機械修理中常用的電弧冷焊技術淺析

張清麗　許曉麗

摘 要：電弧冷焊是機械修理中常用的方法，本文對低碳鋼焊條冷焊法，鋼基焊條冷焊法，鎳基焊條冷焊法，及銅鐵焊條冷焊法做了概括性的介紹，以提高人們對電弧冷焊工藝的了解。

關鍵詞：電弧冷焊；機械修理；焊條

中圖分類號：TG444 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.12.043

在焊前和施焊過程中，對焊件不預熱或預熱溫度低于200 ℃的焊接，稱為冷焊。冷焊法與熱焊法比較，焊件不需預熱，對一些預熱有困難的中、大型鑄件也能施焊，且焊接位置不受限制（熱焊只限于平焊）。按選用焊接材料的不同，目前采用較多的冷焊方法有：低碳鋼焊條冷焊法、鋼基焊條冷焊法、鎳基焊條冷焊法，及銅鐵焊條冷焊法等。現將以上各種冷焊方法的主要特點介紹如下：

1 低碳鋼焊條冷焊法

用普通低碳鋼焊條冷焊鑄鐵，焊縫脆硬，無法機械加工，并極易產生裂紋。其原因：一方面是由于焊接時母材大量熔化，母材中的碳硅元素向焊縫過渡，使焊縫部分成為高、中碳鋼組織，在冷卻速度快的情況下，成為淬火的馬氏體組織；另一方面，在半熔化區，由于母材中部分碳硅元素向焊縫擴散，故半熔化區的碳硅含量會有所降低，使石墨化條件變得更壞，極易出現白口及裂紋。此外，鋼的收縮率比鑄鐵收縮率大，所以冷卻快會加劇焊縫應力，極易在焊縫與母材間產生開裂及剝離現象。通常只用于對焊接質量要求不高，承載不大，焊后表面不需進行機械加工的缺陷部位，應嚴格按冷焊工藝進行操作。

為了提高低碳鋼焊條冷焊鑄鐵焊接的質量，防止焊縫金屬在脆弱的半熔化區剝離，可在焊接部位采取機械加強的措施，然后再焊接。這樣增強了焊接接頭的承載能力，焊接應力也被分散到具有良好塑性的鋼質加強件上去。機械加強有多種形式，如栽絲、鑲鍵、鑲板等。機械加強在一定程度上擴大了用低碳鋼焊條冷焊鑄鐵的應用范圍。但仍存在焊前的準備工作量大，焊補時間較長，焊縫金屬加工困難等缺點，而且在焊接接頭中仍會出現白口、裂紋和氣孔，因此主要應用在一些大型、承載大的鑄件。

2 鋼基焊條冷焊法

焊條采用低碳鋼焊芯，焊后焊接接頭中易出現熱裂紋、冷裂紋和淬硬組織，熔合區白口寬度較大，焊接質量不能令人滿意，但價格便宜，目前仍有一定應用。

鋼基焊條有下列三種：（1）EZFe-1型低碳鋼芯氧化性藥皮焊條。藥皮中含有較多赤鐵礦、大理石等強氧化性物質，目的是通過碳的氧化反應來降低焊縫中的含碳量。第一層焊縫的碳的質量分數平均為0.8%，屬高碳鋼，焊縫硬度達40～50 HRC，熔合區白口層寬約0.2 mm，接頭無法加工。常用于不要求加工、致密性及受力較低的缺陷部位的焊補。（2） EZFe-2型低碳鋼芯鐵粉型焊條。藥皮為鈦鈣型。第一層焊縫碳的質量分數可降至0.48%～0.56%，屬中碳鋼上限，最高硬度達320 HBS，仍難于加工。常用于非加工面的焊補。（3）EZV型低碳鋼芯低氫型藥皮高釩鑄鐵焊條，致密性好、塑性高（伸長率28%～36%），且抗拉強度可高達558 MPa。但熔合區的白口較嚴重，加工困難。常用于非加工面的焊補。

3 鎳基焊條冷焊法

對焊后要求機械加工的重要鑄件，多采用非鑄鐵組織的焊條，以便得到硬度不太高，塑性較好的焊縫。通過一定的工藝配合，可以獲得良好質量的焊縫。鎳基焊條有采用純鎳、鎳鐵和鎳銅合金作焊芯，強還原性石墨化涂料，焊縫是相應的鎳基合金組織。焊縫具有良好塑性，較高抗裂性和易于機械加工的特點。因為鎳是擴大奧氏體區的元素，奧氏體能很好地溶解碳而又不與碳形成滲碳體。鎳也不與碳形成化合物，而是很好地溶解到鑄鐵里去，成為Fe—Ni合金。同時鎳又是一種促進石墨化元素，因而能減弱半熔化區白口層的形成。鎳基合金焊縫的良好塑性，可松弛焊接應力，避免熱應力裂紋。

上述三種鎳基焊條的性能不完全相同，其中純鎳焊條有較好的抗裂性和切削加工性，強度稍高于常用灰鑄鐵；鎳鐵焊條有強度高、塑性好等優良的機械性能，線膨脹系數較小，抗裂性較好，適用于焊接球墨鑄鐵、高強度鑄鐵和重要灰鑄鐵件；鎳銅焊條收縮率較大，抗裂性、強度相對稍差。由于鎳是稀貴金屬，焊條價格較高，使用上常受成本限制。

4 銅鐵焊條冷焊法

銅鐵焊條含有大量的銅（75%～85%），它起了以下作用：（1）紫銅的強度與一般灰鑄鐵相近，塑性非常好，易產生塑性變形以松弛焊接應力，減小焊縫裂紋傾向。（2）銅的熔點（1083 ℃）比鑄鐵熔點低。電弧焊時，焊條的熔化速度大于母材，減少了母材的熔化，使母材中的碳硅元素少向焊縫金屬過渡，對防止白口及產生裂紋都很有利。（3）銅不溶解碳，又不與碳化合生成脆硬組織，絕大部分的碳與銅是以機械混合物狀態存在。銅又是一種弱石墨化元素，對減少半熔化區白口有一定作用。

在以銅為基礎加入鐵的目的是在于提高電弧燃燒的穩定性和焊接接頭的強度，并改善致密性。銅鐵含量比例要適當，鐵含量多（>30%）時，會由于母材中碳的擴散而增高焊縫的硬度，塑性降低，易裂并難于機械加工。銅鐵焊條的抗裂性能較好，焊后焊件變形較小，但缺點是焊縫金屬組織及硬度不一致，以及在半熔化區仍可能出現白口，影響加工性能。此外，在金屬結晶過程中，銅的反應易使焊縫產生氣孔。銅鐵焊條冷焊法采用前述冷焊工藝操作，使用直流電源反極性連接，并用短弧施焊。焊后趁紅熱錘擊焊縫，以消除焊接應力及增加致密性。endprint