灰鑄鐵的焊接性及焊接工藝

1、灰鑄鐵的焊接性及焊接工藝研究摘 要由于灰鑄鐵有良好的鑄造性能、良好的減振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性等優(yōu)越性，所以近些年來鑄鐵在工業(yè)使用是很廣泛的。研究灰鑄鐵的焊接可以產(chǎn)生巨大的效益。鑄鐵焊接掌握不好對于我們這么一個鋼鐵大國來說是虧損是十分可怕的。有些焊接工人雖然能夠熟練掌握普通碳鋼焊接技術(shù)，但是對焊接鑄鐵的焊接工藝卻是很不清楚導(dǎo)致所焊的焊件容易開裂。由于條件限制，在這里主要給出了灰鑄鐵的性能、灰鑄鐵的焊接性其缺陷及防止、灰鑄鐵同質(zhì)焊縫的熔焊、以及異質(zhì)焊材焊接灰鑄鐵。以幫助大家更好的理解灰鑄鐵的焊接。灰鑄鐵的焊接工藝的制定主要是依據(jù)灰鑄鐵的成分、冷卻條件來確定的。一般

2、灰鑄鐵的同質(zhì)、異質(zhì)焊接及補(bǔ)焊都可以參考本文。關(guān)鍵詞：灰鑄鐵，焊接性能，焊接缺陷，冷卻速度,焊接工藝序 言工業(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。灰鑄鐵在結(jié)晶過程中，約有W(C)為80%的碳以石墨的形式析出，這就給灰鑄鐵帶來兩方面的特點(diǎn)：一方面，由于石墨強(qiáng)度較低，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。由于共晶結(jié)晶過程中石墨化膨脹，還有減少縮松、縮孔的傾向及較高的

3、抗壓強(qiáng)度?；诣T鐵傳統(tǒng)的化學(xué)成分中Si/C比較低，適當(dāng)提高Si/C比可使連續(xù)的初析奧氏體枝晶增加，對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，增加過冷度，從而細(xì)化石墨，有效地擴(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，會使鐵素體增加，強(qiáng)度和硬度有所降低。有鑄造缺陷的鑄件約占鑄鐵年產(chǎn)量的10%15%，若這些鑄件工報廢,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

4、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，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)的各個領(lǐng)域，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和壽命以及生產(chǎn)的成本、效率和市場反應(yīng)速度。近年來，焊接已由一個單一的加工工藝發(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。焊接結(jié)構(gòu)已有日新月異的發(fā)展，可達(dá)到大跨度、輕自重、工廠制造、設(shè)計優(yōu)、工程在建周期短、環(huán)境污染少，基礎(chǔ)費(fèi)用省，拆除后材料

5、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)約型社會的大潮流。目前我國微電子及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，都對焊接工藝、設(shè)備和材料提出了很多新的要求，因而得到了相應(yīng)發(fā)展。第一章 灰鑄鐵的分類及其性能1.1鑄鐵分類根據(jù)碳的存在形式及石墨形態(tài)不同，可將鑄鐵分為：灰鑄鐵、白口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵。灰鑄鐵中的碳全部或大部分以片狀石墨形態(tài)存在，其斷口呈灰色。由于片狀石墨對基體有嚴(yán)重的割裂作用，故灰鑄鐵的強(qiáng)度低、塑性差；但灰鑄鐵抗壓強(qiáng)度高、耐磨性好、減振性好、收縮率低、流動性好，且成本低廉，可以鑄造形狀復(fù)雜的機(jī)械零件，至今仍是工業(yè)中應(yīng)用最廣

6、泛的一種鑄鐵。白口鑄鐵中碳絕大部分以滲碳體（Fe3C）的形態(tài)存在，其斷口呈白亮色，故稱之為“白口鑄鐵”。滲碳體性能硬而脆，其硬度為800HBW左右，因而白口鑄鐵切削加工困難，主要用于煉鋼原料，很少用于制造機(jī)械零件。球墨鑄中石墨以球狀形式存在，是在高溫鐵液中加入球化劑（稀土金屬等）經(jīng)球化處理后獲得的，其強(qiáng)度接近于碳鋼，具有良好的耐磨性和一定的塑性，并能通過熱處理改變性能，可以用來制造力學(xué)性能要求較高的鑄件，并可在一定范圍內(nèi)代替碳鋼或合金鋼來制造某些強(qiáng)度要求較高或形狀較為復(fù)雜的鑄件。可鍛鑄鐵中石墨以團(tuán)絮狀形式存在，是有一定成分的白口鑄鐵經(jīng)長時間石墨化退火獲得的。它與灰鑄鐵相比，具有較好的強(qiáng)度和塑性

7、，耐磨性和減振性優(yōu)于碳鋼，適于制造形狀復(fù)雜、受沖擊載荷的薄壁鑄件。蠕墨鑄鐵中石墨以蠕蟲狀形式存在，生產(chǎn)方式與球墨鑄鐵相似，具有比灰鑄鐵強(qiáng)度高、比球墨鑄鐵鑄造性能好、耐熱疲勞性能好的優(yōu)點(diǎn)，主要用來制造大功率柴油機(jī)氣缸蓋等。常用鑄鐵的化學(xué)成分見表1-1。表1-1 常用鑄鐵的化學(xué)成分鑄鐵類別化學(xué)成分(%)CSiMnSP其它灰鑄鐵2.7 3.61.02.20.51.30.150.3球墨鑄鐵3.63.92.03.20.30.80.030.1Mg殘0.030.06RE殘0.020.05可鍛鑄鐵2.42.71.41.80.50.70.10.2Cr0.06由表1-1中可以看出，灰鑄鐵中硫、磷雜質(zhì)含量最高，碳、

8、硅含量適中，錳含量較高；球墨鑄鐵中硫、磷含量最低，有較高的碳硅含量和一定的含錳量，并且含有球化元素鎂、稀土（RE）等；可鍛鑄鐵中碳、硅、硫、磷等含量均低于灰鑄鐵。1.2灰鑄鐵的性能及用途灰鑄鐵中的碳以片狀石墨的形態(tài)存在于球光體或鐵素體中，或二者按不同比例混合的基體組織中。灰鑄鐵的力學(xué)性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關(guān)。灰鑄鐵中的片狀石墨對基體的割裂嚴(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，基體組織對灰鑄鐵的力學(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

9、的石墨片細(xì)小，有較高的強(qiáng)度和硬度，主要用來制造較重要鑄件；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：.優(yōu)良的鑄造性能；.優(yōu)良的耐磨性和消震性；.較低的缺口敏感性和良好的切削加工性能；.灰鑄鐵的機(jī)械性能。常見灰鑄鐵的牌號與力學(xué)性能見表1-2。 表1-2 灰鑄鐵牌號與力學(xué)性能牌號顯微組織抗拉強(qiáng)度/MPa硬度HBS（供參考）特點(diǎn)及用途舉例基體石墨HT100鐵素體粗片狀100175強(qiáng)度低，用于制造對強(qiáng)度及組織無要求的不重要鑄件，如外殼、蓋、鑲裝導(dǎo)軌的支柱等HT

