灰鑄鐵的常用焊接方法

1、1.緒 論工業(yè)中應(yīng)用最早的鑄鐵就是以片狀石墨存在于金屬基體中的灰鑄鐵。由于其成本低廉，并具有鑄造性、可加工性、耐磨性及減振性均優(yōu)良的特點(diǎn)。迄今是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵。20世紀(jì)80年代初，鑄鐵材料發(fā)展進(jìn)入了頂峰期，隨后，世界的鑄鐵產(chǎn)量便出現(xiàn)急劇遞減，然而鑄鐵仍是當(dāng)今金屬材料中應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)材料。灰鑄鐵在結(jié)晶過(guò)程中，約有w（C）為80%的碳以石墨的形式析出，這就給灰鑄鐵帶來(lái)兩方面的特點(diǎn)：一方面，由于石墨強(qiáng)度較低（Rm20N/mm2），且以片狀的形態(tài)存在，割裂了基體的連續(xù)性，因此灰鑄鐵的強(qiáng)度不高，脆性較大。另一方面，由于石墨的存在，灰鑄鐵具有良好的減震性、耐磨性、切削加工性和缺口敏感性。由

2、于共晶結(jié)晶過(guò)程中石墨化膨脹，還有減少縮松、縮孔的傾向。同時(shí)，灰鑄鐵還有較高的抗壓強(qiáng)度。灰鑄鐵傳統(tǒng)的化學(xué)成分中Si/C比較低（0.400.55）。適當(dāng)提高Si/C比（0.650.85），是提高鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的重要途徑之一。提高Si/C比的作用是：可使連續(xù)的初析奧氏體枝晶增加，這就像混凝土中的鋼筋一樣，對(duì)灰鑄鐵起到加固的作用，可擴(kuò)大穩(wěn)定系和介穩(wěn)定系的溫度差，增加過(guò)冷度T，從而細(xì)化石墨，有效地?cái)U(kuò)大集體組織的利用率；還可降低灰鑄鐵的白口傾向，減小斷面敏感性，提高彈性模量和形變抗力。當(dāng)然，Si/C比較高，會(huì)使鐵素體增加，強(qiáng)度和硬度有所降低。我國(guó)各種鑄鐵的年產(chǎn)量現(xiàn)約為800萬(wàn)噸，有各種鑄造缺陷的鑄件約占鑄鐵

3、年產(chǎn)量的10%15%，即通常所說(shuō)的廢品率為10%15%，若這些鑄件工報(bào)廢,將是極大的浪費(fèi)。采用焊接方法修復(fù)這些有缺陷的鑄鐵件，由于焊接成本低，不僅可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且有利于及時(shí)完成生產(chǎn)任務(wù)。常用的焊既接方法有氣焊、釬焊、電弧焊等,其中手工電弧焊應(yīng)用最多。但是鑄鐵件的焊補(bǔ)極易產(chǎn)生白口和裂縫，其中產(chǎn)生白口的主要原因是冷卻速度過(guò)快和石墨元素不足;而產(chǎn)生裂縫的原因主要是焊接應(yīng)力。焊接是一種將材料永久性的連接，并成為具有給定功能結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)。幾乎所有的產(chǎn)品，從幾十萬(wàn)噸巨輪到不足1克的微電子元件，在生產(chǎn)制造中都不同程度地應(yīng)用到焊接技術(shù)。焊接已經(jīng)滲透到制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和

4、壽命以及生產(chǎn)的成本、效率和市場(chǎng)反應(yīng)速度。近年來(lái)，焊接已由一個(gè)單一的加工工藝發(fā)展成為有科學(xué)基礎(chǔ)有廣泛應(yīng)用范圍和前景的焊接工程和焊接產(chǎn)業(yè)，在這些產(chǎn)業(yè)中，焊接在其中占有重要地位，是決定其產(chǎn)品使用安全的關(guān)鍵。有些直接出焊接產(chǎn)品或在現(xiàn)場(chǎng)裝焊接后投入使用，有些是作成主體結(jié)構(gòu)然后在其上安裝動(dòng)力和機(jī)電設(shè)備后應(yīng)用，有焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全保證在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的情況下，主要決定與焊接聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)、材料匹配、工藝設(shè)計(jì)、先進(jìn)的焊接制造工藝及設(shè)備和準(zhǔn)確的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，這些都決定了焊接聯(lián)結(jié)部位的的內(nèi)在和外觀質(zhì)量，形成了分布在各工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)部門各具特色的焊接結(jié)構(gòu)行業(yè)，同時(shí)也形成了結(jié)構(gòu)焊接需要的焊接設(shè)備行業(yè)和焊接材料

5、行業(yè)。這些行業(yè)是互相關(guān)聯(lián)促進(jìn)的行業(yè)。焊接結(jié)構(gòu)已有日新月異的發(fā)展:在裝備制造業(yè)結(jié)構(gòu)中用焊接結(jié)構(gòu)局部或全部代替鑄件或鍛件結(jié)構(gòu)和由局部鑄件或鍛件焊接成組合結(jié)構(gòu)是大重型結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向，可大大節(jié)約大型鑄鍛車間及其設(shè)備的基本建設(shè)投資和生產(chǎn)過(guò)程的能源消費(fèi)，同時(shí)還可縮短生產(chǎn)周期;在各種建筑行業(yè)廣泛采用鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)代替鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可達(dá)到大跨度、輕自重、工廠制造、設(shè)計(jì)優(yōu)、工程在建周期短、環(huán)境污染少，基礎(chǔ)費(fèi)用省，折除后材料可循環(huán)使用，因而符合目前綠色制造和資源循環(huán)利用建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的大潮流。目前我國(guó)微電子及IT行業(yè)中的發(fā)展，高強(qiáng)有色金屬、光釬、超導(dǎo)和復(fù)合材料及高分子材料的應(yīng)用，都對(duì)焊接工藝、設(shè)備和材料提出了很多

6、新的要求，因而得到了相應(yīng)發(fā)展。   2.灰鑄鐵鑄鐵是含碳量在2以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵一般含碳量為24。碳在鑄鐵中多以石墨形態(tài)存在，有時(shí)也以滲碳體形態(tài)存在。除碳外，鑄鐵中還含有13的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。在鑄鐵焊接中，應(yīng)用得最多的是灰鑄鐵的焊接，球墨鑄鐵次之，可鍛鑄鐵最少。2.1.灰鑄鐵的化學(xué)成分灰鑄鐵以片狀石墨的形態(tài)存在于珠光體、鐵素體或二者按不同比例混合的基體組織中。其斷口呈灰色，且因此得名。石墨的力學(xué)性能比較低，使金屬基體承受負(fù)荷的有效截面積減少，而且片狀石墨使應(yīng)力集中嚴(yán)重

7、，因而使灰鑄鐵的力學(xué)性能不高，灰鑄鐵的石墨形式是以不同的數(shù)量、長(zhǎng)短及粗細(xì)分布于基體中，因而對(duì)灰鑄鐵的力學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響?；诣T鐵分HT250與HT220，其密度分別為7.35g/cm;與7.2g/m灰鑄鐵按其組織可看成是碳鋼的基體加片狀石墨。按基體組織的不同灰鑄鐵分為三類：鐵素體基體灰鑄鐵、鐵素體珠光體基體灰鑄鐵、珠光體基體灰鑄鐵（F基體灰鑄鐵、F+P基灰鑄鐵、P基體灰鑄鐵）。常用灰鑄鐵的化學(xué)成分為C2.6%3.8%，Si1.2%3.0%，Mn0.4%1.2%，P0.4%，S0.15%。同一牌號(hào)的灰鑄鐵，薄壁件（壁厚<10mm）的C,Si量高于厚壁件。2.2灰鑄鐵的物理性能、力學(xué)性能灰

