浅谈焊条电弧焊焊补铸铁的几种方法

浅谈焊条电弧焊焊补铸铁的几种方法

王天明

中车齐齐哈尔车辆有限公司动力车间黑龙江齐齐哈尔161002

摘要：铸铁含碳量高，组织不均匀，石墨呈片状结晶，故而抗拉强度低、脆性大，可塑性及焊接性较差。本文具体论述了焊条电弧焊焊补铸铁的几种方法。

关键词：铸铁；焊接；白口；裂纹

铸铁是一种生产成本低廉且具有许多优良性能的铸造金属材料，具有优良的耐磨性、减震性、铸造性和可切削性，而且熔化设备和生产工艺较简单，涉及到机械、矿工、冶金、农机、轻工等部门，在工业生产中得到了广泛的应用。

1铸铁简介

铸铁主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，含碳量超过在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。它是生铁的一类，供铸造器物用，分为灰口铸铁（碳以石墨形式存在）和白口铸铁（碳以碳化物形式存在）。另外，铸铁是含碳量在2%以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2.5%～3.5%。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。铸铁是将铸造生铁在炉中重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。

2铸铁焊补时常出现的缺陷

2.1白口组织。铸铁件焊接过程中的冷却速度比铸造时快，因此在焊接时焊缝及半熔化区（熔合线附近区域），将会产生大量的渗碳体，基本上属于白口铸铁组织，严重时可使整个补焊焊缝完全脱落。若用低碳钢焊条补焊铸铁，焊缝呈高碳钢成分，在冷却时将产生高硬度马氏体，防止产生白口可采取以下措施：1）使用石墨化型焊条，即采用在涂料中加入大量石墨化元素（如碳、硅等）的铸铁焊条，或采用镍基和铜基铸铁焊条；2）采取焊前预热、焊时保温和焊后缓冷，以降低焊缝区的冷却速度，延长熔合区处于红热状态的时间，使石墨化充分，减小热应力。

2.2易产生裂纹。铸铁焊接时很容易产生裂纹，铸铁中存在的石墨本身，就像无数条小裂纹，在焊接应力作用下，容易在铸件热影响区产生“热应力裂纹”，这种裂纹多为横向，产生时伴有响声。另外，当使用结构钢焊条（如结422、结506等），镍基焊条，氧化铁型焊条、铜基焊条焊接铸铁时，还会在焊缝中产生“热裂纹”。这种裂纹产生的部位总在焊缝金属上，其断口发蓝和发黑。防止产生裂纹可采取以下措施：1）采用焊前预热和焊后缓冷，不但可减少白口倾向，而且还能减小焊接应力，防止裂纹产生；2）选择塑性好的焊接材料，以调整焊缝成分，改善焊缝的组织，使焊接应力得到松弛；3）采用减小焊接应力的其他补助措施，如分段断续焊、分散跳焊，焊接过程（或在高温情况下）锤击焊缝等。

3焊条电弧焊补焊铸铁的方法

3.1冷焊法。冷焊法是焊补前工件不预热或只进行400℃以下的低温预热方法，它采用非铸型组织的焊条电弧冷焊，也称异质焊缝电弧冷焊。其基本特点是获得的焊缝都不是铸铁成分，所以产生白口问题不严重，使焊缝成为塑性好的组织。目前，异质焊缝铸铁冷焊的焊条种类有高钒铸铁焊条、纯镍芯铸铁焊条、镍铁铸铁焊条、铜铁铸铁焊条等。其中，镍基焊条（铸308）焊后可进行机械加工，其他焊条焊后的加工性较差。焊前，通常不预热（也可低温预热），焊接过程中，也不需辅助加热。焊接时采用短焊道、断续焊或分段跳焊，且用小电流、快焊速及焊后锤击焊缝消除应力。此外，多层焊时，应控制层间温度不能过高，底层焊缝要尽量减小熔合比。当操作手法适当，铸件尺寸和补焊位置合适时，采用低碳钢焊条，也可获得满意的补焊效果。

3.2半热焊法。为了降低预热温度，改善劳动条件，人们在实践中发现，适当提高焊缝的石墨化能力，采用300～400℃的整体或局部预热，用于刚度较小铸件的焊接，也能收到较好的效果。在铸件补焊处应力较小时，往往采用这种半热焊工艺。一般情况下可采用“Z208”或“Z248”铸铁焊条。半热焊工艺过程基本与热焊时相同，即大电流、长弧、连续焊，焊后保温缓冷，不能用锤击焊缝。电弧半热焊只能用于补焊区刚度较小，或铸件形状较简单的情况。此外，如果焊后要进行加工，可进行200℃保温12h的退火处理。

3.3不预热焊法

1）焊前准备。①采用Z248焊条补焊，将焊条缓慢加热到200℃，保温1h，放入保温筒内随用随取。②浅的缺陷开成深度大于7mm，面积大于8cm2的坡口。开坡口可采用扁铲、角向砂轮、碳弧气刨等方法，坡口角度以45°为宜，且铲挖出的坡口应尽量圆滑。为防止铁水流失，在坡口周围边缘处用石墨+4％桃胶，以清水调和成石墨条围筑。③彻底清理被焊区的锈、水、油等物质（可采用气焊火焰烘烤的方法）。

2）焊接要点。①采用直流正接的方法。焊接时采用长弧、连续施焊，对大面积缺陷应分区补焊，各区域慢速往返运条，逐区、逐片堆高，电弧不易快速全面铺展。各区之间连续焊接，更换焊条动作要快，当熔融铁水高出坡口表面后，电弧应沿熔池边缘靠近石墨条位置移动，以便加热熔合区，使它在红热状态时间延长，减缓冷却速度。②对于小缺陷，当焊缝高度超出母材表面约5～8mm时，稍停片刻，趁铁水呈塑性状时将高出部分刮去，并又立即堆高出母材3～5mm，或直接用焊炬烘烤焊缝，之后用石棉被覆盖使其缓冷，或马上覆盖石棉粉等保温材料，造成补焊区的缓冷条件，以防止开裂及白口组织产生。③根据缺陷位置及尺寸，选择Φ4.0mm的焊条对应180～240A、Φ5.0mm的焊条对应240～300A的电流。④补焊裂纹缺陷时，应在裂纹的两端钻止裂孔，避免在焊接应力的作用下裂纹扩展，补焊裂纹时应从焊缝的中间向两端进行。

3.4热焊法。采用铸铁芯焊条。焊前预热温度为600～700℃。焊接时，一般选平焊位置，并要始终保持焊件温度在焊接过程中不低于400℃。连续焊接，更换焊条时动作要快，使焊缝缓冷。焊后还需进行650℃左右的消除应力退火处理，并在炉中缓慢冷却。由于焊件冷却慢，温度分布均匀，有利于消除白口组织，减少应力，防止裂纹产生。这种方法焊后可进行机械加工，硬度、强度及颜色与母材一致，但当缺陷四周刚度较大时也容易开裂。

4结语

由于铸铁具有较好耐磨性、减振性和铸造性，是机械制造业中用的最多的金属材料。铸铁零件在铸造使用过程中，不可避免地出现铸造缺陷及局部损坏，重新加工费时费力，常采用焊补后再加工的方法来修复。

参考文献：

[1]王国凡.HT20铸件退火-焊接工艺的研究[J].热加工工艺，2015.

[2]中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册[M].机械工业出版社，2014.

[3]周振丰.焊接冶金学[M].机械工业出版社，2014.