10、150 鐵素體+珠光體較粗片狀150150200強(qiáng)度中等，用于制造承受中等載荷的鑄件，如機(jī)床底座、工作臺等。HT200珠光體中等片狀200170220強(qiáng)度較高，用于制造承受較高載荷的耐磨鑄件，如發(fā)動機(jī)的汽缸體、液壓泵、閥門殼體、機(jī)床機(jī)身、氣缸蓋、中等壓力的液壓缸等HT250細(xì)片狀珠光體較細(xì)片狀250190240HT300細(xì)片狀珠光體細(xì)小片狀300210260強(qiáng)度高，基體組織為珠光體，用于承受高載荷的耐磨件，如剪床、壓力機(jī)的機(jī)身、車床卡盤、導(dǎo)板、齒輪、液壓缸等HT350細(xì)片狀珠光體細(xì)小片狀3502302801.3鑄鐵的凝固特點(diǎn)與石墨化1.石墨化的過程借助于鐵碳合金雙重相圖（圖1-1），對鑄鐵的石

11、墨化過程進(jìn)行定性分析。鑄鐵的結(jié)晶過程中其石墨化過程可分為三個階段：第一階段：即從液相至共晶轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，過共晶成分的液相將直接結(jié)晶出一次石墨；共晶成分的液相在共晶轉(zhuǎn)變時將結(jié)晶出共晶石墨。中間階段：即由共晶至共析轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，將從奧氏體中直接析出二次石墨；或再次加熱時，使已形成的二次滲碳體在此溫度區(qū)間分解而析出石墨。第三階段：即共析轉(zhuǎn)變階段，共析轉(zhuǎn)變時將形成共析石墨；或再次加熱使已形成的共析滲碳體分解而形成石墨。有上述石墨化過程分析可知，最終得到石墨（一次、二次）加鐵素體組織。2.影響石墨化的因素影響鑄鐵石墨化的主要因素是鑄鐵的化學(xué)成分和結(jié)晶及冷卻過程中的冷卻速度。從化學(xué)成分對石墨化的影響來

12、看，可以將合金元素分為促進(jìn)石墨化的元素和阻礙石墨化（促進(jìn)白口化）的元素，如圖1-2所示。可見，C、Si 、Al、Ni、Cu等為促進(jìn)石墨化的元素，而S、V、Cr、Mo、Mn等為阻礙石墨化的元素。從冷卻速度對石墨化的影響來看，緩慢冷卻有利于石墨化。鑄鐵的冷卻速度與鑄模類型、澆注溫度、鑄件壁厚及鑄件尺寸等因素有關(guān)。例如，同一鑄件，厚壁處為灰鑄鐵，而薄壁處可能出現(xiàn)白口鑄鐵。綜合化學(xué)成分和冷卻速度對鑄鐵石墨化和基體組織的影響，可以得到圖1-3的結(jié)果 。圖1-3 鑄件壁厚（冷速）和化學(xué)成分對鑄鐵組織的影響第二章 灰鑄鐵的焊接性及焊接工藝特點(diǎn)2.1 灰鑄鐵的焊接性灰鑄鐵的化學(xué)成分特點(diǎn)是碳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)高及硫、

13、磷雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，這就增大了焊接接頭對冷卻速度及冷熱裂紋的敏感性；灰鑄鐵的力學(xué)性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低、基本無塑性。而焊接過程具有冷卻速度快及焊件受熱不均勻而形成焊接應(yīng)力較大的焊接應(yīng)力等特殊性，導(dǎo)致鑄鐵的焊接性很差。其主要表現(xiàn)是焊接接頭易產(chǎn)生白口和淬硬組織及裂紋。2.2焊接接頭的白口組織及淬硬組織灰鑄鐵焊接時，由于熔池體積小，存在時間短，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)將會產(chǎn)生大量的滲碳體，形成白口組織。圖2-1是碳和硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%和2.5%的常用灰鑄鐵焊條電弧焊后焊接接頭組織變化圖。由圖可見，焊接接頭中產(chǎn)生

14、白口組織的區(qū)域主要是焊縫區(qū)、熔合區(qū)和奧氏體區(qū)。1.產(chǎn)生原因（1）焊縫區(qū) 焊縫區(qū)在加熱過程中處于液相溫度以上。由于所選用焊接材料不同，焊縫成分有兩種類型：一種是鑄鐵成分，另一種是非鑄鐵成分（銅、鎳、鎳鐵或鎳銅等）。對于焊縫為非鑄鐵成分時，不存在白口組織問題；當(dāng)焊縫為鑄鐵成分時，由于熔池冷卻速度快，碳來不及析出形成石墨焊縫主要由共晶滲碳體、二次滲碳鐵和珠光體組成，即焊縫基本為為白口鑄鐵組織。增大焊接熱輸入，焊縫會出現(xiàn)一定量的灰鑄鐵，但不能消除白口組織。 （2）（熔合區(qū)）半熔化區(qū) 該區(qū)域溫度范圍很窄，處于液相線與固相線之間，溫度為11501250，焊接時處于半熔化狀態(tài)，故也稱為半熔化區(qū)。焊接加熱時部

15、分鑄鐵母材熔化為共晶滲碳體+奧氏體，繼續(xù)冷卻時，奧氏體因碳的溶解度下降而析出二次滲碳體，在共晶溫度區(qū)間奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最終得到共晶滲碳體+二次滲碳體+珠光體的白口鑄鐵。在快冷的條件下，還可能出現(xiàn)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的相變過程。（3）奧氏體區(qū) 該區(qū)域處于固相線與共析溫度上限之間，加熱溫度范圍約為8201150，沒有液相出現(xiàn)，只有固態(tài)相變。由于加熱溫度超過共析線，鑄鐵的基體被完全奧氏體化，但碳在奧氏體中的含量是不一樣的，加熱溫度較高的部分（靠近熔合區(qū)），石墨片中的碳擴(kuò)散能力強(qiáng)，向奧氏體擴(kuò)散較多，因而奧氏體含碳量較高；加熱溫度較低的部分（距離熔合區(qū)稍遠(yuǎn)），石墨片中的碳擴(kuò)散能力較低，而使奧氏體中的含

16、碳量較低。在隨后的冷卻過程中，首先從奧氏體析出二次滲碳體。而后進(jìn)行共析轉(zhuǎn)變。若冷卻速度較慢時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織；若冷卻速度較快時，奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。熔焊時，采用適當(dāng)工藝使該區(qū)域緩冷，可使奧氏體直接析出石墨，從而避免二次滲碳體的析出，用時可防止馬氏體的形成。由以上分析可知，灰鑄鐵焊接接頭的白口化問題是指焊縫及熔合區(qū)易出現(xiàn)白口組織。其原因主要是一班由電弧焊方法焊接時，因接頭冷卻速度快，影響了鑄鐵的石墨化過程造成的。（4）重結(jié)晶區(qū) 部分重結(jié)晶區(qū)很窄，加熱溫度范圍約為780820，從鐵-碳二元相圖來看，該區(qū)處于奧氏體與鐵素體雙相區(qū)。在電弧焊條件下，母材中的珠光體加熱時轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，鐵素

