机械修理中常用的电弧冷焊技术浅析

张清丽　许晓丽

摘 要：电弧冷焊是机械修理中常用的方法，本文对低碳钢焊条冷焊法，钢基焊条冷焊法，镍基焊条冷焊法，及铜铁焊条冷焊法做了概括性的介绍，以提高人们对电弧冷焊工艺的了解。

关键词：电弧冷焊；机械修理；焊条

中图分类号：TG444 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.12.043

在焊前和施焊过程中，对焊件不预热或预热温度低于200 ℃的焊接，称为冷焊。冷焊法与热焊法比较，焊件不需预热，对一些预热有困难的中、大型铸件也能施焊，且焊接位置不受限制（热焊只限于平焊）。按选用焊接材料的不同，目前采用较多的冷焊方法有：低碳钢焊条冷焊法、钢基焊条冷焊法、镍基焊条冷焊法，及铜铁焊条冷焊法等。现将以上各种冷焊方法的主要特点介绍如下：

1 低碳钢焊条冷焊法

用普通低碳钢焊条冷焊铸铁，焊缝脆硬，无法机械加工，并极易产生裂纹。其原因：一方面是由于焊接时母材大量熔化，母材中的碳硅元素向焊缝过渡，使焊缝部分成为高、中碳钢组织，在冷却速度快的情况下，成为淬火的马氏体组织；另一方面，在半熔化区，由于母材中部分碳硅元素向焊缝扩散，故半熔化区的碳硅含量会有所降低，使石墨化条件变得更坏，极易出现白口及裂纹。此外，钢的收缩率比铸铁收缩率大，所以冷却快会加剧焊缝应力，极易在焊缝与母材间产生开裂及剥离现象。通常只用于对焊接质量要求不高，承载不大，焊后表面不需进行机械加工的缺陷部位，应严格按冷焊工艺进行操作。

为了提高低碳钢焊条冷焊铸铁焊接的质量，防止焊缝金属在脆弱的半熔化区剥离，可在焊接部位采取机械加强的措施，然后再焊接。这样增强了焊接接头的承载能力，焊接应力也被分散到具有良好塑性的钢质加强件上去。机械加强有多种形式，如栽丝、镶键、镶板等。机械加强在一定程度上扩大了用低碳钢焊条冷焊铸铁的应用范围。但仍存在焊前的准备工作量大，焊补时间较长，焊缝金属加工困难等缺点，而且在焊接接头中仍会出现白口、裂纹和气孔，因此主要应用在一些大型、承载大的铸件。

2 钢基焊条冷焊法

焊条采用低碳钢焊芯，焊后焊接接头中易出现热裂纹、冷裂纹和淬硬组织，熔合区白口宽度较大，焊接质量不能令人满意，但价格便宜，目前仍有一定应用。

钢基焊条有下列三种：（1）EZFe-1型低碳钢芯氧化性药皮焊条。药皮中含有较多赤铁矿、大理石等强氧化性物质，目的是通过碳的氧化反应来降低焊缝中的含碳量。第一层焊缝的碳的质量分数平均为0.8%，属高碳钢，焊缝硬度达40～50 HRC，熔合区白口层宽约0.2 mm，接头无法加工。常用于不要求加工、致密性及受力较低的缺陷部位的焊补。（2） EZFe-2型低碳钢芯铁粉型焊条。药皮为钛钙型。第一层焊缝碳的质量分数可降至0.48%～0.56%，属中碳钢上限，最高硬度达320 HBS，仍难于加工。常用于非加工面的焊补。（3）EZV型低碳钢芯低氢型药皮高钒铸铁焊条，致密性好、塑性高（伸长率28%～36%），且抗拉强度可高达558 MPa。但熔合区的白口较严重，加工困难。常用于非加工面的焊补。

3 镍基焊条冷焊法

對焊后要求机械加工的重要铸件，多采用非铸铁组织的焊条，以便得到硬度不太高，塑性较好的焊缝。通过一定的工艺配合，可以获得良好质量的焊缝。镍基焊条有采用纯镍、镍铁和镍铜合金作焊芯，强还原性石墨化涂料，焊缝是相应的镍基合金组织。焊缝具有良好塑性，较高抗裂性和易于机械加工的特点。因为镍是扩大奥氏体区的元素，奥氏体能很好地溶解碳而又不与碳形成渗碳体。镍也不与碳形成化合物，而是很好地溶解到铸铁里去，成为Fe—Ni合金。同时镍又是一种促进石墨化元素，因而能减弱半熔化区白口层的形成。镍基合金焊缝的良好塑性，可松弛焊接应力，避免热应力裂纹。

上述三种镍基焊条的性能不完全相同，其中纯镍焊条有较好的抗裂性和切削加工性，强度稍高于常用灰铸铁；镍铁焊条有强度高、塑性好等优良的机械性能，线膨胀系数较小，抗裂性较好，适用于焊接球墨铸铁、高强度铸铁和重要灰铸铁件；镍铜焊条收缩率较大，抗裂性、强度相对稍差。由于镍是稀贵金属，焊条价格较高，使用上常受成本限制。

4 铜铁焊条冷焊法

铜铁焊条含有大量的铜（75%～85%），它起了以下作用：（1）紫铜的强度与一般灰铸铁相近，塑性非常好，易产生塑性变形以松弛焊接应力，减小焊缝裂纹倾向。（2）铜的熔点（1083 ℃）比铸铁熔点低。电弧焊时，焊条的熔化速度大于母材，减少了母材的熔化，使母材中的碳硅元素少向焊缝金属过渡，对防止白口及产生裂纹都很有利。（3）铜不溶解碳，又不与碳化合生成脆硬组织，绝大部分的碳与铜是以机械混合物状态存在。铜又是一种弱石墨化元素，对减少半熔化区白口有一定作用。

在以铜为基础加入铁的目的是在于提高电弧燃烧的稳定性和焊接接头的强度，并改善致密性。铜铁含量比例要适当，铁含量多（>30%）时，会由于母材中碳的扩散而增高焊缝的硬度，塑性降低，易裂并难于机械加工。铜铁焊条的抗裂性能较好，焊后焊件变形较小，但缺点是焊缝金属组织及硬度不一致，以及在半熔化区仍可能出现白口，影响加工性能。此外，在金属结晶过程中，铜的反应易使焊缝产生气孔。铜铁焊条冷焊法采用前述冷焊工艺操作，使用直流电源反极性连接，并用短弧施焊。焊后趁红热锤击焊缝，以消除焊接应力及增加致密性。endprint