8、鑄鐵的牌號(hào)是由“HT”（“灰鐵”兩字漢語(yǔ)拼音字首）和最小抗拉強(qiáng)度b 值（用30mm試棒的搞拉強(qiáng)度）表示。例如牌號(hào)HT250表示30mm試棒的最小抗拉強(qiáng)度值為250MPa的灰鑄鐵。設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，應(yīng)根據(jù)鑄件受力處的主要壁厚或平均壁厚選擇鑄鐵牌號(hào)?；诣T鐵的力學(xué)性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關(guān)?；诣T鐵中的片狀石墨對(duì)基體的割裂嚴(yán)重，在石墨尖角處易造成應(yīng)力集中，使灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性遠(yuǎn)低于鋼，但抗壓強(qiáng)度與鋼相當(dāng)，也是常用鑄鐵件中力學(xué)性能最差的鑄鐵。同時(shí)，基體組織對(duì)灰鑄鐵的力學(xué)性能也有一定的影響，鐵素體基體灰鑄鐵的石墨片粗大，強(qiáng)度和硬度最低，故應(yīng)用較少；珠光體基體灰鑄鐵的石墨片細(xì)小，有較高的強(qiáng)度和硬度

9、，主要用來(lái)制造較重要鑄件；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵的石墨片較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵。故工業(yè)上較多使用的是珠光體基體的灰鑄鐵?；诣T鐵幾乎無(wú)塑性及韌性。 表2-1 灰鑄鐵單鑄試棒的抗拉強(qiáng)度（摘自GB/T 94391988）牌號(hào)鑄件壁厚/mmMPa(kgf/mHT1002.510203010203050130(13.3)100(10.2)90(9.2)80(8.2)HT1502.510203010203050175(17.8)145(14.8)130(13.3)120(12.2)HT2002.510203010203050220(22.4)195(19.9)170(17.

10、3)160(16.3)HT2504.010203010203050270(27.5)240(24.5)220(22.4)200(20.4)HT300102030203050290(29.6)250(25.5)230(23.5)HT350102030203050340（24.7）290（29.6）260（26.5）注 1：硬度分級(jí)是規(guī)定位置的平均值。2：H235和H255所預(yù)計(jì)的硬度值相當(dāng)于質(zhì)量200Kg，且壁厚20mm的鑄件硬度2.3灰鑄鐵的使用性能及其所對(duì)應(yīng)用途灰鑄鐵的使用性能與其化學(xué)成分和組織有密切的聯(lián)系。其主要有分為以下幾種：1.優(yōu)良的鑄造性能 由于灰鑄鐵的化學(xué)成分接近共晶點(diǎn)，所以鐵水流

11、動(dòng)性好，可以鑄造非常復(fù)雜的零件。另外，由于石墨比容較大，使鑄件凝固時(shí)的收縮量減少，可簡(jiǎn)化工藝，減輕鑄件的應(yīng)力并可得到致密的組織。2.優(yōu)良的耐磨性和消震性石墨本身具有潤(rùn)滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，使鑄件有良好的耐磨性。此外，由于鑄件中帶有硬度很高的磷共晶，又能使抗磨能力進(jìn)一步提高，這對(duì)于制備活塞環(huán)、氣缸套等受摩擦零件具有重要意義。石墨可以阻止后動(dòng)的傳播，灰鑄鐵的消夸大能力是鋼的10倍，常用來(lái)制作承受振動(dòng)的機(jī)床底座。3.較低的缺口敏感性和良好的切削加工性能灰鑄鐵中由于石墨的存在，相當(dāng)于存在很多小的缺口時(shí)表面的缺陷、缺口等幾乎沒(méi)有敏感性，因此，表面的缺陷對(duì)鑄鐵的疲勞強(qiáng)度影響較小，但其

12、疲勞強(qiáng)度比鋼要低。由于鑄鐵中的石墨可以起斷屑作用和對(duì)刀具的潤(rùn)滑起減障作用，所以其可切削加工性能是優(yōu)良的。4.灰鑄鐵的機(jī)械性能灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性及彈性模量都低于碳素鋼，如表所示?；诣T鐵的抗壓強(qiáng)度和硬度主要取決于基體組織?；诣T鐵的抗壓強(qiáng)度一般比抗拉強(qiáng)度高出三四倍，這是灰鑄鐵的一種特性。因此，與其把灰鑄鐵用作抗拉零件還不如做耐壓零件更適合。這就是廣泛用作機(jī)床床身和支柱受耐壓零件的原因?；诣T鐵的牌號(hào)所對(duì)應(yīng)的特性及應(yīng)用條件如下表表2-2所示：表2-2 灰鑄鐵的牌號(hào)所對(duì)應(yīng)的特性及應(yīng)用條件牌號(hào)特性工作條件應(yīng)用舉例HT1001.  減振性優(yōu)良2.  鑄造性能好3.  無(wú)

13、需熱實(shí)效1. 小載荷2. 不要求耐磨形狀簡(jiǎn)單，不需要零件，如手柄、手輪、蓋、油盤、底板、支架等，不加工或簡(jiǎn)單加工HT1501. 有一定強(qiáng)度2. 減振性良好3  .鑄造性能好4. 鑄造應(yīng)力小，無(wú)需熱實(shí)效1. 中等載荷2. 摩擦面的壓力490kPa3. 較弱腐蝕介質(zhì)1. 一般機(jī)械零件，如支柱、軸承座容器等2. 發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣管、機(jī)油殼等3. 較輕的薄壁零件，工作壓力不大的管件4. 圓周速度6-12ms的帶輪HT200HT2501. 強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性良好2. 減振性良好3. 鑄造性能較好4. 一

14、般需熱實(shí)效1. 較大載荷2. 摩擦壓力/490kPa3. 要求韌性、抗脹性4. 要求較高氣密性5. 較弱腐蝕介質(zhì)1.較重要機(jī)械零件，如氣缸，襯套，齒輪，棘輪、鏈輪、飛輪，機(jī)床床身，泵殼，容器。2. 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、活塞、活塞環(huán)、齒輪、齒輪室蓋等3. 汽車、拖拉機(jī)的離合器殼、左右半軸殼、剎車轂等4. 中壓油缸、閥體、泵體等5圓周速度12-15ms的帶輪HT300HT350(HT400)1.強(qiáng)度高，耐磨2.鑄造性能差。3.白口傾向大，需熱時(shí)效。1.高拉力和高彎曲力2. 摩擦面壓力>1960KPa，或需表面淬火3. 要求高氣密性1. 重要機(jī)械

15、零件，如齒輪、凸輪、襯套等2.機(jī)床導(dǎo)軌，沖床、剪床、壓力機(jī)、車床和重型機(jī)床的床身、機(jī)座、主軸箱、卡盤等3.大型發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、缸套等4. 高壓油缸、水缸、泵體、閥體等5. 圓周速度20-25ms 的帶輪  3.灰鑄鐵的焊接性鑄鐵焊接中灰鑄鐵的焊接最為常見(jiàn)。灰鑄鐵在化學(xué)成分上的特點(diǎn)是碳高及S、P雜質(zhì)高，這就增大了焊接接頭對(duì)冷卻速度變化的敏感性及冷熱裂紋的敏感性。在力學(xué)性能上的特點(diǎn)是強(qiáng)度低，基本無(wú)塑性。焊接過(guò)程具有冷速快及焊件受熱不均勻而形成焊接應(yīng)力較大的特殊性。這些因素導(dǎo)致焊接性不良。主要問(wèn)題兩方面：一方面是焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織。另一方面焊接接頭易出現(xiàn)裂紋。3.1焊

16、接接頭的白口組織灰鑄鐵焊接時(shí)，由于熔池體積小，存在時(shí)間短，加之鑄鐵內(nèi)部的熱傳導(dǎo)作用，使得焊縫及近縫區(qū)的冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鑄件在砂型中的冷卻速度。因此，在焊接接頭的焊縫及半熔化區(qū)將會(huì)產(chǎn)生大量的滲碳體，形成白口鑄鐵組織。焊接接頭中產(chǎn)生白口組織的區(qū)域主要是焊縫區(qū)、半熔化區(qū)和奧氏體區(qū)。現(xiàn)在分別予以討論。3.1.1焊縫區(qū)當(dāng)焊縫成分與灰鑄鐵鑄件（即同質(zhì)焊縫）成分相同時(shí)，則在一般電弧焊情況下，由于焊縫冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鑄件在砂型中的冷卻速度，焊縫主要為共晶滲碳體+二次滲碳鐵+珠光體，即焊縫基本為白口鑄鐵組織。焊縫為鑄鐵時(shí)我們一般采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣?lái)減慢焊逢的冷卻速度（如：增大線能量）或調(diào)整焊縫化學(xué)成分來(lái)增強(qiáng)焊縫

