鑄鐵焊補(bǔ)與焊接

1、鑄鐵的鑄造缺陷大部分可焊補(bǔ)，鑄造車間與鑄件加工車間可設(shè)置鑄鐵焊補(bǔ)人員及相應(yīng)預(yù)熱、焊接設(shè)備，以提高成品率。使用中損壞的鑄鐵件，絕大多數(shù)可焊補(bǔ)修復(fù)。隨著研制和定型生產(chǎn)各種鑄鐵焊接材料，不斷總結(jié)交流經(jīng)驗(yàn)，鑄鐵焊補(bǔ)與焊接正在成為被廣泛掌握的技術(shù)，鑄鐵已逐漸成為易焊材料。此外，可以采用高效率焊接方法制造球墨鑄鐵一鋼、可鍛鑄鐵一鋼、灰鑄鐵一鋼及鑄鐵一鑄鐵的焊接件，如汽車傳動軸、鑄鐵管等。1.焊接特點(diǎn)（1）易產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋：熱應(yīng)力是在不均勻的加熱及隨后的冷卻過程中工件不能均勻地?zé)崦浝淇s所引起的應(yīng)力焊接及不適當(dāng)?shù)木植款A(yù)熱均可引起較大的熱應(yīng)力。與熱裂紋及冷裂紋本質(zhì)不同，熱應(yīng)力裂紋主要是或者單純是熱應(yīng)力引起的拉伸

2、應(yīng)變超過材料薄弱部分的變形能力而形成的。由于鑄鐵的塑性很差，所以焊補(bǔ)或焊接時(shí)，其熱應(yīng)力裂紋傾向比塑性材料大得多。鑄鐵補(bǔ)焊時(shí)，熱應(yīng)力裂紋大致有三種表現(xiàn)形式：1）在升溫過程中，也可能是在焊后冷卻過程中補(bǔ)焊區(qū)以外的母材斷裂。其部位多發(fā)生在鑄鐵件的薄弱斷面和斷面形狀或壁厚突變處。其原因是不適當(dāng)?shù)木植款A(yù)熱或過大的焊接加熱規(guī)范。2）焊縫或焊補(bǔ)區(qū)在冷卻過程中產(chǎn)生橫向裂紋，方向大致與熔合線相垂直。這種裂紋有時(shí)只發(fā)生在緊鄰焊縫的母材上，有的與焊縫上的熱裂紋接通，也有的橫貫焊縫及鄰近的母材。其原因是不合理的焊接操作工藝，特別是焊縫一次焊接過長，也可能是不適當(dāng)?shù)木植款A(yù)熱所造成。3）焊縫金屬在冷卻過程中產(chǎn)生沿熔合線的

3、裂紋，甚至焊縫與母材剝離，這種形式的熱應(yīng)力裂紋是采用非鑄鐵質(zhì)焊條冷焊時(shí)，比較容易出現(xiàn)的。焊縫材質(zhì)的強(qiáng)度等級愈高或鑄鐵母材強(qiáng)度等級愈低，這種裂紋的傾向愈大。坡口越深，填充金屬越多越易產(chǎn)生剝離。適當(dāng)提高工件整體或焊接環(huán)境溫度，控制焊補(bǔ)區(qū)的溫度，短焊道斷續(xù)焊，焊后及時(shí)而充分的錘擊等也有利于避免這種形式的熱應(yīng)力裂紋。（2）熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織：采用鑄鐵填充金屬時(shí)，減慢高溫（800C以上）時(shí)的冷卻速度，并增強(qiáng)焊縫的石墨化能力（適當(dāng)提高碳、硅含量）是防止焊縫金屬和熔合區(qū)產(chǎn)生白口的主要途徑。電弧焊冷焊時(shí)，采用高饃或純饃焊條，可減弱熔化區(qū)的白口傾向，改善接頭的機(jī)械加工性。（3）焊縫金屬的熱裂紋傾向：鑄鐵組織的

