑄鐵焊接接頭力學(xué)性能比較見表6-5。

表6-5三種鎳基鑄鐵焊條的鑄鐵焊接接頭力學(xué)性能比較

工業(yè)發(fā)達(dá)國家開發(fā)的鎳基細(xì)絲鑄鐵焊接材料（Φ0.8～Φ1.2mm），焊接時(shí)電流密度大，熔化速度快，可以提高焊接速度，降低焊接熱輸入，使鑄鐵焊接熱影響區(qū)變窄，白口及淬硬組織明顯減少，焊接效果比鎳基焊條更好。(3)銅基焊縫及焊接材料除了表6-4中給出的鋼基和鎳基鑄鐵焊條外，有些情況下還可以用銅基焊接材料焊補(bǔ)鑄鐵缺陷。銅與碳不形成碳化物，也不溶解碳，而且銅的強(qiáng)度低、塑性很好，銅基焊縫金屬的固相線溫度低，這些特性對(duì)防止焊接接頭冷裂紋及熔合區(qū)剝離性裂紋很有利。但純銅焊縫金屬抗拉強(qiáng)度低，粗大柱狀的單相α組織對(duì)熱裂紋比較敏感?？梢约尤肷倭胯F解決上述兩個(gè)問題。除了專用銅基鑄鐵焊條以外，還可將銅合金焊條直接用于焊接鑄鐵。如銅合金焊條ECuSn-B（T227），含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0%～9.0%的錫和少量磷，焊后得到以錫磷青銅為基體加富鐵相的焊縫，接頭白口較窄，可以機(jī)械加工。但銅基焊縫

的顏色與鑄鐵母材相差較大，對(duì)焊補(bǔ)區(qū)有顏色要求時(shí)不宜采用。

(4)異質(zhì)焊縫電弧冷焊工藝要獲得滿足技術(shù)要求的鑄鐵焊接接頭，在正確選擇焊接材料的基礎(chǔ)上，還要制定合適的焊接工藝。焊接工藝內(nèi)容包括：焊前準(zhǔn)備、焊接規(guī)范的選擇、焊接方向及焊道順序，以及采取的特殊措施。異質(zhì)焊縫電弧冷焊工藝要點(diǎn)可以歸納為四句話：“短段斷續(xù)分散焊，較小電流熔深淺，每段錘擊消應(yīng)力，退火焊道前段軟”。

焊前準(zhǔn)備是指用機(jī)械等方法將缺陷表面清理干凈，制備適當(dāng)大小的坡口等工作。焊補(bǔ)處的油污等臟物可用堿水、汽油刷洗，或用氣焊火焰清除。對(duì)于裂紋缺陷，可以用肉眼或放大鏡觀察，必要時(shí)采用滲煤油、著色等無損探傷方法檢測(cè)其兩端的終點(diǎn)，在前方3～5mm處鉆止裂孔（Φ5～Φ8mm），防止在預(yù)熱及焊接過程中裂紋向前

擴(kuò)展?？梢杂脵C(jī)械方法開坡口，也可以直接用電弧或氧乙炔焰開坡口，應(yīng)在保證焊接質(zhì)量的前提下盡量減小坡口角度，減少母材的熔化量。使用異質(zhì)焊接材料進(jìn)行鑄鐵電弧冷焊時(shí)，在保證焊縫金屬成形及與母材熔合良好的前提下，盡量用小規(guī)格焊條和小規(guī)范施焊，并采用短弧焊、短段焊、斷續(xù)焊、分散焊及焊后立即錘擊焊縫等工藝措施，適當(dāng)提高焊接速度，不作橫向擺動(dòng)，并注意選擇合理的焊接方向及順序。目的是降低焊接應(yīng)力，減小半熔化區(qū)和熱影響區(qū)寬度，改善接頭的加工性及防止裂紋產(chǎn)生。