17、體晶粒長大。冷卻過程中，再次發(fā)生固態(tài)相變，奧氏體又轉(zhuǎn)變回珠光體類型組織，快冷時會出現(xiàn)馬氏體，最終得到馬氏體鐵素體混合組織。2.防止措施很多灰鑄鐵補(bǔ)焊后要求機(jī)械加工，但接頭中出現(xiàn)的白口組織和馬氏體組織給機(jī)械加工帶來很大的困難。同時白口組織收縮率高，白口及馬氏體組織硬而脆，容易引起裂紋，因而應(yīng)采取措施防止這些有害組織。常用焊接方法是改變焊縫的化學(xué)成分或降低焊接接頭冷卻速度。（1）改變焊縫的化學(xué)成分 主要是增加焊縫的石墨化元素含量或使之成為非鑄鐵組織。例如，在焊芯或藥皮中加入石墨化元素碳、硅等，使其含量高于母材，以促進(jìn)焊縫石墨化；或者選用異質(zhì)焊接材料，如鎳基合金、鎳銅等焊條，使焊縫形成奧氏體、鐵素體

18、或非鐵金屬等非鑄鐵組織。這樣可改變焊縫中碳的存在形式，使焊縫不出現(xiàn)淬硬組織并具有一定的塑形。該方法雖可解決焊縫的白口組織問題，但對消除熔合區(qū)的白口層效果不大。對熔合區(qū)的白口層，只能通過控制焊接參數(shù)將白口層的寬度縮小到機(jī)械加工的范圍。 （2）減慢焊接冷卻速度 可延長熔合區(qū)處于紅熱狀態(tài)的時間，有利于石墨的充分析出，故可實(shí)現(xiàn)熔合區(qū)的石墨化過程。通常采用的措施是焊前預(yù)熱和焊后保溫緩冷。為了確保接頭的充分石墨化，焊接時的預(yù)熱溫度較高，一般為400700，同時還要保溫緩冷。第三章 灰鑄鐵的常用焊接方法及工藝特點(diǎn)灰鑄鐵焊接目前仍大量用于鑄鐵件缺陷的補(bǔ)焊，焊接時的主要問題是白口組織和裂紋。常采用的焊接方法有焊

19、條電弧焊、氣焊、釬焊和手工電渣焊。其中最常用的是焊條電弧焊、氣焊和釬焊。3.1鑄鐵型（同質(zhì)）焊縫的焊條電弧焊灰鑄鐵形成鑄鐵型焊縫的焊條電弧焊工藝分為熱焊（包括半熱焊）和冷焊兩種。1.熱焊與半熱焊鑄鐵焊接時，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大造成的。針對這一問題，人們在鑄鐵焊接時就最先應(yīng)用了熱焊工藝，以達(dá)到減小鑄件溫差，降低冷卻速度的目的。預(yù)熱溫度到600700稱為熱焊，預(yù)熱溫度300400稱為半熱焊。（1）熱焊及半熱焊焊條電弧熱焊及半熱焊的焊條均有兩種類型，一種為鑄鐵芯石墨化鑄鐵焊條（Z248）；另一種為鋼芯石墨化鑄鐵焊條(Z208)。為了使填充金屬為鑄鐵成分，以保證焊

20、縫充分石墨化，同時補(bǔ)充燒損，這類焊條的碳硅總量一般高于母材，w(C+Si)=6%8%,其中w(C)3%3.8%,w(Si) 3%3.8%?！癦208”主要用于補(bǔ)焊厚大鑄件的缺陷,這類焊條所用焊芯為6 12mm鑄鐵棒,外涂石墨化藥皮,這種焊條多由使用單位自制,專業(yè)焊條廠很少生產(chǎn)。鑄鐵芯焊條直徑大，可配合使用大焊接電流，以加快焊接速度，縮短工人從事熱焊的時間，有利于降低焊工的勞動強(qiáng)度。由于鑄鐵芯焊條制造工藝較鋼芯焊條復(fù)雜，故成本高于“Z208”。“Z208”焊條采用低碳鋼焊芯，外涂強(qiáng)石墨化藥皮，焊縫為鑄鐵型。由于焊條藥皮加入了較多的強(qiáng)促進(jìn)石墨化的物質(zhì)，如硅鐵，石墨，鋁粉等，雖焊芯為低碳鋼，在熱焊及

21、半熱焊條件下仍可保證獲得成分與組織為灰鑄鐵的焊縫。這類焊條原材料來源豐富，生產(chǎn)制造方便，成本也較低，一般專業(yè)焊條廠均可生產(chǎn)。（2）熱焊工藝電弧熱焊時，一般將鑄件整體或補(bǔ)焊區(qū)局部預(yù)熱到600700，然后再進(jìn)行焊接，焊后保溫緩冷。熱焊預(yù)熱溫度一般在700以下，不超過鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變溫度。因?yàn)椋^共析轉(zhuǎn)變溫度時，焊后會引起鑄鐵的基體組織變化，珠光體基體中的滲碳體會在共析轉(zhuǎn)變時分解并形成石墨，使鑄件的硬度和耐磨性降；而且在石墨析出時，還伴隨著體積長大，使鑄件的變形增加。再者，鑄鐵在600700預(yù)熱溫度下焊接，不僅有效地減小的接頭的溫差，而且鑄鐵由常溫時完全無塑性變?yōu)橛幸欢ǖ乃苄裕ㄆ渖扉L率=2%3%）,

22、 加之焊后緩慢冷卻, 使接頭的應(yīng)力狀態(tài)大為改善, 從而有效地防止了冷裂紋的產(chǎn)生。由于熱焊預(yù)熱溫度高及緩慢冷卻，焊接接頭石墨化充分，故也能完全防止白口及淬硬組織產(chǎn)生。熱焊工藝具體如下：預(yù)熱 對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，由于補(bǔ)焊區(qū)剛性大，焊縫無自由膨脹收縮的余地，故宜采用整體預(yù)熱；而結(jié)構(gòu)簡單的鑄件，補(bǔ)焊處剛性小，焊縫有一定膨脹收縮的余地，例如鑄件邊緣的缺陷及小塊斷裂，則可采用局部預(yù)熱。整體預(yù)熱的方法一般是將鑄件整體用地爐或磚砌明爐加熱，局部預(yù)熱可用氣焊或煤氣火焰加熱。大型工廠中鑄件補(bǔ)焊批量大時，常裝備有專門進(jìn)行預(yù)熱的連續(xù)式煤氣加熱爐。鑄件補(bǔ)焊前，進(jìn)行裝有傳送帶的煤氣加熱爐，依次經(jīng)過低溫，中溫及高溫加熱，使焊

