焊条电弧焊与气焊在铸铁补焊应用中的探讨

刘广宝

（河南经济贸易技师学院，河南 新乡453700）

铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，工业上常用的铸铁含碳量一般在2.5%～4.4%之间。除C外，铸铁还夹杂较多的硅、锰和其他杂质元素。对铸铁缺陷件及损坏件，应根据铸铁的特点采取相应的补焊工艺进行修复。然而铸铁合金在机械性能上和化学成分上的特点，补焊接头处易产生白口组织、淬硬组织及夹渣、裂纹和气孔，往往导致补焊失效和难以机加工。综上，铸铁的可焊接性差。

为了确保补焊质量，对补焊工艺的选择十分重要。焊条电弧焊焊接设备简单，应用广泛，分为冷焊法和热焊法。但是铸铁焊条价格比较昂贵，且焊缝应力较大，易产生裂纹。气焊亦有应用，但随着焊条电弧焊的普及，气焊应用越来越少。

1 焊条电弧焊冷焊法

焊条电弧焊冷焊法可以提高补焊生产率，且焊接时温度不高工作环境稍好，受热相对均匀变形小。目前冷焊法在我国获得了迅速发展。铸铁冷焊常采用异质焊接材料，如Z308、Z408、Z508、Z116、普通低碳钢焊条等来获得非铸铁焊缝组织。

但是冷焊法因焊缝冷却较快，焊缝特别容易形成白口组织，甚至会造成焊接裂纹及成块剥离。

2 焊条电弧焊热焊法

采用此法焊接时，焊接工件冷却较为缓慢，焊缝及HAZ温度分布均匀，有利于消除脆硬组织，减小裂纹和应力。热焊时常用的铸铁焊条型号是EZC(Z208、Z408)。

热焊法具有成本高、焊接工艺复杂、效率低和焊接温度高等缺点，成产中应用较少。一般当缺陷被四周刚度大的部位所包围，采用其他焊接方法易造成裂纹时，才采用热焊法进行焊接。

3 气焊法

对于铸铁补焊，气焊有下列优势：

（1）气焊温度低（最高3400℃左右)，热量分散，加热速度慢，达到预热和焊接温度需要的时间长，冷却时间也长，有利于铸铁的石墨化，半熔化区一般不会产生白口和淬硬组织。

（2）气焊焊缝的材质、性能、颜色等和母材相近，设备简单，取材容易，温度变化相对较慢且容易控制。

（3）采用加热减应区法，选择待焊铸件的减应区进行预热和保温，从而降低焊接应力及裂纹出现的可能性。

（4）焊前清理要求不高，用火焰直接进行清理，简单易操作。

4 铸铁补焊之气焊实例分析

4.1 研究意义

铸铁齿轮在使用过程中承受着冲击载荷和交变载荷，很容易受到损伤，对损坏齿轮补焊，可有效提高齿轮使用寿命，提升企业经营效益。本文将对水泥厂粉磨机铸铁齿轮断齿的补焊进行研究。

4.2 过程分析

选择合适的焊接材料和火焰，应选用铸铁焊丝、丝401A，焊炬型号为H01-12，4号焊嘴，采用中性焰，可有效改善焊接性能，减少裂纹的产生，保证焊接的质量。

4.3 补焊过程

补焊前应将需修复断面上的杂质进行清理，需清出金属光泽。

气焊铸铁补焊时，熔池表面存在着熔点(1713℃)较高的SiO2，粘度较大，影响焊接的正常进行，如不及时除去，在焊缝中容易形成夹渣，SiO2为酸性氧化物，使用碱性物质与其化合生成低熔点的复合盐，浮在熔池表面，焊接过程中立即清除。焊剂采用统一牌号“CJ201”，呈碱性，能将气焊铸铁时产生的高熔点二氧化硅复合成易熔的盐类。

氧化焰有利于预热及除渣，可以提高工件预热和除渣速度。为了提高焊接速度和质量，焊接火焰调节成中性焰。

如果焊后需要进行机加工，则应采用热焊法，首先将齿轮预热到500～600℃，以后用中性焰焊接，并在红热前把焊剂撒在焊接处，焊完后立即埋入石灰或炉灰中，经过10多个小时的缓慢冷却后，即可进行机加工。补焊时，尤其是补焊第一层时，在基本金属熔透后再加入焊丝的熔滴，加入焊剂的量要适当。当温度足够高时焊丝粘上焊剂，迅速插入熔池底部并用力摩擦搅拌，将底部的杂质上浮到焊缝表面，这时焊丝插入熔池底部的部分就会自然熔化。气焊铸铁的操作应将焊丝插入熔池内熔化，可以避免夹渣及熔合不良，焊接过程中焊丝不断地搅拌，熔渣集中上浮于焊缝表面，然后用焊丝末端粘出去掉。熔池底部熔池不够时不急于填充焊丝，以免造成熔合不良。若熔池底部出现二氧化硅等杂质或气孔时，调大火焰同时减小焰心，将夹杂物及气孔等排除。

第一层焊接完毕后，立即熔化焊丝使熔池的铁液逐渐增加。这期间浮在表面上氧化物，可用焊丝的前端迅速去除，然后追加适量的焊剂，直至熔池内的氧化物完全消除。在火焰逐渐远离底部，铁液逐渐从上至下凝固过程中，随时使用焊丝去除表面的氧化物。

焊接后期，使焊缝稍高出铸件表面1～2mm，重新熔化焊缝外面的熔渣，待焊缝在半熔化状态时进行外形整理，具体方法如下：用焊丝从平行于铸件表面迅速做往复运动，将高于部分刮平。经过仔细打磨后焊缝形貌如下图所示。

焊工作应一次完成，即一次将堆焊层焊至所需要高度，为了减少焊缝热量，避免因合金元素烧损过多，而使铸铁性质变脆、变坏，要求焊接速度尽可能快。焊后冷却过程中要采取保温措施，如覆盖石棉瓦等，并对补焊区和热影响区补热，尽量减小温度降低速度。

如果补焊后不需要进行机械加工的厚、大齿轮，可采用冷焊法，但要求每焊高10mm左右，就应用气焊火焰烧烤侧面逸出的填充金属，待熔化后，用焊丝的端部将其拔掉，并根据需要进行整形。必要时用样板对齿距和齿厚进行校正。

焊缝冷却后用手动打磨的方式将焊接部位进行充分整形，并对夹渣、气孔以及裂纹等进行检查，如有超标因脆性加大则不能再次进行返修。

焊后检查表面未发现裂纹、气孔及其他缺陷，符合使用要求。采用此焊接工艺补焊后的齿轮，投入使用后状态平稳，达到要求。

5 结 语

由于焊条电弧焊补焊铸铁易引起应力集中、夹渣、裂纹甚至剥离，而气焊虽然准备稍微复杂，但由于设备简单，取材容易，使用灵活，焊缝的成分、性能、颜色等与母材最为相近；焊接温度较低且分散，有利于工件应力释放，从而可以有效避免裂纹缺陷产生，从而保证补焊后的质量。

铸铁气焊补焊后焊缝质量很好，因此气焊是铸铁补焊非常理想的工艺方法，具有很好的推广价值。