灰口铸铁焊接方法

【摘 要】铸铁是指含碳量大于2.11%小于6.69%的铁碳合金,其中还含有硅、锰、硫、磷杂质.按照碳在铸铁中存在的形式的不同,可将铸铁分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁.灰铸铁中石墨以片状形存在,具有良好的耐磨性、消震性和切削加工性,并具有较高的抗压强度,故在工业上应用极广.但是,灰铸铁的焊接性不良,特别是电弧焊时,如果焊条选用不当,或者没有采取一些特殊的工艺措施,则在焊接过程中会产生一系列的缺陷.本文针对灰口铸铁焊接性较差、现场焊接时易出现缺陷的难题,结合工程应用对其性能、焊接工艺及焊接中需要注意的问题进行了探讨,并提供了相应的焊接施工方法.

【关 键 词】灰口铸铁；焊接性；焊接工艺

1.铸铁的焊接性

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.由于碳、硫含量高,组织疏松,偏析严重,导热性能差,对冷却速度很敏感,且铸铁液固相温度比较接近,焊接过程中焊缝产生的变形力大,易形成气孔.零件焊缝处由于局部加热,焊接热循环不均匀,不利于石墨析出,极易在焊缝区形成白口铁.其焊接产生的应力扩散不均,如焊接应力超过铸铁强度,就会在焊补区出现新的裂纹或焊道剥离现象.所以,在焊补时应防止：焊缝区内的白口化及夹杂气孔,焊缝及零件上产生新的裂纹,焊接过程中产生难熔的氧化物及发生零件自身变形等问题.

2.常用焊接方法

为改善铸铁零件的焊补质量,可采取热焊法和冷焊法.热焊法指焊前将工件整体或局部预热到600-700℃,补焊过程中不低于400℃,焊后缓慢冷却至室温.采用热焊法可有效减小焊接接头的温差,从而减小应力,同时还可以改善铸件的塑性,防止出现白口组织和裂纹.常用热焊法是气焊和焊条电弧焊.冷焊法指焊前不对工件进行预热,或预热温度不超过300℃.常用手工电弧焊进行冷焊.

2.1气焊热焊法

2.1.1焊接工艺

气焊热焊方法适于补焊小型薄壁灰铸铁零件.焊接时,为了保证气焊的焊缝处不产生白口组织并有良好的切削加工性,铸铁焊丝的成分应具有高的含碳量和含硅量,并配合适当焊剂.常用铸铁气焊焊丝,如HS401或HS402,配用焊剂CJ201.

焊接工艺流程图如下：

2．1．2焊接技术

（1）焊前准备:

用氧-炔火焰中性焰,加热到100～150℃,清除缺陷周围的油污.用碳弧气刨开坡口,一般坡口深度为焊件壁厚的2/3,角度为70℃～12℃.然后用碳弧气刨去除氧化皮,露出基体的金属光泽.所开坡口顶部宽度超过30mm,且裂纹℃较长时,应预栽M8螺丝,每间隔30mm栽一根,对称预栽.然后将焊件放放炉中缓慢加热至600～700℃（不可超过700℃）.

（2）施焊:

采用中性焰或弱碳化焰,选用左向焊法.起焊时,由于刚开始加热,焊炬倾斜角应大些,一般为50～70℃.同时在起焊处应使火焰往复运动,保证焊接区加热均匀.焊接时,要在基本金属熔透后再加入焊丝金属,以防止熔合不良；加入焊丝时,经常用焊丝轻轻搅动熔池,促使气体、夹渣浮出；发现熔池中出现白亮点时,停止填入焊丝金属,加入适量焊剂.焊完时,应使焊缝稍高于焊件表面,并用焊丝刮去杂质较多的表层面.

（3）焊后冷却:

工件应随炉缓慢冷却至室温（一般需48h以上）,也可用石棉布（板）或炭灰覆盖,使焊缝形成均匀的组织,可防止产生裂纹.

2．1．3气焊特点

气焊火焰温度比电弧温度低得多,焊件的加热和冷却比较缓慢,这对防止灰铸铁在焊接时产生白口组织和裂纹都很有利,而且气焊质量较好,易于切削加工.

2.2手工电弧焊热焊法

2.2.1焊接工艺

手工电弧热焊主要用于补焊厚度较大（大于10mm）的铸铁零件.焊条电弧焊选用铸铁芯铸铁焊条Z248或钢芯铸铁焊条Z208.

