铸铁手工电弧焊(冷焊)的焊补方法

【摘 要】本文针对铸铁件在使用过程中,由于超负荷,使用环境,机械事故等原因,造成铸铁设备（件）的损坏.介绍了铸铁手工电弧冷焊的焊补工艺,具有工艺简单、成本低、操作方便、劳动强度低、工件基本不变形等优点,焊缝强度能满足使用要求,保证了铸铁焊补的施工质量.

【关 键 词】铸铁件；手弧焊；冷焊；补焊

1.前言

铸铁工件的种类很多,用途也较广泛.根据铸铁的焊接特点,对铸铁件采用相应的焊补工艺进行焊补,以减少焊缝形成白口及淬硬组织,避免产生裂纹和气孔.提高铸铁设备（件）的使用周期,降低焊补成本.本文从铸铁的种类和性能、焊接设备、材料和焊接工艺、注意事项等方面介绍了铸铁电弧冷焊的焊补工艺技术.

2.铸铁的种类和性能

2.1铸铁的分类

铸铁是含碳量大于2.11﹪或具有共晶组织,且含有一定量的硅、锰元素及硫、磷杂质的铁碳合金.有时还可加入各种合金元素,以获得具有特殊性能的合金铸铁.在Fe-C二元合金系中,按稳定系相同,根据碳含量的不同,铸铁可分为：亚共晶铸铁ω（C）﹤4.26﹪、共晶铸铁ω（C）等于4.26﹪、过共晶铸铁ω（C）﹥4.26﹪.按碳在铸铁中的存在状态、形式和生产方法的不同,可分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及合金铸铁五类.

2.2铸铁的焊接性

铸铁的化学成分特点是碳及硫、磷杂质含量高.焊接过程中,因相变速度快而产生的组织应力大,增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及对冷,热裂纹的敏感性；力学性能特点是强度低,基本无塑性.且由于焊接过程是不均匀的快速加热和冷却过程,易产生较大的焊接应力,使焊接接头容易产生白口及淬硬组织,易产生裂纹.因此,铸铁的焊接性较差.

3.铸铁电弧冷焊的优点及工艺要点

3.1铸铁电弧冷焊的优点

铸铁异质焊缝电弧冷焊的优点是焊前对被焊工件不预热,使焊接工艺过程大大减化,不仅降低了焊补成本,改善了焊工的劳动条件,而且提高了焊补效率.此外,电弧冷焊还具有适用范围广,可进行全位置焊接等特点.对于大型铸件或不能预热的已加工面更适于采用电弧冷焊.所以铸铁电弧冷焊是一个发展方向.

3.2铸铁电弧冷焊的工艺要点

铸铁电弧冷焊可分为,同质（铸铁型）焊缝和异质（非铸铁型）焊缝.异质焊缝要获得好的焊接质量,不仅要根据焊补要求正确选择焊接材料,而且要注意掌握焊补工艺要点.异质焊缝电弧冷焊的工艺要点可总结为：“短段、断续分散焊,较小电流熔深浅,焊后锤击消应力,退火焊道前段软.”异质焊接材料电弧冷焊的重点仍是防止裂纹,减少白口及淬硬组织的产生.在保证电弧稳定的情况下采用小直径焊条,小电流快速焊,以减少母材在焊缝中的熔合比,降低焊缝中碳、硫、磷等有害杂质的含量,提高焊缝质量.同时,减少了焊接热输入及焊接应力,防止裂纹的产生.异质焊缝电弧冷焊主要是通过调整焊缝化学成分,来改善接头的组织和性能.

4.焊接设备和材料的选用

4.1推荐使用直流弧焊机并采取反接法（工件接负极,焊条接正极）这样可使焊接电弧稳定,满足低氢型碱性焊条的工作条件.如采用交流焊机,则空载电压需在75V以上.

