铸铁零件的常用焊接方法

/铸铁零件的常用焊接方法（2008—02—2515:２4：１1)标签:杂谈

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由于铸铁的一些优点，在汽车制造材料中占有很大的比重.铸铁零件大多是加工精度高、价格昂贵的基础零件，如气缸体、气缸盖、变速器壳体等。铸铁零件在制造及使用过程中，经常会出现裂纹、气孔、损坏等情况。据统计，汽车在正常使用情况下，这类零件达到磨损极限时，其尺寸变化只有0。08%～0.40%，质量损失只有0。1％~1.8％,此时将零件报废，无疑是非常浪费的。因此,研究和利用先进的修理经验,合理地修复铸铁零件是十分必要地。焊接就是一种非常有效地修复铸铁零件的方法。ﻫﻫ铸铁含炭量高、杂质多，并具有塑性低、焊接性差、对冷却速度敏感等特性，焊补后容易出现白口组织和产生裂纹。为改善铸铁零件的焊补质量,可采取以下方法。ﻫ

1．热焊法

ﻫ焊前将工件整体或局部预热到6０0～７0０℃，补焊过程中不低于400℃,焊后缓慢冷却至室温。采用热焊法可有效减小焊接接头的温差，从而减小应力,同时还可以改善铸件的塑性,防止出现白口组织和裂纹.

ﻫ常用的焊接方法是气焊和焊条电弧焊。气焊常用铸铁气焊丝,如HＳ４0１或HＳ402，配用焊剂CＪ２０1，以去除氧化物。气焊预热方法适于补焊中小型薄壁零件.焊条电弧焊选用铸铁芯铸铁焊条Ｚ2４8或钢芯铸铁焊条Z208，此法主要用于补焊厚度较大（大于10mm)的铸铁零件。ﻫ

热焊法的焊接设备主要有加热炉、焊炬、电炉(油炉或地炉）等，焊接工艺如下：

ﻫ１)焊前准备和预热：清除缺陷周围的油污和氧化皮，露出基体的金属光泽:开坡口,一般坡口深度为焊件壁厚的2/3,角度为70°~１20°；将焊件放入炉中缓慢加热至６0０~700℃(不可超过700℃)。ﻫﻫ２)施焊：采用中性焰或弱碳化焰(施焊过程中不要使铁水流向一侧)，待基体金属熔透后,再熔入焊条金属；发现熔池中出现白亮点时，停止填入焊条金属，加入适量焊剂，用焊条将杂物剔除后再继续施焊;为得到平整的焊缝，焊接后的焊缝应稍高出铸铁件表面，并将溢在焊缝外的熔渣重新熔化,待降温到半熔化状态时,用焊丝沿铸件表面将高出部分刮平。

ﻫ3)焊后冷却：一般应随炉缓慢冷却至室温（一般需4８h以上),也可用石棉布(板）或炭灰覆盖,使焊缝形成均匀的组织，同时防止产生裂纹.

ﻫ２．冷焊法ﻫﻫ此方法是焊前不对工件进行预热，或预热温度不超过300℃。常用焊条电弧焊进行铸铁冷焊.根据铸铁工件的要求，可选用不同的铸铁焊条,如补焊一般灰铸铁零件非加工面选用Z100焊条，补焊高强度灰铸铁及球墨铸铁零件选用Zll6或Z117焊条。

ﻫ冷焊法的焊接设备为普通的电弧焊设备，焊接工艺如下：ﻫﻫ1)焊前准备：清除焊修表面的油污及杂质，使其露出基体的金属光泽：如果存在裂纹，应在裂纹两端各钻一个止裂孔,以免施焊时裂纹延伸；沿裂纹开出坡口，其型式和大小由焊修部位的厚度和工艺要求而定。如果是大型铸件，还可以在焊缝处拧上一定数量的螺钉,使接头得到加强.螺钉直径一般不超过16mｍ(如果壁厚小于15ｍｍ,则螺钉直径应小于或等于6ｍｍ），螺钉的数量可按断面面积计算，即螺钉的总断面面积不大于铸件裂纹断面面积的25％,且这些螺钉应均匀分布在裂纹两边。