17、的石墨化能力。若采用低碳鋼焊條（即異質(zhì)焊縫中）進(jìn)行焊接，常用鑄鐵含碳為3%左右，就是采用較小焊接電流，母材在第一層焊縫中所占百分比也將為1314，其焊縫平均含碳量將為0.7%1.0%,屬于高碳鋼（C0.6%）。這種高碳鋼焊縫在快冷卻后將出現(xiàn)很多脆硬的馬氏體。采用異質(zhì)金屬材料焊接時(shí)，必須要設(shè)法防止或減弱母材過(guò)渡到焊縫中的碳產(chǎn)生高硬度組織的有害作用。思路是：改變C的存在狀態(tài)，使焊縫不出現(xiàn)淬硬組織并具有一定的塑性，例如使焊縫分別成為奧氏體，鐵素體及有色金屬是一些有效的途徑。3.1.2半熔化區(qū)半熔化區(qū)的特點(diǎn)是該區(qū)被加熱到液相線與共晶轉(zhuǎn)變下限溫度之間，溫度范圍11501250。該區(qū)處于液固狀態(tài)，一部分鑄

18、鐵已熔化成為液體，其它未熔部分在高溫作用下已轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。其在半熔化區(qū)對(duì)白口鑄鐵有影響的有：冷卻速度及化學(xué)成分對(duì)半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響冷卻很快，液態(tài)鑄鐵在共晶轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變成萊氏體，即共晶滲碳體加奧氏體。繼續(xù)冷卻則為碳所飽和的奧氏體析出二次滲碳體。在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。由于該區(qū)冷速很快，在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，可出現(xiàn)奧氏體馬氏體的過(guò)程，并產(chǎn)生少量殘余奧氏體。當(dāng)半熔化區(qū)的液態(tài)金屬以很慢的冷卻速度冷卻時(shí)，其共晶轉(zhuǎn)變按穩(wěn)定相圖轉(zhuǎn)變。最后其室溫組織由石墨+鐵素體組織組成。當(dāng)該區(qū)液態(tài)鑄鐵的冷卻速度介于以上兩種冷卻速度之間時(shí)，隨著冷卻速度由快到慢，或?yàn)槁榭阼T鐵，或?yàn)橹楣怏w鑄鐵，或?yàn)橹楣怏w加

19、鐵素體鑄鐵。影響半熔化區(qū)冷卻速度的因素有：焊接方法、預(yù)熱溫度、焊接熱輸入、鑄件厚度等因素。鑄鐵焊接半熔化區(qū)的化學(xué)成分對(duì)其白口組織的形成同樣有重大影響。該區(qū)的化學(xué)成分不僅取決于鑄鐵本身的化學(xué)成分，而且焊逢的化學(xué)成分對(duì)該區(qū)也有重大影響。這是因?yàn)楹阜陞^(qū)與半熔化區(qū)緊密相連，且同時(shí)處于熔融的高溫狀態(tài)，為該兩區(qū)之間進(jìn)行元素?cái)U(kuò)散提供了非常有利的條件。某元素在兩區(qū)之間向哪個(gè)方向擴(kuò)散首先決定于該元素在兩區(qū)之間的含量梯度（含量變化）。元素總是從高含量區(qū)域向低含量區(qū)域擴(kuò)散，其含量梯度越大，越有利于擴(kuò)散的進(jìn)行。提高熔池金屬中促進(jìn)石墨化元素（C、Si、Ni等）的含量對(duì)消除或減弱半熔化區(qū)白口的形成是有利的。用低碳鋼焊條焊

20、鑄鐵時(shí)，半熔化區(qū)的白口帶往往較寬。這是因?yàn)榘肴刍瘏^(qū)含C、Si量高于熔池，故半熔化區(qū)的C、Si反而向熔池?cái)U(kuò)散，使半熔化區(qū)C、Si有所下降，增大了該區(qū)形成較寬白口的傾向。3.1.3奧氏體區(qū)奧氏體區(qū)被加熱到共晶轉(zhuǎn)變下限溫度與共析轉(zhuǎn)變上限溫度之間。該區(qū)溫度范圍約為8201150，此區(qū)無(wú)液相出現(xiàn)該區(qū)在共析溫度區(qū)間以上，其基體已奧氏體化，加熱溫度較高的部分（靠近半熔化區(qū)），由于石墨片中的碳較多地向周圍奧氏體擴(kuò)散，奧氏體中含碳量較高；加熱較低的部分，由于石墨片中的碳較少向周圍奧氏體擴(kuò)散，奧氏體中含碳量較低，隨后冷卻時(shí)，如果冷速較快，會(huì)從奧氏體中析出一些二次滲碳體，其析出量的多少與奧氏體中含碳量成直線關(guān)系。在

21、共析轉(zhuǎn)變快時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。冷卻更快時(shí)，會(huì)產(chǎn)生馬氏體，與殘余奧氏體。該區(qū)硬度比母材有一定提高。熔焊時(shí)，采用適當(dāng)工藝使該區(qū)緩冷，可使奧氏體直接析出石墨而避免二次滲碳體析出，同時(shí)防止馬氏體形成。3.2 焊接接頭裂紋灰鑄鐵屬脆性金屬，抗裂性能差，在焊接應(yīng)力的作用焊接接頭很容易開(kāi)裂?；诣T鐵在焊補(bǔ)時(shí)，接頭所產(chǎn)生的裂紋多為低溫裂紋，屬冷裂紋范疇；而在某些焊接條件下也能產(chǎn)生熱裂紋，下面分別予以分析。可發(fā)生在焊縫或熱影響區(qū)上，其分為焊縫處冷裂紋、發(fā)生在HAZ的冷裂紋。3.2.1冷裂紋 焊縫處冷裂紋一般產(chǎn)生部位鑄鐵型焊縫當(dāng)采用異質(zhì)焊接材料焊接，使焊逢成為奧氏體、鐵素體，銅基焊縫時(shí)，由于焊縫金屬具有

22、較好的塑性，焊接金屬不易出現(xiàn)冷裂紋。啟裂溫度一般在400以下。原因有兩方面，一方面是鑄鐵在400以上時(shí)有一定塑性；另一方面焊縫所承受的拉應(yīng)力是隨其溫度下降而增大。在400以上時(shí)焊縫所承受的拉應(yīng)力較小。由于焊接過(guò)程中由于工件局部不均勻受熱，焊縫在冷卻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力隨焊縫溫度的下降而增大。當(dāng)焊縫全為灰鑄鐵時(shí)，石墨呈片狀存在。當(dāng)片狀石墨方向與外加應(yīng)力方向基本垂直，且兩個(gè)片狀石墨的尖端又靠得很近，在外加應(yīng)力增加時(shí)，石墨尖端形成較大的應(yīng)力集中。鑄鐵強(qiáng)度低，400以下基本無(wú)塑性。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)此時(shí)鑄鐵的強(qiáng)度極限時(shí)，即發(fā)生焊縫裂紋。當(dāng)焊縫中存在白口鑄鐵時(shí)，由于白口鑄鐵的收縮率比灰鑄鐵收縮率

23、大，加以其中滲碳體性能更脆，故焊縫更易出現(xiàn)裂紋。其影響因素主要與焊縫基體組織、石墨形狀或焊補(bǔ)處剛度、體積大小及其長(zhǎng)短有關(guān)。焊縫中滲碳體越多，焊縫中出現(xiàn)裂紋數(shù)量越多。當(dāng)焊縫基體全為珠光體與鐵素體組成，而石墨化過(guò)程又進(jìn)行得較充分時(shí)，由于石墨化過(guò)程伴隨有體積膨脹過(guò)程，可以松弛部分焊接應(yīng)力，有利于改善焊縫的抗裂性。粗而長(zhǎng)的片狀石墨容易引起應(yīng)力集中，會(huì)減小抗裂性。石墨以細(xì)片狀存在時(shí)，可改善抗裂性。石墨以團(tuán)絮狀存在時(shí)，焊縫具有較好的抗裂性能。焊補(bǔ)處剛度大，焊補(bǔ)體積大，焊縫越長(zhǎng)都將增大應(yīng)力狀態(tài)，促使裂紋產(chǎn)生。而防止冷裂紋產(chǎn)生的措施有兩條，一是對(duì)焊件進(jìn)行整體預(yù)熱（550700）能降低焊接應(yīng)力。二是向鑄鐵型焊縫