4.2使用的焊条既要达到焊补后无白口和裂纹的效果,还要低,易于购写.因此,推荐使用J507或J506型碳素结构钢焊条修补铸铁管和铸铁阀门裂纹,选用J422型焊条堆焊,还可代替专用焊条开裂纹坡口.上述几种焊条含硫、磷等杂质少,因而焊缝的抗裂性、塑性和韧性都较好.但这些焊条易受潮,使用前需将J507、J506型焊条在350-400℃下烘焙2h,J422型焊条在70-150℃下烘焙1h.推荐使用镍基EZNi-1（308）焊条修补缸体,焊前应将焊条在150℃下烘焙2h.

5.焊前准备

5.1认真检查缺陷,清除油污,详细检查裂纹,为防止焊补过程中裂纹扩展,应在裂纹两端3--5mm处钻Φ5-φ8mm的止裂孔.

5.2当焊件厚度或缺陷深度大于5mm应开坡口,用直径3.2mm的J422焊条手工电弧开80°U形坡口,坡口底部应平整,其深度为焊件厚度的2/3,切割电流为150-160A.坡口开好后,用凿子剔除坡口及附近的飞溅,用钢刷清理坡口,使其露出金属光泽.

6.焊接工艺措施及工艺参数

6.1采用异质焊接材料手工电弧冷焊的工艺措施

为防止裂纹,减少白口及淬硬组织的产生.应采用小直径焊条、小电流、快速焊,同时,采用短段、断续分散焊、多层多道焊及焊后锤击消应力.以控制焊接热输入,减小焊接应力及热影响区的宽度,防止产生裂纹,减少最易形成白口的半熔化区的宽度,使白口层变得薄些.

为减少焊接热输入,降低焊补温度,多层焊层间温度应控制在（50-60℃）以下.每层焊缝要薄.不作横向摆动.以降低应力及减少半熔化区的宽度.焊缝越长,所承受的拉应力越大,故采用短段焊有利于降低焊缝应力状态,减少焊缝发生裂纹的可能性.一般每段焊缝长度,薄壁件为10—20mm,厚壁件为30-40mm.焊后应立即用小锤快速敲击处于高温而具有较高塑性的焊缝,以松驰焊补区的应力,防止裂纹的产生.运用退火焊道的方法.当补焊加工面的线状缺陷时,可采用退火焊道的方法以改善补焊区的切削加工性能.为避免焊件局部过热而增大焊接应力,应采用分散焊法.对大厚件多层焊应合理按排多层焊焊接顺序.必要时可在坡口表面焊过渡层,可有效的防止焊缝剥离.

6.2焊接工艺参数

焊接电流：详细参数见表一.

坡口角度：非穿透性缺陷深度﹤15mm的坡口角度应为70-80°,缺陷深度﹥15mm的坡口宽度应为15-25mm.穿透性缺陷,壁厚﹤15mm的坡口角度为70-80°,钝边为2-3mm,壁厚﹥15mm的可开双面坡开,坡口角度为70-80°.

焊条与电流匹配参数表（表一）

焊条直径（mm）2.02.53.24.0

电流（A）40--6050--80100--120130--190

注意事项

1.严格控制母材在焊缝中的熔合比.采用小的坡口角度、焊条直径、焊接电流,适当提高焊速,控制每段焊缝长度,控制层间温度,每层焊道要薄,以减少焊接热输入.2.焊后应立即用小锤快速敲击处于高温而具有较高塑性的焊缝,以松驰焊补区的应力,如果坡口底部锤击不便,可锤击钝刃扁铲,以消除焊接应力.

结论

铸铁冷焊技术不仅强度可靠,效率高,成本低,修复速度快,并且还可对某些大型铸铁件在不拆卸的情况下,进行全位置焊补修复,工件不易变形,焊工劳动条件好等优点.焊缝强度能满足使用要求,保证了铸铁焊补的施工质量,技术效果及经济、社会效益十分显著.