灰口铸铁补焊技术的探究

1、专科毕业设计（论文）设计题目： 灰口铸铁补焊技术的探究 系 部： 船舶与港口工程系 专 业： 焊接技术及自动化 班 级： 焊接XXXXXX 姓 名： XXX 学 号： XXXXX 指导教师： XX 职 称： XXX 2012年6月 江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计（论文）目 录目 录I摘 要IIAbstractIII1 引言12 铸铁的分类及其特点13 灰铸铁的焊接性33.1 焊接接头的白口及淬硬组织33.2 焊接接头裂纹54 灰铸铁的补焊接工艺84.1 同质焊缝的焊条电弧焊84.2 异质焊缝的电弧冷焊125 铸铁件补焊实例155.1 煤气发生炉的补焊155.2机车摇臂补焊16结

2、论18致 谢19参 考 文 献20摘 要在工业生产中，由于铸铁的性能以及其生产成本低廉，因此在重型机械的零部件铸造中得到广泛的应用。本文主要鉴于铸铁零部件在生产现场的使用过程中不可避免的会出现局部损坏或者断裂，考虑到经济效益，为节省更换零件的时间，只能采用补焊技术对损坏的铸铁零件进行修复，从而在分析灰口铸铁焊接性和特点的基础上，对灰口铸铁材料的补焊工艺和具体操作技术和方法给予较为详细的介绍，并且通过对某些铸铁工件的修补为实例，对焊工在对铸铁现场施焊技术的提高有非常大的参考价值。关键词：铸铁零件；补焊工艺；修复。AbstractIn industrial production, because

3、of the performance and low production costs, the cast iron has been widely used in heavy machinery parts casting. This thesis is mainly in view of the inevitable partial damage or fracture that the cast iron parts will bring in the process of using in the production site. Considering the economic be

4、nefits, in order to save the time of replacement parts, we can only use welding technology to repair the damaged cast iron parts, which gives a more detailed introduction to the gray welding technology of cast iron materials and the operating techniques and methods on the basis of the analysis of gr

5、ay cast iron welding properties and characteristics. Besides, taking the repair of some of the cast iron workpiece as examples provides valuable insight for welder to the improve the welding technology in cast iron field.Key words: Cast iron parts；Welding process；Repaired- 20 -1 引言铸铁是碳当量大于2%的铁碳合金，工业

6、铸铁的碳当量在2%4%，铸铁中除了铁和碳以外，含有Si、Mn、P、S等元素，这些元素含量都比碳钢高，在某些特殊用途的合金铸铁中，根据需要还加入Cu、Mg、Ni、Mo、或者Al等合金元素。铸铁熔点低，液态流动性好，结晶收缩率小，便于生产形状复杂的机械零部件，同时还具有良好的铸造性、耐磨性、良好的消振性、切削加工性能和较低的缺口敏感性, 而且生产工艺简单、成本低廉, 经过适当合金化处理后还可以具有良好的耐磨性或耐蚀性, 因此机械行业用得十分广泛。但是，铸铁的焊接性能很差，在焊接生产中的应用受到偶尔一定的限制，目前铸铁焊接技术主要应用于铸铁件缺陷的修复、已损坏的铸铁成品件的焊补以及铸铁件表面的堆焊等

7、等。2 铸铁的分类及其特点按照碳元素在铸铁中存在的形式和石墨形态，可以将铸铁分为灰铸铁、球墨铸铁、可煅铸铁、蠕墨铸铁、及白口铸铁及合金铸铁六大类。其中以灰铸铁和球墨铸铁应用最广。（1）灰铸铁（HT） 灰铸铁含碳量较高（2.7%4.0%），碳主要以片状石墨形态存在，分布于不同的基体上，断口呈灰色，可把灰铸铁看做是钢的基体上加上片状石墨组成，由于石墨的强度相对于金属基体来说是极小的，所以灰铸铁的组织可看做是钢的基体上存在着许多“裂纹”，因而它的抗拉强度、塑性和冲击强度几乎为零。但是灰铸铁缺口敏感性较低、抗压强度高、耐磨性好、收缩率低、流动性好，可以铸造具有复杂形状的机械零件。因此，灰铸铁广泛运用于