23、件升溫緩慢而均勻，然后出爐補(bǔ)焊。補(bǔ)焊后再把焊件送入另一傳送帶，反過來由高溫區(qū)到低溫區(qū)出爐，以消除補(bǔ)焊后的殘余應(yīng)力。焊前清理 在進(jìn)行電弧熱焊之前，首先應(yīng)對鑄件的待焊部位進(jìn)行清理，并制好坡口。鑄件缺陷處如有油污，一般可用氧乙炔火焰加熱除凈，然后根據(jù)缺陷的情況，可采用手砂輪、扁鏟、風(fēng)鏟等工具進(jìn)行加工（鏟、磨）。制作坡口時應(yīng)鏟（磨）到無缺陷后再開坡口，開出的坡口應(yīng)是底部圓滑，上口稍大，以便于操作和保證焊接質(zhì)量。造型 對于邊角部位及穿透缺陷，焊前為防止熔化金屬流失，保證原定的焊縫成形， 還應(yīng)在待焊部位造型，其形狀尺寸如圖3-1所示。造型材料可用型砂加水玻璃或黃泥。內(nèi)壁最好放置高溫的石墨片，以防止造型材料

24、受熱溶化或下塌，并應(yīng)在焊前進(jìn)行烘干。圖3-1 熱焊補(bǔ)焊區(qū)造型示意圖a)中間缺陷焊補(bǔ) b)邊角缺陷焊補(bǔ)焊接 焊接時，為保持預(yù)熱溫度，縮短高溫工作時間，要求在最短的時間內(nèi)焊完，故宜采用大電流，長弧，連續(xù)焊。焊接電流I的確定，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式: I=（4060）d。式中d表示焊條直徑。因鑄鐵焊條藥皮中含又較多的高熔點(diǎn)難熔物質(zhì)石墨， 采用適當(dāng)?shù)拈L弧焊。將有利于藥皮的熔化以及石墨向焊縫中過渡。焊后緩冷 焊后要采取緩冷措施，常用保溫材料覆蓋（如石棉灰等），最好隨爐冷卻，電弧熱焊適用于中厚（10以上）鑄件的大缺陷補(bǔ)焊。對于8以下的薄壁鑄件補(bǔ)焊理時，因容易燒穿，故不宜使用。采用電弧熱焊工藝，焊縫為鑄鐵型，力學(xué)性

25、能基本于母材相同，顏色與母材一樣，具有良好的切削加工性，焊后殘佘應(yīng)用力小，接頭質(zhì)量高。但是，由于鑄件的預(yù)熱的溫度高，使操作者的工作條件惡化；同時加熱消耗燃料多，會使補(bǔ)焊成本增高；另外，焊接工藝復(fù)雜化，增加了生產(chǎn)周期，使生產(chǎn)效率降低。因此，電弧熱焊工藝的應(yīng)用和發(fā)展都受到了較大的限制。（3）半熱焊工藝 為了降低預(yù)熱溫度，改善勞動條件，人們在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)奶岣吆缚p的石墨化能力，采用300400的整體或局部的預(yù)熱，用于鋼度較小的鑄件焊接，也以收到較好的效果。由于預(yù)熱溫度有一定程度的降低，與前述熱焊相比，可以使勞動條件有所改善，并可降低補(bǔ)焊成本，當(dāng)預(yù)熱溫度在400左右時，鑄鐵的彈性變形能力略有增加，

26、故在鑄件補(bǔ)焊處應(yīng)較小時，往往采用這種半熱焊工藝。半熱焊預(yù)熱溫度較低，鑄件在焊接時的溫度差要比熱焊條件不大，故焊接區(qū)冷焊速度將加快。因此，為了防止產(chǎn)生白口組織和裂紋，保證焊縫石墨化，焊縫中的石墨化元素含量一般時應(yīng)高于熱焊時的含量，其碳、硅總量為W（C+Si）=6.5%8.3%，其中W（C）=3.5%4.5%，W（Si）=3%3.8%。一般情況下可采用“Z208”或“Z248”鑄鐵焊條。半熱焊工藝過程基本與熱焊時相同，即大電流、長弧、連續(xù)焊，焊后保溫緩冷。 由于半熱焊預(yù)熱溫度比熱焊低，在加熱時鑄件的塑性變形不明顯，因而在補(bǔ)焊區(qū)剛性較大時，不易產(chǎn)生變形，內(nèi)應(yīng)力增大而導(dǎo)致接頭產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此，電弧

27、半熱焊只能用于焊補(bǔ)區(qū)剛度較小或鑄件形狀簡單的情況下。2.電弧冷焊（1）電弧冷焊的特點(diǎn)是焊前對被補(bǔ)焊的焊件不預(yù)熱。所以電弧冷焊有很多優(yōu)點(diǎn)，焊工勞動條件好，補(bǔ)焊成本低，補(bǔ)焊過程短，補(bǔ)焊效率高。對于預(yù)熱很困難的大型鑄件或不能預(yù)熱的以加工面等情況更適于采用冷焊。所以冷焊是一個發(fā)展方向。（2）鑄鐵型焊條電弧冷焊的工藝要點(diǎn)在冷焊條件下，為了防止焊接接頭上出現(xiàn)白口及淬硬組織，還應(yīng)從減慢焊接接頭的冷卻速度著手。為此應(yīng)采用大直徑焊條，大電流連續(xù)焊工藝。同質(zhì)焊縫時若采用小電流斷續(xù)焊工藝，由于冷卻速度快，焊縫易出現(xiàn)白口組織，焊縫易裂，且無法加工。但當(dāng)補(bǔ)焊缺陷面積小時,因熔池體積過小，冷卻快，焊接接頭仍易出現(xiàn)白口組織

28、。如果情況允許，可把缺陷面積適當(dāng)擴(kuò)大，則可消除白口組織。焊接時，要采用大直徑焊條，使用直流反接電源（也可試用交流電源），進(jìn)行大電流、長弧、連續(xù)施焊。其焊接電流的選擇可參照表3-1.電弧長度約810，由中心向邊緣連續(xù)焊接。當(dāng)坡口焊滿后不要?；。秒娀⊙厝鄢剡吘壙拷靶鸵苿樱▓D3-2a），使焊縫堆高。由于電弧熱通過上層焊縫傳入半熔化區(qū)，使其在紅熱狀態(tài)延續(xù)一段時間，不僅減慢冷卻速度，有利于石墨充分析出；并且延長了焊縫上部半熔化區(qū)的存在時間，有利于焊縫中碳的擴(kuò)散，使白口組織減小或消除。此外，同質(zhì)焊縫冷焊時，一般焊縫的高度要超出工件表面58mm，其焊后焊面形狀如圖4-2b所示。焊后電弧應(yīng)立即覆蓋熔池，以

29、保溫緩慢冷卻。表3-1 鑄鐵型焊條冷焊電流選擇焊條直徑/58焊接電流/A250350380600鑄鐵型焊條電弧冷焊較電弧熱焊工藝簡便，焊接成本交低，在補(bǔ)焊較大缺陷時，只要運(yùn)用工藝適當(dāng)，焊后焊縫加工性能好，其最高硬度不超過250HBS。當(dāng)補(bǔ)焊區(qū)的剛性較小時，由于焊縫能自由收縮，焊后一般都不會產(chǎn)生裂紋，而且性能、顏色與母材一致。但是，由于焊縫仍為灰鑄鐵組織，強(qiáng)度低而無塑性；當(dāng)采用大電流連續(xù)焊工藝時，使鑄件局部受熱嚴(yán)重，在焊接大剛度鑄件缺陷時焊接區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力較大，故容易產(chǎn)生裂紋。但對一些大中型鑄件端部缺陷的補(bǔ)焊，收到了很好的效果。該法在一些機(jī)床廠及鑄造廠中得到一定的推廣應(yīng)用。3.2 非鑄鐵（異質(zhì)）焊

