第6章铸铁焊接

第6章铸铁焊接_6.1铸铁的种类及其焊接方法_6.2铸铁的焊接性分析_6.3铸铁的焊接材料及工艺_纯铁铸铁：wC%>2.11%的铁碳合金铸铁：wC%>2.11%的铁碳合金，由工业生铁、废钢等钢铁及其合金材料经过高温熔融和铸造成型而得到工业常用铸铁：Fe-C-Si合金同时含有一定量Mn、杂质元素P、S等特点：熔点低、液态下流动性好、结晶收缩率小→便于铸造生产形状复杂的机械零部件成本低，耐磨性、减振性和切削加工性能好等在汽车、农机和机床中获得了广泛应用6.1铸铁的种类及其焊接方法6.1.1铸铁的种类按照碳在铸铁中存在的形式和石墨形态：白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁白口铸铁：C绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形式存在断口呈白亮色，性质脆硬，极少单独使用是制造可锻铸铁的中间品表层为白口铸铁的冷硬铸铁常用作轧辊灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁中

C基本以石墨形式存在，部分存在于珠光体中石墨形态不同→性能有较大差别力学性能：球墨铸铁>可锻铸铁>蠕墨铸铁>灰铸铁石墨形式：球状团絮状蠕虫状片状球墨铸铁：1947年以球化剂处理高温铁液使石墨球化球状→对基体割裂作用小→力学性能大幅提高应用仅次于灰铸铁灰铸铁：其成本低廉，铸造性、加工性、减振性及金属间摩擦性均优良，工业中应用最广泛片状石墨：对基体严重割裂作用→灰铸铁强度低、塑性差可锻铸铁：由白口铸铁经长时间石墨化退火获得团絮状→塑性比灰铸铁高退火处理时间长，成本高，应用受限制蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状，头部较圆比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好、耐热疲劳性能好,在工业中属于初期推广应用阶段铸铁基体组织：铁素体F、珠光体P或二者的混合物是在钢的基体上加上石墨石墨强度很低，相当于空洞→钢有效承载面积↘石墨端部尖锐→严重应力集中，易断裂铸铁比相同组织钢：强度低、塑性差

Q235钢：σb=375~460MPa，伸长率21~26%灰铸铁：σb=100~350MPa，伸长率<0.5%球状铸铁：①

铁素体基体：σb=~400MPa，伸长率~18%

②

珠光体基体：σb=~700MPa，伸长率~2%③奥氏体+贝氏体基体：σb=860~1035MPa，伸长率7~10%1、灰铸铁特点：断面呈灰色、石墨呈片状组织：碳以片状石墨的形式存在于珠光体或铁素体或二者混合基体中石墨：含量高且呈粗片状→抗拉强度低含量低呈细片状→抗拉强度高基体：纯铁素体→抗拉强度和硬度低纯珠光体→抗拉强度和硬度均较高用途：机床床身、齿轮箱、皮带轮、底座、缸体、盖、手轮等受力不大、耐磨、减震零件牌号显微组织抗拉强度/MPa硬度HBW（供参考）特点及用途举例基体石墨HT100铁素体粗片状≥100≤175

强度低，用于制造对强度及组织无要求的不重要铸件，如油底壳、盖、镶装导轨的支柱等HT150铁素体+珠光体较粗片状≥150150～200

强度中等，用于制造承受中等载荷铸件，如机床底座、工作台等HT200珠光体中等片状≥250170～220

强度较高，用于制造承受较高载荷耐磨铸件，如发动机的气缸体、液压泵、阀门壳体、机床机身、气缸盖、中等压力的液压筒等HT250细片状珠光体较细片状≥250190～240HT300细片状珠光体细小片状≥300210～260

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细片状珠光体细小片状≥350230～280表6-1灰铸铁牌号、显微组织、力学性能及用途2、球墨铸铁液态铸铁浇铸前进行球化处理可以得到我国常用的球化剂：稀土镁合金细小圆整的石墨球对基体的割裂作用较小，其力学性能是所有铸铁中最高的经球化剂处理后的铁液结晶：具有较大的白口倾向还需进行孕育处理（添加孕育剂）

