普通焊条低温预热修补铸铁件工艺浅析

余贵平　葛宵果

【摘要】文章分析了在一定工艺条件下，采用普通焊条进行焊接，或者配以少量的铸铁焊条焊接，使之更加方便、经济、简单，降低生产成本。

【关键词】铸铁；普通焊条；锤击

【中图分类号】 TG17 【文献标识码】A

【文章编号】1674-1145（2008）02-0132-02

在我们的铸铁件生产过程中，一些铸铁件难免会出现气孔、沙眼、缩松等铸造缺陷，而日常生产工作中，一些设备的床身、底座、壳体轴承座等部件，也难免会产生裂纹、断裂、磨损等损坏。按照一般的处理方法，可以采用电焊、气焊、钎焊或粘接等方法，补焊的修补以往大多采用铸607、铸308等铸铁焊条或铜、银、铅、锌等金属钎焊进行焊接。工艺要求高，焊接成本大，施焊困难。对一些非主要部件、部位的焊接，特别是一些不要求：1.加工性、气密性及强度；2.承受较小载荷；3.由于铸造缺陷产生大面积缩松的大型铸件……能否在一定工艺条件下，采用普通焊条进行焊接，或者配以少量的铸铁焊条焊接，使之更加方便、经济、简单，降低生产成本，我在实际生产中曾做过一些尝试，并对其焊接机理及工艺等方面做了一些简单浅显的分析，请大家给予指教。

一、一般铸铁的焊接特点

（一） 常用铸铁的一般性能

铸铁是含碳量大于2.11%（一般为2.5% ~ 4%）的铁碳合金，熔点为1130℃ ~ 1250℃，比重6.9 ~ 7.9，主要化学成分为碳C、硅Si、锰Mn、硫S、磷P，按石墨存在形式可分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁，基体组织有铁素体、珠光体、奥氏体和渗碳体。

（二）铸铁的焊接特性

一般铸铁由于本身强度底、塑性差，对冷却速度敏感等特点，在一般焊接条件下，（特别是不预热状态下）非常容易产生白口组织和焊接裂纹，使工件无法加工、强度降低、抗冲击韧性小、塑性差，失去使用价值。

（三）原因分析

白口产生的主要原因取决于铸铁的化学成分和冷却速度，而焊接过程中，熔池中的半熔化区、重结晶区、炭化物石墨化及球化区中的化学成分主要由母材决定，通过焊接的化学成分调节，使焊接时的半熔化区中，有利于石墨化的元素增加（如碳、硅等），减少阻碍石墨化的元素（如硫、锰等）。另外，应设法减缓溶池的冷却速度，延长半熔化区的红热时间，减少二次渗碳体的析出，使石墨充分析出，从而控制焊缝热影响区的组织结构。

焊接裂纹可分为热应力裂纹和热裂纹。

在焊接过程中，热应力裂纹产生的主要原因很多，如：母材组织及化学成分不好；有铸造缺陷；工件形状复杂、焊缝位置不能自由伸缩；焊缝组织的收缩率与母材的收缩率不同；以及焊缝的顺序不合理，都会产生热应力裂纹，当热应力超过铸铁的强度时，就会在焊缝和母材间产生热应力裂纹，

热裂纹产生在焊缝上，主要是由于熔深过大，使熔池中的非铁组织过多，韧性降低、脆而且硬，组织不均匀，在热应力的影响下产生裂纹。

我们知道，在焊接过程中熔池，从熔化到冷凝是一个复杂的过程，其间受诸多因素的影响，所以焊接缺陷的出现，不是单一的，往往是并存的，只有认真仔细的加以分析其内在原因，并采取有效的控制手段，才能有效提高焊缝质量。

二、普通焊条低温预热修补铸铁件

焊接过程中容易出现的几个问题。低碳钢焊条熔点（1300℃～1400℃）和铸铁的熔点（1100℃～1200℃）不同。母材与焊材在半融化区的结晶时间不同，容易产生金属混合不好。在冷硬状态下凝结，产生拉应力。在焊接时：