30、縫電弧冷焊異質(zhì)焊縫又稱為非鑄鐵型焊縫。電弧冷焊是鑄鐵焊接中最常用的方法。獲得非鑄鐵型焊縫的途徑有兩個： 一是降低焊縫含碳量獲得鋼焊縫；二是改變碳的存在形式，防止出現(xiàn)白口和淬硬組織，提高焊縫金屬的力學(xué)性能。 按成分及組織非鑄鐵型焊縫可以分為鋼基、鎳基和銅基焊縫三類。常用鑄鐵焊條牌號及用途見表3-2。表中除EZC（Z208、Z248）和EZCQ（Z238）形成鑄鐵型焊縫外，其余型號均為形成非鑄鐵型焊縫。表3-2 常用鑄鐵焊條型號（牌號）及用途1鋼基焊縫鑄鐵焊條 （1）EZFe-1（Z100）鑄鐵焊條 該焊條為強(qiáng)氧化型鑄鐵焊條，采用低碳鋼焊芯（H08），在藥皮中加入適量強(qiáng)氧化性物質(zhì)（赤鐵礦、大理石、

31、錳礦等），增強(qiáng)熔渣氧化性，將來自母材中的碳、硅及雜質(zhì)元素氧化燒損，以獲得塑性較好的碳鋼焊縫。但是，熔渣與熔池金屬的作用只在接觸面上進(jìn)行，反應(yīng)很不充分；而碳由母材進(jìn)入熔池是在靠近熔池的底部，且熔池存在時間短，使碳的氧化燒損不能充分進(jìn)行。因此，焊縫成分和組織很不均勻，第一層且靠近母材一側(cè)的焊縫含碳量往往達(dá)到高碳鋼的成分；且由于母材中的碳向焊縫一側(cè)擴(kuò)散，使熔合區(qū)白口層寬度增大，焊接接頭硬度很高，難以機(jī)械加工，產(chǎn)生裂紋的傾向也較大。EZFe-1（Z100）鑄鐵焊條成本低，焊縫與母材熔合好，并且熔渣流動性好，脫渣容易。但由于接頭加工性差，裂紋傾向較大，只能用在灰鑄鐵鋼錠模等不要求加工和致密性、受力較小部

32、位的鑄造缺陷的補(bǔ)焊。（2）EZFe-2（Z122Fe）鑄鐵焊條 該焊條為碳鋼型鑄鐵焊條，采用低碳鋼焊芯鐵粉型焊條，藥皮為鈦鈣型并加入一定量的鐵粉。焊接灰鑄鐵時，在采用小的焊接熱輸入的情況下，可使單層焊縫的成分達(dá)到中碳鋼的含碳量上限范圍。焊縫硬度仍然較高，難于機(jī)械加工，且有較大的裂紋傾向。因此該焊條主要用于鑄件非加工面的補(bǔ)焊。（3）EZV（Z116、Z117）鑄鐵焊條 該焊條為高釩鋼鑄鐵焊條，采用低碳鋼焊芯，藥皮為低氫型，并在藥皮中加入大量釩鐵，焊縫為高釩鋼組織。高釩鋼焊縫金屬具有很好的力學(xué)性能和抗裂性能；適用于焊補(bǔ)高強(qiáng)度的灰鑄鐵和球墨鑄鐵，但接頭加工性能差，只能用于非加工面的補(bǔ)焊。2鎳基焊縫鑄

33、鐵焊條Ni是擴(kuò)大奧氏體的元素，當(dāng)Fe-Ni合金中含Ni量超過30%時，合金凝固后一直到室溫都保持硬度較低的奧氏體組織，不發(fā)生相變。Ni、Cu為非C化物形成元素，不會與C 形成高硬度的碳化物。以Ni為主要成分的奧氏體，及a相均能溶解較高的C。例：純Ni，1300，溶解2% 的C,溫度下降后會有少量C由于過飽的而以細(xì)小的石墨析出，故焊縫有一定的塑性與強(qiáng)度，且硬度較低。另外，Ni為促使石墨化元素，對減弱半熔化區(qū)白口的寬度很有利。我國目前使用的鎳基鑄鐵焊條有三種，其力學(xué)性能見表3-3，焊芯含鎳量不同，均采用石墨型藥皮，可交、直流兩用，并適用于全位置焊。鎳基鑄鐵焊條的最大特點(diǎn)是奧氏體焊縫硬度較低，半熔化

34、區(qū)白口層薄，且可呈斷續(xù)分布，適用于加工面缺陷的補(bǔ)焊。表3-3 三種鎳基鑄鐵焊條的力學(xué)性能（1）純鎳鑄鐵焊條EZNi（Z308） 純鎳鑄鐵焊條焊芯為純鎳，電弧冷焊條件下焊接接頭加工性能好。焊縫為奧氏體+點(diǎn)狀石墨，強(qiáng)度與灰鑄鐵接近，且硬度低、塑性好、抗裂性能也較好。價格昂貴（約為低碳鋼焊條的30倍），故只用在補(bǔ)焊后加工性能要求高的缺陷焊補(bǔ)，或用作其他焊條的打底層焊接。（2）鎳鐵鑄鐵焊條EZNiFe（Z408） 鎳鐵鑄鐵焊條焊芯為鎳鐵合金，其中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為55%，其余為鐵。鎳鐵焊縫具有較高的強(qiáng)度（可達(dá)400MPa以上），塑性較好，抗裂性也較好（鎳鐵焊縫的線脹系數(shù)小），適用于焊接強(qiáng)度較高的鑄鐵。焊

35、接接頭硬度也略高于純鎳焊條，但仍可機(jī)械加工。由于在鎳基鑄鐵焊條中價格最便宜，因此在生產(chǎn)中應(yīng)用最多。（3）鎳銅鑄鐵焊條EZNiCu（Z508） 鎳銅鑄鐵焊條焊芯為鎳銅合金，其中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為70%，其余為銅，又稱蒙乃爾焊條，是應(yīng)用最早的鑄鐵焊條。但鎳銅合金收縮率較大，容易引起較大的焊接應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋，且鎳銅鑄鐵焊條的焊縫強(qiáng)度最低，因此，僅適用于強(qiáng)度要求不高，但需要焊后加工的缺陷補(bǔ)焊。3銅基焊縫鑄鐵焊條由于銅不溶解碳，也不與之形成碳化物，且銅的強(qiáng)度低，塑性好，對防止冷裂有利，但對熱比較敏感。如果加入一定的鐵，可以形成雙相組織，既可起細(xì)化晶粒的作用，雙可以提高抗熱裂性。同時在冷卻速度較快時還可以形