→促进石墨化过程的进行，避免出现莱氏体组织通过球化和孕育处理得到球状石墨

2、球墨铸铁应用：用来制造一些受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件具有高强度与高耐磨性的珠光体球墨铸铁，常用来制造拖拉机或柴油机中的曲轴、连杆、凸轮轴、各种齿轮、机床的主轴、蜗杆、蜗轮、轧钢机的轧辊、大齿轮及大型水压机的工作缸、缸套、活塞等；具有高韧性和塑性的铁素体球墨铸铁，常用来制造受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等。牌号抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率（%）硬度HBW（供参考）基体显微组织最小值QT400-1840025018130～180铁素体QT400-1540025015130～180铁素体QT450-1045031010160～210铁素体QT500-75003207170～230铁素体+珠光体QT600-36003703190～270珠光体+铁素体QT700-27004202225～305珠光体QT800-28004802245～335珠光体或回火组织QT900-29006002280～360贝氏体或回火马氏体表6-2球墨铸铁牌号、力学性能及显微组织3、可锻铸铁石墨呈团絮状由一定成分白口铸铁经长时间石墨化退火获得与灰铸铁相比：具有较好强度和塑性耐磨性和减振性优于碳钢应用：管类零件和农机具等4、蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状生产方式：与球墨铸铁相似特点：具有比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好、耐热疲劳性能好的优点；应用：制造大功率柴油机气缸盖、电动机外壳等6.1.2铸铁的凝固特点与石墨化铸铁的成分、组织及性能特点关键在于碳的存在形式碳含量超过在铁中溶解度：铸铁中便有高碳相析出或是渗碳体，或是自由状态的碳-石墨熔融状态的铁液在冷却过程中（化学成分和冷却条件不同）：既可从液相中或高温奥氏体中直接析出渗碳体（介稳状态）也可直接析出石墨（稳定状态）同时，渗碳体加热至高温还可以分解出石墨图6-1

铁碳合金双重相图虚线：Fe-C稳定系相图实线：Fe-Fe3C介稳定系相图wC%=4.26%：共晶铸铁共晶反应：

L→A+Fe3C

或L→A+G共析反应：

A→F+Fe3C

或A→F+G过共晶：

L→Fe3C（Ⅰ）或L→G（Ⅰ）石墨化过程：1）石墨化第一阶段特点：由于温度较高，碳原子扩散能力强，石墨化比较容易实现从过共晶铁液中直接析出的初生（一次）石墨：共晶转变过程中形成的共晶石墨：奥氏体冷却析出二次石墨；一次渗碳体、共晶渗碳体和二次渗碳体高温下分解析出的石墨L→G（Ⅰ）L→A+GA→F+GFe3C→G+F2）石墨化第二阶段专门石墨化退火→使珠光体中共析渗碳体分解→获得基体完全为铁素体的铸铁共析转变过程中形成的共析石墨；共析渗碳体分解析出的石墨若第二阶段石墨化能充分进行，→铸铁基体将完全为铁素体但是由于温度较低，一般难以实现因此铸铁在铸态下多为铁素体+珠光体混合组织渗碳体铁素体珠光体P的显微组织A→F+GFe3C（共析）→G+F影响铸铁石墨化的主要因素：铸铁的化学成分和结晶及冷却过程中的冷却速度1）化学成分促进石墨化元素、阻碍石墨化（促进白口化）元素图6-2

合金元素对铸铁石墨化的影响G碳化物2）冷却速度缓慢冷却有利于石墨化冷却速度：与铸模类型、浇注温度、铸件壁厚及铸件尺寸等因素有关如，同一铸件，厚壁处为灰铸铁而薄壁处可能出现白口铸铁图6-3

铸件壁厚（冷却速度）和化学成分（碳硅总量）对铸铁组织的影响6.1.3铸铁焊接方法焊条电弧焊、气焊、CO2气保电弧焊、手工电渣焊、气体火焰钎焊以及气体火焰粉末喷焊等近年来，直接将焊接用于零部件的生产在实际工作中的比例越来越大，主要是将球墨铸铁件之间、球墨铸铁与各种钢件或有色金属件之间，采用细丝CO2焊、摩擦焊、激光焊、电子束焊、电阻对焊、扩散焊等方法连接起来铸铁焊接应用：①铸造缺陷的焊补;②已损坏的铸铁成品件的焊补;③零部件的生产(把铸件与钢件焊接起来作成零部件)对铸铁焊接的要求：1）焊后焊接接头是否进行机械加工2）焊缝颜色是否与母材一致3）焊后接头是否承受很大工作应力4）焊缝金属及接头力学性能是否要求与母材一致5）焊接成本

根据被修复件的结构刚度以及对焊补后机械加工要求的不同，采用焊条电弧焊或气焊方法：

热焊：焊前将被修复铸件整体加热到600~700℃

并在此温度下焊接半热焊：焊前预热到400℃冷焊：焊前不预热

焊补后缓冷→防止焊接裂纹并改善焊补区域的机械加工性能铸铁电弧焊的焊缝金属分类Fe基Ni基Cu基铸铁钢球墨铸铁蠕墨铸铁灰铸铁高钒钢低合金钢碳素钢Ni-C奥氏体Ni-Fe-C奥氏体Ni-Cu-C合金Cu-Fe合金Cu-Al合金Cu-Ni-Mn合金图6-4

