本文在分析灰口鑄鐵焊接性的基礎(chǔ)上，對補焊工藝和具體的操作技術(shù)和方法給予較為詳細的介紹。對焊工在生產(chǎn)現(xiàn)場施焊技術(shù)的提高有非常大的參考價值。

一、前言

灰口鑄鐵是鑄鐵中的一種，灰口鑄鐵的碳以片狀石墨的形式分布于鑄鐵基體中，斷面呈暗灰色，故稱灰口鑄鐵。由于片狀的石墨割裂了鑄鐵的基體組織，因此，灰口鑄鐵的抗拉強度低，缺乏塑性。灰口鑄鐵具有良好鑄造性和切割性能，同時由于灰口鑄鐵中石墨以片狀存在，它具有良好的耐磨性，抗震性和切削加工性并具有較高的抗壓強度，故在工業(yè)上運用極為廣泛。

灰口鑄鐵目前常以鑄件的形式運用于生產(chǎn)，由于鑄造工藝的特點，鑄件往往存在著各種不同程度的缺陷，在生產(chǎn)現(xiàn)場中也有許多因各種原因而損壞的鑄件。鑄鐵的焊接實際上就是對存有缺陷或者損壞的鑄件進行補焊。所以鑄件補焊具有很大的經(jīng)濟意義。

1.灰口鑄鐵的焊接性能較差，在焊接時容易出現(xiàn)下列問題

1.1焊后產(chǎn)生白口組織

在補焊灰口鑄鐵時，經(jīng)常會在熔合區(qū)生成一層白口組織。產(chǎn)生白口組織的原因是：由于母材近縫區(qū)在焊接時受到高溫加熱，當(dāng)受熱溫度860℃以上時，原來灰口鑄鐵中得游離狀態(tài)的石墨開始部分也熔于鐵中，溫度越高，熔于鐵中的石墨也越多。當(dāng)冷卻時，一般認(rèn)為在30-100℃/s的急速冷卻條件下，熔于鐵中的碳來不及以石墨形式析出，而呈滲碳體出現(xiàn)，即所謂白口。另外。在焊接熔池中的石墨化元素碳，硅等不足也是產(chǎn)生白口的主要原因。一般在窄小的高溫度熔合區(qū)內(nèi)，焊后很容易產(chǎn)生白口組織。白口組織硬而脆，使得焊縫在焊后難以機械加工，甚至?xí)?dǎo)致開裂。防止白口產(chǎn)生主要措施是適當(dāng)調(diào)整填充金屬的化學(xué)成分和冷卻速度。改善焊縫技術(shù)的化學(xué)成分，增加石墨化元素的含量，可以在一定條件下防止焊縫金屬產(chǎn)生白口。例如氣焊用鑄鐵焊絲的碳，硅含量要比母材高(C3.0%-3.8%，Si3.6%-4.8%)特別是冷焊灰口鑄鐵時，焊絲中的含硅量可高達4.5%焊后緩冷和延長熔合區(qū)處于紅熱狀態(tài)的時間，使石墨充分析出，這是避免熔合區(qū)產(chǎn)生白口的主要工藝途徑。采取的具體措施是焊前預(yù)熱和焊后保溫。由于氣焊時冷卻速度較慢。因此。對于防止白口極為有力。

1.2焊接街頭出現(xiàn)裂紋

裂紋是焊接灰口鑄鐵的要問題，灰口鑄鐵焊接接頭上的裂紋可能出現(xiàn)在焊縫金屬中，也可能在基本金屬即母材上。母材的裂紋一般出現(xiàn)近縫區(qū)，可能是縱向，橫向或斜向的。由于灰口鑄鐵塑性極差，幾乎不能發(fā)生任何塑性變形，而且強度又低，所以在焊接應(yīng)力及鑄件本身應(yīng)力(組織應(yīng)力)的共同作用下，當(dāng)局部應(yīng)力大于強度極限時，就產(chǎn)生裂紋。嚴(yán)重時，會使焊縫金屬和母材分離，即焊縫從基本金屬上脫離下來，即所謂剝離。如果焊縫強度較高而母材強度較低，或結(jié)合處產(chǎn)生白口時，由于白口鑄鐵收縮率(1.6%-2.%)比灰口鑄鐵收縮率(0.9%-1.8%)大，且塑性也差，故均產(chǎn)生剝離。焊縫金屬內(nèi)的裂紋，一般常見的是橫向裂縫，有時也有縱向及斜向裂紋，在焊縫斷口處沒有高溫氧化時常見的藍顏色。裂紋生成時常發(fā)出清脆的金屬開裂聲。通常裂紋發(fā)生在熱態(tài)焊縫金屬的暗紅色消失后，即600℃以下，直到焊縫與焊件整體溫度均勻化之前。最容易發(fā)生裂紋的溫度在400℃以下，通常這種在熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的共同作用下發(fā)生的裂紋稱為熱應(yīng)力裂紋。

