普通焊條低溫預(yù)熱修補(bǔ)鑄鐵件工藝淺析

余貴平　葛宵果

【摘要】文章分析了在一定工藝條件下，采用普通焊條進(jìn)行焊接，或者配以少量的鑄鐵焊條焊接，使之更加方便、經(jīng)濟(jì)、簡單，降低生產(chǎn)成本。

【關(guān)鍵詞】鑄鐵；普通焊條；錘擊

【中圖分類號(hào)】 TG17 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1674-1145（2008）02-0132-02

在我們的鑄鐵件生產(chǎn)過程中，一些鑄鐵件難免會(huì)出現(xiàn)氣孔、沙眼、縮松等鑄造缺陷，而日常生產(chǎn)工作中，一些設(shè)備的床身、底座、殼體軸承座等部件，也難免會(huì)產(chǎn)生裂紋、斷裂、磨損等損壞。按照一般的處理方法，可以采用電焊、氣焊、釬焊或粘接等方法，補(bǔ)焊的修補(bǔ)以往大多采用鑄607、鑄308等鑄鐵焊條或銅、銀、鉛、鋅等金屬釬焊進(jìn)行焊接。工藝要求高，焊接成本大，施焊困難。對(duì)一些非主要部件、部位的焊接，特別是一些不要求：1.加工性、氣密性及強(qiáng)度；2.承受較小載荷；3.由于鑄造缺陷產(chǎn)生大面積縮松的大型鑄件……能否在一定工藝條件下，采用普通焊條進(jìn)行焊接，或者配以少量的鑄鐵焊條焊接，使之更加方便、經(jīng)濟(jì)、簡單，降低生產(chǎn)成本，我在實(shí)際生產(chǎn)中曾做過一些嘗試，并對(duì)其焊接機(jī)理及工藝等方面做了一些簡單淺顯的分析，請(qǐng)大家給予指教。

一、一般鑄鐵的焊接特點(diǎn)

（一） 常用鑄鐵的一般性能

鑄鐵是含碳量大于2.11%（一般為2.5% ~ 4%）的鐵碳合金，熔點(diǎn)為1130℃ ~ 1250℃，比重6.9 ~ 7.9，主要化學(xué)成分為碳C、硅Si、錳Mn、硫S、磷P，按石墨存在形式可分為灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵，基體組織有鐵素體、珠光體、奧氏體和滲碳體。

（二）鑄鐵的焊接特性

一般鑄鐵由于本身強(qiáng)度底、塑性差，對(duì)冷卻速度敏感等特點(diǎn)，在一般焊接條件下，（特別是不預(yù)熱狀態(tài)下）非常容易產(chǎn)生白口組織和焊接裂紋，使工件無法加工、強(qiáng)度降低、抗沖擊韌性小、塑性差，失去使用價(jià)值。

（三）原因分析

白口產(chǎn)生的主要原因取決于鑄鐵的化學(xué)成分和冷卻速度，而焊接過程中，熔池中的半熔化區(qū)、重結(jié)晶區(qū)、炭化物石墨化及球化區(qū)中的化學(xué)成分主要由母材決定，通過焊接的化學(xué)成分調(diào)節(jié)，使焊接時(shí)的半熔化區(qū)中，有利于石墨化的元素增加（如碳、硅等），減少阻礙石墨化的元素（如硫、錳等）。另外，應(yīng)設(shè)法減緩溶池的冷卻速度，延長半熔化區(qū)的紅熱時(shí)間，減少二次滲碳體的析出，使石墨充分析出，從而控制焊縫熱影響區(qū)的組織結(jié)構(gòu)。

焊接裂紋可分為熱應(yīng)力裂紋和熱裂紋。

在焊接過程中，熱應(yīng)力裂紋產(chǎn)生的主要原因很多，如：母材組織及化學(xué)成分不好；有鑄造缺陷；工件形狀復(fù)雜、焊縫位置不能自由伸縮；焊縫組織的收縮率與母材的收縮率不同；以及焊縫的順序不合理，都會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋，當(dāng)熱應(yīng)力超過鑄鐵的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在焊縫和母材間產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋，

熱裂紋產(chǎn)生在焊縫上，主要是由于熔深過大，使熔池中的非鐵組織過多，韌性降低、脆而且硬，組織不均勻，在熱應(yīng)力的影響下產(chǎn)生裂紋。

我們知道，在焊接過程中熔池，從熔化到冷凝是一個(gè)復(fù)雜的過程，其間受諸多因素的影響，所以焊接缺陷的出現(xiàn)，不是單一的，往往是并存的，只有認(rèn)真仔細(xì)的加以分析其內(nèi)在原因，并采取有效的控制手段，才能有效提高焊縫質(zhì)量。

二、普通焊條低溫預(yù)熱修補(bǔ)鑄鐵件

焊接過程中容易出現(xiàn)的幾個(gè)問題。低碳鋼焊條熔點(diǎn)（1300℃～1400℃）和鑄鐵的熔點(diǎn)（1100℃～1200℃）不同。母材與焊材在半融化區(qū)的結(jié)晶時(shí)間不同，容易產(chǎn)生金屬混合不好。在冷硬狀態(tài)下凝結(jié)，產(chǎn)生拉應(yīng)力。在焊接時(shí)：

1.母材熔化部分中的碳、硅元素向焊縫擴(kuò)散，使焊縫組織含碳量增加，如果冷卻速度快，焊縫將成為淬火組織（如馬氏體一類）而且還會(huì)擴(kuò)散一些硫、磷元素使焊縫淬硬。