4、焊縫金屬不存在熱裂紋傾向，采用非鑄鐵組織的焊條或焊絲冷焊鑄鐵時(shí)，焊縫熱裂紋傾向隨焊縫材質(zhì)的不同而不同。焊縫中母材熔合比例的增加和過分延長焊縫處于高溫下的停留時(shí)間將加大熱裂紋傾向。底部圓滑的坡口，小電流,窄焊道以及短焊道，斷續(xù)焊等能減小熱裂紋傾向。2 .焊接方法鑄鐵焊補(bǔ)的各種焊接方法及其特點(diǎn)可參見表10-35。其工藝要點(diǎn)見表10-36表10-35用各種焊接方法焊補(bǔ)鑄鐵的特點(diǎn)焊接方法焊接材料母材焊縫金屬bb(MPa)手工電弧冷焊EZNi(Z308)灰鑄鐵>280EZNiFe(Z408)灰鑄鐵、球墨鑄鐵、高強(qiáng)灰鑄鐵400500EZNiCu(Z308)灰鑄鐵FZV(Z116、Z117)灰鑄鐵、球

5、墨鑄鐵>400銅鋼焊條或奧氏體鐵銅焊條灰鑄鐵EZFe(Z100)、E5015灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵手工電弧半熱焊EZC(Z208、Z218)灰鑄鐵與母材等強(qiáng)度手工電弧熱焊石墨化型藥皮鑄鐵芯焊條灰鑄鐵鑄鐵芯焊條不預(yù)熱電弧焊石墨化型藥皮鑄鐵芯焊條灰鑄鐵預(yù)熱氣焊灰鑄鐵焊絲球墨鑄鐵焊絲灰鑄鐵、球墨鑄鐵與母材等強(qiáng)度或接近加熱減應(yīng)區(qū)法氣焊灰鑄鐵焊絲灰鑄鐵與母材等強(qiáng)度不預(yù)熱氣焊灰鑄鐵焊絲灰鑄鐵與母材等強(qiáng)度釬焊黃銅絲灰鑄鐵、可鍛鑄鐵120150銀錫釬料灰鑄鐵Cu-Zn-Ni-Mn釬料灰鑄鐵、可鍛鑄鐵240280氣電焊高釵鋼焊絲球墨鑄鐵、灰鑄鐵>400饃鈦合金焊絲球墨鑄鐵、高強(qiáng)度鑄鐵400500

6、低碳低合金鋼焊絲灰鑄鐵、球墨鑄鐵手工電渣焊灰鑄鐵鐵屑灰鑄鐵與母材等強(qiáng)度接頭機(jī)械加工性能接頭致密性熱裂紋傾向熱應(yīng)力裂紋傾向備注較好較好小小預(yù)熱200C左右可進(jìn)一步改善機(jī)械加工性；母材含磷高時(shí)焊縫易產(chǎn)生熱裂紋較好較好小較小較好稍差較小小稍差好較小較小多用于非加工面焊補(bǔ)較差稍差較小小很差較差大大較好好不產(chǎn)生較小多用于小件修復(fù)很好硬度分布均勻）好極小勞動條件較差較好好剛度大的部位易裂勞動條件好，剛度小的部位可代替熱焊很好硬度分布均勻）好極小多用于中、小件很好好加熱不當(dāng)時(shí)易裂多用于汽車、拖拉機(jī)缸體、缸蓋、齒輪箱、皮帶輪等復(fù)雜結(jié)構(gòu)、大剛度部位缺陷的焊補(bǔ)很好好較小用于小件或中小件邊角部位焊補(bǔ)較好較差小小也可

7、用于熔焊時(shí)不易熔合的鑄鐵、焊縫顏色與母材差別大很好小多用于導(dǎo)軌面研傷的修復(fù)、焊縫顏色與母材差別大很好好小小部分代替預(yù)熱氣焊，焊縫顏色與母材差別小稍差好較小較小用于球鐵軋輻輻脖堆焊及汽車傳動軸焊接等，CO2保護(hù)較好較好小小瀛氣保護(hù)細(xì)絲較好較好較小較小CO2保護(hù)很好好不產(chǎn)生剛度大的部位易裂用于特厚大件，勞動條件差注：三者加工性稍有區(qū)別：Z308好，Z508次之，Z408再次之。對于中等強(qiáng)度的灰鑄鐵（如HT150HT200）一般可達(dá)到等強(qiáng)度。表10-36各種焊接方法焊補(bǔ)鑄鐵的工藝要點(diǎn)焊接方法工藝要點(diǎn)手工電弧冷焊較小的焊接電流和較快的焊速，不作橫向擺動（窄焊道）、多層焊、盡量不在母材引弧，少熔化母材，