8、各种机床的床身及拖拉机、汽车发动机缸体、缸盖等铸件的生产。灰铸铁的力学性能及用途如表2-1所示。（2）白口铸铁（BT） 白口铸铁简称白口铁，其中碳除极少量溶于铁素体外，其余都以渗碳体（Fe3C）的形式存在，端口呈亮白色，故称“白口”。这种铸铁的组织为渗碳体和共晶莱氏体，硬而脆，不能进行切削加工，从而极少单独使用，主要用作炼钢的原料或者作为可锻铸铁件的毛坯，白口铸铁的表层为冷硬铸铁常用作轧辊。常用的白口铸铁主要化学成分为C2.1%3.8%，Si1.2%，根据需要，有时添加Mo、Cr、W等合金元素提高其力学性能。表2-1 灰铸铁的力学性能及用途铸铁编号显微组织抗拉强度/Mpa硬度（HB）特点及用途

9、HT100珠光体30%70%粗片状，铁素体10%30%，二元磷共晶7%100175强度低，主要用于制造对强度及组织无要求的不重要铸件。HT150珠光体40%90%中粗片状，铁素体10%60%二元磷共晶7%150150200强度中等，用于制造承受中等载荷的铸件，如机床、工作台等。HT200珠光体90%，中片状，铁素体5%，二元磷共晶4%200170200强度较高，用于制造承受较高载荷的耐磨铸件，如发动机的汽缸体、液压泵、阀门壳体、机床机身、汽缸盖、中等压力的液压筒等。HT250珠光体98%，粗片状，二元磷共晶2%250190240HT300珠光体98%，中细片状，二元磷共晶2%300210260

10、强度高，基体组织为珠光体，用于承受高载荷的耐磨件，如剪床、压力机的机身、车床卡盘、导板、齿轮、液压筒等。HT350珠光体99%，粗片状，二元磷共晶1%350230280（3）球墨铸铁（QT） 球墨铸铁简称球铁，其基体中石墨呈球状，由于石墨呈球状分布，就大大降低了石墨割裂经书基体组织的作用，大大降低了应力集中，因此球墨铸铁具有较高的强度和韧性，而且能通过热处理（如：正火、淬火、退火等）来改善其力学性能，可以用来制造力学性能要求较高的铸件，如柴油机的曲轴、连杆、汽缸盖、汽缸套和齿轮等，并可在一定范围内代替碳钢或合金钢来制造某些强度要求较高或者形状较为复杂的铸件。（4）可锻铸铁（KT） 可锻铸铁是因

11、其具有较高的韧性而得名，实际上并不可锻，又称其为展性铸铁。是白口铸铁毛坯经9001000°C长时间（几十个小时）的退火，使渗碳体在固态下分解，其中大部分碳以团絮状石墨的形态存在，团絮状石墨对金属基体组织破坏作用小，故其具有较高的强度和韧性，适于制造形状复杂、受冲击载荷的薄壁铸件，如各种管接头以及拖拉机、汽车、纺织机零件等可锻铸铁根据组织成分和化学成分的不同，可锻铸铁分为铁素体可铸铁（KTH）和珠光体可锻铸铁(KTZ)两类。（5）蠕墨铸铁 (RT)蠕墨铸铁，将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出石墨呈蠕虫状，其力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。常用的蠕墨铸铁的抗

12、拉强度为300500MPa，伸长率为1%6%。蠕墨铸铁的显微组织油蠕虫状石墨和基体组成。蠕墨铸铁有三种类型：铁素体蠕墨铸铁，铁素体+珠光体蠕墨铸铁和珠光体蠕墨铸铁。由于蠕化剂中含有导热性、铸造性、可切削加工性均优于球墨铸铁，而与灰铸铁相近。蠕墨铸铁是一种具有良好综合性能的铸铁，主要用于制造汽车的零部件。（6）合金铸铁合金铸铁是普通铸铁加入适量合金元素（如Si、Mn、P、Ni、Cu、Al、B等）获得，合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器、仪表等零部件。3 灰铸铁的焊接性铸铁焊件中灰铸铁的焊件最为常见，其化学成分的特点是

