鑄鐵冷焊實踐

徐筱祿 鮮潔宇 楊東升

（1.南京農業大學工學院 江蘇 南京 210031；2.國核工程有限公司 中國 上海 200241）

鑄鐵冷焊實踐

徐筱祿1鮮潔宇1楊東升2

（1.南京農業大學工學院 江蘇 南京 210031；2.國核工程有限公司 中國 上海 200241）

通過分析鑄鐵電弧冷焊的焊接特性，分析不利因素，提出了從焊接工藝、操作要點及焊接程序等方面加以解決，并描述了焊接的操作要點。最后分析了可能存在的焊接缺陷：咬邊、裂紋、氣孔、白口組織等，并提出了相應的防止措施。

焊接；鑄鐵；焊接工藝

0 前言

隨著科技水平的進步,人們對焊接質量的要求也越來越高。而人工焊接時,由于受到技術水平、疲勞程度、責任心、生理極限等客觀和主觀因素的應影響,難以較長時間保持焊接工作的穩定性和一致性[1]。鑄鐵冷焊是在實施焊接時，上作勿需預熱或稍加預熱，采用純鎳、鎳鐵、鎳銅焊條、鑄鐵焊條、低碳鋼或結構鋼焊條進行焊接的一種工藝方法。其中以鎳基焊條最易保證焊接的質量。但含鎳或純鎳焊條價格昂貴，極不經濟。大大增加了焊接成本。若采用低碳鋼或結構鋼焊條，焊接難度較大。本文主要介紹采用低碳鋼或結構鋼焊條冷焊鑄鐵的焊接性分析、幾種焊接工藝方法及操作要點，供實際應用參考。

1 鑄鐵電弧冷焊的焊接性

由于鑄鐵固有的性質和冶金特點，給電弧焊帶來了極大的困難具體如下：

1.1 鑄鐵在熔化后，若冷卻速度快，在熱影響區易出現白口組織，所以鑄鐵焊接時裂紋傾向較大。

1.2 鑄鐵含碳量高，碳在焊接過程中被氧化生成CO氣體，易在焊縫巾形成氣孔。

1.3 鑄鐵強度高、塑性差、性質脆，鑄造時的殘余應力與焊接時的殘余應力疊加，也容易在焊接時出現裂紋。

1.4 鑄鐵內含有較高的C、S、P等元素，并在焊接中熔化到焊縫金屬中，有增加焊縫金屬硬度、降低塑性和韌性的作用，除產生裂紋的可能性外，還會導致切削加工困難。

1.5 鑄鐵在冶煉加熱巾，易出現石墨粗大化，石墨與基體產生間隙，致使鑄件在使用過程中油、水滲入形成氧化物，嚴重阻礙焊接時的熔合，同時還會增加產生焊接裂紋和氣孔的可能性。

1.6 鑄鐵在焊接熔化時，液態金屬的流動性很差，嚴重妨礙了焊接時的熔合，熔池中的熔渣和有害氣體也難以逸出，這不僅會在焊縫中造成嚴重的焊接缺陷，而且還會影響焊縫金屬的致密性。

針對上述焊接不利因素，必須從焊接工藝、操作方法及焊接程序等方面加以解決，方可奏效。

2 幾種低碳鋼、結構鋼焊條冷焊工藝方法簡介

2.1 自制銅鋼焊條冷焊鑄鐵

采用低碳鋼焊條，在整根焊條的藥皮外纏繞紫銅絲，采用直流反接施焊。紫銅絲的直徑、繞制圈數、圈距等應根據焊條直徑，工件形狀、鑄鐵牌號等決定。它是以銅鐵鑄鐵焊條為自制依據的。采用該種焊條進行鑄鐵冷焊具有成本低，來源方便等優點。

2.2 結構鋼焊條加鐵粉冷焊鑄鐵

應用結構鋼焊條，在其藥皮上涂一層三氧化鐵粉作添加劑進行鑄鐵冷焊。該種焊接材料的實質類似于鋼芯鑄鐵焊條，制作簡單，焊接效果也比較好。

2.3 低碳鋼焊條水浸法冷焊鑄鐵

該方法是將開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處，選用交流電源、J422焊條進行施焊。這種方法具有施焊環境好、勞動條件好、焊接成本等優點，但對操作技術要求比較高。