铸铁电弧焊的焊缝金属分类6.2铸铁的焊接性分析_

6.2.1焊接接头白口及淬硬组织_1、焊缝区

2、半熔化区

3、奥氏体区

4、部分重结晶区

6.2.2焊接裂纹_

1、冷裂纹

2、热裂纹

6.2.3球墨铸铁的焊接性特点_6.2铸铁的焊接性分析铸铁化学成分特点：C、Si含量高，S、P杂质含量高灰铸铁力学性能特点：强度低，塑性差铸铁焊接性：较差表现：焊接接头容易出现白口及淬硬组织容易产生裂纹原因：焊接加工具有冷却速度快，焊件受热不均匀造成较大焊接应力等6.2.1焊接接头白口及淬硬组织灰铸铁：wC%=3.0%，wSi%=2.5%焊条电弧焊

Fe-C-Si三元合金：共晶转变和共析转变是在某一温度区间进行的共晶转变温度区间：L→A+Fe3C（介稳态）或L→A+G（稳态）

共析转变温度区间：A→F+Fe3C（介稳态）或A→F+G（稳态）

冷却速度快时：A→M图6-5灰铸铁焊条电弧焊焊接接头各区域组织变化wSi%=2.5%半熔合区焊缝区热影响区母材半熔合区1、焊缝区焊缝金属冷却速度>>铸件在砂型中的冷却速度焊缝成分为铸铁，即同质焊缝时：焊缝主要由共晶渗碳体、二次渗碳体及珠光体，即具有莱氏体组织的白口组织白口组织：硬而脆，硬度高达500～800HB

将影响整个焊接接头的机械加工性能，同时促进产生裂纹

不预热条件下，即使增大焊接热输入，仍然不能完全消除白口同质铸铁焊缝，要求：选择合适的焊接材料，调整焊缝化学成分、增强焊缝金属的石墨化能力，并配合适当的工艺措施使焊缝金属缓冷，促进碳以石墨形式析出采用：热焊或半热焊同质焊条：碳、硅含量高防止白口灰铸铁焊接异质焊缝：

①低碳钢焊条焊接灰铸铁，尽量采用小电流，减少母材熔化量，并配合预热等措施减缓冷却速度，防止马氏体相变，以获得珠光体类型组织为主的钢焊缝②或采用镍基奥氏体焊条灰铸铁焊接2、半熔化区高温下：L+高碳γ冷却时：共晶温度区间L→A+共晶Fe3C继续冷却：A析出Fe3C(Ⅱ)

共析温度区间：A→F+Fe3C（A→P

）最终得到：共晶Fe3C+Fe3C(Ⅱ)+P的白口铸铁快冷：出现A→M

（固态相变）温度范围：1150～1250℃，固相线和液相线之间

焊接时处于半熔化状态3、奥氏体区温度范围：820～1150℃固相线与共析温度上限之间只有固态相变

距离熔合线远近不同，即热循环最高温度不同，奥氏体化的温度不同，使得碳在奥氏体中的含量产生差别奥氏体区温度较高地方：碳较多地向周围奥氏体扩散使含碳量增高，同时奥氏体晶粒长大奥氏体区温度较低地方：碳向周围奥氏体扩散数量较少使含碳量较低，且奥氏体晶粒较小随后冷却过程中：首先A析出Fe3C(Ⅱ)

而后共析转变：A→F+Fe3C冷却速度较慢：A→P冷却速度较快：A→M使焊接接头加工性变差4、部分重结晶区温度范围：780～820℃奥氏体与铁素体双相区加热时：母材中P→A

铁素体晶粒长大冷却过程：再次发生固态相变，A→P快冷：出现M最终得到：马氏体＋铁素体混合组织铸铁焊接特点：焊缝金属的多样化而与母材成分有较大差异“熔合区”白口：未完全混合区白口（石墨化元素较焊缝少，冷却时易生成白口）和半熔化区连在一起形成较宽的白口带异质焊缝的熔合区物理化学反应更为复杂6.2.2焊接裂纹1、冷裂纹（热应力裂纹）铸铁焊接的常见缺陷铸铁焊接接头出现裂纹：承载能力大大下降整体结构也不能满足致密性要求→导致焊接失败温度：500℃以下出现位置：焊缝及热影响区均有较大冷裂纹敏感性不焊接仅局部加热至高温，冷却后就可能产生裂纹1）冷裂纹产生的原因铸铁型同质焊缝：出现：焊缝较长或焊补部位刚度较大时容易出现即使焊缝没有白口或马氏体组织也可能产生温度：500℃以下伴随：脆性断裂的声音冷裂纹很少在500℃以上产生的原因：一方面是由于铸铁在较高温度下有一定塑性另一方面是此时焊缝承受的焊接应力也较小式中：σ0—平均拉伸应力；

ρt—裂纹尖端的曲率半径；

a—代表内部裂纹长度的一半；

σm—裂纹尖端处的最大应力1）冷裂纹产生的原因铸铁焊缝冷裂纹的裂纹源：片状石墨的尖端位置原因：片状石墨减小了焊缝金属的有效承载面积且尖端会造成严重的应力集中灰铸铁500℃以下：强度低、塑性差焊接应力作用下→片状石墨尖端裂纹源将穿过F与P的基体窄桥向前扩展焊缝止裂能力差→形成尺寸较大贯穿焊缝金属脆性宏观裂纹1）冷裂纹产生的原因不同石墨形态铸铁，裂纹敏感性不同：原因：石墨边缘形状不同