2)焊修规范的选择：焊条直径由焊修部位的厚度确定，一般应尽量选用小直径的焊条，以减少输入焊件的热量:在保证焊条金属与基体熔合的情况下,焊修电流也应尽量选用小的，以免焊件温度过高产生应力；电弧长度一般是焊条直径的０．５~1.1倍，以保证燃烧稳定:如果采用直流电源，则一般选焊件为负极，以免焊件受热,温度过高。

ﻫ3)操作工艺要求：一般应遵循“先内后外（先孔内,后机体外侧，再后机体上平面）、短段、断续、分散焊、多层多道（第一层焊完后，用砂轮在整个焊缝上磨去一些焊肉，检查确实不存在气孔、裂纹后再焊第二层;每层先从坡口两侧焊起,后焊中间)、小电流、锤击焊缝”的原则。ﻫﻫ①将整条焊缝分成若干小段，不可连续施焊,每段长度视焊件厚度而定，一般在10~５０ｍm:每段焊完后,应冷却至室温再焊下一段：每个小焊波不要横跨到坡口两侧，这样有利于未焊部分自由收缩，并避免电弧在坡口两侧停留太久。

②焊后金属温度在8００℃左右时，应锤击焊缝，使其表面呈麻点状,以松弛焊接应力,清除裂纹和气孔：温度低于3０0℃时不能再锤击，以免产生冷脆裂纹。

③施焊中以直线划小圈式运条手法为佳,焊缝应与母材呈圆滑过渡，以利于焊缝应力走向。ﻫﻫ3。加热减应焊法ﻫ

此方法是不事先加热焊件，而在施焊前和施焊中加热焊件的“加热减应区”ﻬ中强度HＴ20－40灰口铸铁的补焊工艺谷平仙摘要：采用灰口铸件HＴ２0—40的补焊工艺方法,可有效地防止裂纹的产生，使焊缝有一定的塑性和强度，并有较好的机加工性和抗裂性.

关键词：灰口铸铁;补焊；熔合比；焊接工艺；热影响区

分类号：ＴG457.12文献标识码：ABＥＡＤＷELＤINGTECHNIQUEOFGＲＥＹTRONHT２0-40GＵＰiｎg－xiaｎ

(ＢｕreauｏfTechnｏloｇy,LaｎzhoｕUnivｅrsalMachｉｎarｙWorks，Lａnzhｏｕ７３０0５０,Ｃhｉna)ＡBSTＲＡCT:ThebeaｄweldｉngｔechniqueofgreyironＨT20—４０isｉnｔｒodｕｃed。Byusiｎgtｈisprocessingmeｔhod，theoccｕｒrenｃｅoｆcraｃkscanbｅaｖｏiｄedefｆecｔivｅlyandmakｅtｈeweldplastｉcandstrengｔheneｄtoaｃertainextｅntandinadｄitｉonimprｏｖeiｔsmａchｉnabｉｌiｔyandａnti-craｃkingａｂilitｙ。

KEYWＯＲDＳ:ｇreyiｒｏn;ｂeａdwｅlding；meｌtiｎｇ—mｉxingｒatio;wｅldinｇtechnｉｑue;ｔhｅrｍalｅffectzｏｎe铸铁的焊接，主要应用于铸件的补焊。灰口铸铁补焊时,容易产生白口〔１,2〕，以及出现裂纹等问题.当焊缝强度较高而母材强度较低时，容易产生剥离。尤其对于大面积的裂纹补焊是不容易获得成功的。因此在制定补焊工艺时，对铸件的缺陷要进行具体分析，尽量减小熔合比,调整热影响区,松驰焊接应力〔3〕，才能使大面积的裂纹补焊获得成功.下面主要介绍HT20－40灰口铸铁的补焊工艺,并作理论探讨。1材料及焊前准备ﻫ某一产品的缸体,材料为HＴ20-40灰口铸铁,厚度为18ｍm。裂纹程度:且横、纵向交错，有穿透和未穿透的。