13、碳、硅含量高，硫、磷杂质含量高，力学性能特点是强度低、塑性差，在结晶过程中对冷却速度敏感，因而焊接时冷却速度快时，由于焊件受热不均匀时造成了很大的热应力，或者是在一般的焊条电弧焊中，采用的工艺措施不当时，很容易形成白口及淬硬组织或产生裂纹。3.1 焊接接头的白口及淬硬组织灰铸铁焊接时，由于熔池体积小，存在时间短，加上铸铁本身内部的导热作用，使得焊缝及其近区的冷却速度大，在融合线处产生大量的渗碳体，形成了白口铸铁组织。由于白口铸铁硬而脆，难以进行加工制造。根据在焊接接头不同的部位，产生的白口组织的概率不同，灰铸铁焊接接头的组织变化图如图3-1。由图3-1可见，焊接接头中产生白口组织的区域是由焊缝

14、区、半熔化区、奥氏体区、重结晶区、碳化物石墨化、球化区、原始组织区组成，其中的焊缝区、半熔化区、奥氏体区为重点。有此可见，灰铸铁接头的白口化问题主要是指焊缝和半熔化区容易产生白口组织。其主要原因是采用了一般的电弧焊方法焊接时，接头过冷倾向大造成铸铁的石墨化不足，焊缝区的冷却速度比铸造时的速度快得多，特别是母材和熔合区的成分相近，在快速冷却下，很容易产生白口。图3-1 灰铸铁焊接接头组织变化图铸铁接头中的白口组织的存在，不仅造成加工的困难，还会引起裂纹等缺陷的产生，因此要采取相应的措施来减小其生成的条件，同时也是为了接头石墨化提供了有利条件。相关预防措施有如下几种。（1）改变焊缝中的化学成分，提

15、高石墨化元素的含量。由于在碳钢焊条焊接铸铁时，熔池中的C、Si含量低，可以在焊条或者焊丝中加入大量的C、Si元素使其含量高于母材，以便在一定的焊接工艺条件配合下，促进石墨化，使焊缝形成灰口组织，此外，使用异质材料焊条（如，镍基合金、高钒钢、铜钢）来避免产生白口或者其他脆硬组织的可能性。（2）减慢冷却速度，延长熔合区处于红热状态的时间，有利于石墨的充分析出，这是避免熔合区产生白口的主要工艺途径。例如气焊时补焊区的冷却速度较慢，容易防止焊缝及熔合区产生白口，或者在焊接前预热及焊后保温，预热温度一般为400700°C，减慢冷却速度也可以防止白口的产生。（3）采用钎焊焊接法，由于焊件过程中，

16、母材不熔化，可以避免熔合区产生白口。要注意的是：虽然改变焊缝中的化学成分可以解决焊缝的白口问题，但是对于半熔化区的白口层是很难完全消除的，因为在高温下，半熔化区为局部熔化，在焊接冷却条件下，熔池中的石墨化元素很难迅速、均匀地扩散到近缝区，因此，通过调整焊缝中的化学成分来阻止半熔化区白口组织的产生，效果不是很好，只能通过控制焊接参数将白口层的宽度缩小到可见机械加工范围（即宽度小于0.1mm）。同时，很多铸铁焊接补焊后都要进行机械加工，一般认为在布氏硬度300以下进行机械加工。灰铸铁本身为珠光体或珠光体+铁素体基体，硬度为190280HB，具有良好的加工性，但是，焊接接头中出现的高硬度白口（500

17、800HB）及马氏体组织（500HB左右）会给机械加工带来很大的困难，表现在用高速钢刀具加工不动，用硬质合金刀具磨损严重，会出现“打刀”的现象。3.2 焊接接头裂纹灰铸铁属于脆性金属材料，抗裂能力差，在焊接应力作用下焊接接头很容易开裂。铸铁焊接裂纹分为冷裂纹和热裂纹两类，但是产生的原因及影响因素有着很大的差别，铸铁焊接接头一旦出现裂纹，承载能力大大下降，整体结构也不能满足致密性要求，导致焊接的失败。铸铁焊接时出现的裂纹有冷裂纹、热裂纹、母材开裂，下面分别予以分析。3.2.1 冷裂纹（1）焊缝中的冷裂纹 当焊缝金属为铸铁型（同质）时，焊接灰铸铁容易出现“低塑性脆化裂纹”，其可以发生在焊缝或热影响