①应力集中程度不同，对基体组织割裂程度不同→造成力学性能的差异②止裂能力也有较大差别灰铸铁：片状石墨边缘非常尖锐，应力集中系数大，抗拉强度低，塑性差，止裂能力也差→冷裂纹倾向大球墨铸铁：冷裂倾向比相同组织的灰铸铁低蠕墨铸铁：冷裂倾向处于灰铸铁和球墨铸铁之间焊缝冷裂纹倾向低碳钢焊条焊接灰铸铁：得到钢焊缝，容易出现马氏体或二次渗碳体，焊缝仍具有较大冷裂纹倾向异质焊条焊接灰铸铁：连续长焊缝产生横向裂纹并发出金属断裂声其中：

Ni-Cu焊缝：收缩率高、热应力大、裂纹倾向较大高钒钢焊缝：横向冷裂纹铜钢焊缝：抗冷裂纹能力最强实质：热应力超过其塑性变形能力时发生突然断裂行为焊缝冷裂纹倾向异质焊缝的剥离性裂纹：钢焊缝、镍基焊缝力学性能比铸铁母材好，但收缩率大，造成焊缝底部或热影响区裂纹，严重时使焊缝金属与母材分离。位置：熔合区、热影响区，沿焊缝与热影响区交界扩展断口：呈脆断特征原因：脆弱的母材、热影响区及熔合区不能承受焊接时过大的热应力引起总结：冷裂纹主要受焊接应力即热应力的影响，热应力超过焊缝及热影响区的塑性变形能力，白口和马氏体等脆硬组织通过影响焊缝及热影响区金属的力学性能和热应力而促进裂纹，氢的影响不大。2）防止冷裂纹的措施

对焊补工件进行整体高温预热（600～700℃），使焊缝金属处于塑性状态，并促进焊缝金属石墨化，改善组织，充分降低焊接应力，并要求焊后在相同温度下消除应力。防止铸铁型同质焊缝出现冷裂纹最有效的措施

加热减应区法：在焊前和焊接过程中，利用气体火焰加热焊件的选定位置，在焊缝冷却过程巾能使焊缝金属比较自由的收缩，有利于减少焊接热应力。既可以避免高温预热，也能有效防止冷裂纹应从减小热应力入手2）防止冷裂纹的措施使焊缝中石墨以球状或蠕虫状析出，提高焊缝金属的力学性能，避免片状石墨造成的应力集中和脆化。调节铸铁焊缝成分①铸铁型焊缝：

wC%↗，并加入一定量合金元素，如Mn(wMn=0.75%)、Mo（wMo=1.17%）、Cu（wCu=1.85%）等→使焊缝金属在快冷条件下高温时能析出石墨，较低温度下基体金属依次发生贝氏体相变和马氏体相变利用二次连续相变产生的应力松弛效应，可以有效地防止焊缝出现冷裂纹。2）防止冷裂纹的措施调节铸铁焊缝成分应力松弛效应一是在相变过程中金属塑性增加即相变塑性

A→B、A→M明显相变塑性现象；二是B和M的比体积较A、P及F的比体积都大相变过程中体积膨胀有利于松弛焊接应力贝氏体相变的有利作用：伴随其相变500℃~250℃；马氏体相变产生的焊缝金属应力松弛：从200℃左右至室温二次连续相变在500℃以下整个温度范围的连续有益效应，使热应力未能达到焊缝金属的抗拉强度而避免冷裂纹②异质焊缝：为降低热应力，防止冷裂纹和剥离性裂纹，要求：采用屈服点较低而且有良好塑性的焊接材料焊接时，较易通过焊缝的塑性变形而松弛焊接接头的部分应力，有利于防止冷裂纹的产生。镍基或铜基焊材

——焊缝为塑性良好的非铁合金对冷裂纹不敏感2）防止冷裂纹的措施白口及马氏体等脆硬组织对冷裂纹的不利影响解决：冶金：铸铁焊缝增加C、Si含量配以缓冷促进石墨化异质焊缝采用塑性良好的非铁合金材料工艺：预热焊方法→防止焊接接头冷裂纹2、热裂纹铸铁焊缝：由于铁液凝固过程中析出石墨，体积膨胀，且流动性好，焊缝对热裂纹不敏感；采用低碳钢焊条或镍基焊材：焊缝易出现属于热裂纹的结晶裂纹2、热裂纹

①低碳钢焊条焊接灰铸铁：

1）焊缝wC%高

2）S、P含量高，形成FeS-Fe低熔点共晶——形成焊缝底部热裂纹甚至宏观热裂纹特点：没有开裂声宏观：表面因为高温氧化形成的蓝紫色特征微观：沿一次奥氏体晶界开裂的沿晶断口形貌并存在高温液态薄膜拉开后回缩的皱褶2、热裂纹②镍基焊条焊接灰铸铁：

