普通焊條低溫預熱修補鑄鐵件工藝淺析

余貴平　葛宵果

【摘要】文章分析了在一定工藝條件下，采用普通焊條進行焊接，或者配以少量的鑄鐵焊條焊接，使之更加方便、經濟、簡單，降低生產成本。

【關鍵詞】鑄鐵；普通焊條；錘擊

【中圖分類號】 TG17 【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-1145（2008）02-0132-02

在我們的鑄鐵件生產過程中，一些鑄鐵件難免會出現氣孔、沙眼、縮松等鑄造缺陷，而日常生產工作中，一些設備的床身、底座、殼體軸承座等部件，也難免會產生裂紋、斷裂、磨損等損壞。按照一般的處理方法，可以采用電焊、氣焊、釬焊或粘接等方法，補焊的修補以往大多采用鑄607、鑄308等鑄鐵焊條或銅、銀、鉛、鋅等金屬釬焊進行焊接。工藝要求高，焊接成本大，施焊困難。對一些非主要部件、部位的焊接，特別是一些不要求：1.加工性、氣密性及強度；2.承受較小載荷；3.由于鑄造缺陷產生大面積縮松的大型鑄件……能否在一定工藝條件下，采用普通焊條進行焊接，或者配以少量的鑄鐵焊條焊接，使之更加方便、經濟、簡單，降低生產成本，我在實際生產中曾做過一些嘗試，并對其焊接機理及工藝等方面做了一些簡單淺顯的分析，請大家給予指教。

一、一般鑄鐵的焊接特點

（一） 常用鑄鐵的一般性能

鑄鐵是含碳量大于2.11%（一般為2.5% ~ 4%）的鐵碳合金，熔點為1130℃ ~ 1250℃，比重6.9 ~ 7.9，主要化學成分為碳C、硅Si、錳Mn、硫S、磷P，按石墨存在形式可分為灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵，基體組織有鐵素體、珠光體、奧氏體和滲碳體。

（二）鑄鐵的焊接特性

一般鑄鐵由于本身強度底、塑性差，對冷卻速度敏感等特點，在一般焊接條件下，（特別是不預熱狀態下）非常容易產生白口組織和焊接裂紋，使工件無法加工、強度降低、抗沖擊韌性小、塑性差，失去使用價值。

（三）原因分析

白口產生的主要原因取決于鑄鐵的化學成分和冷卻速度，而焊接過程中，熔池中的半熔化區、重結晶區、炭化物石墨化及球化區中的化學成分主要由母材決定，通過焊接的化學成分調節，使焊接時的半熔化區中，有利于石墨化的元素增加（如碳、硅等），減少阻礙石墨化的元素（如硫、錳等）。另外，應設法減緩溶池的冷卻速度，延長半熔化區的紅熱時間，減少二次滲碳體的析出，使石墨充分析出，從而控制焊縫熱影響區的組織結構。

焊接裂紋可分為熱應力裂紋和熱裂紋。

在焊接過程中，熱應力裂紋產生的主要原因很多，如：母材組織及化學成分不好；有鑄造缺陷；工件形狀復雜、焊縫位置不能自由伸縮；焊縫組織的收縮率與母材的收縮率不同；以及焊縫的順序不合理，都會產生熱應力裂紋，當熱應力超過鑄鐵的強度時，就會在焊縫和母材間產生熱應力裂紋，

熱裂紋產生在焊縫上，主要是由于熔深過大，使熔池中的非鐵組織過多，韌性降低、脆而且硬，組織不均勻，在熱應力的影響下產生裂紋。

我們知道，在焊接過程中熔池，從熔化到冷凝是一個復雜的過程，其間受諸多因素的影響，所以焊接缺陷的出現，不是單一的，往往是并存的，只有認真仔細的加以分析其內在原因，并采取有效的控制手段，才能有效提高焊縫質量。

二、普通焊條低溫預熱修補鑄鐵件

焊接過程中容易出現的幾個問題。低碳鋼焊條熔點（1300℃～1400℃）和鑄鐵的熔點（1100℃～1200℃）不同。母材與焊材在半融化區的結晶時間不同，容易產生金屬混合不好。在冷硬狀態下凝結，產生拉應力。在焊接時：