18、区中，多在400°C以下产生，产生时常伴随着清脆的金属开裂声响，这是由于焊件收缩应力大所引起的。铸铁冷裂纹大多以横向分布，存在片状石墨，削弱了基体组织的连续性，而片状石墨的尖端极易成为裂纹源。焊接时，因接头局部不均匀的加热和冷却，焊缝在冷却过程中产生了很大的拉应力，温度越低，产生的拉应力越大，在拉应力的作用下，石墨片的尖端呈严重的应力集中，当应力超过焊缝金属的强度时，使微裂纹发展成为宏观裂纹，并可能扩展到整个焊缝横截面。焊缝石墨化程度也影响冷裂纹的产生。石墨化不充分，存在白口层时，也易产生裂纹。这是铸铁的冷裂纹与钢的冷裂纹机理不大相同的主要因素，与氢的作用没有任何的关系。焊接处的刚度

19、、焊缝体积和焊缝长度，对焊缝裂纹的敏感性有明显的影响。刚度大、焊接体积大、焊缝长都将焊接应力增大，促使裂纹的产生。（2）近缝区冷裂纹 当采用低碳钢焊条焊接时，或者母材与焊缝强度级别相差很大的时候，容易产生近缝区的裂纹。这类型的裂纹大多数沿纵向分布，也有横向或者斜向分布，裂纹大多数发生在半熔合区或半熔合区与奥氏体区交界处，常沿熔合线开裂，严重的时候会导致焊缝剥离，因此又称之为“剥离裂纹”。剥离裂纹也具有冷裂纹性质，其产生的主要原因与焊缝强度高、收缩率大及半熔化区组织有关。这种接头的组织分布一般是：焊缝是碳钢组织；半熔化区是白口组织；奥氏体区因为没有熔化，其收缩率只有1.1%左右。因此在冷却过程中

20、，焊缝附近的半熔化区与奥氏体区之间存在着很大的切应力（见图3-2）。由于母材的强度低，牵制不住焊缝的收缩，因而导致在半熔化区与奥氏体区之间产生纵向开裂，严重时还会造成整个焊缝沿半熔化区从母材上剥离。当工件越厚或者焊道越多时，焊接应力就越大，焊缝的剥离也就越容易产生。图3-2 半熔化区与奥氏体交界处产生剪应力3.2.2 热裂纹焊缝为铸铁型时，虽然含有较高的碳、硫、磷等元素，但是对热裂纹的产生并不敏感。因为焊缝由高温冷却时将会析出石墨，伴随着产生石墨化膨胀，使焊缝体积增加而收缩率减小，故有利于降低接头拉应力，再者铸铁焊缝的成分接近于共晶点，其固、液温度区间比钢小，脆性温度区较小，所以铸铁型的焊缝热

21、裂纹倾向不大。而使用镍基焊图3-3 热裂纹条、氧化铁型焊条或者其他一些非铸铁型焊条时，就有可能在焊缝中产生热裂纹。这主要是在靠近母材的焊缝中（见图3-3），因熔合比大而熔入了较多的碳、硫、磷等元素；或者由于镍基焊条焊接时，镍与硫、磷等元素形成低熔点共晶组织，因此上述焊缝金属对热裂纹较为敏感。镍基焊缝的热裂纹沿奥氏体晶间开裂，属于结晶裂纹。影响镍基焊缝热裂纹倾向的冶金因素主要有：低熔点共晶物的数量及其熔点高低，焊缝合金系统及其结晶温度区间的大小。实验研究表明，随着焊缝中的P、S等元素的增加，抗热裂纹性能明显下降；调节焊缝中的C、Si等元素，可以得到抗热裂纹性能较佳的合金系统。图3-4 碳对镍铁型

22、焊缝金属热裂纹的影响图3-4给出了碳对镍铁型焊缝金属抗热裂纹性能的影响规律，图中Vb1值表示产生热裂纹的临界变形速率。Vb1 值越大，焊缝金属的抗热裂纹性能就越好。3.2.3 母材开裂 在灰铸铁焊接中，有时还会有可能在焊接区以外的母材上出现裂纹。其原因是由于局部加热后应力增大，同时铸铁薄壁厚不均匀所致。当焊接加热不当时，因为母材的塑性差，局部应力过大而会把薄弱处拉断，断裂部分往往是铸件的薄壁处及断面形状突变处。由以上分析可知，灰铸铁焊接时，焊接接头中裂纹倾向是比较大的，这主要是与铸铁本身的性能、焊接应力、接头组织及其化学成分有关。为了防止铸铁焊接时产生裂纹，在生产中主要采取减小焊接应力，改变焊