(1)焊前預(yù)熱和焊后緩冷的措施：

焊前將焊件整體或局部預(yù)熱和焊后緩冷不但能減少焊縫的白口傾向，并能減小焊接應(yīng)力和防止焊件開裂。

(2)采用電弧冷焊減小焊接應(yīng)力的措施：

選用塑性較好的焊接材料，如用鎳,銅,鎳銅,高釩鋼等作為填充金屬，使焊縫金屬可通過塑性變形松弛應(yīng)力，防止裂紋;用細直準(zhǔn)焊條，小電流，斷續(xù)焊，分散焊的方法可減小焊縫處和基本金屬的溫度差而減小焊接應(yīng)力;通過錘擊焊縫可以消除應(yīng)力，防止裂紋。

使焊縫冷卻時能補受阻礙底自由收縮，從而避免用力過大而導(dǎo)致裂紋。

(3)采用熱焊法并控制好溫度.

當(dāng)溫度高于600℃時,由于產(chǎn)生于一定的塑性變形.而使部分內(nèi)應(yīng)力得到消除,一般在600℃以上焊接時就不會產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋.

二、灰口鑄鐵的焊接性能較差，在焊接時容易出現(xiàn)下列問題

1.焊后產(chǎn)生白口組織

在補焊灰口鑄鐵時，經(jīng)常會在熔合區(qū)生成一層白口組織。產(chǎn)生白口組織的原因是：由于母材近縫區(qū)在焊接時受到高溫加熱，當(dāng)受熱溫度860℃以上時，原來灰口鑄鐵中得游離狀態(tài)的石墨開始部分也熔于鐵中，溫度越高，熔于鐵中的石墨也越多。當(dāng)冷卻時，一般認(rèn)為在30-100℃/s的急速冷卻條件下，熔于鐵中的碳來不及以石墨形式析出，而呈滲碳體出現(xiàn)，即所謂白口。另外。在焊接熔池中的石墨化元素碳，硅等不足也是產(chǎn)生白口的主要原因。一般在窄小的高溫度熔合區(qū)內(nèi)，焊后很容易產(chǎn)生白口組織。白口組織硬而脆，使得焊縫在焊后難以機械加工，甚至?xí)?dǎo)致開裂。防止白口產(chǎn)生主要措施是適當(dāng)調(diào)整填充金屬的化學(xué)成分和冷卻速度。改善焊縫技術(shù)的化學(xué)成分，增加石墨化元素的含量，可以在一定條件下防止焊縫金屬產(chǎn)生白口。例如氣焊用鑄鐵焊絲的碳，硅含量要比母材高(C3.0%-3.8%，Si3.6%-4.8%)特別是冷焊灰口鑄鐵時，焊絲中的含硅量可高達4.5%焊后緩冷和延長熔合區(qū)處于紅熱狀態(tài)的時間，使石墨充分析出，這是避免熔合區(qū)產(chǎn)生白口的主要工藝途徑。采取的具體措施是焊前預(yù)熱和焊后保溫。由于氣焊時冷卻速度較慢。因此。對于防止白口極為有力。