1）S、P含量高，形成Ni-Ni3S2

和Ni-Ni3P低熔点共晶2）镍基焊缝凝固后形成粗大的单相奥氏体柱状晶防止措施：调节焊缝金属中碳、硅、钴、稀土等合金元素含量，可得到抗热裂纹性能较佳的合金系统①

如WC=2.38%，合金处于共晶成分，抗热裂性最佳；②适量的稀土元素钇提高抗热裂纹性能钇具有较强脱S、脱P作用→使奥氏体晶间低熔点共晶物减少细化晶粒、促使石墨呈球状析出总之，灰铸铁焊接时，焊接接头中裂纹倾向比较大，这主要与铸铁本身的性能、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，改变焊缝合金系统以及限制母材中杂质熔入焊缝等措施。6.2.3球墨铸铁的焊接性特点1）球化剂有增大铁液结晶过冷度、阻碍石墨化和促进

A→M的作用，铸铁焊缝及半熔化区更容易出现白口铸铁，奥氏体区则更容易出马氏体M组织，从而容易产生冷裂纹；2）由于球墨铸铁的力学性能远比灰铸铁好，特别是以铁素体为基体的球墨铸铁，塑性和韧性很好，对焊接接头的力学性能要求相应提高。焊接接头中白口铸铁，使冲击韧度值大幅度下降对强度和塑性有较大不良影响。6.3铸铁的焊接材料及工艺_

6.3.1灰铸铁的焊接材料及工艺特点_1、同质焊缝电弧热焊

2、气焊

3、手工电渣焊

4、异质焊缝电弧冷焊

5、灰铸铁的钎焊与喷焊

6.3.2球墨铸铁的焊接工艺特点_

1、气焊

2、同质焊缝电弧焊

3、异质焊缝电弧焊

6.3.3其他铸铁的焊接特点_

1、奥-贝球墨铸铁

2、蠕墨铸铁焊接

3、白口铸铁焊接6.3铸铁的焊接材料及工艺焊接材料：铁基合金、镍基合金、铜基合金焊条；铜基钎料及镍基或铁基喷焊粉。6.3.1灰铸铁的焊接材料及工艺特点1、同质焊缝电弧热焊和半热焊电弧热焊：将铸铁件预热到600～700℃，然后在塑性状态下进行焊接，焊接温度不低于500～400℃，为防止焊接过程中开裂，焊后立即进行消除应力处理及缓冷的铸铁焊补工艺。适用于>10mm以上的中厚铸件的大缺陷补焊。预热：结构复杂且焊补处拘束度大——整体预热；结构简单、拘束度较小——大范围局部预热1、同质焊缝电弧热焊高温预热作用：1）减小了焊接区域的温差2）使母材从常温无塑性状态变为具有一定塑性→大大减小了热应力，避免开裂高温预热+焊后缓冷使焊缝和半熔化区石墨化较为充分→焊接接头可以完全避免白口及淬硬组织产生1、同质焊缝电弧半热焊半热焊：预热温度在300～400℃时称为半热焊优点：1）改善焊工劳动条件，降低焊补成本2）较有效地防止焊接热影响区出现M及熔合区白口→改善接头加工性不利：铸件结构复杂、焊补处刚度较大时局部半热焊会增大热应力，促使产生裂纹适用于补焊区刚度较小或铸件形状较简单的情况6.3.1灰铸铁的焊接材料及工艺特点1、同质焊缝电弧热焊和半热焊为保证焊缝石墨化，防止白口：电弧热焊——焊缝中C、Si总量应稍高于母材