23、缝合金系统以及限制母材中杂质熔入焊缝的措施。从减小应力的角度来看，采用适当温度下的热焊，或者加热减应区焊，都有利于改善接头的应力分布状态；在冷焊时采用严格的工艺措施，如：小电流、分段、断续焊，也有利于减小接头中的杂焊接应力。通过改善焊缝的化学成分或合金系统，使其成为具有较高塑性的非铸铁组织（如镍基合金、高钒钢、铜钢组织等），增加了焊缝的塑性变形能力，将近缝区的焊接应力得以松弛，故使焊接接头的裂纹倾向大为降低。为防止热裂纹的产生，可以通过增加药皮的碱度及适当加入脱硫元素（如锰、稀土等），来降低杂质的危害。同时通过焊接工艺措施来减小熔合比，以免母材中碳、硫、磷大量进入到熔池中。4 灰铸铁的补焊接工

24、艺由灰铸铁的焊接性可以知道，灰铸铁的焊接性能很差，很容易出现白口组织和裂纹，因此，为了防止这些缺陷的产生，我们要从多方面因素考虑来选择和制定合理的焊接方法及工艺。编制工艺时，主要从这以下几方面进行考虑：（1）被焊铸铁件的形状，如大小、厚薄、结构复杂程度、缺陷的大小、被焊部分的刚性等。（2）对补焊质量要求，如切削加工性、硬度、强度、焊缝的颜色、密封性等。（3）现场设备和经济性等要求来选择。铸铁的补焊方法有很多，但是每种方法都有其特点，只能适应某些类型铸件中某些缺陷的焊补。其中，最常用的是焊条电弧焊。4.1 同质焊缝的焊条电弧焊同质焊缝是指焊接后形成的铸铁型焊缝，其焊条电弧焊工艺可以分为热焊（包括

25、半热焊）和冷焊（即不预热焊）两种。4.1.1 热焊及半热焊 铸铁焊接时，白口组织和冷裂纹的产生，主要是由于熔池体积小而使冷却速度过大造成的，针对这个问题，人们在很早以前应用了热焊工艺，以达到减小铸件的温度差，降低接头冷却速度的目的。热焊是焊前将铸件整体或局部预热到600700，然后在此温度下进行焊接，焊接过程焊接的温度保持在450以上，焊后保温缓冷。热焊温度一般在700以下，不超过铸铁的共析转变温度。因为超过了这个温度时，焊后会引起铸铁的基体组织变化，珠光体基体中的渗碳体会在共析转变时分解并形成石墨，使焊件的硬度和耐磨性下降，并且在石墨析出时，还伴随着体积长大，使焊接的变形增加。因此，热焊的优

26、点是焊接受热均匀，冷却速度缓慢，有利于焊缝金属石墨化，减少和避免焊缝中出现白口组织，有利于降低焊接热应力，有效防止产生裂纹，使用合适成分的焊条，焊接接头的硬度和母材相近，有优良的加工性，力学性能、颜色都与母材一致，但是其缺点是：劳动条件恶劣、加热费用大、工件变形大、表面易氧化等。半热焊是指将铸件整体或者局部预热到300400左右，与热焊法相比能改善劳动条件，同时也能获得较好的焊缝质量。（1）热焊工艺 热焊适用于中厚（10mm以上）铸件的大缺陷补焊，对于8mm以下的薄壁铸件补焊时，易烧穿，一般来说不适合采用。a. 预热 对于结构复杂的铸件（如柴油机缸盖），由于补焊区刚性大，焊缝无自由膨胀收缩的余