為了降低鑄鐵母材對(duì)焊縫成分及性能的影響，焊接電流可按照經(jīng)驗(yàn)公式選擇，即：

I=（29～34）d

式中d――焊條直徑（mm）。采用較低的電弧電壓（短弧焊）和較快的焊接速度進(jìn)行焊接。薄壁鑄件散熱慢，每次焊接的焊縫長度為10～20mm，厚壁件可增加到30～40mm。為了避免焊補(bǔ)處溫升過高、應(yīng)力增大，可采用斷續(xù)焊。待焊接區(qū)域冷卻至不燙手時(shí)（50～60℃）再焊接下一段。每焊完一段，趁焊縫金屬高溫下塑性良好時(shí)，立即用較鈍的尖頭小錘快速錘擊焊縫，使之產(chǎn)生明顯塑性變形，以松弛焊接應(yīng)力。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜或厚大灰鑄鐵件上的缺陷焊補(bǔ)，焊接方向和順序的合理安排非常重要，應(yīng)本著從拘束度大的部位向拘束度小的部位焊接的原則。如圖6-11所示，灰鑄鐵缸體側(cè)壁有3處裂紋缺陷，

焊前在1和2裂紋端部鉆止裂孔，適當(dāng)開坡口。焊接裂紋1時(shí)，應(yīng)從閉合的止裂孔一端向開口端方向分段焊接。裂紋2處于拘束度較大部位，由于裂紋兩端的拘束度比中心大，可采用從裂紋兩端交替向中心分段焊接工藝，有助于減小焊接應(yīng)力。還要注意，止裂孔最后焊接。

圖6-11灰鑄鐵缸體側(cè)壁裂紋的焊補(bǔ)

當(dāng)鑄鐵件的缺陷尺寸較大、情況復(fù)雜、焊補(bǔ)難度大時(shí)，可以采用鑲塊焊補(bǔ)法、栽絲焊補(bǔ)法及墊板焊補(bǔ)法等特殊焊補(bǔ)技術(shù)。圖6-11中的缺陷3由多個(gè)交叉裂紋組成，如逐個(gè)焊補(bǔ)，則難以避免出現(xiàn)焊接裂紋?？梢詫⒃撊毕菡w加工掉，按尺寸準(zhǔn)備一塊厚度較薄的低碳鋼板。焊前將低碳鋼板沖壓成凹形，如圖6-12a所示，或者用平板在其中間切割一條窄縫，如圖6-12b所示，目的是降低拘束度。焊補(bǔ)時(shí)低碳鋼板容易變形，利于緩解焊接應(yīng)力，防止焊接裂紋，此即鑲塊焊補(bǔ)法。按圖6-12b給出的順序分段焊接，最后用結(jié)構(gòu)鋼焊條將中間的切縫焊好，保證缸體壁的水密性。

厚壁鑄鐵件大尺寸缺陷焊補(bǔ)時(shí)，需要開坡口進(jìn)行多層焊，這樣將導(dǎo)致焊接應(yīng)力積累。由于焊補(bǔ)量大，為了降低成本采用鋼基焊縫時(shí)，焊縫金屬強(qiáng)度高，收縮率大，容易產(chǎn)生剝離性裂紋，使焊補(bǔ)失敗。即使焊接后不開裂，使用過程中也可能因承載能力不足而失效。此時(shí)可采用栽絲焊補(bǔ)法，通過碳素鋼螺栓將焊縫金屬與鑄鐵母材連接起來，既防止焊接裂紋，又提高了焊補(bǔ)區(qū)域的承載能力。如圖6-13所示，焊前在坡口內(nèi)鉆孔，攻螺紋，螺栓直徑根據(jù)壁厚在8～16mm之間選擇，擰入深度約等于直徑尺寸，螺栓高出坡口表面4～6mm兩排均勻分布。一般而言，螺栓的總截面積可取為坡口表面積的25%～35%。施焊時(shí)，

先圍繞每個(gè)螺栓按冷焊工藝要求焊接，最后將坡口焊滿。這種方法的不足之處是工作量很大，對(duì)焊工要求高，焊補(bǔ)工期長。坡口尺寸更大時(shí)，甚至可以在坡口內(nèi)放入低碳鋼板，用焊縫強(qiáng)度高、抗裂性好的鑄鐵焊條（如EZNiFe、EZV焊條）將鑄鐵母材和低碳鋼板焊接起來，稱之為墊板焊補(bǔ)法。這種方法可以大大減少焊縫金屬量，有利于降低焊接應(yīng)力，防止裂紋，還節(jié)省了大量焊接材料，縮短焊補(bǔ)工期。