2.焊接街頭出現(xiàn)裂紋

裂紋是焊接灰口鑄鐵的要問題，灰口鑄鐵焊接接頭上的裂紋可能出現(xiàn)在焊縫金屬中，也可能在基本金屬即母材上。母材的裂紋一般出現(xiàn)近縫區(qū)，可能是縱向，橫向或斜向的。由于灰口鑄鐵塑性極差，幾乎不能發(fā)生任何塑性變形，而且強度又低，所以在焊接應(yīng)力及鑄件本身應(yīng)力(組織應(yīng)力)的共同作用下，當(dāng)局部應(yīng)力大于強度極限時，就產(chǎn)生裂紋。嚴(yán)重時，會使焊縫金屬和母材分離，即焊縫從基本金屬上脫離下來，即所謂剝離。如果焊縫強度較高而母材強度較低，或結(jié)合處產(chǎn)生白口時，由于白口鑄鐵收縮率(1.6%-2.%)比灰口鑄鐵收縮率(0.9%-1.8%)大，且塑性也差，故均產(chǎn)生剝離。焊縫金屬內(nèi)的裂紋，一般常見的是橫向裂縫，有時也有縱向及斜向裂紋，在焊縫斷口處沒有高溫氧化時常見的藍顏色。裂紋生成時常發(fā)出清脆的金屬開裂聲。通常裂紋發(fā)生在熱態(tài)焊縫金屬的暗紅色消失后，即600℃以下，直到焊縫與焊件整體溫度均勻化之前。最容易發(fā)生裂紋的溫度在400℃以下，通常這種在熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的共同作用下發(fā)生的裂紋稱為熱應(yīng)力裂紋。

2.1焊前預(yù)熱和焊后緩冷的措施：

焊前將焊件整體或局部預(yù)熱和焊后緩冷不但能減少焊縫的白口傾向，并能減小焊接應(yīng)力和防止焊件開裂。

2.2采用電弧冷焊減小焊接應(yīng)力的措施：

選用塑性較好的焊接材料，如用鎳,銅,鎳銅,高釩鋼等作為填充金屬，使焊縫金屬可通過塑性變形松弛應(yīng)力，防止裂紋;用細直準(zhǔn)焊條，小電流，斷續(xù)焊，分散焊的方法可減小焊縫處和基本金屬的溫度差而減小焊接應(yīng)力;通過錘擊焊縫可以消除應(yīng)力，防止裂紋。

使焊縫冷卻時能補受阻礙底自由收縮，從而避免用力過大而導(dǎo)致裂紋。

2.3采用熱焊法并控制好溫度

當(dāng)溫度高于600℃時,由于產(chǎn)生于一定的塑性變形.而使部分內(nèi)應(yīng)力得到消除，一般在600℃以上焊接時就不會產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋。

三、灰口鑄鐵的補焊方法

灰口鑄鐵的補焊方法主要采用焊條電弧焊,氣焊,釬焊。按照焊件在焊前是否預(yù)熱可以把焊條電弧焊分為冷焊,半熱焊(預(yù)熱溫度400℃以下)和熱焊(預(yù)熱溫度600-700℃)。

四、灰口鑄鐵的補焊工藝

4.1.1冷焊法.電弧焊冷焊法就是焊件在焊前不預(yù)熱,焊接過程中也不輔助加熱,因此可以加速焊補生產(chǎn)率,降低成本,改善勞動條件,減少焊件因預(yù)熱時受熱不均勻而產(chǎn)生的變形和焊件已加工面的氧化.目前冷焊法正在推廣,并迅速發(fā)展.但是冷焊法在焊接后因焊縫及熱影響區(qū)的冷卻速度很大,極易形成白口組織.此外因焊件受熱不均勻,常形成極大的內(nèi)應(yīng)力,會造成裂紋,在冷焊時應(yīng)注意以下幾點:

①焊前應(yīng)徹底清理油污,裂紋兩端要打上裂孔,加工的坡口形狀要保證便于焊補及減少焊件的熔化量。

②采用鋼芯或鑄鐵芯的以外的焊條,小直徑焊條應(yīng)盡量用小的焊接電流,以減少內(nèi)應(yīng)力和熱影響區(qū)的寬度。

③采用短焊道焊接法.一般每次焊10-40mm,待其充分冷卻后再焊。

④采用分段倒退焊.這樣可以降低拉應(yīng)力,對防裂有好處。

⑤每項焊一短焊道后,用圓頭錘沿焊逢向外錘擊。

冷焊焊條按焊后焊縫的可加工性分為兩大類:一類用于焊后不需要機械加工的鑄件,如鋼芯鑄鐵焊條(EZCQ)，只適用小型薄壁鑄件剛度不大部位的缺陷焊補;另一類用于焊后需要機械加工的鑄件，如純鎳焊條(EZNi-1)鎳鐵鑄鐵焊條(EZNiFe-1)鎳銅鑄鐵焊條(ENiCu-1)等。