27、地，故宜采用整体预热；对于简单的铸件，焊补处刚性小，焊缝有一定的膨胀余地，采用局部预热。整体预热的方法一般是将铸件整体用地炉加热，局部预热可以采用气焊或火焰加热。b焊前清理 在焊接前，首先要对补焊处进行清理，并且开好合适的坡口， 倘若在待焊的地方有油渍的话，可以用痒乙炔烧掉，同时可以用砂轮、扁铲、铲进行加工，制定坡口时要保证坡口的干净、有光泽。 c. 造型 对于焊接边角部位以及穿透缺陷，焊前为了防止熔化金属流失，保证一定的焊缝成形，还应在待焊部位造型，其形状尺寸如图4-1所示。 造型材料可以用型砂加水玻璃或者黄泥。内壁最好放置耐高温的石墨片（一般用石墨废电极制成），以防止造型材料受热熔化或者塌

28、方，并且在焊前一定要加热烘干。 （a）中间缺陷补焊 （b）边角缺陷补焊4-1 热焊焊补区造型示意图 d焊接 焊接时，为了保证预热温度，缩短高温工作时间，要求在最短的时间内焊接完成，因此要采用大电流、连续焊。一般来说焊接电流的确定可以根据焊条直径d的4060倍。因为铸铁焊条药皮中含有较多的高熔点难熔物质石墨，采用适当的长弧焊将有利于药皮的熔化以及石墨向焊缝中过渡。e焊后缓冷 焊后应采取缓冷措施，一般采用保温材料覆盖，最好的就是随着地炉冷却。 采用电弧热焊工艺，焊缝为铸铁型，力学性能基本与母材一致，颜色与母材一样。、具有良好的切削加工性，焊后残余应力小，焊接接头质量高。但是，由于铸件的预热度高，使

29、操作者的工作条件恶劣；同时加热消耗燃料多，会使补焊的成不增加；同时是造成了焊接工艺复杂化，增加了生产周期，使生产效率低。因此，电弧热焊工艺的运用和发展都受到了很大的限制。（2）半热焊工艺 为了降低预热温度，改善劳动强度、条件，人们在实际中发现：适当提高焊缝的石墨化能力，采用300400°C的整体或者局部预热，用于刚度较小铸件的焊接，也能受到较好的效果，但是加热时塑性变形不明显，因而在焊补刚度较大的焊接时不容易产生变形，同时焊接应力较大，可能导致接头产生裂纹等缺陷，因此，半热焊只适用于焊补区刚度较小或者形状简单的铸件。 半热焊预热温度较低，铸件在焊接时的温度差要比热焊条件下大，故焊接区

30、的冷却速度将加快。因此，为了防止白口组织和裂纹的产生，保证焊缝石墨化，焊缝中的石墨化元素含量一般应高于热焊时的含量，一般情况下采用“Z208”或者“Z248”铸铁焊条。半热焊工艺过程基本与热焊时相同，即大电流、长弧、连续焊、焊后保温缓冷等。4.1.2 冷焊冷焊又称不预热焊。它是在提高焊接石墨化的基础上，采用了大直径焊条、大焊接线能量的连续焊工艺，以增加熔池存在的时间，达到降低接头冷却速度、防止白口组织产生的目的。这种焊接方法在焊接过程中不需要辅助加热，因此能大大降低了焊接成本，提高补焊生产率、改善劳动条件等。此方法适用于中厚度以上的大缺陷焊补，基本上可以避免白口组织的产生，获得良好的效果。（1

31、）焊条的选择 常用的冷焊焊条按照焊后焊缝的加工性可以分为两类：一类是焊后不需要机械加工的铸件，如高铜铁铸铁焊条、高钒铸铁焊条、氧化型钢芯焊条和低碳钢焊条；另一类用于焊后需要机械加工的铸件，如纯镍焊条、镍铜合金焊条和镍铁合金焊条。（2）电弧冷焊工艺 通常采用的铸铁冷焊工艺，因焊缝和母材平皮齐或稍高于母材，所采用的焊接电流小，往往会在半熔化区附近产生白口组织（图4-2），为此，进行铸铁型焊条焊缝电弧冷焊时，除了要调整焊缝的化学成分外，焊接中还要制定相应的工艺措施，以降低冷却速度。具体工艺措施如下所述。图4-2 普通冷焊时半熔化区白口组织示意图a. 坡口制备 焊接前，应该对待焊焊件的补焊区进行清理并