wC%=3.0%~3.8%wSi%=3.0%~3.8%半热焊——wC%=3.5%~4.5%wSi%=3.0%~3.8%焊条类型：EZCEZCZ248：铸铁焊芯外涂石墨型药皮Z208：H08低碳钢焊芯外涂强石墨型药皮类别名称型号焊条及药芯焊丝熔敷金属或焊丝主要化学成分（质量分数）（%）备注CSiMnSPFeNiCu铸铁同质焊条灰铸铁焊条EZC2.0~4.02.5~6.5≤0.75≤0.10≤0.15余——球墨铸铁焊条EZCQ3.2~4.23.2~4.0≤0.80球化剂0.04~0.15%镍基铸铁焊条纯镍铸铁焊条EZNi-1≤2.0≤2.5≤1.0≤0.03—≤8.0≥90—EZNi-2≤4.0≤2.5≥85≤2.5Al≤1.0%EZNi-3Al1.0%~3.0%镍铁铸铁焊条EZNiFe-1余45~60Al≤1.0%EZNiFe-2Al1.0%~3.0%EZNiFeMn≤1.010~1435~45Al≤1.0%镍铜铸铁焊条EZNiCu-10.35~0.55≤0.75≤2.3≤0.0253.0~6.060~7025~35EZNiCu-250~6035~45镍铁铜铸铁焊条EZNiFeCu≤2.0≤2.0≤1.5≤0.03余45~604~10表6-4铸铁焊条及焊丝（GB/T10044-2006）类别名称型号焊条及药芯焊丝熔敷金属或焊丝主要化学成分（质量分数）（%）备注CSiMnSPFeNiCu其他铸铁焊条纯铁及碳钢焊条EZFe-1≤0.04≤0.10≤0.6≤0.010≤0.015余——焊芯成分EZFe-2≤0.10≤0.03≤0.030≤0.030高钒焊条EZV≤0.25≤0.70≤1.50≤0.04≤0.04V8%~13%铸铁同质焊丝灰铸铁焊丝RZC-13.2~3.52.7~3.00.60~0.75≤0.100.50~0.75——RZC-23.5~4.53.0~3.80.30~0.80≤0.50——RZCH3.2~3.52.0~2.50.50~0.700.20~0.401.2~1.6—Mo0.25~0.45%球墨铸铁焊丝RZCQ-13.2~4.03.2~3.80.10~0.40≤0.015≤0.05≤0.5Ce≤0.20球化剂0.04%~0.10%RZCQ-23.5~4.23.5~4.20.50~0.80≤0.03≤0.10——镍基药芯焊丝ET3ZNiFe≤2.0≤1.03.0~5.0≤0.03—45~60≤2.5Al≤1.0%镍基气体保护焊焊丝ERZNi≤1.0≤0.75≤2.5≤0.03≤0.4≥90≤4.0ERZNiFeMn≤0.50≤1.010~14余34~45≤2.5Al≤1.0%电弧热焊工艺：焊前准备、预热、焊接、焊后缓冷及加工等过程图6-7缺陷造型示意图a)较大缺陷b)边角缺陷造型材料：型砂加水玻璃或黄泥，内壁放置耐高温的石墨片1）焊前准备：清理、开坡口

对于较大缺陷或边角缺陷，防止熔化金属流失，保证原定的焊缝成型，需焊前造型。2）预热：结构复杂的焊件，宜采用整体加热；结构简单的焊件，宜采用局部加热；预热温度一般600～700℃，不超过铸铁的共析温度，具体根据铸铁件体积、壁厚、结构复杂程度、缺陷位置及加热条件等因素来确定。注意：控制加热速度→使铸铁件温度均匀，减小热应力→防止加热过程中出现裂纹3）焊接：从缺陷中心引弧，逐渐向外扩展，连续焊接将缺陷焊满焊补过程中为保持预热温度，要求在最短的时间内焊完，故宜采用大电流、长弧、连续焊4）焊后缓冷：常用保温材料覆盖，最好随炉冷却重要铸件焊补后马上入炉进行消除应力热处理，保温一段时间后随炉冷却焊接电流与焊条直径经验公式：

I=（40～50）d

式中d－焊条直径（mm）同质焊条不预热焊：采用灰铸铁芯焊条（如Z248）不预热焊：优点：成本低，焊接条件改善，焊补周期短不足：容易产生白口及淬硬组织，裂纹倾向较大焊接材料：加入孕育作用的合金元素，如Ca、Al、Ba等促进石墨化，防止白口焊接工艺：大电流、慢速、往复运条连续焊，降低焊缝冷却速度采用：分段焊或加热减应区法→减小热应力不预热焊：优点：成本低，焊接条件改善，焊补周期短不足：容易产生白口及淬硬组织，裂纹倾向较大2、气焊电弧热焊及半热焊主要适用于>10mm以上的中厚铸件的大缺陷补焊。薄壁铸件的焊补适合气焊氧乙炔火焰温度比电弧温度低很多，需要很长时间才能将焊补处加热到熔化温度，使得受热面积较大，相当于局部预热焊接条件，很适合薄壁铸件的焊补。气焊的特点：1）冷却速度慢，有利于石墨化过程的进行，焊缝易获得灰铸铁组织，HAZ区也不易产生白口及淬硬组织；2）加热时间长，被焊件受热面积大，焊接热应力较大，有一定裂纹倾向。适用于：拘束度小的薄壁件缺陷的焊补拘束度大时：宜采用整体预热的气焊热焊法预热温度为600～700℃，焊后缓冷类别名称型号焊条及药芯焊丝熔敷金属或焊丝主要化学成分（质量分数）（%）备注CSiMnSPFeNiCu铸铁同质焊丝灰铸铁焊丝RZC-13.2~3.52.7~3.00.60~0.75≤0.100.50~0.75余——RZC-23.5~4.53.0~3.80.30~0.80≤0.50——RZCH3.2~3.52.0~2.50.50~0.700.20~0.401.2~1.6—Mo0.25~0.45%气焊焊接材料：气焊过程中焊丝的Si和C都有一些氧化烧损，为提高焊缝石墨化能力，保证焊缝有合适的组织和硬度，焊丝中的Si、C含量较热焊时应高一些。w（C+Si）%=6.0%适用于热焊气焊w（C+Si）%=7.0%普通气焊焊缝夹渣：2Na2CO3+SiO2=2（Na2O）·SiO2+2CO2↑成因：铸铁气焊焊接时，Si易氧化，形成SiO2酸性氧化物，熔点高(1713℃)，粘度较大，流动性不好。去除：加入以碱性氧化物(Na2CO3