36、成馬氏體與滲碳體，使焊縫具有相對好的綜合性能，不過切削性較差。（1）專用銅基鑄鐵焊條 專用銅基鑄鐵焊條一種是純銅焊芯、低氫型藥皮，并在藥皮中加入較多的低碳鐵粉，使焊縫中的銅鐵含量比達(dá)到8020，該焊條又稱為銅芯鐵粉焊條；另一種是用鋼帶將銅芯緊緊包裹起來，外涂低氫型藥皮或鈦鈣型藥皮，焊縫中的銅鐵含量比同樣達(dá)到8020。（2）銅合金焊條 銅合金焊條也可直接用于焊接鑄鐵。如銅合金焊條ECuSn-B（T227）,其中含Sn7.0%9.0%和少量磷，焊后焊縫以錫青銅為基體，接頭白口較窄，可以機(jī)械加工。銅基焊縫顏色與母材差別較大，對補(bǔ)焊區(qū)顏色有要求時不宜采用。4非鑄鐵型焊縫電弧冷焊工藝非鑄鐵焊縫電弧冷焊工

37、藝可歸納為以下四點(diǎn)：“焊前準(zhǔn)備要做好，焊接規(guī)范適當(dāng)小，短段斷續(xù)分散焊，焊后小錘敲焊道”。 （1）焊前準(zhǔn)備 用機(jī)械或化學(xué)法方法將缺陷表面清理干凈，并制備適當(dāng)大小和形狀的坡口等工作。在距裂紋端部35mm處鉆止裂孔（58 mm）。當(dāng)鑄件厚度或缺陷深度大于5mm時，應(yīng)開坡口進(jìn)行補(bǔ)焊。（2）電弧冷焊工藝要點(diǎn) 在保證電弧穩(wěn)定及熔深合適的情況下，盡量采用小直徑焊條和小電流進(jìn)行焊接，采用短弧、短段（薄時段長1020mm，厚時3040mm）、斷續(xù)、分散施焊及焊后立即錘擊焊道等工藝措施，同時還要注意適當(dāng)提高焊接速度、電弧不作橫向擺動，并要選擇合理的焊接方向和順序。（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜或厚大鑄件的焊接工藝要點(diǎn) 補(bǔ)焊結(jié)構(gòu)復(fù)

38、雜或厚大的灰鑄鐵件時，選擇正確的焊接方向和合理的焊接順序非常重要，選擇的原則是從拘束度大的部位向拘束度小的部位焊接。如圖3-3所示，灰鑄鐵缸體側(cè)壁有3處裂紋，焊前在裂紋1、2端部鉆止裂孔，適當(dāng)開坡口。焊接裂紋1時，應(yīng)從有止裂孔的一端向開口端方向分段焊接。裂紋2處在側(cè)壁中間位置，拘束度較大，且裂紋兩端的拘束度比中心大，因此可采用從兩端交替向中心方向分段焊接工藝，有助于減小焊接應(yīng)力，但要注意止裂孔最后焊接。圖3-3 灰鑄鐵缸體側(cè)壁裂紋的補(bǔ)焊由于裂紋3屬于交錯裂紋，其拘束度很大，為減少應(yīng)力，焊接必須采用“鑲塊焊補(bǔ)法”，同時還應(yīng)選擇合理的焊接順序，如圖3-4所示。注意鑲塊應(yīng)選擇塑性較好的低碳鋼板材，中

39、間開一條小槽（減應(yīng)槽,降低拘束度）。圖3-4 鑲塊焊補(bǔ)法對于厚大件，可采用多層焊或多層多道焊，為了防止因應(yīng)力過大而產(chǎn)生剝離性裂紋，可以在坡口采用“裁絲法”，如圖3-5，其裁絲直徑816mm，要均勻?qū)ΨQ分布，裁入深度與直徑相當(dāng)。當(dāng)坡口尺寸很大時，可采用加墊板焊補(bǔ)。圖3-5 栽絲補(bǔ)焊法示意圖3.3氣焊氣焊火焰溫度比電弧焊低得多，其加熱速度緩慢，加熱范圍較寬，焊縫的冷卻速度也較低，因此，進(jìn)行氣焊，實(shí)際上相當(dāng)于局部預(yù)熱，接近于電弧熱焊或半熱焊情況，有利于石墨化過程。但是，由于加熱速度緩慢且加熱時間長。使焊接效率降低，同時也使焊接應(yīng)力增大，故用氣焊焊接剛性較大的鑄件時，接頭產(chǎn)生裂紋的傾向增大。所以鑄鐵的

40、氣焊一般只用剛度較小的薄壁鑄件焊接時可不預(yù)熱。對剛度大的鑄件，宜采用整體或局部預(yù)熱的熱焊法。而有些剛性較大的鑄件，可用“加熱減應(yīng)區(qū)”的氣焊方法。1氣焊焊接材料（1）焊絲 一般氣焊時（相當(dāng)于局部預(yù)熱電弧焊），焊縫中碳和硅總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為7%?；诣T鐵氣焊焊絲成分見表6-6。其中RZC-1，由于碳和硅含量較低，適用于熱焊；RZC-2，由于碳和硅含量較高，適用于冷焊。（2）熔劑 鑄鐵在氣焊時，因其硅量較高，熔池冶金反應(yīng)過程中硅容易被氧化，會形成難溶的酸性氧化SiO2，其熔點(diǎn)約為1713，使熔渣粘度增大而流動性變差，影響焊接過程的正常進(jìn)行，還容易造成焊縫夾渣等缺陷。因此，氣焊鑄鐵時一般要在熔池中加入適量

41、的堿形成熔點(diǎn)較低的熔渣，浮于熔池表面而被清除。我國焊接鑄鐵所有氣焊溶劑的統(tǒng)一牌號為“CJ201”，其主要成分為Na2CO3,NaHCO3,H3BO3呈堿性，熔點(diǎn)較低，易潮解。除外購?fù)猓瑲夂溉蹌┮部砂幢?-4自制（1號為CJ201配方）。2灰鑄鐵氣焊工藝要點(diǎn)（1）焊前準(zhǔn)備氣焊前要對鑄件進(jìn)行清理，其焊前清理和準(zhǔn)備工作基本與焊條電弧焊相同。制備坡口一般可采用機(jī)械方法。當(dāng)鑄件斷面很小或不能用機(jī)械方法開坡口時，也可用氧氣切割直接開出坡口。（2）焊炬與火焰性質(zhì)選擇 氣焊時，應(yīng)根據(jù)鑄件厚度適當(dāng)選用較大焊碼的焊炬及焊嘴，以提高火焰能率，增大加熱速度。氣焊火焰一般應(yīng)選用中性焰或弱碳化焰，不能用氧化焰。因?yàn)椋趸?/p>

