灰口鑄鐵補焊技術(shù)的探究

1、?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計題目： 灰口鑄鐵補焊技術(shù)的探究 系 部： 船舶與港口工程系 專 業(yè)： 焊接技術(shù)及自動化 班 級： 焊接XXXXXX 姓 名： XXX 學(xué) 號： 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（論文）目 錄目 錄I摘 要IIAbstractIII1 引言12 鑄鐵的分類及其特點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 鑄鐵件補焊實例155.1 煤氣發(fā)生爐的補焊155.2機車搖臂補焊16結(jié)

2、論18致 謝19參 考 文 獻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)場的使用過程中不可避免的會出現(xiàn)局部損壞或者斷裂，考慮到經(jīng)濟效益，為節(jié)省更換零件的時間，只能采用補焊技術(shù)對損壞的鑄鐵零件進行修復(fù)，從而在分析灰口鑄鐵焊接性和特點的基礎(chǔ)上，對灰口鑄鐵材料的補焊工藝和具體操作技術(shù)和方法給予較為詳細的介紹，并且通過對某些鑄鐵工件的修補為實例，對焊工在對鑄鐵現(xiàn)場施焊技術(shù)的提高有非常大的參考價值。關(guān)鍵詞：鑄鐵零件；補焊工藝；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 引言鑄鐵是碳當量大于2%的鐵碳合金，工業(yè)

6、鑄鐵的碳當量在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。鑄鐵熔點低，液態(tài)流動性好，結(jié)晶收縮率小，便于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的機械零部件，同時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)工藝簡單、成本低廉, 經(jīng)過適當合金化處理后還可以具有良好的耐磨性或耐蝕性, 因此機械行業(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以及鑄鐵件表面的堆焊等

7、等。2 鑄鐵的分類及其特點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，由于石墨的強度相對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”，因而它的抗拉強度、塑性和沖擊強度幾乎為零。但是灰鑄鐵缺口敏感性較低、抗壓強度高、耐磨性好、收縮率低、流動性好，可以鑄造具有復(fù)雜形狀的機械零件。因此，灰鑄鐵廣泛運用于

8、各種機床的床身及拖拉機、汽車發(fā)動機缸體、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，不能進行切削加工，從而極少單獨使用，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顯微組織抗拉強度/Mpa硬度（HB）特點及用途

9、HT100珠光體30%70%粗片狀，鐵素體10%30%，二元磷共晶7%100175強度低，主要用于制造對強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強度中等，用于制造承受中等載荷的鑄件，如機床、工作臺等。HT200珠光體90%，中片狀，鐵素體5%，二元磷共晶4%200170200強度較高，用于制造承受較高載荷的耐磨鑄件，如發(fā)動機的汽缸體、液壓泵、閥門殼體、機床機身、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%，中細片狀，二元磷共晶2%300210260

10、強度高，基體組織為珠光體，用于承受高載荷的耐磨件，如剪床、壓力機的機身、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長時間（幾十個小時）的退火，使?jié)B碳體在固態(tài)下分解，其中大部分碳以團絮狀石墨的形態(tài)存在，團絮狀石墨對金屬基體組織破壞作用小，故其具有較高的強度和韌性，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、汽車、紡織機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、拉強度為300500MPa，伸長率為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)成分的特點是

