铸铁冷焊实践

徐筱禄 鲜洁宇 杨东升

（1.南京农业大学工学院 江苏 南京 210031；2.国核工程有限公司 中国 上海 200241）

铸铁冷焊实践

徐筱禄1鲜洁宇1杨东升2

（1.南京农业大学工学院 江苏 南京 210031；2.国核工程有限公司 中国 上海 200241）

通过分析铸铁电弧冷焊的焊接特性，分析不利因素，提出了从焊接工艺、操作要点及焊接程序等方面加以解决，并描述了焊接的操作要点。最后分析了可能存在的焊接缺陷：咬边、裂纹、气孔、白口组织等，并提出了相应的防止措施。

焊接；铸铁；焊接工艺

0 前言

随着科技水平的进步,人们对焊接质量的要求也越来越高。而人工焊接时,由于受到技术水平、疲劳程度、责任心、生理极限等客观和主观因素的应影响,难以较长时间保持焊接工作的稳定性和一致性[1]。铸铁冷焊是在实施焊接时，上作勿需预热或稍加预热，采用纯镍、镍铁、镍铜焊条、铸铁焊条、低碳钢或结构钢焊条进行焊接的一种工艺方法。其中以镍基焊条最易保证焊接的质量。但含镍或纯镍焊条价格昂贵，极不经济。大大增加了焊接成本。若采用低碳钢或结构钢焊条，焊接难度较大。本文主要介绍采用低碳钢或结构钢焊条冷焊铸铁的焊接性分析、几种焊接工艺方法及操作要点，供实际应用参考。

1 铸铁电弧冷焊的焊接性

由于铸铁固有的性质和冶金特点，给电弧焊带来了极大的困难具体如下：

1.1 铸铁在熔化后，若冷却速度快，在热影响区易出现白口组织，所以铸铁焊接时裂纹倾向较大。

1.2 铸铁含碳量高，碳在焊接过程中被氧化生成CO气体，易在焊缝巾形成气孔。

1.3 铸铁强度高、塑性差、性质脆，铸造时的残余应力与焊接时的残余应力叠加，也容易在焊接时出现裂纹。

1.4 铸铁内含有较高的C、S、P等元素，并在焊接中熔化到焊缝金属中，有增加焊缝金属硬度、降低塑性和韧性的作用，除产生裂纹的可能性外，还会导致切削加工困难。

1.5 铸铁在冶炼加热巾，易出现石墨粗大化，石墨与基体产生间隙，致使铸件在使用过程中油、水渗入形成氧化物，严重阻碍焊接时的熔合，同时还会增加产生焊接裂纹和气孔的可能性。

1.6 铸铁在焊接熔化时，液态金属的流动性很差，严重妨碍了焊接时的熔合，熔池中的熔渣和有害气体也难以逸出，这不仅会在焊缝中造成严重的焊接缺陷，而且还会影响焊缝金属的致密性。

针对上述焊接不利因素，必须从焊接工艺、操作方法及焊接程序等方面加以解决，方可奏效。

2 几种低碳钢、结构钢焊条冷焊工艺方法简介

2.1 自制铜钢焊条冷焊铸铁

采用低碳钢焊条，在整根焊条的药皮外缠绕紫铜丝，采用直流反接施焊。紫铜丝的直径、绕制圈数、圈距等应根据焊条直径，工件形状、铸铁牌号等决定。它是以铜铁铸铁焊条为自制依据的。采用该种焊条进行铸铁冷焊具有成本低，来源方便等优点。

2.2 结构钢焊条加铁粉冷焊铸铁

应用结构钢焊条，在其药皮上涂一层三氧化铁粉作添加剂进行铸铁冷焊。该种焊接材料的实质类似于钢芯铸铁焊条，制作简单，焊接效果也比较好。

2.3 低碳钢焊条水浸法冷焊铸铁

该方法是将开好坡口的待焊工件浸入水槽中，其水位保持在距焊件坡口底部4～5mm处，选用交流电源、J422焊条进行施焊。这种方法具有施焊环境好、劳动条件好、焊接成本等优点，但对操作技术要求比较高。