42、氣氛會使熔池中碳，硅等元素?zé)龘p增加，影響焊縫的石墨化過程。為防止熔池金屬流失，在焊接中應(yīng)盡量保持水平位置。（3）焊接操作要點(diǎn) 一般較小的鑄件焊接時，當(dāng)缺陷位于邊角或所處位置剛度較小，可用冷焊方法焊接，焊接時利用焊炬的火焰在坡口周圍先行加熱，然后進(jìn)行熔化焊接，焊后自然緩冷即可得到無裂紋的焊接接頭。注意不能將焊件放在有穿堂風(fēng)的地方加速冷卻，當(dāng)環(huán)境溫度較低時，應(yīng)采取焊后覆蓋焊道等緩冷措施，以防產(chǎn)生白口組織和裂紋。當(dāng)鑄件形狀復(fù)雜、缺陷位于焊件中部或接頭剛度較大時，應(yīng)采用將焊件整體預(yù)熱600700的熱焊法，或者是“加熱減應(yīng)區(qū)”焊法。焊接后減應(yīng)區(qū)與焊縫同時緩冷，接頭和減應(yīng)區(qū)將沿同一方向自由收縮，故使焊接應(yīng)

43、力減小，降低了其產(chǎn)生裂紋的傾向。3.4灰鑄鐵的釬焊鑄鐵釬焊時，母材本身不熔化，可避免接頭產(chǎn)生白口組織；并且由于釬料熔點(diǎn)較低，加熱溫度也隨之降低，使焊接應(yīng)力減小，故不容易產(chǎn)生裂紋。因此，釬焊接頭加 工優(yōu)良，產(chǎn)生缺陷傾向小，用于鑄鐵焊接有一定的優(yōu)越性。1焊接材料鑄鐵常用的是氧乙炔釬焊。最常用的釬料是銅鋅釬料“HL103”，他的含銅量wcu53%55%（余量為鋅），熔點(diǎn)為885890。釬料一般采用硼砂，也可用硼砂50%加 50%硼酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。由于鑄鐵中有石墨存在，并且含硅量高以及鑄件表面常有夾 砂，故其釬焊性比鋼差。鑄鐵釬焊時，除了要清理油污、雜質(zhì)外，還應(yīng)采用弱氧化焰，在釬焊前將鑄件坡口表面的石

44、墨燒去，以形成大量的孔隙。在釬焊中采用弱氧化焰，還可在釬料熔池表面形成一層氧化鋅膜，以減少熔池中鋅的氧化和蒸發(fā)。近年來，我國已經(jīng)在研制出新型的錳鎳銅鋅釬料及相應(yīng)的釬劑（見表3-5和表3-6），用于鑄鐵的釬焊取得較好的效果。2釬焊工藝要點(diǎn)（1）釬焊前準(zhǔn)備 （2）釬焊坡口形式及尺寸:如圖3-6所示。 （3）火焰選擇:弱氧化焰（4）釬焊操作 保持焰心與熔池的距離為810mm；火焰要指向釬料，不能指向熔池，不做往復(fù)運(yùn)動，添加釬料要快，加熱部位要小。圖3-6 鑄鐵釬焊坡口形式及尺寸（5）釬焊順序 應(yīng)由內(nèi)向外、左右交替，長焊縫應(yīng)分段焊接，每段長度以80mm為宜。第一段焊滿后，待溫度降到300以下再焊第二段

45、。（6）焊后處理 用火焰適當(dāng)加熱焊縫周圍使其緩冷，以防止近縫區(qū)奧氏體相變后發(fā)生淬火。并用小錘錘擊焊縫，使焊縫組織致密，達(dá)到松弛應(yīng)力的目的。此外，灰鑄鐵補(bǔ)焊還可以采用CO2焊和電渣焊。第四章 灰鑄鐵的焊接裂紋及預(yù)防灰鑄鐵屬脆性金屬材料，抗裂能力差，在焊接應(yīng)力的作用下焊接接頭很容易開裂。灰鑄鐵在補(bǔ)焊時，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可能產(chǎn)生熱裂紋。4.1冷裂紋焊接時產(chǎn)生這種裂紋的溫度一般在400以下，多發(fā)生在焊縫和熱影響區(qū)影響區(qū)以上。1.冷裂紋產(chǎn)生的主要因素（1）灰鑄鐵本身強(qiáng)度低，基本無塑性，承受塑性變形的能力幾乎為零，因此容易引起開裂。（2）焊接過程對焊件的局部

46、加熱和冷卻，勢必使焊件產(chǎn)生焊接應(yīng)力，焊接應(yīng)力是導(dǎo)致焊件產(chǎn)生裂紋的又一重要原因。（3）焊接接頭的白口組織和淬硬組織又硬又脆，不能產(chǎn)生塑性變形，在受到應(yīng)力作用時容易引起開裂，嚴(yán)重時會使焊縫與熱影響區(qū)交界的整個界面開裂而分離。2.焊縫上的冷裂紋（1）鑄鐵型（同質(zhì)）焊縫是否產(chǎn)生冷裂紋決定于焊縫的組織。當(dāng)焊縫中有白口鑄鐵時容易開裂，因白口鑄鐵的收縮率大于母材的收縮率，憨厚產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，白口鑄鐵無法承受大的收縮應(yīng)力。焊縫中滲碳體量越多，越容易產(chǎn)生裂紋；但焊縫的基體為鐵索體或珠光體，而石墨化過程進(jìn)行的較充分時，焊縫就不易產(chǎn)生裂紋。因?yàn)槭^程伴隨著體積膨脹，可以松弛部分收縮應(yīng)力。這是能導(dǎo)致開裂的原因

47、主要是石墨的形態(tài)及其分布，粗而長的片狀石墨筆細(xì)而短的片狀石墨容易開裂，如果焊縫中的石墨呈團(tuán)絮狀或球狀，則具有較好的抗裂性能。（2）非鑄鐵型（異質(zhì)）焊縫是否產(chǎn)生冷裂紋決定于焊縫金屬的塑性和焊接工藝的合理配合。當(dāng)焊縫為奧氏體、鐵素體或鎳基、銅基的焊縫時，由于較好的塑形而不易產(chǎn)生冷裂紋；當(dāng)采用低碳鋼或其他合金焊條做鑄鐵電弧冷汗時，第一層焊縫因母材（灰鑄鐵）的熔入而變成高碳鋼，快速冷卻時就會產(chǎn)生淬硬組織高低馬氏體，容易產(chǎn)生冷裂紋。3.熱影響區(qū)上的冷裂紋在電弧冷焊灰鑄鐵時，影響區(qū)上容易產(chǎn)生冷裂紋。前已述及熱影響區(qū)內(nèi)的半熔化區(qū)（溫度范圍為1150-1250）及奧氏體區(qū)（溫度范圍為820-1150）在快速冷