2.母材方面的半熔化區(qū)，碳、硅元素的減少，不利于石墨化的進(jìn)程，容易產(chǎn)生白口組織，產(chǎn)生各種裂紋。

3.由于焊縫可焊性差，采用錘擊方法，也無法去除焊接應(yīng)力，在半熔化區(qū)內(nèi)，母材與焊縫組織的收縮率的不同，也要產(chǎn)生一定的應(yīng)力。

三、改善焊接縫組織的工藝措施

針對(duì)以上焊接過程中容易出現(xiàn)的問題，在施焊過程中，應(yīng)以以下幾個(gè)方面采取措施：

（一）接溫度的控制

在施焊前有條件的話，可以讓母材低溫預(yù)熱到50℃～70℃，加熱要均勻、遲緩，也要利用電弧氣刨開坡口的余熱。在施焊中應(yīng)盡力保證自然形成的層間溫度不低于60℃。并延長其保溫時(shí)間，已焊過的焊縫要間或用電弧點(diǎn)一下。不要讓施焊面上的局部溫度過高，應(yīng)盡量選擇小直徑焊條、小電流施焊，不要急于清除焊渣，因?yàn)樗幸欢ǖ谋刈饔茫亢竿旰髾z查無焊接缺陷，應(yīng)采用一定的后熱及保溫。讓焊縫緩慢冷卻，這樣做的目的是為了降低低碳鋼焊條和鑄鐵結(jié)晶速度不一至的敏感性，不讓焊縫組織成為淬火組織形成白口，使半熔化區(qū)的石墨化較充分的進(jìn)行，并使它有一個(gè)回火過程，消除一定的焊接應(yīng)力。

（二）焊接運(yùn)條及焊接順序和方向

在施焊前的工藝準(zhǔn)備時(shí)，根據(jù)焊縫情況，應(yīng)盡量選擇小直徑焊條和小電流，采用多層焊（每次讓溶敷金屬盡量少），短段、跳躍的連續(xù)焊（使個(gè)施焊面溫度均勻緩慢，升高或降低），運(yùn)條要用“點(diǎn)焊劃圈”的運(yùn)條方法，使整個(gè)熔池內(nèi)的熔化金屬，有一個(gè)預(yù)熱、攪拌和回火，電弧要短、速度要慢，使焊縫有一個(gè)低溫回火的過程，盡量不要用電弧去熔化母材，而讓熔化的鐵水熔化較少的母材，這樣做，可以減少焊縫中溶入過多的母材。降低焊縫所含碳、硅、錳、硫、磷等元素，使半熔化區(qū)的金屬充分?jǐn)嚢?，組織均勻，更好的融合；防止施焊面內(nèi)溫度的聚升聚降，產(chǎn)生應(yīng)力造成裂紋。

焊接順序和方向要遵循減少收縮應(yīng)力產(chǎn)生和有利于焊接應(yīng)力施放的原則，使焊接分層順序如圖：

（三）錘擊和其它

在施焊過程中，每焊完一段，趁焊呈暗紅色時(shí)（這也是焊段長短選擇的一個(gè)準(zhǔn)則。）要盡快用比較堅(jiān)硬的焊錘尖，快速錘擊焊縫，用力要均勻，錘擊點(diǎn)要密，在焊肉上打擊出凹點(diǎn)，錘擊方向沿焊接方向進(jìn)行，對(duì)較寬的焊縫要從焊縫邊緣向中間進(jìn)行。總之，要沿溫度逐漸低的方向進(jìn)行，這樣做的主要目的是為消除焊接應(yīng)力和收縮應(yīng)力。

另外，對(duì)施焊完成的工作面要用手砂輪磨平，仔細(xì)檢查有無裂紋、氣孔、夾渣等缺陷產(chǎn)生，如果有缺陷產(chǎn)生，要趁工件未降溫的時(shí)候，及時(shí)補(bǔ)焊。在消除焊接缺陷，對(duì)焊縫施焊前，一定要清理干凈，施焊場(chǎng)地應(yīng)選擇在溫度較高的地方，對(duì)一些較大的焊縫，母材的基體元素組織和化學(xué)成分不好，或者有進(jìn)一步切割加工及其他要求的，應(yīng)配以適量的鑄鐵焊條，也可以根據(jù)焊縫的情況，打止裂孔（防止裂縫延伸），用加強(qiáng)板加固（增強(qiáng)工件的強(qiáng)度）等方法修復(fù)。

總之，在對(duì)鑄鐵焊接的過程中，方法是靈活的，應(yīng)根據(jù)施焊條件和鑄件焊接的特點(diǎn)制定出合理施焊工藝，以盡量減小容易造成焊接缺陷的不利因素，通過對(duì)施焊過程所采取的措施，提高焊縫質(zhì)量，采用低炭鋼冷焊修復(fù)鑄鐵件，是一個(gè)簡單、經(jīng)濟(jì)、高效的焊接方法，是有待于進(jìn)一步研究和探索的工藝。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．

[3]金屬材料與熱處理[M]．

【作者簡介】余貴平（1965—），男，上海人，新華水工機(jī)械有限責(zé)任有限公司起重機(jī)公司生產(chǎn)處工程師；葛宵果（1968—），男，河南西平人，新華水工機(jī)械有限責(zé)任有限公司起重機(jī)公司經(jīng)營副總經(jīng)理工程師。