24、加入一定量的合金元素（Mn、Ni、Cu等）使焊縫金屬先發(fā)生一定量的貝氏體相變，接著又發(fā)生一定量的馬氏體相變，則利用這二次連續(xù)相變產(chǎn)生的焊縫應(yīng)力松弛效應(yīng)，可較有效地防止焊縫出現(xiàn)冷裂紋。在其的同時(shí)還要防止焊縫二次相變產(chǎn)生焊縫應(yīng)力松弛。金屬及合金在相變過(guò)程中塑性增加，這種特性稱相變塑性。貝氏體與馬氏體的比容較奧氏體、珠光體及鐵素體都大，相變過(guò)程中的體積膨脹也有利于松弛焊縫應(yīng)力。還有就是加入既能改變石墨形態(tài)又能促使石墨化的元素。例如：Ca電弧冷焊時(shí)，發(fā)現(xiàn)焊縫含一定量Ca時(shí)，既能促使焊縫石墨化，又能改變焊縫石墨狀態(tài)。焊縫中Ca為0.0027%時(shí)焊縫中C=3.89%、Si=2.85%，焊縫部分球化，另有部

25、分蠕蟲狀石墨及少量片狀石墨，焊縫中無(wú)白口鑄鐵組織。在焊條中加入一定量Ca能改善抗冷裂性能。3.2.2發(fā)生在HAZ的冷裂紋主要發(fā)生在含有較多滲碳體及馬氏體的HAZ，也可能發(fā)生在離熔合線稍遠(yuǎn)的HAZ。其原因有三方面：一在電弧冷焊情況下，在半熔化區(qū)及奧氏體區(qū)產(chǎn)生鐵素體及馬氏體等脆硬組織（白口鑄鐵的抗拉強(qiáng)度為107.8166.8Mpa，馬氏體鑄鐵的抗拉強(qiáng)度也不超過(guò)147Mpa）。當(dāng)焊接拉應(yīng)力超過(guò)某區(qū)的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在該區(qū)發(fā)生裂紋：二在半熔化區(qū)上白口鑄鐵的收縮率（1.6%2.3%）比其相應(yīng)的奧氏體的收縮率（0.9%1.3%）大得多。在該二區(qū)間產(chǎn)生一定的切應(yīng)力：三是在焊接薄壁鑄鐵件（510mm）導(dǎo)熱程度比厚

26、壁鑄件差的多，加劇了焊接接頭的拉應(yīng)力。使冷裂紋可能發(fā)生在離熔合線稍遠(yuǎn)的HAZ上。發(fā)生HAZ的冷裂紋的防止措施主要有以下三條：采取工藝措施來(lái)減弱焊接接頭的應(yīng)力及防止焊接接頭出現(xiàn)滲碳體及馬氏體。如采用預(yù)熱焊。采用屈服點(diǎn)較低而且有良好塑性的焊接材料焊接，通過(guò)焊縫的塑性變形松弛焊接接頭的部分應(yīng)力。在修復(fù)厚大件的裂紋缺陷時(shí)，可在坡口兩側(cè)進(jìn)行栽絲法焊接（坡口大、焊層多、積累焊接應(yīng)力大。為防止HAZ冷裂發(fā)展成剝離性裂紋。3.2.3熱裂紋 一般采用低碳鋼焊條與鎳基鑄鐵焊條冷焊時(shí)，焊縫較易出現(xiàn)屬于熱裂紋的結(jié)晶裂紋。鑄鐵型焊縫對(duì)熱裂不敏感，高溫時(shí)石墨析出過(guò)程中有體積增加，有助于減低應(yīng)力。產(chǎn)生原因是當(dāng)用低碳鋼焊條焊

27、鑄鐵時(shí)，即使采用小電流，第一層焊縫中的熔合比也在1314，焊縫平均含碳量可達(dá)0.71.0%，鑄鐵含S、P量高，焊縫平均含S、P也較高，焊接表層含C及S、P較低，越靠近熔合線，焊縫含C及S、P越高。C與S、P是促使碳鋼發(fā)生結(jié)晶裂紋的有害元素，故用低碳鋼焊條焊接鑄鐵時(shí)，第一層焊縫容易發(fā)生熱裂紋。這種熱裂紋往往隱藏在焊縫下部，從焊縫表面不易發(fā)覺(jué)。利用鎳基鑄鐵焊條焊接鑄鐵時(shí)，由于鑄鐵中含有較多的S、P，焊縫易生成低熔點(diǎn)共晶，如Ni-Ni3S2,644,Ni-Ni3P,880,故焊縫對(duì)熱裂紋有較大的敏感性。解決措施主要從兩方面著手:一冶金方面：調(diào)整焊縫化學(xué)成分，使其脆性溫度區(qū)間縮小，加入稀土元素，增強(qiáng)脫

28、S、P反應(yīng)，使晶粒細(xì)化，以提高抗熱裂性能。二采用正確的冷焊工藝，使焊接應(yīng)力減低，以及使母材是的有害雜質(zhì)較少熔入焊縫。 4.灰鑄鐵的手工電弧焊焊接性分析由于灰鑄鐵的焊接性可知，灰鑄鐵在焊接中主要是容易產(chǎn)生白口組織和出現(xiàn)裂紋，故應(yīng)從防止上述缺陷入手，從多方面考慮來(lái)選擇和制定合理的焊接方法及工藝。4.1 同質(zhì)焊縫（鑄鐵型）的熔焊工藝與焊接材料同質(zhì)焊縫就是鑄鐵型焊縫。它的焊條電弧焊工藝可分為熱焊（包括半熱焊）和冷焊（又稱不予熱焊）兩種。4.1.1 電弧熱焊與半熱焊鑄鐵焊接時(shí)，白口組織和冷裂紋的產(chǎn)生，主要由于熔池體積小而使冷卻速度過(guò)大造成的。針對(duì)這一問(wèn)題，人們?cè)阼T鐵焊接時(shí)就最先應(yīng)用了熱焊工藝，

29、以達(dá)到減小鑄件溫差，降低冷卻速度的目的。將工件整體或有缺陷的局部位置預(yù)熱到600700（暗紅色），稱為熱焊，預(yù)熱溫度300400稱為半熱焊對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而焊補(bǔ)處拘束度又大的工件，宜采用整體預(yù)熱。若對(duì)這種件采用局部預(yù)熱焊接，可能會(huì)增大應(yīng)力，有時(shí)會(huì)在焊補(bǔ)處再出現(xiàn)裂紋，甚至?xí)陔x焊補(bǔ)處有一定距離的位置上又出現(xiàn)新的裂紋。對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而焊補(bǔ)處拘束度又小的工件可采用局部預(yù)熱。灰鑄鐵工件預(yù)熱到600-700，不僅有效地減少了焊接接頭上的溫差，而且鑄鐵有常溫完全無(wú)塑性改變位有一定塑性，其伸長(zhǎng)率達(dá)2%-3%,再加以焊后緩慢冷卻，故焊接接頭應(yīng)力狀態(tài)大為改善。此外由于600-700預(yù)熱及焊后緩冷，可使石墨化過(guò)程進(jìn)行充分

30、，焊接接頭可完全防止白口鑄鐵，緩冷又可防止淬硬組織的產(chǎn)生，從而有效的防止裂紋的產(chǎn)生，并改善了其加工性。在合適成分的焊條配合下，焊接接頭的硬度與母材很相近，有優(yōu)良的加工性，有與母材的基本相同的力學(xué)性能，顏色與母材一致。焊后焊接接頭殘余應(yīng)力很小，故熱焊的焊接質(zhì)量是非常滿意。其缺點(diǎn)是能源消耗大，勞動(dòng)條件差，生產(chǎn)率低。預(yù)熱溫度在300-400時(shí)，人們稱之為“半熱焊”。300-400可有效防止熱影響區(qū)產(chǎn)生馬氏體，改善焊接接頭的加工性。由于預(yù)熱溫度低，焊接接頭各部分溫差較大，焊接接頭已形成較大拉伸應(yīng)力，對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且焊補(bǔ)處拘束度大的工件來(lái)說(shuō)，焊后發(fā)生冷裂紋的可能性增大。鑄鐵熱焊時(shí)雖采取了預(yù)熱緩冷的措施，但