4.1.2熱焊法

熱焊法是在焊接前將焊件全部或局部加熱到600-700℃，并在焊接過程中保持一定溫度，焊后在爐中緩冷的焊接方法。用熱焊法時，焊件冷卻緩慢，溫度分布均勻，有利于消除白口組織，減少應(yīng)力，防止產(chǎn)生裂紋。但熱焊法成本高，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，焊接時勞動條件差，因此應(yīng)盡量少用。

4.2氣焊焊補灰口鑄鐵的補焊工藝：

氣焊火焰溫度比電弧溫度低得多，因而焊件的加熱和冷卻比較緩慢，這對防止灰口鑄鐵在焊接時產(chǎn)生的白口組織和裂紋都很有利。所以用氣焊焊補的鑄件質(zhì)量一般比較好，因氣焊成為補焊鑄鐵的常用方法。但氣焊與焊條電弧焊相比，焊工的勞動強度高，焊件變形較大，焊補大型鑄件時難以焊透。但由于氣焊鑄件的質(zhì)量較好，易切削加工，使許多工廠中的中小型灰口鑄件，還是較多用氣焊焊補。

4.2.1焊前準(zhǔn)備

①在焊件清除完畢后,檢查缺陷.焊件上的缺陷可起碼接觀察,也可用10-20倍的放大鏡查找。

②裂紋找出后,在裂紋的兩端鉆直徑φ4-6mm的裂孔,以防止裂紋擴展.焊接灰口鑄鐵時可選用鑄鐵焊絲,絲401A或絲401B.焊接時氣焊熔劑選用氣劑201,鑄鐵氣焊熔劑熔點為650℃成堿性,能將鑄鐵氣焊時產(chǎn)生的二氧化硅(熔點為1350℃)變?yōu)橐兹鄣柠}類.鑄鐵用氣焊熔劑進行灰口鑄鐵補焊時,應(yīng)選擇較大號的焊炬,以提高焊接頭焰效率,有利于氣孔夾渣等缺陷.焊嘴孔徑可根據(jù)焊補處的壁厚確定。

4.2.2操作技術(shù)

在氣焊過程中,必須選用中性焰或弱碳化焰;在焊接結(jié)束時可用碳化焰使焊縫緩冷,這樣可以減少碳和硅的燒損,消除過厚的氧化膜,防止白口冷硬現(xiàn)象;當(dāng)消除缺陷的底部或開坡口時可用氧化焰.焊接時,在要基本金屬熔化后再加入焊絲,以防止熔合不良;發(fā)現(xiàn)熔池中有小氣孔和白亮點夾雜物時,可以往熔池中加入少量氣焊熔劑,有助于消除平渣,但氣焊熔劑不宜加入過多,否則反而容易產(chǎn)生夾渣,氣孔;適當(dāng)加大火焰的功率,提高熔池鐵水溫度,有利于氣體及雜質(zhì)浮起,因而能減少氣孔,夾渣;操作時應(yīng)注意火焰始終蓋住熔池;加入焊絲時,經(jīng)常用焊絲輕輕攪動熔池,促使氣體,熔渣浮出;焊補將完畢時應(yīng)使焊縫稍高于焊件表面,并用焊絲刮去雜質(zhì)較多的表層面.由于表層內(nèi)含雜質(zhì)較多,冷卻后硬度較高,所以,刮去表面層可提高焊縫的切削性能。

當(dāng)補焊被焊區(qū)剛性較大或補焊石積較大,以及材質(zhì)較差,組織疏松的鑄件時,可采用熱焊.焊后用石棉布或炭灰將鑄件蓋好,使焊縫緩慢冷卻,以防止產(chǎn)生裂紋和白口組織。

五、結(jié)論

灰口鑄鐵采取合理的焊補工藝,可使焊件獲得較好的切削性和致密性.所以灰口鑄鐵焊補只要焊補工藝得當(dāng),白口組織和裂紋的產(chǎn)生。