淺析鑄鐵氣焊工藝與焊接區硬度控制

祖寶華

摘要：在進行工業機械制造過程中，根據設備的使用性能以及生產方式，采用不同的焊接方法。尤其是對鑄鐵材料制成的機械設備焊接過程中，采用鑄鐵氣焊工藝，需要對焊接區硬度實施嚴格的控制措施，才能保證焊接獲得良好的效果。本文圍繞鑄鐵氣焊工藝與焊接區硬度控制措施展開討論，為鑄鐵氣焊技術進行焊接提供參考依據。

關鍵詞：鑄鐵氣焊微合金化;預熱;緩冷;硬度

引言

目前，鑄鐵材料內主要是由鑄鐵碳物質組成，同時含有較多的雜質，包括硫、磷等，若采用傳統的焊接工藝進行焊接，極易造成焊接位置出現裂紋、白口等質量問題。所以，在對鑄鐵材料進行焊接時，應采用鑄鐵氣焊工藝，既能使焊接位置通過余熱有助于進行焊接操作，還能通過緩冷措施提升鑄鐵的硬度。

1.實驗方法及條件

在對鑄鐵材料進行焊接時，需要對焊接時采用的焊絲成分進行分析，主要包括以下成分：C含量為3.6%-4.2%;Si含量為3.4%-4.%;Mn含量小于0.6%;S含量小于0.05%;P含量小于0.05%;Ca-Ni-Ti-Bi含量小于2.5%;剩下的成分由Fe組成。

本實驗中使用的焊接材質型號為HT200，規格為200mm×70mm×25mm。同時配置型號為CJ201溶劑，與多元微合金化灰鐵焊絲配合使用，在鑄鐵材料上完成焊接操作。焊接位置呈U型坡口，坡口規格為深10mm、長25mm。

進入到焊接實驗的準備階段，工作人員對坡口進行拋光處理，處理時使用4%的硝酸酒精，通過酒精具有的腐蝕性，溶解坡口。隨后，對溶解位置進行充分的烘干處理，完成烘干操作后，使用XJL-03型號光學金相顯微鏡，對腐蝕位置進行觀察。最后，使用型號為HB-3000的布氏硬度試驗機，對焊接硬度進行測量，在測量中需要焊接位置承載750kg的重量，持續承壓超過30s。

2.實驗結果及分析

2.1預熱溫度對焊縫組織及性能的影響

通過實驗對焊接坡口進行預熱，在不同溫度下，分為室溫、T0=100℃、T0=200℃，在顯微鏡下觀察每20μm內，該材料的焊接位置出現的組織形態各不相同。在室溫狀態下，組成材料的物質包括珠光體、鐵素體以及石墨，而此時鐵素體呈小塊分布狀態，并且集中在石墨組織周圍。若溫度上升至100℃時，盡管焊接位置內仍有上述物質組成，但是鐵素體含量不斷增加，相反會減少珠光體含量，此時在石墨片周圍包裹小片鐵素體。若溫度上升至200℃時，焊縫保持在原有的狀態，但是鐵素體含量會明顯上升，同時超過在室溫狀態下，此時鐵素體會呈現大片狀，保持在石墨和珠光體周圍。

通過對預熱溫度不斷上升可知，焊縫的硬度會不斷下降。在室溫狀態下，焊縫金屬無法與母材有效的融合，此時在焊接過程中，焊接位置會出現氣孔等質量問題，同時焊縫內承受較大的應力，進而提升焊縫的硬度。在預熱溫度不斷升高過程中，焊接材料內石墨可有效改善焊縫性能，并且會降低珠光體的含量。

2.2焊后緩冷措施對焊縫組織及性能的影響

2.2.1緩冷爐初始溫度的影響

對不同實驗溫度下，焊縫硬度的變化可知，焊接位置需要通過緩冷處理后，將余熱溫度與焊縫組織保持在可控制范圍內，并且在緩冷爐內，提升爐內溫度后，焊接材料內白色鐵素含量在增加的同時，會減少珠光體的含量，進而有效降低焊接位置的硬度。將焊接材料放置在保溫爐內，工作人員需要嚴格控制爐內的初始溫度，若升高溫度會減緩焊件的冷卻速度，此時焊接材料內會有效減少石墨的含量，此時珠光體含量也會減少，而鐵素體含量會不斷提升，進而降低焊縫的硬度。

將緩冷爐內保持在無熱輸入狀態，可在室溫狀態下降低焊接的溫度，同時還能加快焊縫的冷卻速度，此時焊接材料內，無法析出更多的鐵素體和石墨，導致珠光體含量保持在較高的狀態，進而提升焊縫的硬度。若將緩冷爐保持在200℃狀態進行緩冷，此時焊接材料硬度會不斷降低。

2.2.2火焰烘烤時間的影響

在對焊接材料進行加熱過程中，隨著火焰烘烤時間不斷延長，此時焊縫硬度會不斷降低。所以，工作人員應控制焊接時間，避免由于時間過短，焊縫硬度保持在較高的狀態。通常情況下，將焊縫位置的溫度控制在2-6分鐘范圍內，此時焊縫硬度會逐漸降低。

通過對完成焊接的焊縫進行保溫處理，可對焊縫的硬度造成較大的影響。在焊接操作過程中，采用火焰烘烤的方法，不僅使焊接過程更加簡單，同時還能有效降低成本，并且有助于控制焊縫的硬度。

2.2.3焊后緩冷措施的影響

對完成焊接的材料實施緩冷措施進行分析可知，采用火焰保溫的同時，增加石棉覆蓋的方法，可將焊縫的硬度保持在248HB，此時硬度低于室溫狀態的283HB。所以，對焊縫實施緩冷措施時，通常情況下最為合適的方法為，采用火焰烘烤保溫與石棉覆蓋法，其次是焊后火焰持續烘烤法。

在采用火焰保溫外加石棉覆蓋方法時，完成焊接操作的焊縫溫度，不會馬上下降，可使焊縫溫度持續緩慢的下降。此外，覆蓋的石棉，會有效控制焊縫溫度下降的速度，此時焊縫內鐵素體含量增加，而石墨會不斷析出，進而有效降低焊縫的硬度，避免焊縫存在較大的應力。

結語

綜上所述，在對HT200型號的鑄鐵進行實驗時，通過微合金化鑄鐵焊絲氣焊技術，在焊接操作時通過預熱、火焰保溫等方法，可有效降低焊縫的硬度，同時總結出采用火焰加熱配合使用石棉保溫的方法，不僅操作簡單，成本較低，還能降低焊縫的硬度。

參考文獻：

[1] 任永明，徐錦鋒，孟冬波，et al.鑄鐵氣焊工藝與焊接區硬度控制[J].鑄造技術，2010，31（8）：1069-1071.

[2] 徐錦鋒，任永明，翟秋亞.手工電弧焊焊補鑄鐵件焊區硬度控制[C]// 2011.

（作者單位：中國石油管道局工程有限公司第一分公司）