13、碳、硅含量高，硫、磷雜質(zhì)含量高，力學(xué)性能特點是強度低、塑性差，在結(jié)晶過程中對冷卻速度敏感，因而焊接時冷卻速度快時，由于焊件受熱不均勻時造成了很大的熱應(yīng)力，或者是在一般的焊條電弧焊中，采用的工藝措施不當時，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，由于熔池體積小，存在時間短，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。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，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，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，延長熔合區(qū)處于紅熱狀態(tài)的時間，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。例如氣焊時補焊區(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，但是對于半熔化區(qū)的白口層是很難完全消除的，因為在高溫下，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、均勻地擴散到近縫區(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械加工范圍（即寬度小于0.1mm）。同時，很多鑄鐵焊接補焊后都要進行機械加工，一般認為在布氏硬度300以下進行機械加工。灰鑄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）會給機械加工帶來很大的困難，表現(xiàn)在用高速鋼刀具加工不動，用硬質(zhì)合金刀具磨損嚴重，會出現(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 當焊縫金屬為鑄鐵型（同質(zhì)）時，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，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，石墨片的尖端呈嚴重的應(yīng)力集中，當應(yīng)力超過焊縫金屬的強度時，使微裂紋發(fā)展成為宏觀裂紋，并可能擴展到整個焊縫橫截面。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，也易產(chǎn)生裂紋。這是鑄鐵的冷裂紋與鋼的冷裂紋機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、、焊縫體積和焊縫長度，對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 當采用低碳鋼焊條焊接時，或者母材與焊縫強度級別相差很大的時候，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，嚴重的時候會導(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)因為沒有熔化，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，嚴重時還會造成整個焊縫沿半熔化區(qū)從母材上剝離。當工件越厚或者焊道越多時，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，雖然含有較高的碳、硫、磷等元素，但是對熱裂紋的產(chǎn)生并不敏感。因為焊縫由高溫冷卻時將會析出石墨，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，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，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，鎳與硫、磷等元素形成低熔點共晶組織，因此上述焊縫金屬對熱裂紋較為敏感。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：低熔點共晶物的數(shù)量及其熔點高低，焊縫合金系統(tǒng)及其結(jié)晶溫度區(qū)間的大小。實驗研究表明，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 碳對鎳鐵型

22、焊縫金屬熱裂紋的影響圖3-4給出了碳對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，有時還會有可能在焊接區(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，同時鑄鐵薄壁厚不均勻所致。當焊接加熱不當時，因為母材的塑性差，局部應(yīng)力過大而會把薄弱處拉斷，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，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)；在冷焊時采用嚴格的工藝措施，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加入脫硫元素（如錳、稀土等），來降低雜質(zhì)的危害。同時通過焊接工藝措施來減小熔合比，以免母材中碳、硫、磷大量進入到熔池中。4 灰鑄鐵的補焊接工

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，主要從這以下幾方面進行考慮：（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）對補焊質(zhì)量要求，如切削加工性、硬度、強度、焊縫的顏色、密封性等。（3）現(xiàn)場設(shè)備和經(jīng)濟性等要求來選擇。鑄鐵的補焊方法有很多，但是每種方法都有其特點，只能適應(yīng)某些類型鑄件中某些缺陷的焊補。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，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，針對這個問題，人們在很早以前應(yīng)用了熱焊工藝，以達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。因為超過了這個溫度時，焊后會引起鑄鐵的基體組織變化，珠光體基體中的滲碳體會在共析轉(zhuǎn)變時分解并形成石墨，使焊件的硬度和耐磨性下降，并且在石墨析出時，還伴隨著體積長大，使焊接的變形增加。因此，熱焊的優(yōu)