(1)钻止裂孔:在距离裂纹末端２~3ｍm处钻一个直径为6~8mm的止裂孔。对穿透性裂纹，止裂孔要打透；对非穿透性裂纹，止裂孔要比裂纹深2~3mm。ﻫ（2)开坡口:采用机械方法,在裂纹开裂部位刨出坡口。对穿透性裂纹,开坡口时要排除裂纹，坡口底部呈园弧状，坡口尺寸见图1所示。图１焊缝坡口形式(3)焊前清理:将坡口周围的油污，铁锈等脏物清除干净，直到露出光泽为止.2补焊工艺ﻫ（1）将工件倾斜放置，使焊缝处于上坡焊或半立焊，以减小熔合比。ﻫ(２)焊前将坡口周围预热，温度为20０～250℃，以缩小焊缝与工件的温差。ﻫ（３）焊条选用铸30８，直径D３.2mm和4ｍm.焊前应将焊条经1５0℃左右烘焙2h。

(4）第１、2、3层焊道施焊时选用Ｄ3.２mｍ焊条,电流为90～100Ａ。后两层焊道,选用Ｄ４ｍm焊条，电流130～160A。采用直流正接。ﻫ(５）每层焊后清熔渣。

(6)焊后，在焊接区周围2０0mm范围内，加热到３0０～3５０℃，保温３0ｍin，用石棉粉复盖使之缓冷。ﻫ(７）焊接注意事项为：①在坡口两侧为减小熔深，可采取快速不摆动焊.而焊缝中间可稍作摆动，但摆动幅度要小。②补焊工件较厚时,坡口截面较大，采用多层多道焊。焊缝截面较大，产生的收缩应力很强，容易形成焊缝剥离。故采用合理的焊接顺序(1、２、3……）如图2所示。③采用短段焊、断续焊、分散焊、逐步退焊法。短段焊，即每段长约10~40ｍm。断续焊,即焊一段后停留片刻，待工件冷到５0~6０℃时再焊下一道焊缝,以防止热量集中。分散焊，在一个部位焊一段后再到另一部位焊接，以减少温差，降低应力.逐步退焊法，它与连续焊相比,可使焊缝的拉应力峰值有很大减低，故有利于防止焊缝裂纹的产生。图２焊接顺序采用以上工艺补焊后,经焊缝质量检查,成形良好，没有发现裂纹及渗漏现象,达到了质量要求.3讨论(1)选用纯镍的铸308焊条。有较好的抗裂性和切削加工性.镍是扩大奥氏体区的元素，当铁镍合金中镍量大于3０%时，合金凝固后一直到室温都保持硬度较低、塑性较好的奥氏体组织,不发生相变。它也是非碳化物形成元素，不会与碳形成高硬度的碳化物.而且以镍为主要成分的奥氏体，能溶解较多的碳。纯镍在１３00℃时可溶解２％的碳。温度下降后，少量碳由于过饱和而析出细小的石墨，故焊缝有一定的塑性和强度,且硬度较低。ﻫ镍又促使石墨化形成元素。液态时镍的扩散能力较强,可扩散到半熔化区,对减弱半熔化区的白口宽度起到作用。所以采用纯镍焊条焊接,白口区宽度最小（根据有关资料介绍可减少至0.05mm）呈断续分布,机加工性能和抗裂性能均较好。

(２)控制熔合比.将工件倾斜成上坡焊和坡口底部开成圆弧形都是为了减小熔合比。ﻫ减小熔合比，可减小母材中的碳、硫等有害元素进入焊缝.硫是促进形成热裂纹的有害元素。如果碳含量多，可使马氏体量也相对增多，冷裂敏感性增大。所以减小熔合比,有利于提高焊缝质量。ﻫ(3）选用小直径焊条,小电流、快速焊。小规范焊接，其优越性有3条。ﻫ第一，可使熔池小,熔深浅，减少母材中碳和硫等有害元素进入焊缝。第二，焊接规范小，其线能量也小,降低了焊接应力，使焊接区出现裂纹的倾向减小。第三，可缩小热影响区宽度;其中包括最易形成白口的半熔化区宽度,使白口层变薄，提高接头性能。ﻫ（4)合理锤击焊缝,是减少焊接应力的有效措施。锤击焊缝使焊缝金属延展，松驰焊接应力。但需注意：第一层因焊肉较薄不宜锤击.最后一层也不要锤击,以防止冷作硬化.其他各层均要锤击,锤击时温度在40０℃作者简介:谷平仙，女,河北省望都县人，1952年生,1９77年毕业于甘肃工业大学焊接专业.现任兰州通用机器厂工艺处工程师。