圖6-12鑲塊焊補(bǔ)法

a)凹形低碳鋼板鑲塊b)平板低碳鋼板鑲塊圖6-13栽絲焊補(bǔ)法5.灰鑄鐵的釬焊與噴焊從上述灰鑄鐵的焊接性討論來看，由于熔焊加熱和冷卻速度比鑄造條件下快，使焊接接頭存在白口及淬硬組織、焊接裂紋兩大問題。采用釬焊方法焊補(bǔ)鑄鐵缺陷，因?yàn)榧訜釡囟鹊?，將完全避免上述焊接性問題?；诣T鐵釬焊對(duì)準(zhǔn)備工作的要求較高，需將缺陷表面的氧化物、油污完全清理干凈，露出金屬光澤。使用銅基釬料，氧乙炔火焰作熱源，對(duì)加工面鑄造缺陷進(jìn)行焊補(bǔ)?；诣T鐵釬焊可以使用工業(yè)常用的銅鋅釬料BCu62ZnNiMnSi-R（HL104），其化學(xué)成分見表6-6。少量硅在弱氧化焰作用下很快生成SiO2，與釬劑（硼酸和硼砂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為1:1的混合物）成分一起形成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，覆蓋在液態(tài)釬料表面，阻礙鋅的蒸發(fā)，減小對(duì)人體的危害。

這種釬料價(jià)格較便宜，釬焊接頭抗拉強(qiáng)度一般為120～150MPa，稍低于常用灰鑄鐵強(qiáng)度值。但是，金黃色釬縫硬度太低，與灰鑄鐵顏色差別大，而且釬料的固相線溫度為850℃，液相線溫度為875℃，釬焊時(shí)需要把灰鑄鐵加熱到900℃左右，超過了灰鑄鐵的共析上限溫度，快冷條件下熱影響區(qū)會(huì)出現(xiàn)一些馬氏體或貝氏體，影響接頭的加工性。由于低溫下銅、鋅與鐵的固溶度很小，影響銅鋅液態(tài)釬料在灰鑄鐵表面的潤濕性和擴(kuò)散能力，因此用上述銅鋅釬料釬焊灰鑄鐵時(shí)，接頭強(qiáng)度偏低。為了改善銅鋅釬料釬焊灰鑄鐵的接頭性能，大幅度增加錳和鎳的含量，發(fā)展了一種

Cu-Zn-Mn-Ni釬料，其成分特點(diǎn)見表6-6。在銅鋅釬料中加入較多的錳和鎳，利用這兩種元素在銅和鐵中固溶度均較大的性質(zhì)，可以提高液態(tài)釬料在灰鑄鐵表面的潤濕性，促進(jìn)釬料成分向灰鑄鐵中擴(kuò)散，從而提高接頭強(qiáng)度。另外，可以降低釬焊溫度，有助于防止熱影響區(qū)高硬度組織，還使得釬縫變?yōu)榛野咨?，接近灰鑄鐵的顏色。Cu-Zn-Mn-Ni灰鑄鐵釬料，應(yīng)配合使用以下成分的釬劑：wH3BO3=40%，wLi2CO3=16%，wNa2CO3=24%，wNaF=7.4%，wNaCl=12.6%。