2.4 堆焊隔離層鑄鐵冷焊法

該法是采用鑄鐵焊條打底，在坡口內先薄薄地堆焊一層隔離層，其余各層采用結構鋼焊條施焊，必要時還可以加入少量銅粉。這種方法能促使焊縫組織的石墨化，避免臼口組織的出現，同時還能增加焊縫金屬的塑性和韌性，有效的克服了焊接裂紋的產生。除上述方法外，還有坡口內栽絲冷焊；坡口內碎絲冷焊；在碳鋼焊條藥皮周圍擦上氯化鈉和食用堿混合粉冷焊鑄鐵等等，均可收到一定效果。

3 焊接操作要點

3.1 焊前必須制備相應的坡口，坡口原則上采用機械加工方法進行。破口形狀，要從應力、變形和操作難易等方面決定。為避免熔合不良產生夾渣，坡口角度要適當大些，其底部應成圓弧狀。

3.2 徹底清除缺陷，并清理坡口及其邊緣的水、油銹、氧化皮等臟物。

3.3 焊機的空載電壓應高一些，原則上不應低于75V。另外，必須采用小參數進行焊接，焊接電流取下限。

3.4 多層焊時，控制層問溫度不得大于60℃，在打底焊后的第一層焊道尤應嚴格控制。

3.5 施焊用焊條直徑視坡口大小，一般選用2.5mm或3.2mm為宜。焊速應快一些，焊條不作橫向擺動，嚴格控制焊接線能量。

3.6 焊接順序必采用分段、短道、斷續、對稱焊接法，分段長度約30mm。當坡口較寬較深時，應采取逐步縮小坡口的鑲邊焊接法施焊，這有利于減小焊后應力，防止裂紋產生。

3.7 每焊完一段焊道，都要立即錘擊，從引弧處錘擊到收弧處，錘擊速度要快，必要時應對焊道周邊的母材施以錘擊，達到釋放應力的目的。

3.8 焊接過程中如出現焊接缺陷，應立即進行清除方可繼續施焊。

4 主要焊接缺陷產生原因及防止措施

4.1 咬邊

咬邊的產生是由于施焊巾鑄鐵母材與焊道之間溫差太大、焊條角度不正確、焊條偏弧、電弧太長和電流過大造成。

防止措施為：（1）采用小直徑焊條，小參數施焊；（2）焊條與咬邊一側母材的傾角盡量大一些，焊前應按規定烘焙焊條；（3）采用短弧快速焊。

4.2 裂紋

裂紋的出現主要由于冷焊鑄鐵時焊縫與母材溫差較大，加之鑄鐵本身的塑性韌性極低，焊后熔池冷凝時產生較大應力，以及被焊J：件結構剛性過大等原因造成。

防止措施為：（1）選用正確的焊接順序，把焊接殘余應力減小到最底限度；（2）采用小直徑焊條，電流不宜過大，收弧時填滿弧坑：（3）每焊完一段焊道立即進行快速錘擊，并由重漸輕；（4）施焊中如出現焊接缺陷，應訌即清除并重焊：（5）嚴格控制熱輸入量，盡量減小熱影響區寬度和自口組織的產生。

4.3 氣孔

鑄鐵冷焊中的氣孔是由于焊接過程中母材熔深過大，造成母材中的碳燃燒氧化生成的cO，以及焊條末烘干，焊接區清潔不徹底在焊接過程中形成的氣體和空氣中有害氣體侵襲等在焊縫凝同過程巾未能完全逸出而產生。

防止措施為：（1）做好焊條的烘焙和坡口兩側的清理工作；（2）采用小直徑焊條，小電流施焊，并嚴格控制母材熔深；（3）施焊時壓低電弧，運條動作要穩。

4.4 白口組織

鑄鐵在焊接過程高熱，特別是不均勻加熱的條件_F，由于熱影響區石墨的析出和氧化，很容易形成白口組織。

防止措施為：（1）選用多層焊，每層焊道不宜過厚，焊道不能太寬，特別是打底層；（2）在打底焊時加入一些添加劑，以控制石墨擴散，減小熔深；（3）采用小直徑焊條、小參數、快速施焊。

5 總結

通過多年的焊接實際經驗，分析了鑄鐵冷焊過程中存在的問題，同時提出了就解決問題的相應方法，及其操作規范要點，并就冷焊可能存在的缺陷提出相應的防止措施。

［1］周律,陳善本,林濤.弧焊機器人焊縫跟蹤方法的研究現狀[J]//第十一次全國焊接會議論文集：第2冊.2005.

王靜］