48、卻時就容易產(chǎn)生滲碳體和馬氏體淬硬組織，當(dāng)焊接應(yīng)力超過了它們的強(qiáng)度時就會產(chǎn)生裂紋。裂紋多為縱向分布，且常出現(xiàn)在半熔化區(qū)與奧氏體交界處，沿界面開裂，會造成整個焊縫金屬剝離下來。焊縫為碳鋼時，半熔合區(qū)為白口組織，奧氏體區(qū)位石墨化不完全的半白口組織或馬氏體組織。焊縫的收速率約為2.17%，半熔化區(qū)約為2.3%，奧氏體區(qū)約為1.1%，冷卻過程中收縮率不同的三個部分之間，必然產(chǎn)生很大的剪切應(yīng)力，當(dāng)超過材料的抗剪強(qiáng)的時，就會沿界面裂開，嚴(yán)重時發(fā)生整個焊縫剝離。厚壁鑄件冷卻時，由于坡口深，須多層焊，積累的焊接應(yīng)力也容易產(chǎn)生焊縫剝離；對于同質(zhì)焊縫，如果焊縫強(qiáng)度高，如采用高釩鑄鐵焊條，焊接時不采取減少焊接應(yīng)力的措

49、施的話，也容易產(chǎn)生焊縫的剝離。4.防止灰鑄鐵冷裂紋的措施 灰鑄鐵焊接冷裂紋產(chǎn)生的主要原因是焊接應(yīng)力，避免裂紋產(chǎn)生也主要是從降低焊接應(yīng)力著手。（1）預(yù)熱 防止鑄鐵型焊縫冷裂紋最有效的方法是對焊件進(jìn)行整體預(yù)熱（550700），使溫差減小，降低焊接應(yīng)力，同時促進(jìn)焊縫金屬石墨化，并要求焊后在相同溫度下消除應(yīng)力。（2）選擇合理焊接材料 采用鎳基或銅基焊接材料，使焊縫成為塑性良好的非鐵合金，對冷裂紋不敏感。（3）工藝措施 用異質(zhì)焊接材料焊接灰鑄鐵時，常采用“短段焊”、“斷續(xù)焊”等工藝措施，并及時錘擊焊縫，使焊縫金屬發(fā)生塑性變形，以減小和消除焊接應(yīng)力。 另一工藝措施是采用小規(guī)范焊接，較小的焊接電流既可減小熱

50、輸入，又可減小熔合區(qū)白口及淬硬層寬度，從而減小焊接應(yīng)力，有利于防止裂紋。4.2熱裂紋灰鑄鐵的焊接熱裂紋主要出現(xiàn)在焊縫上。鑄鐵型焊縫對熱裂紋不敏感，因?yàn)楹缚p高溫時石墨析出，使體積增加，有助于減小焊接應(yīng)力，在非鑄鐵型焊縫中，如果用碳鋼焊條，則焊縫極易產(chǎn)生熱裂紋，用鎳基焊條時也有一定的熱裂傾向。1.產(chǎn)生熱裂紋的主要因素用低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵的第一層焊縫最容易發(fā)生熱裂紋，因?yàn)樽鳛槟覆牡幕诣T鐵其碳、硫和磷含量高，熔入第一層焊縫的量較多使鋼質(zhì)焊縫平均含碳、硫和磷增加，而碳、硫和磷是碳鋼發(fā)生結(jié)晶裂紋的有害元素。所以第一層焊縫產(chǎn)生熱裂紋機(jī)率最大。用鎳基焊條焊接時，也因母材熔入焊縫使硫、磷有害元素增加，易生成低

51、熔共晶物，如NiNi3S5的共晶溫度為644，NiNi3P的共晶溫度為880，故鎳基焊縫也有熱裂傾向。2.熱裂紋的防止防止焊縫金屬產(chǎn)生熱裂紋的途徑是從冶金處理和焊接工藝兩方面采取措施。在冶金方面，通過調(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)焊縫脫硫、磷能力，以及細(xì)化晶粒等途徑，提高焊縫抗熱裂紋能力。焊接工藝方面，采用正確的冷焊工藝，使焊接應(yīng)力降低、使母材中的有害雜質(zhì)較少熔入焊縫等，均有助于防止焊接熱裂紋的產(chǎn)生。由以上分析可知，灰鑄鐵焊接接頭裂紋傾向較大，這主要與灰鑄鐵本身的性能特點(diǎn)、焊接應(yīng)力、接頭組織及化學(xué)成分等因素有關(guān)。為防止焊接裂紋，在生產(chǎn)中主要是采取減小焊接應(yīng)力、改變焊

52、縫合金系統(tǒng)及限制母材中雜質(zhì)熔入焊縫等措施。第五章 灰鑄鐵的焊接檢驗(yàn)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)貫穿整個焊接過程，包括焊前、焊接過程中和焊后成品檢驗(yàn)三個階段。 5.1 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)的內(nèi)容和要求 1.焊前檢驗(yàn) 焊前檢驗(yàn)是指焊件投產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行的檢驗(yàn)工作，是焊接檢驗(yàn)的第一階段，其目的是預(yù)先防止和減少焊接時產(chǎn)生缺陷的可能性。包括的項(xiàng)目有： 檢驗(yàn)焊接基本金屬、焊絲、焊條的型號和材質(zhì)是否符合設(shè)計或規(guī)定的要求； 檢驗(yàn)其他焊接材料，如埋弧自動焊劑的牌號、氣體保護(hù)焊保護(hù)氣體的純度和配比等是否符合工藝規(guī)程的要求 對焊接工藝措施進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證焊接能順利進(jìn)行； 檢驗(yàn)焊接坡口的加工質(zhì)量和焊接接頭的裝配質(zhì)量是否符合圖樣要求； 檢驗(yàn)焊接設(shè)備

53、及其輔助工具是否完好，接線和管道聯(lián)接是否合乎要求； 檢驗(yàn)焊接材料是否按照工藝要求進(jìn)行去銹、烘干、預(yù)熱等； 對焊工操作技術(shù)水平進(jìn)行鑒定； 檢驗(yàn)焊接產(chǎn)品圖樣和焊接工藝規(guī)程等技術(shù)文件是否齊備。 2.焊接生產(chǎn)過程中的檢驗(yàn)焊接過程中的檢驗(yàn)是焊接檢驗(yàn)的第二階段，由焊工在操作過程中，其目的是為了防止由于操作原因或其他特殊因索的影響而產(chǎn)生的焊接缺陷，便于及時發(fā)現(xiàn)問題并加以解決。包括：檢驗(yàn)在焊接過程中焊接設(shè)備的運(yùn)行情況是否正常；對焊接工藝規(guī)程和規(guī)范規(guī)定的執(zhí)行情況；焊接夾具在焊接過程中的夾緊情況是否牢固； 操作過程中可能出現(xiàn)的未焊透、夾渣、氣孔、燒穿等焊接缺陷等； 焊接接頭質(zhì)量的中間檢驗(yàn)，如厚壁焊件的中間檢驗(yàn)等。焊前檢驗(yàn)和焊接過程中檢驗(yàn)，是防止產(chǎn)生缺陷、避免返修的重要環(huán)節(jié)。盡管多數(shù)焊接缺陷可以通過返修來消除，但返修要消耗材料、能源、工時、增加產(chǎn)品成本。通常返修要求采取更嚴(yán)格的工藝措施，造成工作的麻煩，而返修處可能產(chǎn)生更為復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，成為新的影響結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的隱患。 3.成品檢驗(yàn)成品檢