8、短焊道（1050mm）斷續(xù)焊，層間冷卻到6070C（預(yù)熱焊時(shí)冷卻到預(yù)熱溫度）后，再繼續(xù)焊，焊后及時(shí)充分錘擊焊縫金屬，一般不預(yù)熱手工電弧半熱焊較大的焊接電流、慢焊速、中等弧長，連續(xù)焊，一般預(yù)熱400c左右并在焊后保溫緩冷手工電弧熱焊預(yù)熱500650c并保持工件溫度在焊接過程中不低于400C,焊后600650C保溫退火消除應(yīng)力，連續(xù)焊，熔池溫度過高時(shí)稍停頓鑄鐵芯焊條不預(yù)熱手工電弧焊坡口面積應(yīng)不小于8cm2,深度應(yīng)不小于7mm,周圍用造型材料圍筑起凸臺，較大的焊接電流，長電弧連續(xù)焊，熔池溫度過高時(shí)稍停頓，焊縫應(yīng)高出焊件表面58mm,以造成熔合區(qū)緩冷的條件預(yù)熱氣焊預(yù)熱600680C,并保持工件溫度在焊

9、接過程中不低于400C,焊后600650C保溫退火消除應(yīng)力，較大的火焰功率連續(xù)焊加熱減應(yīng)區(qū)氣焊正確選定減應(yīng)區(qū)，并將它用氣焊火焰加熱至600700C,用較大功率的氣焊炬開坡口（或事先用機(jī)械法開坡口），同時(shí)保持減應(yīng)區(qū)溫度，缺陷處焊補(bǔ)后與減應(yīng)區(qū)一起冷卻，減小焊接熱應(yīng)力不預(yù)熱氣焊開坡口用較大功率的焊炬，連續(xù)施焊釬焊采用氣焊火焰或其他熱源加熱工件并進(jìn)行釬焊，缺陷處事先用機(jī)械法開適當(dāng)?shù)钠驴?，并預(yù)熱清除油污氣電焊與手工電弧焊冷焊相同，焊道長度可適當(dāng)大些手工電渣焊用造型材料造型，用碳電極建立渣池并預(yù)熱，焊補(bǔ)時(shí)用碳電極加熱，另外填充鑄鐵屑（或直接用鑄鐵棒電極加熱并填充）連續(xù)施焊3 .焊接材料各種鑄鐵焊條的特性和

10、用途見表10-37表10-37各種鑄鐵焊條的特性和用途焊條或焊絲名稱統(tǒng)一牌號焊絲或焊芯藥皮類型焊縫金屬氧化型鋼芯鑄鐵焊條EZFe(Z100)碳鋼氧化型碳鋼高釵鑄鐵焊條FZV(Z116)碳鋼（高帆藥皮）或高帆鋼低氫型高銳鋼V11%高釵鋼焊絲或高帆管狀焊絲RZV高銳鋼V11%高釵鑄鐵焊條EZV(Z117)碳鋼（高帆藥皮）或高帆鋼低氫型高銳鋼V11%純饃鑄鐵焊條EZNi(Z308)純饃石墨型銀饃鐵鑄鐵焊條EZNiFe(Z408)銀鐵合金(Ni55Fe45)石墨型銀鐵合金饃鐵合金焊絲RZCH(Ni55Fe45)饃銅鑄鐵焊條EZNiCu(Z508)饃銅合金(Ni70Cu30)石墨型饃銅合金銅鐵鑄鐵焊條E

11、ZFeCu(Z607)紫銅低氫型銅-鐵混合(Cu80Fe20)鋼鐵鑄鐵焊條EZFeCu(Z612)銅芯鐵皮或銅包鐵芯鈦鈣型(Cu80Fe20)銅-鐵混合電源種類用途焊縫硬度HB熔合區(qū)白口寬度（mm）（正常規(guī)格）備注單層二層1交直流一般灰鑄鐵件，抗裂性及加工性差4000.81直流（正接）或交流強(qiáng)度較高的灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵2002500.30.50.150.2強(qiáng)度較高的灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵及球鐵與鋼的焊接200250氣電焊用直流（正接）強(qiáng)度較高的灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵2002500.30.50.150.2直流（正接）重要灰鑄鐵，可加工，如機(jī)16017000.200.15或交流床床