、K2CO3、NaHCO3)为主要组成的熔剂，使其互相结合成为低熔点的熔渣，浮到熔池表面，便于清除。气焊焊接工艺：焊前清理与准备工作与焊条电弧焊相同较小的边角缺陷或刚度较小时，可用冷焊。加热减应区法：在焊件上选定一处或几处加热后可使应力减小的部位，作为所谓“减应区”，焊前及焊接过程中，对其进行加热和保温，以降低或转移焊接接头拘束应力；焊后同步冷却，加热部位与焊接处一起收缩，从而减小焊接应力，防止裂纹。拘束度较大部位裂纹的焊补：加热减应区法：关键：正确选择“减应区”，以及对其加热、保温和冷却的控制选择原则：使减应区主变形方向与焊缝金属冷却收缩方向一致焊前：对减应区加热能使缺陷位置获得最大张开位移，加热温度不应超过铸铁的相变温度，600～700℃较好。焊后：使减应区与焊补区域同步冷却加热减应区气焊法修复发动机缸盖裂纹①焊前：A、B、C三处同步加热②T≈600℃：对C继续加热使之熔化并形成坡口以保证焊透③

A、B两处T↗→650℃：开始对C处焊接④焊后：三处同步冷却结果：可获得良好焊补质量不会出现裂纹焊补位4、电弧冷焊（1）铸铁型焊缝的电弧冷焊电弧冷焊：焊前不预热优点：焊工工作条件好，工艺简便，焊接成本较低。是铸铁焊接的发展方向问题：焊接接头易产生白口及淬硬组织解决途径：1）适当提高焊缝中的C、Si含量，有利于石墨化；2）提高焊接热输入，采用大直径焊条、大电流连续焊工艺，以减慢焊接接头的冷却速度，有助于消除或减少M组织。（2）异质焊缝（非铸铁型）电弧冷焊电弧冷焊焊接铸铁异质焊缝是最常用的焊接方法异质焊缝冷焊主要是通过调整焊缝化学成分的方法，以改善接头的组织和性能。异质焊缝1）钢基焊缝及焊接材料钢基铸铁焊条：降低含C量，以获得钢焊缝类别名称型号焊条及药芯焊丝熔敷金属或焊丝主要化学成分（质量分数）（%）备注CSiMnSPFeNiCu其他铸铁焊条纯铁及碳钢焊条EZFe-1≤0.04≤0.10≤0.6≤0.010≤0.015余——焊芯成分EZFe-2≤0.10≤0.03≤0.030≤0.030高钒焊条EZV≤0.25≤0.70≤1.50≤0.04≤0.04V8%~13%EZFe-1：纯铁焊芯氧化性药皮铸铁焊条EZFe-2：低碳钢焊芯铁粉型铸铁焊条——焊接接头的白口、淬硬组织和裂纹问题没有解决EZV：低碳钢焊芯、低氢型药皮高钒铸铁焊条不足：焊缝底部形成一条主要由碳化钒颗粒组成的高硬度带状组织，半熔化区白口较宽→焊接接头加工性差用于：只能用于非加工面缺陷的焊补加V目的：利用V具有较强的形成碳化物能力，使C和V形成高度弥散分布的VC质点，分布于铁素体基体中。由于焊缝中C的存在形式得到改变，增加了焊缝的塑性，可避免白口组织和淬硬组织的产生，提高了抗裂能力。焊缝：σb=558～588MPa，δ=28～36%，满足要求H08Mn2SiA细丝CO2气体保护焊：不足：接头加工性不好用于：非加工面缺陷的焊补焊丝：H08Mn2SiA细丝（Φ0.8～Φ1.0mm）气体：CO2或CO2+O2气体工艺：小电流（＜85A）、低电压（18～20V）和较快焊接速度（10～12m/h）→减少母材熔化量，降低焊缝含碳量和焊接应力不足：接头加工性不好用于：非加工面缺陷的焊补焊丝：H08Mn2SiA细丝（Φ0.8～Φ1.0mm）气体：CO2或CO2+O2气体工艺：小电流（＜85A）、低电压（18～20V）和较快焊接速度（10～12m/h）→减少母材熔化量，降低焊缝含碳量和焊接应力2）镍基焊缝及焊接材料镍基焊缝：应用非常广泛石墨化元素，高温下可溶解较多CT↘→部分过饱和碳以石墨形式析出石墨析出伴随体积膨胀→降低焊接应力，防止焊接热影响区冷裂纹