氧乙炔火焰釬焊時(shí)，先用弱氧化焰預(yù)熱鑄鐵件，有助于去除焊補(bǔ)表面的石墨。添加釬劑時(shí)溫度控制在600℃以下，釬劑全部熔化后，鑄件溫度升高到650～700℃時(shí)，改用中性焰，直至完成釬焊。使用Cu-Zn-Mn-Ni釬料釬焊灰鑄鐵HT200時(shí)，接頭最高硬度小于230HBS，抗拉強(qiáng)度σb≥196MPa，拉伸試件均斷在灰鑄鐵上。而且釬焊接頭機(jī)械加工性優(yōu)異，釬縫顏色基本接近灰鑄鐵。還可以采用氧乙炔火焰粉末噴焊修復(fù)鑄鐵件在機(jī)械加工中出現(xiàn)的小缺陷。使用帶粉斗的特制噴焊槍，常用型號(hào)為SPH-2/h，根據(jù)不同硬度要求選用表6-7列出的兩種粉末。F103為鎳基噴焊粉，噴焊層硬度為20～30HRC，加工性良好，顏色接近母材。F302為鐵基噴焊粉，可用于已淬火機(jī)床床身導(dǎo)軌面缺陷的修復(fù)，噴焊層與導(dǎo)軌面硬度

相當(dāng)，精磨后顏色與母材相近。噴焊前把母材表面的氧化物、鐵銹及油污清除干凈，邊緣尖角處應(yīng)倒角。噴焊時(shí)先用火焰把待噴處預(yù)熱到300℃左右，預(yù)噴粉厚度達(dá)0.2mm左右，保護(hù)母材表面防止高溫氧化，噴焊填滿缺陷后繼續(xù)對(duì)噴焊區(qū)域加熱幾分鐘完成修復(fù)工作。

6.3.2球墨鑄鐵的焊接工藝特點(diǎn)球墨鑄鐵焊接主要是鐵素體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵的焊接，奧-貝球墨鑄鐵應(yīng)用的增多也要求解決相應(yīng)的焊接材料和焊接工藝，奧-貝球墨鑄鐵焊接將在后面作簡單介紹。球墨鑄鐵由于含有球化劑，加劇了焊縫和半熔化區(qū)液相金屬的過冷傾向，促進(jìn)形成白口鑄鐵。球化劑元素還增加奧氏體的穩(wěn)定性，促進(jìn)奧氏體區(qū)形成馬氏體組織。因此，球墨鑄鐵的焊接性比

灰鑄鐵差。鐵素體球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度為400～500MPa，伸長率高達(dá)10%～18%；珠光體球墨鑄鐵抗拉強(qiáng)度提高到600～800MPa，伸長率下降到2%～3%；鐵素體＋珠光體混合組織的球墨鑄鐵，力學(xué)性能處于二者之間，球墨鑄鐵良好的力學(xué)性能對(duì)焊接提出了較高要求。近年來國內(nèi)外推廣應(yīng)用鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵，也向焊接領(lǐng)域提出了在焊態(tài)下獲得純鐵素體基體球墨鑄鐵焊縫的要求。此外，球墨鑄鐵力學(xué)性能接近于鋼，焊接方法不僅用于球墨鑄鐵件鑄造缺陷的修復(fù)，還用于球墨鑄鐵之間，球墨鑄鐵與其他金屬之間的焊接結(jié)構(gòu)制造。1．氣焊

由于氣焊具有火焰溫度低、焊接區(qū)加熱及冷卻緩慢的特點(diǎn)，對(duì)降低焊接接頭的白口及淬硬組織形成傾向有利。另外，可以減少球化劑的蒸發(fā)，有利于保證焊縫獲得球墨鑄鐵組織。表6-4給出的氣焊用球墨鑄鐵焊絲分為RZCQ-1和RZCQ-2兩種，均含有少量球化劑。球化劑分為輕稀土鎂合金和釔基重稀土合金兩種。用不同球化劑的球墨鑄鐵焊絲進(jìn)行小缺陷氣焊焊補(bǔ)時(shí)，由于熔池存在時(shí)間短，焊縫均球化良好。但焊接較大缺陷時(shí)，熔池存在時(shí)間較長，由于釔的沸點(diǎn)高，抗球化衰退能力強(qiáng)，更利于保證焊縫石墨球化，實(shí)際應(yīng)用較多。這種焊絲球墨鑄鐵廠可以自行澆鑄，推薦成分為：wC=3.14%，wSi=3.96%，wMn=0.47%，wP=0.114%，wS=0.009%，wY=0.170%。