作者单位：兰州通用机器厂工艺处,兰州7３0０5０ﻬ手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺

徐新春李红珍

摘要:介绍了小齿轮座底板的断裂情况，通过对其材料的技术性能、铁的可焊性等性能的分析，确定了手工电弧冷焊的施工方案,并提出了具体的焊接工艺,顺利完成了该工件的修复。ﻫ

关键词:手工电弧焊,修复,焊接ﻫ

中铝山西分公司氧化铝一分厂GM223型管磨机小齿轮座,材质为HT1523３，在使用过程中其底板四个地脚螺丝孔处两个断裂，一个发生裂纹。由于重新订货至少需时三个月,且生产形势较为紧张,要求管磨机早日投用，因此决定对该小齿轮座进行焊接修复。

1缺陷情况及失效分析ﻫ

1。1小齿轮座的断裂情况ﻫ

小齿轮座底板四个地脚螺丝孔有两个断裂(在小齿轮座同1）底板断裂有两处，位置及裂口开头见图1、图２,断块尺寸270mm×25０ｍｍ×70mm，断口尺寸2７0mm×(10０mm~13０mm）。ﻫ

2）底板断裂一处,见图1，已裂透.

1。2失效分析ﻫ

小齿轮座在使用中本身受到的拘束度较大。在管磨机运行过程中承受交变载荷作用。工件本身存在制造缺陷,在加强筋边缘与底板连接之处存在应力集中。运行中,由于大拘束度及交变载荷作用，预应力集中处发生破坏,形成裂纹，逐步扩展至筋板处，发生断裂。

2修复方案选择

根据技术手段的现状，选用手工电弧焊方法进行修复。

2。１材料的技术性能参数ﻫ

1)HT1５23３的化学成分见表1。

1化学成分%ﻫ

2)ＨT１52３3r的性能参数见表２.

2性能参数

２．2铁的可焊性分析

由于铸铁的固有性质及冶金特性，给电弧焊带来了极大的困难，具体如下:ﻫ

１）熔化后铸铁冷却速度快，在热影响区易出现白口组织，焊接时开裂倾向较大。ﻫ

2）铸铁组成成分中,碳的含量高，在焊接过程中碳易被气化，容易产生气孔.

3）铸铁强度高，塑性差,焊接时残余应力大,易产生焊接热裂纹。ﻫ

4)铸铁中C、Ｓ、P等元素含量高,并在焊接过程中熔化到焊缝中,会增加金属的硬度,降低塑性和韧性,易产生裂纹,并降低可加工性。ﻫ

5）铸铁在冶炼过程中，易出现石墨粗大化，石墨与基体产生间隙,使铸件在使用过程中油、水渗入形成氧化物，严重阻碍焊接时的熔合，同时,增加产生焊接裂纹和气孔的可能性.

6）铸铁在焊接熔化时，液态金属流动性很差,严重妨碍焊接时的熔合,熔池中熔渣和有害气体难以逸出,会在焊缝中产生严重缺陷。

针对以上不利因素，必须从焊接工艺、操作方法、焊接程序、焊接材料几方面加以解决.

2。３焊接方法的选择ﻫ

铸铁手工焊可采用热焊和冷焊两种方法。手工电弧热焊是将工件整体加热到６０0℃～650℃以上开始施焊，焊接过程中工作温度不得低于400℃，焊后马上加热到

２．5焊接次序ﻫ１)裂纹处按非加工