Ni向半熔化区扩散→缩小白口宽度、改善焊接接头加工性，适用于加工面缺陷的焊补Ni：奥氏体形成元素，与铁完全互溶

wNi%>30%：得到硬度较低单相奥氏体组织较强石墨化元素，对减弱半熔化区白口层很有利类别名称型号焊条及药芯焊丝熔敷金属或焊丝主要化学成分（质量分数）（%）备注CSiMnSPFeNiCu镍基铸铁焊条纯镍铸铁焊条EZNi-1≤2.0≤2.5≤1.0≤0.03—≤8.0≥90—EZNi-2≤4.0≤2.5≥85≤2.5Al≤1.0%EZNi-3Al1.0%~3.0%镍铁铸铁焊条EZNiFe-1余45~60Al≤1.0%EZNiFe-2Al1.0%~3.0%EZNiFeMn≤1.010~1435~45Al≤1.0%镍铜铸铁焊条EZNiCu-10.35~0.55≤0.75≤2.3≤0.0253.0~6.060~7025~35EZNiCu-250~6035~45镍铁铜铸铁焊条EZNiFeCu≤2.0≤2.0≤1.5≤0.03余45~604~101）纯镍铸铁焊条EZNi-1（Z308），焊芯为纯镍

优点：采用小电流焊接时，接头半熔化区的白口层最小，并呈断续分布，机械加工性好。焊缝为奥氏体加点状石墨，硬度低，塑性较好，抗热裂纹性能较好。缺点：含镍量最高，价格贵(约为低碳钢焊条的30倍),不适合大量使用。镍基焊条

2）镍铁铸铁焊条EZNiFe-1（Z408）焊芯为镍铁合金（Ni～55%,Fe～45％）

优点：镍铁焊缝具有较高的强度，塑性较好，适合焊接强度较高的铸铁，线膨胀系数小，抗裂性能好。在镍基焊条中价格最便宜，应用最多。缺点：含镍量较低，半熔化区的白口比纯镍焊条宽，接头硬度也较高，机械加工性能稍差，但仍能加工。镍基焊条

3）镍铜铸铁焊条EZNiCu-1（Z508）

焊芯为镍铜合金（Ni～70%,Cu～30％）

特点：焊缝强度在镍基焊条中最低，接头加工性与纯镍焊条相近。但是镍铜合金的收缩率大，焊缝的裂纹倾向较大，镍铜焊条在镍基焊条中性能最差，成本比镍铁焊条高，逐渐被镍铁焊条所取代。镍基焊条铜基焊条铜芯铁粉焊条（Z607):Cu：Fe~80:20，药皮为低氢型铜芯铁皮焊条（Z612）：铜包钢芯、钛钙型药皮铸铁焊条。铜与碳不形成碳化物，也不溶解碳，而且铜的强度低、塑性很好，铜基焊缝金属的固相线温度低，这些特性对防止焊接接头冷裂纹及熔合区剥离性裂纹很有利。加Fe可细化α铜晶粒，进一步提高抗热裂纹性能。(4)异质焊缝电弧冷焊工艺

使用异种焊接材料进行铸铁电弧冷焊时，在保证焊缝金属成形与母材熔合良好的前提下，尽量用小规格焊条和小规范施焊，并采用短弧焊、短段焊、断续焊、分散焊及焊后立即锤击焊缝等工艺措施，适当提高焊接速度，不作横向摆动，并注意选择合理的焊接方向和顺序，来降低焊接应力，减小半熔化区和热影响区宽度，改善接头的加工性及防止裂纹产生，并采用退火焊道降低焊缝的淬硬性开裂倾向。“短段断续分散焊，较小电流熔深浅，每锤击消应力，退火焊道前段软”焊接方向和顺序：应本着从拘束度大的部位→拘束度小的部位焊接的原则。

当铸铁件的缺陷尺寸较大、情况复杂、焊补难度大时，可以采用镶块焊补法、栽丝焊补法及垫板焊补法等特殊焊补技术。图6-11灰铸铁缸体侧壁裂纹的焊补缺陷3由多个交叉裂纹组成，如逐个焊补，则难以避免出现焊接裂纹。图6-12镶块焊补法

a)凹形低碳钢板镶块b)平板低碳钢板镶块①可以将该缺陷整体加工掉，按尺寸准备一块厚度较薄的低碳钢板。焊前将低碳钢板冲压成凹形。②用平板在其中间切割一条窄缝，目的是降低拘束度。焊补时低碳钢板容易变形，利于缓解焊接应力，防止焊接裂纹，此即镶块焊补法。按顺序分段焊接，最后焊好中间的切缝，保证缸体壁的水密性。图6-13栽丝焊补法栽丝焊补法问题：厚壁铸铁件大尺寸缺陷焊补时，需要开坡口进行多层焊，这样将导致焊接应力积累。由于焊补量大，为了降低成本采用钢基焊缝时，焊缝金属强度高，收缩率大，容易产生剥离性裂纹，使焊补失败。解决措施：栽丝焊