氣焊球墨鑄鐵焊態(tài)下組織為珠光體+鐵素體+球狀石墨，工藝合適時(shí)半熔化區(qū)無白口。由于焊接熔池體積小，冷卻速度快，與球墨鑄鐵母材相比，焊縫中的球狀石墨尺寸較小，但數(shù)量較多，這也與球化劑中含有的硅、鈣等元素的孕育作用有關(guān)。增加了石墨形核的異質(zhì)核心，使球狀石墨數(shù)量增加。焊后經(jīng)正火熱處理，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度為622MPa，伸長率為2.7%，可以滿足珠光體球墨鑄鐵的力學(xué)性能要求。焊后經(jīng)退火熱處理，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度為467MPa，伸長率為10%，可以滿足鐵素體球墨鑄鐵的力學(xué)性能要求。

按照傳統(tǒng)球墨鑄鐵鑄造生產(chǎn)工藝，鐵素體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵都是通過對(duì)鑄態(tài)球墨鑄鐵件進(jìn)行相應(yīng)的熱處理獲得的。這種條件下，焊補(bǔ)工藝一般安排在鑄造清砂之后，工藝要點(diǎn)是防止焊接接頭裂紋，焊后熱處理與鑄件的整體熱處理同時(shí)進(jìn)行。鑄造及焊補(bǔ)工藝流程為：鑄造→清砂→焊補(bǔ)→熱處理→機(jī)械加工→檢查出廠。隨著鑄造技術(shù)的進(jìn)步，可以在鑄態(tài)下直接獲得鐵素體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵，這就要求焊態(tài)下也得要到鐵素體或珠光體球墨鑄鐵焊縫。在氣焊條件下，通過選用合適的焊絲，工藝方面注意控制焊縫金屬的冷卻速度，可以避免焊縫白口，獲得接近珠光體球墨鑄鐵的焊縫組織并防止裂紋。對(duì)于鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵件，大量研究表明，可以通過加強(qiáng)對(duì)焊縫金屬孕育處理，形成更多的異質(zhì)石墨核心，并加強(qiáng)

石墨化，得到焊態(tài)鐵素體焊縫金屬。例如，焊縫化學(xué)成分為wC=3.34%、wMn=0.4%、wRE=0.073%、wS=0.015%、wP=0.026%，當(dāng)wSi≥3.40%時(shí)，能可靠地消除焊縫中的共晶滲碳體。繼續(xù)少量增加焊縫金屬含硅量，鐵素體增多，珠光體減少，且石墨球數(shù)量增加。加入少量鋁，由于Al2O3可以作為球狀石墨的異質(zhì)核心，使基體組織中鐵素體又有增加，焊縫鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.27%較好。再往球墨鑄鐵焊縫金屬中加入微量鉍（wBi=0.009%～0.012%），由于Bi與Ce能形成高熔點(diǎn)的金屬間化合物Ce4Bi3、CeBi、Ce3Bi，熔點(diǎn)分別為1630℃、1520℃、1400℃，它們都可以作為球狀石墨的異質(zhì)核心，利用鉍的球化和孕育作用，使石墨球數(shù)明顯增加，基體組織含碳量減少，僅出現(xiàn)少量珠光體，可以認(rèn)為焊態(tài)焊縫已經(jīng)成為鐵素體球墨鑄鐵。觀察焊接接頭的半熔化區(qū)和奧氏體區(qū)，未出現(xiàn)白口和馬氏體。

在上述基礎(chǔ)上，可以用少量銅、錳、鎳、錫等元素，對(duì)球墨鑄鐵焊縫合金化，在焊態(tài)下可以獲得珠光體球墨鑄鐵焊縫。而使用RZCQ型球墨鑄鐵焊絲，焊縫基體為鐵素體＋珠光體混合組織。2.同質(zhì)焊縫（球墨鑄鐵型）電弧焊由于母材和焊接材料中都存在一定量的球化劑，嚴(yán)重阻礙石墨化，焊條電弧焊時(shí)焊縫和半熔化區(qū)容易出現(xiàn)白口鑄鐵。這不僅影響焊接接頭機(jī)械加工性能，而且促進(jìn)焊接接頭出現(xiàn)裂紋。因此，要求完全避免白口需要高溫預(yù)熱（如700