31、焊縫的冷速一般大于鑄鐵鐵液在砂型中的冷速，故為了保證焊縫石墨化，不產(chǎn)生白口組織且硬度合適，焊縫的C+Si總量還應(yīng)大于母材。熱焊時(shí)采用大直徑鑄鐵芯焊條（6mm）配合采用大電流可加快焊補(bǔ)速度，縮短焊工從事熱焊時(shí)間。焊前應(yīng)清除鑄件缺陷內(nèi)砂子及夾渣，并用風(fēng)鏟開(kāi)坡口，坡口要有一定的角度，上口稍大，底面應(yīng)圓滑過(guò)渡。對(duì)邊角較大缺陷的焊補(bǔ)常需要在缺陷周圍造型，其目的是防止焊接熔池的鐵液流出及保證焊補(bǔ)區(qū)焊縫的成形。熱焊法系同質(zhì)鑄鐵焊接工藝。焊前對(duì)鑄件缺陷稍加修整, 再將鑄件置于爐中墊平, 整體緩慢加熱至600 650 (此時(shí)鑄件產(chǎn)生足夠大的塑性, 由于要照顧到硬度要求, 預(yù)熱溫度不得超過(guò)700) , 保溫一定時(shí)

32、間,鑄件出爐后立即施焊, 須保持鑄件在400以上焊接,填充材料為同質(zhì)鑄鐵材料。常規(guī)焊接操作, 不錘擊焊道, 焊后及時(shí)修整焊縫并須保溫緩冷(重新回爐或表面加煤粉等)。該工藝本質(zhì)上是在鑄件缺陷處用焊接熱造一汪鐵水“重新鑄造”。為補(bǔ)充有益元素?zé)龘p和促進(jìn)石墨化, 要在填充材料中加入較母材內(nèi)多量的合金(如碳、硅、錳及稀土等)。這種工藝較易操作, 焊接質(zhì)量容易保證是其突出優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是勞動(dòng)條件差, 焊修周期長(zhǎng), 設(shè)備投資大。較適合于大批量中小件鑄鐵焊接。熱焊用鑄鐵焊條典型的有“鑄248”和“鑄238”, 是較早用于生產(chǎn)中的兩種焊條。鑄248 是在母材成分基礎(chǔ)上添加大劑量石墨化元素(如碳硅) , 多用于灰口

33、鑄鐵焊接。鑄238 焊條是在鑄248 焊條基礎(chǔ)上再添加大劑量球化劑(如鎂等元素) , 適合于球墨鑄鐵件的焊接。氣焊用焊絲典型產(chǎn)品為“絲401”和“絲402”。兩者僅因石墨化元素多少分別用于灰口鑄鐵的熱氣焊和冷氣焊。以上焊接材料的不斷改進(jìn)常借鑒鑄鐵熔煉原理, 主要是調(diào)整焊接材料的化學(xué)成分, 改變焊縫的石墨片形態(tài)、數(shù)量及基體類型, 不斷推出實(shí)用新型焊接材料, 如電焊條鑄238F、氣焊用釔基重稀土焊絲等。為保證“重新鑄造”順利進(jìn)行, 熱焊鑄鐵在工藝上要求采用大功率焊接(如采用大電流、慢焊速, 連續(xù)焊) 。4.1.2 電弧冷焊電弧冷焊是指焊前對(duì)被焊鑄鐵件不預(yù)熱的電弧焊，所以電弧冷焊可節(jié)省能源的消耗，改

34、善勞動(dòng)條件，降低焊補(bǔ)成本，縮短焊補(bǔ)周期，成為發(fā)展的主要方向。但正如前面所分析過(guò)的那樣，但焊縫為鑄鐵型時(shí)，冷焊焊接接頭易產(chǎn)生白口鑄鐵及淬硬組織，還易發(fā)冷裂紋。在冷焊條件下，首先要解決的問(wèn)題是防止焊接接頭出現(xiàn)白口鑄鐵。解決途徑可從兩方面著手：一是進(jìn)一步提高焊縫石墨化元素的含量，并加強(qiáng)孕育處理；二是提高焊接熱輸入量，如采用大直徑焊條、大電流連續(xù)焊工藝，以緩慢焊接接頭的冷速。這種工藝有助于消除或減少熱影響區(qū)出現(xiàn)馬氏體組織。焊縫的石墨化元素含量可以通過(guò)藥芯焊絲或焊條藥皮成分的變化在較大范圍內(nèi)調(diào)整，在提高焊接熱輸入的配合下，使焊縫較容易避免白口鑄鐵的出現(xiàn)。而半熔化區(qū)原為母材的成分，含碳、硅量都不高，而該區(qū)

35、的一側(cè)緊靠冷金屬工件，冷速最快，故半熔化區(qū)形成白口鑄鐵的敏感性比焊縫更大。碳、硅都是強(qiáng)石墨化元素，研究工作表明，在冷焊條件下，焊縫含碳4.0%-5.5%、含硅3.5%-4.5%較理想。可以看出，冷焊時(shí)焊縫的（C+Si）比熱焊及半熱焊時(shí)明顯的提高了，達(dá)到7.5%-10%。過(guò)去一般都趨向于提高焊縫中含硅量，使其達(dá)到4.5%-7%，而把碳含量在3%左右。對(duì)于適當(dāng)提高焊縫含碳量及適當(dāng)保持焊縫含硅量較為理想。這是因?yàn)樘岣吆缚p含碳量對(duì)減弱與消除半熔化區(qū)白口鑄鐵作用比提高硅有效，因?yàn)樵谝簯B(tài)時(shí)碳的擴(kuò)散能力比硅強(qiáng)十倍左右。提高焊縫含碳量及延長(zhǎng)半熔化區(qū)存在時(shí)間，通過(guò)擴(kuò)散可大大提高半熔化區(qū)含碳量，對(duì)減弱或消除半熔化

36、區(qū)白口鑄鐵的形成非常有利。在碳、硅總量一定時(shí)，提高焊縫含碳量比提高焊縫含硅量更能減少焊縫收縮量，從而對(duì)降低焊縫裂紋敏感性有好處。焊縫的含硅量大于5%左右以后，由于硅對(duì)鐵素體固溶強(qiáng)化的結(jié)果，反而使焊縫硬度升高，而對(duì)碳來(lái)說(shuō)不存在這個(gè)問(wèn)題。在電弧冷焊時(shí)，僅靠調(diào)整焊縫碳與硅的含量，來(lái)提高焊縫石墨化能力，往往還不足以防止焊縫因快冷而產(chǎn)生白口鑄鐵。還必須對(duì)焊縫進(jìn)行孕育處理，以加強(qiáng)其石墨化過(guò)程，使焊接熔池中生成適量的Ca、Ba、Al、Ti等高熔點(diǎn)硫化物或氧化物，它們能為異質(zhì)的石墨晶核，從而促進(jìn)更多石墨的生長(zhǎng)，有助于減弱甚至消除焊縫的白口傾向。為減慢電弧冷焊時(shí)焊縫的冷速，以防止焊接接頭產(chǎn)生白口鑄鐵組織，必須采

37、用大電流、連續(xù)焊工藝。焊條直徑越粗，越有利于采用大電流。這種工藝有利于增大總的焊接熱輸入，以減慢焊縫及其熱影響區(qū)的冷速。除焊接工藝外，板厚及所焊補(bǔ)缺陷的體積都是影響焊接接頭冷速的重要原因。被焊補(bǔ)的鑄件越厚，液體焊縫及焊接熱影響區(qū)的冷速越快，焊接接頭形成白口鑄鐵及馬氏體的傾向越高?？s孔是鑄鐵件制造中常見(jiàn)的缺陷。對(duì)這種縮孔的焊補(bǔ)，即使采用大電流連續(xù)焊工藝，若縮孔體積很小，則總的焊接熱輸入不足，焊縫及熱影響區(qū)冷速很快，焊縫及半熔化區(qū)產(chǎn)生白口鑄鐵，熱影響區(qū)易出現(xiàn)馬氏體。隨著縮孔體積增大，總的焊接熱輸入量增多，焊縫及熱影響區(qū)冷速減慢，可使焊縫及熱影響區(qū)完全消除白口鑄鐵及馬氏體。鑄鐵焊接熱影響區(qū)是否產(chǎn)生馬