12、面，氣缸加工面斷續(xù)斷續(xù)直流（正接）或交流球墨鑄鐵、重要灰鑄鐵，可加工，但焊縫較鑄308、鑄508稍硬200230斷續(xù)斷續(xù)200230氣電焊用直流（正接）或交流灰鑄鐵、可加工，強(qiáng)度、抗熱裂性較差130150斷續(xù)斷續(xù)直流（反接）灰鑄鐵、抗裂性好、加工性差、強(qiáng)度較低、常用于氣缸非加工面焊補(bǔ)不均勻交直流灰鑄鐵、抗裂性好、加工性差、強(qiáng)度較低、常用于氣缸非加工面焊補(bǔ)不均勻注：1.E5016、E5015、H08Mn2Si焊絲（CO2焊）也用作鑄鐵冷焊填充材料。2.奧氏體鐵銅焊條焊芯為銅管包Cr20Ni80絲，其特點(diǎn)除強(qiáng)度稍高外與銅鐵鑄鐵焊條同。4.球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵及白口鑄鐵的焊補(bǔ)（1）球墨鑄鐵的焊補(bǔ)：球化

13、劑增加焊接時(shí)產(chǎn)生白口化的傾向，此外熱影響區(qū)易淬硬成馬氏體，對加工性及抗裂性有不利影響。焊接球墨鑄鐵時(shí)，也易產(chǎn)生裂紋。減少或防止裂紋的工藝措施如下：1）用饃鐵合金焊條（Z408）手工電弧焊按電弧冷焊工藝焊接，焊后可加工。焊件預(yù)熱200250C,或焊后退火或正火處理，或采用短段多層焊，加工性可進(jìn)一步改善母材含磷量小于0.1%,有利于防止裂紋。用球墨鑄鐵和低碳鋼制造復(fù)合零件時(shí)，電弧冷焊焊接殘余應(yīng)力不大。球鐵件焊前進(jìn)行消除應(yīng)力退火可消除鑄造應(yīng)力。用饃鐵焊條焊接基體為鐵素體的球鐵時(shí)，可以達(dá)到或接近與母材等強(qiáng)度。2）用高鈕焊條（Z116、Z117）手工電弧焊，工藝與饃鐵焊條相同，但熔合區(qū)白口層較厚，加工性

14、能較差。焊縫硬度HV210260,抗拉強(qiáng)度約430MPa。焊后退火可以降低硬度，改善加工性。3）用低碳鋼焊條（E5015、E4303）手工電弧焊，當(dāng)焊縫不長時(shí)用堿性焊條E5015可獲得高強(qiáng)度焊接接頭，但加工性不好，裂紋傾向稍大些，應(yīng)采取電弧冷焊工藝措施進(jìn)行補(bǔ)焊。4）用鋼芯球墨鑄鐵焊條（Z238）手工電弧焊（熱焊）。Z238藥皮中含有石墨化和球化劑，使焊縫慢冷時(shí)變?yōu)榍蜩F。應(yīng)采用熱焊，小件預(yù)熱500C,大件預(yù)熱700C。焊后應(yīng)進(jìn)行退火或正火處理，以得到所需組織和性能。5）球墨鑄鐵氣焊。氣焊易避免白口，接頭組織性能較好，適于焊補(bǔ)重要的中小型工件。表10-38為球墨鑄鐵氣焊焊絲成分。表10-38球墨鑄

15、鐵氣焊焊絲成分成分（%）牌號CSiMnSP鈕基重稀土稀土（輕）MgHS4023.83.00.5<0.05<0.50.08一一4.23.60.80.15自制343.50.5<0.02<0.10一0.030.0354.50.80.040.066）球墨鑄鐵的氣保護(hù)焊。球墨鑄鐵可采用氣保護(hù)焊進(jìn)行焊補(bǔ)或焊接。用高鈕焊絲、高鈕管狀焊絲或低碳低合金型焊絲時(shí)，可用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)。當(dāng)采用純饃或鐵饃合金焊絲時(shí)，用僦氣保護(hù)。（2）可鍛鑄鐵的焊補(bǔ)：可鍛鑄鐵重熔部分易產(chǎn)生白口。常用的焊補(bǔ)方法有：1）磨損部分恢復(fù)尺寸時(shí)，用黃銅釬焊，鑄鐵焊絲釬焊（母材不熔化，釬焊溫度1000C）,表10-39、表

16、10-40為鑄鐵釬焊用的釬料和熔劑的牌號及成分。表10-39鑄鐵釬焊用的釬料牌號及成分成分（%）牌號CuSnSiFeMnNiAlZnHL1035256一一一余量HS22159610.81.20.15一一一一余量0.35HS22257590.71.00.050.350.03一一余量0.151.20.09HS2246163一0.30.7一一一余量銅鋅饃鎰48500.40.69103.54.00.30.4余量表10-40鑄鐵釬焊用的熔劑牌號及組成組成(%)牌號(序號)Na2B4O7H3BO3AlPO4NaClLiCO3Na2CO3一NaCl+NaF(NaCl:NaF=73:27)CJ30116.51