32、且制好坡口，为防止冷焊时因熔池体积过于小而使冷速增大，焊补区的面积须大于8cm²，深度起码要大于7mm，而且型槽形状应光滑，并为上大下小呈一定的角度（20°30°），例如下图（4-3）所示。 a）型槽形状及尺寸 b）缺陷状况图4-3 铸铁型焊条冷焊焊前准备示意图b. 造型 坡口制定好后，为了防止焊缝液态铁液流失和保证焊缝高于母材，还应该在待焊位置造型。造型的方法和材料与热焊造型基本一样。（图4-3）c. 焊接 焊接时，一定要采用大直径焊条，并且使用直流反接法，对待焊焊件进行 大电流、长弧、连续焊。其焊接电流根据选用的焊条直径来选择，若采用的焊条直径为5.mm时，焊

33、接的电流应该达到250350A；若焊条直径为8mm时，焊接电流应该选择380600A，弧长长度保持在812mm，由中心向两边连续焊接。当坡口焊满后不要熄弧，用电弧沿着边缘移动，（如图4-4a），使焊缝堆高，一般焊缝的高度要超过母材表面58mm，以防止半熔化区的白口，焊后截面图如（4-4b）所示。焊后要立即覆盖熔池，以达到保温缓冷的效果。 （a）收弧移动方法 （b）焊后焊缝的截面图4-4 冷焊焊接过程示意图铸铁型焊条电弧冷焊也有些不足的地方：因为焊缝为灰铸铁组织，强度低而塑性差，当采用大电流焊接时，铸件局部受热严重，在焊接刚度较大焊件时焊接区产生的应力较大，故容易产生裂纹，此外，这种方法不能用于

34、中小缺陷，否则将会因热应力大而使裂纹倾向增大。4.2 异质焊缝的电弧冷焊 异质焊缝又称为非铸铁焊缝，电弧冷焊由于焊前不需要加热，不仅简化了焊接工艺过程，还改善了焊工的工作条件，具有适应范围广泛，可进行全位置焊接及焊接效率高的特点，因此，只是一种很有发展前途的焊接工艺方法。（1）异质焊缝电弧冷焊的焊条目前，我国已经发展了很多种系列的非铸铁型焊缝铸铁焊条，常用铸铁焊条的性能、牌号及其主要用途见表4-1。表4-1 铸铁焊条的牌号成分和用途牌号型号药皮类型焊接电源焊芯主要成分焊缝金属的主要成分主要用途Z100EZFe-2氧化型交直流碳钢碳钢灰铸铁件非工面补焊Z116EZV低氢钾型碳钢（高钒药皮）高钒钢

35、高强度灰铸铁件Z117EZV低氢钠型直流碳钢（高钒药皮）高钒钢高强度灰铸铁件Z122FeEZFe-2铁粉钛钙型交直流碳钢碳钢多用于一般铸铁件非加工面补焊Z208EZCQ石墨型碳钢碳钢一般灰铸铁焊接补焊Z238EZCQ碳钢球墨铸铁球墨铸铁件补焊Z248EZCQ铸铁铸铁灰铸铁件补焊Z258EZCQ铸铁球墨铸铁球墨铸铁件补焊Z268EZCQ碳钢球墨铸铁球墨铸铁件补焊Z308EZNi-1纯镍纯镍重要灰铸铁薄壁件和加工面补焊Z408EZNiFe-1镍铁合金镍铁合金重要高强度灰铸铁件及球墨铸铁的补焊Z408AEZNiFeCu镍铁铜合金镍铁铜合金重要灰铸铁及球墨铸铁的补焊Z438EZNiFe-1镍铁合金镍铁

36、合金重要灰铸铁及球墨铸铁的补焊Z508EZNiCu-1镍铜合金镍铜合金强度要求不高的灰铸铁件补焊Z607低氢钠型直流纯铜铜铁混合一般铸铁件非加工面补焊Z612钛钙型交直流铜包钢芯铜铁混合一般铸铁件非加工面补焊（2）异质焊缝电弧冷焊的焊接工艺a 焊前清理 焊前应将焊件缺陷周围的油渍清理干净，否则会产生气孔及影响接头质量。b坡口的制备 常用的坡口形式有U型和V型，但是开坡口前首先要对裂纹两端钻止裂孔，孔的位置一般在裂纹前35mm，孔径58mm，深度25mm，如果是穿透性的裂纹的话则要钻透，坡口表面进行机械加工时，要尽量平整，减少基本金属的熔入量。c 焊接 异质型焊条进行电弧冷焊的主要工艺特点是：采