2．2．2焊接技术

（1）对缺陷所在的部位进行清理,将油、锈、杂质等清除干净；检查裂纹的长度,查清走向、分支和端点所在的位置；为防止裂纹扩展,应在裂纹端部处钻止裂孔3～5mm,深度应比裂纹所在的平面深2～4mm.将工件放入加热炉中预热600～700℃.

（2）为使焊接缝能自由收缩,采用分散、间断、交替施焊的方法.先焊中间,后焊两边.以最快的速度间断、交错进行封底焊接,焊接电流约100A.焊条与工件夹角在35°～45°之间,电弧始终对准前面的熔敷金属,不得使其指向母材,以防止母材过多地熔入焊缝.同时焊条不要做大的摆动,以直线窄焊道为宜.每次焊道长度不得超过50mm,熄弧时应填满弧坑.

（3）焊后冷却：

工件焊后应随炉缓慢冷却至室温,也可用石棉布（板）或炭灰覆盖.

2．2．3焊接特点

手工电弧焊热焊可有效地防止白口、淬硬组织及裂纹的产生,接头切削加工性好.但需加热设备,成本高、生产效率低、劳动条件差.主要用户小型、中等厚度（大于10mm）的铸铁件和焊接后需要加工的复杂、重要的铸铁件,如汽车的汽缸体、缸盖等.

2.3手工电弧焊冷焊法

2.3.1焊接工艺

根据铸铁工件的要求,可选用不同的铸铁焊条,例如补焊一般灰铸铁零件非加工面,可选用Z100焊条.补焊高强度灰铸铁及球墨铸铁零件,可选用Z116或Z117焊条.冷焊法可以使用普通的电弧焊设备.

2.3.2焊接技术

（1）焊前准备:

首先清除焊修表面的油污及杂质,使其露出基体的金属光泽.如果存在裂纹,应在裂纹两端各钻一个止裂孔,以免施焊时裂纹延伸.沿裂纹开出坡口,其型式和大小由焊接部位的厚度和工艺要求而定.如果是大型铸件,还可以在焊缝处拧上一定数量的螺钉,使接头得到加强.

（2）焊条直径由焊修部位的厚度确定,一般应尽量选用小直径的焊条,以减少输入焊件的热量；在保证焊条金属与基体溶合的情况下,焊修电流也应尽量选用小的,以免焊件温度过高产生应力；一般应遵循“先内后外（先孔内,后机体外侧,再后机体上平面）、短段、断续、分散焊、多层多道、小电流、锤击焊缝”的原则.第一层焊完后,用砂轮在整个焊缝上磨去一些焊肉,检查确实不存在气孔、裂纹后再焊第二层；每层先从坡口两侧焊起,后焊中间；每段焊完后,应冷却至室温再焊下一段；每个小焊波不要横跨到坡口两侧,这样有利于未焊部分自由收缩,并避免电弧在坡口两侧停留太久.施焊中以直线划小圈式运条手法为佳,焊缝应与母材呈圆滑过渡,以利于焊缝应力分布.

（3）应在焊后金属温度在800℃左右时,用小锤锤击焊缝,使其表面呈麻点状,以松弛焊接应力,清除裂纹和气孔.若温度已经冷却到低于300℃时,则不能在锤击,以免产生冷脆裂纹.

2．3．3焊接特点

冷焊前由于不需要进行高温预热,焊后在室温下自然冷却,依靠焊条来调整焊缝处的化学成分,以防止产生或减少白口和裂纹.此方法焊接工艺简单,工作效率高,维修费用低.但焊补质量不如热焊法,焊接切削加工性较差.冷焊法主要用于焊补要求不高的铸件及非加工表面和怕高温预热引起变形的工件.

3.结束语

（1）灰口铸铁在工程施工中,应根据工件的切削加工性、体积、形状、厚度、颜色、强度等,选择合适的焊接方法.

（2）焊条电弧焊热焊法对于要求质量高、切削加工性好的铸件最适合.

（3）焊条电弧焊冷焊法则适宜于非机加工的表面及不便于预热的大型铸件.

（4）对于中小型薄壁零件采用气焊、冷焊、热焊均可；对于较大的零件应采用气焊热焊法.

【参考文献】

［１］周振丰．铸铁焊接冶金与工艺[M].北京:机械工业出版社,2001.