1.母材熔化部分中的碳、硅元素向焊縫擴散，使焊縫組織含碳量增加，如果冷卻速度快，焊縫將成為淬火組織（如馬氏體一類）而且還會擴散一些硫、磷元素使焊縫淬硬。

2.母材方面的半熔化區，碳、硅元素的減少，不利于石墨化的進程，容易產生白口組織，產生各種裂紋。

3.由于焊縫可焊性差，采用錘擊方法，也無法去除焊接應力，在半熔化區內，母材與焊縫組織的收縮率的不同，也要產生一定的應力。

三、改善焊接縫組織的工藝措施

針對以上焊接過程中容易出現的問題，在施焊過程中，應以以下幾個方面采取措施：

（一）接溫度的控制

在施焊前有條件的話，可以讓母材低溫預熱到50℃～70℃，加熱要均勻、遲緩，也要利用電弧氣刨開坡口的余熱。在施焊中應盡力保證自然形成的層間溫度不低于60℃。并延長其保溫時間，已焊過的焊縫要間或用電弧點一下。不要讓施焊面上的局部溫度過高，應盡量選擇小直徑焊條、小電流施焊，不要急于清除焊渣，因為它有一定的保溫作用，待全部焊完后檢查無焊接缺陷，應采用一定的后熱及保溫。讓焊縫緩慢冷卻，這樣做的目的是為了降低低碳鋼焊條和鑄鐵結晶速度不一至的敏感性，不讓焊縫組織成為淬火組織形成白口，使半熔化區的石墨化較充分的進行，并使它有一個回火過程，消除一定的焊接應力。

（二）焊接運條及焊接順序和方向

在施焊前的工藝準備時，根據焊縫情況，應盡量選擇小直徑焊條和小電流，采用多層焊（每次讓溶敷金屬盡量少），短段、跳躍的連續焊（使個施焊面溫度均勻緩慢，升高或降低），運條要用“點焊劃圈”的運條方法，使整個熔池內的熔化金屬，有一個預熱、攪拌和回火，電弧要短、速度要慢，使焊縫有一個低溫回火的過程，盡量不要用電弧去熔化母材，而讓熔化的鐵水熔化較少的母材，這樣做，可以減少焊縫中溶入過多的母材。降低焊縫所含碳、硅、錳、硫、磷等元素，使半熔化區的金屬充分攪拌，組織均勻，更好的融合；防止施焊面內溫度的聚升聚降，產生應力造成裂紋。

焊接順序和方向要遵循減少收縮應力產生和有利于焊接應力施放的原則，使焊接分層順序如圖：

（三）錘擊和其它

在施焊過程中，每焊完一段，趁焊呈暗紅色時（這也是焊段長短選擇的一個準則。）要盡快用比較堅硬的焊錘尖，快速錘擊焊縫，用力要均勻，錘擊點要密，在焊肉上打擊出凹點，錘擊方向沿焊接方向進行，對較寬的焊縫要從焊縫邊緣向中間進行。總之，要沿溫度逐漸低的方向進行，這樣做的主要目的是為消除焊接應力和收縮應力。

另外，對施焊完成的工作面要用手砂輪磨平，仔細檢查有無裂紋、氣孔、夾渣等缺陷產生，如果有缺陷產生，要趁工件未降溫的時候，及時補焊。在消除焊接缺陷，對焊縫施焊前，一定要清理干凈，施焊場地應選擇在溫度較高的地方，對一些較大的焊縫，母材的基體元素組織和化學成分不好，或者有進一步切割加工及其他要求的，應配以適量的鑄鐵焊條，也可以根據焊縫的情況，打止裂孔（防止裂縫延伸），用加強板加固（增強工件的強度）等方法修復。

總之，在對鑄鐵焊接的過程中，方法是靈活的，應根據施焊條件和鑄件焊接的特點制定出合理施焊工藝，以盡量減小容易造成焊接缺陷的不利因素，通過對施焊過程所采取的措施，提高焊縫質量，采用低炭鋼冷焊修復鑄鐵件，是一個簡單、經濟、高效的焊接方法，是有待于進一步研究和探索的工藝。

【參考文獻】

[1]焊接手冊[M]．

[2]機械設計手冊[M]．

[3]金屬材料與熱處理[M]．

【作者簡介】余貴平（1965—），男，上海人，新華水工機械有限責任有限公司起重機公司生產處工程師；葛宵果（1968—），男，河南西平人，新華水工機械有限責任有限公司起重機公司經營副總經理工程師。