38、氏體，主要決定于該區(qū)加熱溫度最高區(qū)域，在800-500冷卻時(shí)10/s，可防止珠光體灰鑄鐵焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生馬氏體。應(yīng)該指出的是，該值將隨灰鑄鐵的化學(xué)成分及基體組織變化而有些變化。過(guò)去焊接灰鑄鐵時(shí)，習(xí)慣于仍使焊縫成為片狀石墨的灰鑄鐵，但片狀石墨尖端會(huì)形成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，使焊縫強(qiáng)度較低，且基本無(wú)塑性變形能力，故在焊接拉伸應(yīng)力作用下，焊縫易出現(xiàn)冷裂紋。這種使焊縫成為灰鑄鐵的焊條，在電弧冷焊情況下，只適用于缺陷處于拘束度較小的情況下的焊補(bǔ)。若焊補(bǔ)處于拘束度較大的缺陷，則焊縫易出現(xiàn)冷裂紋。4.1.3 影響灰鑄鐵焊縫組織的因素1.焊縫的冷卻速度當(dāng)焊縫的冷卻速度很快且石墨化能力不足時(shí)，液態(tài)鑄鐵焊縫按介穩(wěn)定系恭

39、敬轉(zhuǎn)變后的組織為共晶滲碳體+奧氏體，繼續(xù)冷卻后，從奧氏體析出二次滲碳體，在共析轉(zhuǎn)變后，余下的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體故快冷后最后形成的組織為共晶滲碳體+二次滲碳體+珠光體，這就是通常所說(shuō)的白口鑄鐵。這種白口鑄鐵不僅硬度高，難以進(jìn)行機(jī)械加工，且收縮率大又性脆，在焊接拉應(yīng)力作用下，很容易形成冷裂紋，故必須防止焊縫形成白口鑄鐵。當(dāng)焊縫冷卻速度很慢時(shí)，則液態(tài)焊縫按穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變后的組裝為共晶石墨+奧氏體。隨后的慢冷過(guò)程中從奧氏體析出二次石墨，在共析轉(zhuǎn)變時(shí)析出共析石墨+鐵素體，故其最后組織為石墨+鐵素體。當(dāng)焊縫冷速介于以上兩種冷速之間時(shí)，其組織可分別為麻口鑄鐵，珠光體鑄鐵或珠光體+鐵素體鑄鐵。麻口鑄鐵是一種白

40、口鑄鐵到灰鑄鐵的過(guò)渡組織，既有共晶滲碳體，又有石墨，這是由于液態(tài)焊縫的共晶石墨化過(guò)程進(jìn)行不充分所致。當(dāng)焊縫冷卻速度減慢到足以使焊縫共晶轉(zhuǎn)變完全按穩(wěn)定系進(jìn)行，則共晶石墨化過(guò)程得以充分進(jìn)行，可消除共晶滲碳體。其隨后的工析轉(zhuǎn)變時(shí)的冷速，若不能使共析石墨化過(guò)程充分進(jìn)行，得到珠光體+鐵素體的灰鑄鐵焊縫。若共析石墨化過(guò)程被抑制，則得到珠光體灰鑄鐵焊縫。2.焊縫的化學(xué)成分凡是促進(jìn)液態(tài)鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變石墨化的元素，均使鑄鐵穩(wěn)定系共晶溫度與介穩(wěn)定系共晶溫度的溫差擴(kuò)大；而使這兩者溫差縮小的元素，則是促進(jìn)共晶轉(zhuǎn)變白口化的。Fe-C相圖上穩(wěn)定系共晶溫度只比介穩(wěn)定系共晶溫度高6度，這樣小的兩種共晶溫度差，很容易使鑄鐵鐵液按

41、介穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變進(jìn)行而形成白口鑄鐵。3 焊縫的孕育處理在焊條藥皮或藥芯焊絲的焊芯中加入少量具有強(qiáng)烈脫硫或脫氧作用的元素（Ca，Ba，Al等）通過(guò)焊接冶金反應(yīng)，使焊接熔池的鑄鐵鐵液中形成較多而細(xì)小的高熔點(diǎn)的氧化物或硫化物，它們可作為鑄鐵鐵液的異質(zhì)石墨晶核，促進(jìn)焊縫石墨化過(guò)程，這就是通常所說(shuō)的孕育處理。異質(zhì)焊縫又稱為非鑄鐵焊縫。電弧冷焊是鑄鐵焊接中最常用的方法。因鑄件在焊接中不需要預(yù)熱，使焊接工藝過(guò)程大大簡(jiǎn)化，不僅降低了焊接成本，而且是焊接操作者的工作條件得到改善。非鑄鐵型焊縫或異質(zhì)焊縫，按其焊縫金屬的性質(zhì)可分為鋼基、銅基及鎳基?；诣T鐵含碳及有害雜質(zhì)S、P高，在與母材接觸的第一、二層異質(zhì)焊縫金屬中

42、，必然會(huì)有鑄鐵母材過(guò)度進(jìn)去一定的C、S、P，從而易使焊縫產(chǎn)生熱裂紋、冷裂紋及淬硬組織。另外，通過(guò)擴(kuò)散過(guò)程，焊縫金屬的成分對(duì)木材辦融化渠道白口帶寬度有很大影響，進(jìn)而影響焊接接頭的可加工性。由于灰鑄鐵的強(qiáng)度低塑性差，異質(zhì)焊縫金屬的收縮率、膨脹系數(shù)、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及塑性的高低，對(duì)裂紋的發(fā)生都有重要影響。下面分別介紹鋼基、銅基、鎳基三種焊縫的灰鑄鐵電弧冷汗焊接材料。4.2 異質(zhì)（非鑄鐵型）焊縫的電弧焊焊接材料與工藝4.2.1 異質(zhì)焊縫的電弧焊焊接材料1 鋼基焊縫中的電弧焊焊接材料 利用普通低碳鋼焊條焊接鑄鐵時(shí)，寒風(fēng)出現(xiàn)熱裂紋、冷裂紋及淬硬組織，辦熔化區(qū)的白口寬度較大，基于這種情況，普通低碳鋼焊條雖

43、便宜易得，但用于焊接鑄鐵時(shí)，其焊接質(zhì)量是難能令人滿意的。人們又是用于焊補(bǔ)質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合。另外在焊補(bǔ)厚大件裂紋時(shí)，先在坡口兩側(cè)用鎳基鑄鐵焊條（焊接接頭需加工）或高釩鑄鐵焊條（焊接接頭不加工）預(yù)堆二層，然后用較便宜的低碳鋼焊條分層焊接，在工業(yè)上有一定的應(yīng)用，但應(yīng)注意防止剝離性裂紋的發(fā)生。 EZFe-1純鐵焊條。該型號(hào)焊條（市售牌號(hào)Z100）是純鐵芯w(C)0.04%氧化性藥皮鑄鐵焊條，藥皮中含有較多赤鐵礦、大理石等強(qiáng)氧化性物質(zhì)。其目的是通過(guò)碳的氧化反應(yīng)來(lái)降低焊縫中的含碳量。但焊接冶金反應(yīng)主要是在熔滴過(guò)渡過(guò)程中進(jìn)行，在焊接熔池中反應(yīng)較弱。而碳主要來(lái)自鑄鐵母材，純鐵芯含碳量甚低。且在熔池中進(jìn)行碳的