37、用小工艺参数进行施加焊，并采用短弧焊、短段焊、断续焊、分散焊以及在焊后即使锤击焊道，以减小应力防止裂纹。为了减小应力, 防止裂纹, 必须防止焊缝局部过热, 使焊缝区保持较低温度, 减小与整体温度差别, 每一段焊缝要短, 一般以1015mm 为宜, 不能继续进行, 但可以分散在多处起焊。每道焊缝之间冷却到大约60°C 时, 再焊下 一道, 每焊一道, 要马上用带小圆头的尖头小锤迅速地锤击焊缝金属, 直到焊缝上出现密布的麻点并且焊缝冷却为止, 从而消除部分焊接应力。与此同时,要严格控制焊接电流, 宜尽可能用小电流（在保证焊缝和母体熔合良好的情况下） , 保证浅熔深, 避免白口层厚度加大,

38、 造成焊缝剥离和热裂纹。当坡口较大的话，应该选择多道焊；当母材材质较差时，应该采用栽丝法即在焊件坡口上钻孔攻螺纹，拧入钢钉（一般用M8螺钉，间距2030mm），如图4-5所示；当焊接有一定深度的大面积铸造缺陷的焊补时，必要的时候可以采用加垫板焊补法（如图4-6），以减少焊缝金属量，降低焊接接头应力。 图4-5 栽丝法示意图 图4-6 垫板焊接法5 铸铁件补焊实例5.1 煤气发生炉的补焊某厂的煤气发生炉由于长期负荷工作，导致炉底出现开裂的现象。煤气发生炉炉底直径为3m，厚度为40mm，材料为灰口铸铁HT200，裂纹长度为1.5m，深度为30mm，从经济成本考虑，可以采用焊接方法对裂纹进行补焊。5

39、.1.1 焊接方法和焊条的选择一般来说，大铸件的补焊方法有冷焊和热焊，但是考虑到补焊的成本，及补焊工的劳动强度，采用冷焊法：焊前不需要预热，可以用小参数进行焊接，虽然冷焊会比热焊产生的白口组织和应力要大，但是我们可以通过电流大小、电源极性等来控制熔合比，减少熔覆金属量，选择塑性比较好的焊条。由于镍基焊条的塑性好、抗裂能力好，镍基焊条常用的有纯镍焊条、镍铁焊条、镍铜焊条，其中镍铁焊条的价格便宜抗裂性能最好，但是考虑到裂纹深度深，为降低成本，我们先采用镍铁焊条打底和过渡，然后用较便宜的碱性焊条E5015来盖面。5.1.2 补焊工艺（1）焊前准备。a用氧乙炔火焰清除裂缝处的油渍，并且用钢丝刷清理到金

40、属光泽。b用手提砂轮机打磨坡口，角度在6070°间，坡口地部呈圆角，如图5-1.所示。c在坡口两边纵向拧入M10螺钉，坡口两侧各15个，螺孔深10mm，孔距100mm，呈人字交错排开，如图5-2所示。d采用电源直流反接法e焊前焊条在200°C以下烘干1h，保温备用，随用随取。（2）焊接步骤。a焊接第一层时先焊螺钉周围的焊缝，然后焊螺钉间，随后焊接螺钉以下的坡口底部，最后焊接螺钉以上的坡口边缘b铺底完成后，再用直径为3.2的E5015过渡，采用多道焊，焊接电流在100A左右，直流反接，采用直线形运条法，不摆动，短弧焊接，每焊完50mm，用小锤轻轻敲击焊缝，消除应力，检查焊缝，如发现有裂纹缺陷，用手提砂轮打磨后继续焊接，严格控制层间温度。c坡口焊满后应多焊一道回火焊道，起附加预热处理作用，焊后修磨与母材一致。 5-1 坡口栽丝示意图 5-2 螺钉排列5.2 机车摇臂补焊机车的摇臂一般选择的材料为灰铸铁HT150，由于长时间的工作，使得摇臂处出现了裂纹，这时我们为了节省时间和减少成本，对摇臂进行补焊，如图5-3所示。因