1.母材熔化部分中的碳、硅元素向焊缝扩散，使焊缝组织含碳量增加，如果冷却速度快，焊缝将成为淬火组织（如马氏体一类）而且还会扩散一些硫、磷元素使焊缝淬硬。

2.母材方面的半熔化区，碳、硅元素的减少，不利于石墨化的进程，容易产生白口组织，产生各种裂纹。

3.由于焊缝可焊性差，采用锤击方法，也无法去除焊接应力，在半熔化区内，母材与焊缝组织的收缩率的不同，也要产生一定的应力。

三、改善焊接缝组织的工艺措施

针对以上焊接过程中容易出现的问题，在施焊过程中，应以以下几个方面采取措施：

（一）接温度的控制

在施焊前有条件的话，可以让母材低温预热到50℃～70℃，加热要均匀、迟缓，也要利用电弧气刨开坡口的余热。在施焊中应尽力保证自然形成的层间温度不低于60℃。并延长其保温时间，已焊过的焊缝要间或用电弧点一下。不要让施焊面上的局部温度过高，应尽量选择小直径焊条、小电流施焊，不要急于清除焊渣，因为它有一定的保温作用，待全部焊完后检查无焊接缺陷，应采用一定的后热及保温。让焊缝缓慢冷却，这样做的目的是为了降低低碳钢焊条和铸铁结晶速度不一至的敏感性，不让焊缝组织成为淬火组织形成白口，使半熔化区的石墨化较充分的进行，并使它有一个回火过程，消除一定的焊接应力。

（二）焊接运条及焊接顺序和方向

在施焊前的工艺准备时，根据焊缝情况，应尽量选择小直径焊条和小电流，采用多层焊（每次让溶敷金属尽量少），短段、跳跃的连续焊（使个施焊面温度均匀缓慢，升高或降低），运条要用“点焊划圈”的运条方法，使整个熔池内的熔化金属，有一个预热、搅拌和回火，电弧要短、速度要慢，使焊缝有一个低温回火的过程，尽量不要用电弧去熔化母材，而让熔化的铁水熔化较少的母材，这样做，可以减少焊缝中溶入过多的母材。降低焊缝所含碳、硅、锰、硫、磷等元素，使半熔化区的金属充分搅拌，组织均匀，更好的融合；防止施焊面内温度的聚升聚降，产生应力造成裂纹。

焊接顺序和方向要遵循减少收缩应力产生和有利于焊接应力施放的原则，使焊接分层顺序如图：

（三）锤击和其它

在施焊过程中，每焊完一段，趁焊呈暗红色时（这也是焊段长短选择的一个准则。）要尽快用比较坚硬的焊锤尖，快速锤击焊缝，用力要均匀，锤击点要密，在焊肉上打击出凹点，锤击方向沿焊接方向进行，对较宽的焊缝要从焊缝边缘向中间进行。总之，要沿温度逐渐低的方向进行，这样做的主要目的是为消除焊接应力和收缩应力。

另外，对施焊完成的工作面要用手砂轮磨平，仔细检查有无裂纹、气孔、夹渣等缺陷产生，如果有缺陷产生，要趁工件未降温的时候，及时补焊。在消除焊接缺陷，对焊缝施焊前，一定要清理干净，施焊场地应选择在温度较高的地方，对一些较大的焊缝，母材的基体元素组织和化学成分不好，或者有进一步切割加工及其他要求的，应配以适量的铸铁焊条，也可以根据焊缝的情况，打止裂孔（防止裂缝延伸），用加强板加固（增强工件的强度）等方法修复。

总之，在对铸铁焊接的过程中，方法是灵活的，应根据施焊条件和铸件焊接的特点制定出合理施焊工艺，以尽量减小容易造成焊接缺陷的不利因素，通过对施焊过程所采取的措施，提高焊缝质量，采用低炭钢冷焊修复铸铁件，是一个简单、经济、高效的焊接方法，是有待于进一步研究和探索的工艺。

【参考文献】

[1]焊接手册[M]．

[2]机械设计手册[M]．

[3]金属材料与热处理[M]．

【作者简介】余贵平（1965—），男，上海人，新华水工机械有限责任有限公司起重机公司生产处工程师；葛宵果（1968—），男，河南西平人，新华水工机械有限责任有限公司起重机公司经营副总经理工程师。