44、氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，易使熔深有所增加。故采用此種焊條焊接鑄鐵時(shí)，第一層焊縫含碳量雖有所降低，在小熱輸入焊接時(shí)w（C）平均為0.7%左右，焊縫仍屬于高碳鋼，第一層焊縫硬度可達(dá)4050HRC。半熔化白口較寬，一般為0.2mm，故焊接接頭無(wú)法加工。焊縫仍以發(fā)生熱裂紋及冷裂紋。該焊條多層焊時(shí)脫渣困難。這種焊條在修復(fù)經(jīng)常在高溫工作的灰鑄鐵鋼錠模出現(xiàn)的缺陷上有所應(yīng)用，有時(shí)也用于不要求加工、致密性及受力較低的缺陷部位焊補(bǔ)。 EZFe-2碳鋼焊條。該型號(hào)焊條（市售牌號(hào)Z122Fe）是低碳鋼芯鐵粉型焊條，藥皮為低氫型。藥皮中加入了一定的低碳鐵粉。加入鐵粉的目的，仍然是為了降低焊縫的含碳量。通過(guò)藥皮加入一定的低碳

45、鐵粉，不僅可使第一層寒風(fēng)中焊條融入量相對(duì)增加，有利于降低焊縫平均含碳量，而且使電弧熱更多地用于熔化焊條，用于熔化鑄鐵母材的熱量相對(duì)有所減少，加之焊條藥皮含一定鐵粉量后，藥皮也能導(dǎo)電，并與工件間產(chǎn)生電弧，使電弧熱比較分散，這二點(diǎn)均為減少母材熔深有一定作用。利用此種焊條焊接灰鑄鐵，在采用小焊接熱輸入情況下，可使單層焊縫的w（C）=0.46%0.56%，屬于中碳鋼上限范圍。焊縫硬度仍高，母材半熔化區(qū)白口層較寬，難于加工。故該種焊條只能用于鑄鐵件非加工面焊補(bǔ)。雖焊縫含碳量有所降低，但消除裂紋仍然是困難的。 EZV型高釩焊條。該型號(hào)焊條（市售牌號(hào)有Z116、Z117）是低碳鋼芯、低氫型藥皮的高釩鑄鐵焊條

46、。焊條的熔敷金屬中含w（V）為11%左右，加入釩的目的仍然是為了消除焊縫中碳的有害作用。釩是強(qiáng)烈碳化物形成元素，與碳結(jié)合后生成碳化物。當(dāng)VC比例合適時(shí)，焊縫中的碳幾乎完全與釩結(jié)合而生成彌散狀分布的碳化釩，焊縫基體組織則為鐵素體。這種焊條的最大優(yōu)點(diǎn)是焊縫具有優(yōu)越的抗熱裂紋及冷裂紋性能。單層焊縫的硬度低（230HBS），焊縫金屬具有很高的塑性性能，其伸縮率可達(dá)28%36%，其焊縫抗拉強(qiáng)度可達(dá)558MPa左右。其焊縫屈服強(qiáng)度也高，可達(dá)343MPa，比灰鑄鐵焊接強(qiáng)度高很多。當(dāng)焊補(bǔ)面積較大時(shí)，往往在焊縫與母材交界處出現(xiàn)裂紋。由于釩是強(qiáng)烈碳化物形成元素，故釩從焊縫一側(cè)而碳從焊縫一側(cè)各自向熔合線擴(kuò)散過(guò)來(lái)，形

47、成了主要由碳化釩顆粒組成的一條非常窄的帶，該帶硬度較高，加之利用該種焊條焊接灰鑄鐵時(shí)，半熔化區(qū)的白口帶仍較寬，故焊接接頭加工性不及鎳基焊條。多層焊時(shí)，接頭加工性有一定改善，這種焊條仍主要用于鑄鐵非加工面焊補(bǔ)。Z117需用直流焊接電源，Z116可用交、直流焊接電源，用交流時(shí)，空載電壓要高一些。2 銅基焊縫的電弧焊焊條銅與碳不形成碳化物，也不溶解碳，彼此之間不形成高硬度組織，銅的Ts及屈服極限低，且塑性特別好，在灰鑄鐵焊接時(shí)銅基焊縫對(duì)防止焊縫發(fā)生冷裂紋及防治焊接接頭發(fā)生剝離性裂紋會(huì)起著有利的作用。鐵在銅中的溶解度情況如下：1083（銅的熔點(diǎn)）時(shí)為4%，650為0.2%，室溫時(shí)溶解度更低，故室溫時(shí)，

48、銅與鐵形成機(jī)械混合物。用純銅電焊條焊接灰鑄鐵的結(jié)果并不理想，主要存在下列兩個(gè)問(wèn)題。一是焊接頭抗拉強(qiáng)度低，一般只達(dá)到7898MPa，相當(dāng)于灰鑄鐵的一半；二是純銅焊縫為單相組織，形成粗大柱晶，焊縫對(duì)熱裂紋較敏感，在銅基焊縫中含有一定量的鐵有利于上述二個(gè)問(wèn)題的解決。例如當(dāng)銅基焊縫中的銅鐵比為80：20時(shí)，灰鑄鐵焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)147196 MPa，基本與母材接近。純銅焊縫的抗熱裂紋性能差，發(fā)生熱裂紋的臨界變形速度為10mmmin，而當(dāng)焊縫金屬的銅鐵比為80：20時(shí)，發(fā)生熱烈紋的臨界變形速度可提高到745 mmmin。但若進(jìn)一步增大焊縫的鐵含量，焊縫塑性下降，易發(fā)生冷裂紋?；谏鲜龅脑?，我國(guó)目

49、前生產(chǎn)的銅鐵鑄鐵焊條的銅鐵比一般均為80：20。銅基焊縫加入一定量的鐵能提高焊縫抗熱裂紋性能的原因是因?yàn)殂~的熔點(diǎn)低（1083），而鐵的熔點(diǎn)高（1530），故熔池結(jié)晶時(shí)先析出鐵的相，這樣當(dāng)溫度下降銅開(kāi)始結(jié)晶時(shí)，焊縫為雙相組織，故有利于提高其抗熱裂紋性能。銅基焊縫中機(jī)械混合著一定量的高硬度富鐵相，增大了焊縫變形抗力，故抗拉強(qiáng)度有所上升，我國(guó)目前生產(chǎn)的銅鐵鑄鐵焊條有下列三種。雖國(guó)標(biāo)GBT 100442006新標(biāo)準(zhǔn)未將它們列入，但生產(chǎn)上一直在應(yīng)用，應(yīng)予以介紹，故只能用市售牌號(hào)予以介紹。 Z607焊條。Z607是以純銅為焊芯，藥皮為低氫型，藥皮中含有較多的低碳鐵粉，所以有時(shí)簡(jiǎn)稱銅芯鐵粉焊條。熔敷金屬中銅

50、鐵比一般為80：20。該焊條具有較高的抗熱裂紋及抗冷裂紋性能。由于銅基焊縫的Ts低于灰鑄鐵的Ts，故焊補(bǔ)較大缺陷時(shí)也不易在焊接接頭融合區(qū)出現(xiàn)剝離性裂紋。由于在常溫下鐵在銅中的溶解度極小，故焊縫中銅與鐵是以機(jī)械混合物存在。在第一層焊縫中，即使采用小電流，鑄鐵母材在焊縫中所占比例也在13左右，母材中的鐵及碳較多地熔入焊縫中。由于銅不溶解碳，也不與碳形成碳化物，故碳全部與母材及焊條熔化后的鐵結(jié)合，在焊接快速冷卻下，形成了銅基焊縫中機(jī)械混合著馬氏體，托氏體等高硬度組織。焊縫加工性不良。由于銅是弱石墨化元素，半熔化區(qū)白口仍較寬，故整個(gè)焊接接頭加工性不良，主要用于拘束度較大部位的缺陷焊補(bǔ)，例如透孔焊補(bǔ)等。

51、 Z612焊條。Z612系銅包鋼芯，鈦鈣型藥皮鑄鐵焊條，熔敷金屬中含銅大于70%，余為鐵。該焊條特性基本如上述的Z607焊條。主要用于非加工面焊補(bǔ)?；谏鲜龈拍睿械墓S簡(jiǎn)單地自制銅鋼焊條，即將一定厚度及寬度的純銅帶螺旋式遞進(jìn)緊緊纏在E5015或E5016低碳鋼焊條上，并使該種焊條的銅鋼比保證在70%以上。 T227焊條。T227焊條是錫磷青銅為焊芯、藥皮為低氫型的銅合金電焊條，該焊條原來(lái)主要用于堆焊磷青銅耐磨件。熔敷金屬的化學(xué)成為（Sn）=7.0%9.0%，（P）0.3%，余量為銅，熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度270 MPa，伸長(zhǎng)率20%。該焊條的特點(diǎn)是熔點(diǎn)低（1027），焊接工藝適當(dāng)時(shí)，母材熔深較淺