26、點是焊接受熱均勻，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，但是其缺點是：勞動條件惡劣、加熱費用大、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條件，同時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）鑄件的大缺陷補焊，對于8mm以下的薄壁鑄件補焊時，易燒穿，一般來說不適合采用。a. 預(yù)熱 對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件（如柴油機缸蓋），由于補焊區(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；對于簡單的鑄件，焊補處剛性小，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，首先要對補焊處進行清理，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，同時可以用砂輪、扁鏟、鏟進行加工，制定坡口時要保證坡口的干凈、有光澤。 c. 造型 對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）中間缺陷補焊 （b）邊角缺陷補焊4-1 熱焊焊補區(qū)造型示意圖 d焊接 焊接時，為了保證預(yù)熱溫度，縮短高溫工作時間，要求在最短的時間內(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。因為鑄鐵焊條藥皮中含有較多的高熔點難熔物質(zhì)石墨，采用適當?shù)拈L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；同時加熱消耗燃料多，會使補焊的成不增加；同時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，改善勞動強度、條件，人們在實際中發(fā)現(xiàn)：適當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，但是加熱時塑性變形不明顯，因而在焊補剛度較大的焊接時不容易產(chǎn)生變形，同時焊接應(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區(qū)剛度較小或者形狀簡單的鑄件。 半熱焊預(yù)熱溫度較低，鑄件在焊接時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相同，即大電流、長弧、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間，達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，提高補焊生產(chǎn)率、改善勞動條件等。此方法適用于中厚度以上的大缺陷焊補，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，往往會在半熔化區(qū)附近產(chǎn)生白口組織（圖4-2），為此，進行鑄鐵型焊條焊縫電弧冷焊時，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 普通冷焊時半熔化區(qū)白口組織示意圖a. 坡口制備 焊接前，應(yīng)該對待焊焊件的補焊區(qū)進行清理并

32、且制好坡口，為防止冷焊時因熔池體積過于小而使冷速增大，焊補區(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，一定要采用大直徑焊條，并且使用直流反接法，對待焊焊件進行 大電流、長弧、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，焊

33、接的電流應(yīng)該達到250350A；若焊條直徑為8mm時，焊接電流應(yīng)該選擇380600A，弧長長度保持在812mm，由中心向兩邊連續(xù)焊接。當坡口焊滿后不要熄弧，用電弧沿著邊緣移動，（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，以達到保溫緩冷的效果。 （a）收弧移動方法 （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：因為焊縫為灰鑄鐵組織，強度低而塑性差，當采用大電流焊接時，鑄件局部受熱嚴重，在焊接剛度較大焊件時焊接區(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，可進行全位置焊接及焊接效率高的特點，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、牌號及其主要用途見表4-1。表4-1 鑄鐵焊條的牌號成分和用途牌號型號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焊Z116EZV低氫鉀型碳鋼（高釩藥皮）高釩鋼

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

36、合金重要灰鑄鐵及球墨鑄鐵的補焊Z508EZNiCu-1鎳銅合金鎳銅合金強度要求不高的灰鑄鐵件補焊Z607低氫鈉型直流純銅銅鐵混合一般鑄鐵件非加工面補焊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，坡口表面進行機械加工時，要盡量平整，減少基本金屬的熔入量。c 焊接 異質(zhì)型焊條進行電弧冷焊的主要工藝特點是：采

37、用小工藝參數(shù)進行施加焊，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, 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)密布的麻點并且焊縫冷卻為止, 從而消除部分焊接應(yīng)力。與此同時,要嚴格控制焊接電流, 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。當坡口較大的話，應(yīng)該選擇多道焊；當母材材質(zhì)較差時，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；當焊接有一定深度的大面積鑄造缺陷的焊補時，必要的時候可以采用加墊板焊補法（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 鑄鐵件補焊實例5.1 煤氣發(fā)生爐的補焊某廠的煤氣發(fā)生爐由于長期負荷工作，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，裂紋長度為1.5m，深度為30mm，從經(jīng)濟成本考慮，可以采用焊接方法對裂紋進行補焊。5

39、.1.1 焊接方法和焊條的選擇一般來說，大鑄件的補焊方法有冷焊和熱焊，但是考慮到補焊的成本，及補焊工的勞動強度，采用冷焊法：焊前不需要預(yù)熱，可以用小參數(shù)進行焊接，雖然冷焊會比熱焊產(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 補焊工藝（1）焊前準備。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，螺孔深10mm，孔距100mm，呈人字交錯排開，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，采用直線形運條法，不擺動，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 機車搖臂補焊機車的搖臂一般選擇的材料為灰鑄鐵HT150，由于長時間的工作，使得搖臂處出現(xiàn)了裂紋，這時我們?yōu)榱斯?jié)省時間和減少成本，對搖臂進行補焊，如圖5-3所示。因