2.4 堆焊隔离层铸铁冷焊法

该法是采用铸铁焊条打底，在坡口内先薄薄地堆焊一层隔离层，其余各层采用结构钢焊条施焊，必要时还可以加入少量铜粉。这种方法能促使焊缝组织的石墨化，避免臼口组织的出现，同时还能增加焊缝金属的塑性和韧性，有效的克服了焊接裂纹的产生。除上述方法外，还有坡口内栽丝冷焊；坡口内碎丝冷焊；在碳钢焊条药皮周围擦上氯化钠和食用碱混合粉冷焊铸铁等等，均可收到一定效果。

3 焊接操作要点

3.1 焊前必须制备相应的坡口，坡口原则上采用机械加工方法进行。破口形状，要从应力、变形和操作难易等方面决定。为避免熔合不良产生夹渣，坡口角度要适当大些，其底部应成圆弧状。

3.2 彻底清除缺陷，并清理坡口及其边缘的水、油锈、氧化皮等脏物。

3.3 焊机的空载电压应高一些，原则上不应低于75V。另外，必须采用小参数进行焊接，焊接电流取下限。

3.4 多层焊时，控制层问温度不得大于60℃，在打底焊后的第一层焊道尤应严格控制。

3.5 施焊用焊条直径视坡口大小，一般选用2.5mm或3.2mm为宜。焊速应快一些，焊条不作横向摆动，严格控制焊接线能量。

3.6 焊接顺序必采用分段、短道、断续、对称焊接法，分段长度约30mm。当坡口较宽较深时，应采取逐步缩小坡口的镶边焊接法施焊，这有利于减小焊后应力，防止裂纹产生。

3.7 每焊完一段焊道，都要立即锤击，从引弧处锤击到收弧处，锤击速度要快，必要时应对焊道周边的母材施以锤击，达到释放应力的目的。

3.8 焊接过程中如出现焊接缺陷，应立即进行清除方可继续施焊。

4 主要焊接缺陷产生原因及防止措施

4.1 咬边

咬边的产生是由于施焊巾铸铁母材与焊道之间温差太大、焊条角度不正确、焊条偏弧、电弧太长和电流过大造成。

防止措施为：（1）采用小直径焊条，小参数施焊；（2）焊条与咬边一侧母材的倾角尽量大一些，焊前应按规定烘焙焊条；（3）采用短弧快速焊。

4.2 裂纹

裂纹的出现主要由于冷焊铸铁时焊缝与母材温差较大，加之铸铁本身的塑性韧性极低，焊后熔池冷凝时产生较大应力，以及被焊J：件结构刚性过大等原因造成。

防止措施为：（1）选用正确的焊接顺序，把焊接残余应力减小到最底限度；（2）采用小直径焊条，电流不宜过大，收弧时填满弧坑：（3）每焊完一段焊道立即进行快速锤击，并由重渐轻；（4）施焊中如出现焊接缺陷，应讧即清除并重焊：（5）严格控制热输入量，尽量减小热影响区宽度和自口组织的产生。

4.3 气孔

铸铁冷焊中的气孔是由于焊接过程中母材熔深过大，造成母材中的碳燃烧氧化生成的cO，以及焊条末烘干，焊接区清洁不彻底在焊接过程中形成的气体和空气中有害气体侵袭等在焊缝凝同过程巾未能完全逸出而产生。

防止措施为：（1）做好焊条的烘焙和坡口两侧的清理工作；（2）采用小直径焊条，小电流施焊，并严格控制母材熔深；（3）施焊时压低电弧，运条动作要稳。

4.4 白口组织

铸铁在焊接过程高热，特别是不均匀加热的条件_F，由于热影响区石墨的析出和氧化，很容易形成白口组织。

防止措施为：（1）选用多层焊，每层焊道不宜过厚，焊道不能太宽，特别是打底层；（2）在打底焊时加入一些添加剂，以控制石墨扩散，减小熔深；（3）采用小直径焊条、小参数、快速施焊。

5 总结

通过多年的焊接实际经验，分析了铸铁冷焊过程中存在的问题，同时提出了就解决问题的相应方法，及其操作规范要点，并就冷焊可能存在的缺陷提出相应的防止措施。

［1］周律,陈善本,林涛.弧焊机器人焊缝跟踪方法的研究现状[J]//第十一次全国焊接会议论文集：第2册.2005.

王静］