52、，焊縫是由錫青銅為基體，其中機(jī)械混合少量硬度較高的富鐵相組成，白口區(qū)較窄，焊接接頭可以進(jìn)行加工，但仍不如鎳基焊條，焊縫有較高的抗裂紋性能。銅基焊縫的顏色與灰鑄鐵相差很大，故對(duì)焊補(bǔ)區(qū)有顏色一致或相近要求時(shí)，不宜采用。3 鎳基焊縫的電弧焊焊條鎳是奧氏體形成元素，它擴(kuò)大相區(qū)，鎳和鐵能以任何比例相互固溶。當(dāng)鐵鎳合金中（Ni）30%時(shí)，相區(qū)可以擴(kuò)展到室溫而不發(fā)生相變，從高溫到室溫一直保持相（奧氏體）組織，且硬度較低，鎳和碳不形成碳化物。在高溫時(shí)，鎳及鎳基合金可以溶解一定量的碳，隨溫度下降，一部分過(guò)飽和碳以石墨析出，碳的析出過(guò)程伴隨著體積膨脹，有利于降低焊接應(yīng)力。鎳是較強(qiáng)的石墨化元素，而且高溫時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)

53、大，高溫時(shí)鎳的擴(kuò)散系數(shù)隨鎳基合金中含鎳量增加而增大，這對(duì)鎳基焊縫中的鎳向鑄鐵母材半熔化區(qū)擴(kuò)散，縮小白口區(qū)寬度，改善焊接接頭加工性會(huì)起著非常有利的作用。焊縫含鎳量越高，白口寬度越窄，因此對(duì)鎳基鑄鐵焊接材料的應(yīng)用受到人們的重視。 我國(guó)新修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT 100442006鑄鐵焊條及焊絲，參考美國(guó)ANSIAWSA5.151990鑄鐵焊接用焊條和焊絲規(guī)程，增加了鑄鐵焊接用鎳基焊條的品種，.按熔敷金屬中主要元素分類，可分為EZNi、EZNiFe、EZNiFeCu、EZNiCu及EZNiFeMn五種類型，有些類型的焊條最后還用數(shù)字表示細(xì)分類，如EZNi-1、EZNi-2及EZNi-3等，其熔敷金屬化學(xué)

54、成分有一些變化，但上述我國(guó)新標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó)規(guī)程均未對(duì)熔敷金屬化學(xué)成分一些變化的目的加以說(shuō)明，使用戶選用帶來(lái)困難。參考其他國(guó)家資料，其目的主要是調(diào)整熔敷金屬的力學(xué)性能。所有鎳基鑄鐵焊條均采用石墨型藥皮，也就是說(shuō)，藥皮中含有較多的石墨，鎳基鑄鐵焊條采用石墨型藥皮是基于以下幾點(diǎn)理由： 石墨是強(qiáng)脫氧劑，藥皮中含有適量石墨，可防止焊縫發(fā)生氣孔。 析Ni-Fe-C相圖可知，在Ni-Fe-C三元合金中，適當(dāng)?shù)奶伎梢钥s小液-固線結(jié)晶區(qū)間，也就是縮小高溫脆性溫度區(qū)間，從而有利于提高焊縫抗裂紋能力。 碳的析出，降低了焊縫的收縮應(yīng)力，有利于降低熱影響區(qū)熔合線附近發(fā)生冷裂紋的傾向。 有利于降低半熔化區(qū)中的碳向焊縫擴(kuò)散程度

55、，進(jìn)一步降低該區(qū)白口寬度。鎳基鑄鐵焊條的最大特點(diǎn)是焊縫硬度較低，半熔化區(qū)白口層薄，且呈斷續(xù)分布故適用于加工面焊補(bǔ)，鎳基焊縫的顏色與灰鑄鐵母材相接近，是其另一特點(diǎn)?；T鐵焊條對(duì)熱裂紋較敏感。當(dāng)鎳基焊縫中含有適量的碳、稀土及細(xì)化晶粒時(shí)，可明顯提案高其抗裂紋能力。要使鎳基鑄鐵焊條的熔敷金屬的石墨不成片狀，而成球狀才能使熔敷金屬的力學(xué)性能大為提高，也需要熔敷金屬中含有微量稀土作為石墨球化劑。鎳基焊條價(jià)格貴，應(yīng)主要用于加工面焊補(bǔ)。工件厚時(shí)或缺陷面積較大時(shí)，可先用鎳基焊條在坡口上堆焊二層作過(guò)渡層，中間熔敷金屬可采用其他較便宜的焊條，以節(jié)約焊補(bǔ)費(fèi)用。我國(guó)目前生產(chǎn)的鎳基鑄鐵焊條主要有以下幾種， EZNi型焊條

56、：該號(hào)焊條（市售牌號(hào)為Z308）是純鎳（Ni） 85%焊芯、石墨型藥皮的鑄鐵焊條。這種焊條的最大特點(diǎn)是其電弧冷焊焊接接頭的可加共性優(yōu)異，焊接工藝正確時(shí)其鑄鐵母材上半熔化區(qū)的白口帶寬度一般為 0.05mm左右，比所有其他鑄鐵焊條都窄，并呈斷續(xù)分布，熱影響區(qū)的硬度 250HBW，硬度焊縫一般為130170 HBW。焊縫金屬抗拉強(qiáng)度240MPa，并具有一定的塑性性能，其灰鑄鐵焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)147196 MPa，與灰鑄鐵HT150及HT200相當(dāng)，焊縫顏色基本與母材接近，配合適當(dāng)焊接工藝，焊條抗裂性能好。適當(dāng)調(diào)整焊縫化學(xué)成分，可使熔敷金屬抗拉強(qiáng)度達(dá)426 MPa，伸長(zhǎng)率可達(dá)12.4%，可以滿足

57、鑄態(tài)鐵素體球鐵焊接的要求，但這種焊條也是鑄鐵焊條中最貴的焊條，應(yīng)該在其他鑄鐵焊條不能滿足要求時(shí)才選用。主要用于對(duì)焊補(bǔ)后加工性要求高的加工面焊補(bǔ)。 EZNiFe型焊條：該型號(hào)焊條市售牌號(hào)為Z408，是鎳鐵合金（Ni）=45%60%焊芯、石墨型藥皮的鑄鐵焊條。由于鐵的固溶強(qiáng)化作用，故該焊條的熔敷金屬力學(xué)性能較高，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)390540 MPa，伸長(zhǎng)率一般大于10%。焊接灰鑄鐵時(shí)，焊接接頭均斷在母材上，焊接球鐵時(shí)焊接接頭抗拉強(qiáng)度可達(dá)400 MPa左右。故該焊條主要用于高強(qiáng)度灰鑄鐵及鐵素體或鐵素體加珠光體基體球墨鑄鐵焊接。通過(guò)對(duì)焊縫加入微量Nb、Ti等，形成NbC、TiC等對(duì)焊縫金屬的彌散強(qiáng)化及細(xì)晶強(qiáng)化，可使焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度達(dá)632 MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)415 MPa，伸長(zhǎng)率達(dá)7.35%?？蓾M足以珠光體加鐵素體為基體的QT600-3球鐵力學(xué)性能的要求。該焊條焊縫金屬抗裂性能優(yōu)于純鎳及鎳銅鑄鐵焊條。這是由于NI55、Fe45的鎳鐵合金的膨脹系數(shù)與鑄鐵相近，有利于降低焊接應(yīng)力，焊縫的硬度為160210 HBW。由于焊縫金屬含鎳量不及純鎳焊條高，在合適焊接工藝下，其半熔化區(qū)白口寬度一般為0.1mm左右，熱影響區(qū)最高硬度300 HBW，故焊接接頭加工性比EZNi焊條稍差，但基本是滿意的。該種焊條是鎳基鑄鐵焊條中較為便宜的。應(yīng)指出的一點(diǎn)