17、8.5767945.5一一一1100一一一一一一25050一一一一一3701020一一一銅鋅饃鎰相應(yīng)熔劑一4045一一1618242710202)螺孔損壞，擴(kuò)孔后用鑄鐵焊絲氣焊(表10-41、表10-42為氣焊用鑄鐵焊絲、氣焊熔劑牌號及成分)。表10-41氣焊用鑄鐵焊絲牌號及成分成分(%)牌號CSi1Mn1PHS401-A33.63.03.50.50.8<0.06<0.5HS401-B34.02.753.50.50.8V。5表10-42氣焊熔劑牌號及組成組成(%)牌號H3BO3Na2CO3NaHCO3MnO2NaNO3CJ2011840207153)修補(bǔ)裂縫時(shí)，用E4303、E50

18、15、Z100、Z116及不銹鋼焊條電弧冷焊或細(xì)絲CO2氣體保護(hù)焊，小電流多層焊。這種方法用于焊后不加工的場合。(3)白口鑄鐵的焊補(bǔ)：白口鑄鐵焊補(bǔ)時(shí)極易產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋?？梢栽囉眉?xì)直徑饃焊條嚴(yán)格按電弧冷焊工藝施焊。各類鑄鐵件焊補(bǔ)工藝方法的選擇分別參見表10-43表10-48。表10-43機(jī)床類機(jī)械鑄件焊補(bǔ)工藝方法的選擇焊補(bǔ)部位及要求焊接方法推薦可用加工面導(dǎo)軌面（滑動摩擦）鑄造毛坯（有加工余量）鑄鐵芯焊條，電弧焊熱焊鑄鐵焊絲氣焊熱焊鑄鐵芯焊條，不預(yù)熱電弧焊（剛度大的部位可能裂）EZNiCu、EZNi或EZNiFe焊條冷焊或稍加預(yù)熱。手工電渣焊（用于特厚大件）已加工（加工余量較?。〧ZNiCu、EZ

19、Ni或EZNiFe焊條，冷焊或稍加預(yù)熱鑄鐵芯焊條不預(yù)熱電弧焊（剛度大的部位可能裂）固定結(jié)合面鑄造毛坯鑄鐵芯焊條手工電弧焊熱焊鑄鐵焊絲氣焊熱焊鑄鐵芯焊條不預(yù)熱手工電弧焊（剛度大的部位可能裂）手工電渣焊（用于特厚大件）EZNiCu、EZNi或EZNiFe焊條手工電弧焊冷焊或稍加預(yù)熱已加工EZNiCu、EZNi或EZNiFe焊條手工電弧焊，冷焊或稍加預(yù)熱鑄鐵芯焊條，不預(yù)熱手工電弧焊（剛度大的部位可能裂）黃銅釬焊要求密封（耐水壓）部位鑄造毛坯鑄鐵芯焊條電弧焊熱焊鑄鐵焊絲氣焊熱焊鑄鐵芯焊條不預(yù)熱電弧焊（剛度大的部位可能裂）EZNiFe或EZNi焊條冷焊已加工EZNiF%或EZNi焊條冷焊或稍加預(yù)熱（要求

20、耐壓不高鑄鐵芯焊條不預(yù)熱電弧焊（剛度大的部位可能裂）黃銅時(shí)可用EZNiCu焊條）釬焊焊補(bǔ)部位及要求焊接方法推薦可用非加工面要求密封（耐水壓部位）或要求與母材等強(qiáng)度EZFeCu、EZNiCu或自制奧氏體鐵銅焊條冷焊（要求耐壓不高時(shí)）EZNiFe、EZNi或EZr焊條冷焊或稍加預(yù)熱（要求耐較高壓力時(shí)）鑄鐵芯焊條電弧焊熱焊鑄鐵焊絲氣焊熱焊鑄鐵芯焊條，不預(yù)熱電弧焊（剛度大的部位可能裂）黃銅釬焊無密封及強(qiáng)度要求EZFeCu或自制奧氏體鐵銅焊條冷焊低碳鋼焊條（E5015、E5016、E4303等）冷焊其他任何鑄鐵焊接方法表10-44拖拉機(jī)、汽車修理中缸體、缸蓋、減速箱等鑄件焊補(bǔ)方法的選擇焊補(bǔ)部位基本的焊補(bǔ)方法也可采用的方法剛度