焊接工程基礎(chǔ)(第二篇)2合金結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵的焊接

1、第四章第四章 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵的焊接和鑄鐵的焊接第一節(jié)第一節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接 一、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類 合金結(jié)構(gòu)鋼是在普通碳素鋼中添加了某些合金元素以滿足相關(guān)條件及性能的鋼種。它分為強(qiáng)度用鋼和特殊用鋼。 1、強(qiáng)度用鋼亦稱高強(qiáng)鋼，其屈服強(qiáng)度s290MPa，抗拉強(qiáng)度b440MPa。按屈服點(diǎn)的高低及熱處理情況，分為： a、熱軋正火鋼含碳量Wc0.2%，通過熱軋或正火依靠固溶強(qiáng)化、增加珠光體的數(shù)量、細(xì)化晶粒及沉淀強(qiáng)化提高強(qiáng)度。 b、低碳調(diào)質(zhì)鋼其含碳量Wc0.25%，主要依靠淬火和高溫回火（調(diào)質(zhì)）來提高強(qiáng)度和塑韌性。 c、中碳調(diào)質(zhì)鋼其含碳量Wc0.3%，屈服強(qiáng)度s可達(dá)880MPa

2、，也是依靠淬火和高溫回火（調(diào)質(zhì)）來提高強(qiáng)度和塑韌性。但由于含碳量較高，故其韌性較低，焊接性較差。 2、特殊用鋼：按使用環(huán)境和性能，特殊用鋼分為珠光體耐熱鋼、低合金耐蝕鋼和低溫鋼。 a、珠光體耐熱鋼為Wc0.25%，加入了Mo和Cr的亞共析鋼。其高溫強(qiáng)度好，高溫性能穩(wěn)定，抗氧化性好，主要用于熱動(dòng)力設(shè)備和石油化工設(shè)備的高溫元件。 b、低合金耐蝕鋼在熱軋或正火狀態(tài)下使用，要求綜合力學(xué)性能和耐蝕性良好，主要為用于石油化工設(shè)備的含鋁耐蝕鋼和用于耐海水或大氣腐蝕的含磷、銅耐蝕鋼。 c、低溫鋼在正火或正火回火狀態(tài)下使用，要求低溫韌性好，常在-40-196的低溫下工作，分為無鎳鋼和含鎳鋼。 二、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊

3、接性 1、合金結(jié)構(gòu)鋼常見的焊接缺陷 a、結(jié)晶裂紋在焊接凝固后期，焊縫中的低熔點(diǎn)共晶在晶界形成液態(tài)薄膜，在拉伸應(yīng)力作用下沿晶界開裂形成。 結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生與焊縫中的雜質(zhì)如S、P、C等有關(guān)，這些元素均為結(jié)晶裂紋形成元素，故應(yīng)嚴(yán)格控制。 Mn可以脫S；隨含C量的增加，應(yīng)提高M(jìn)n/S比。 選用低氫型焊條或選用超低碳焊絲配合高硅高錳焊劑進(jìn)行埋弧焊，在提高焊縫含錳量的同時(shí)降低碳、硫含量，均是防止結(jié)晶裂紋的有效措施。圖1 焊縫中C、Mn、S含量對(duì)角焊縫結(jié)晶裂紋的影響 b、液化裂紋在多層焊接情況下，由于焊接熱循環(huán)的作用，近縫區(qū)金屬晶界的低熔點(diǎn)共晶發(fā)生局部熔化，在拉伸應(yīng)力的作用下而產(chǎn)生。 c、冷裂紋由于焊縫中的擴(kuò)

4、散氫含量、接頭的拘束程度以及金屬的淬硬組織的影響而導(dǎo)致焊接后焊縫中出現(xiàn)的裂紋。 d、再熱裂紋為降低焊接應(yīng)力，減小脆性破壞傾向，構(gòu)件在焊接后應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力處理。但在消除焊接應(yīng)力的處理過程中，含有沉淀強(qiáng)化相的一些元素（Cr、Mo、V、Ni）可能會(huì)在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)產(chǎn)生再熱裂紋。為防止再熱裂紋，必須提高預(yù)熱溫度。 e、熱影響區(qū)脆化在焊接過程中，由于大熱量的影響，導(dǎo)致焊接區(qū)在結(jié)晶時(shí)容易形成晶粒粗大且易脆化的組織。為避免熱影響區(qū)脆化，常采用小熱量輸入、降低含碳量。 2、合金結(jié)構(gòu)鋼的組織性能與焊接性分析 a、熱軋正火鋼 熱軋正火鋼中的合金元素總量小于3%，主要為Si、Mn，該元素不僅可固溶強(qiáng)化鐵素體,還可使

5、鐵碳相圖中的共析點(diǎn)向低碳方向移動(dòng)，從而增加珠光體的相對(duì)量，以提高鋼的強(qiáng)度。在冶煉時(shí)作為鎮(zhèn)靜劑加入的Al可形成AlN以細(xì)化晶粒，其室溫的組織為細(xì)晶粒鐵素體加珠光體，故可在熱軋狀態(tài)下使用。 Q345(16Mn)是應(yīng)用最廣的熱軋鋼。若在其中加入V、Nb等元素，能與鋼中的C、N形成碳化物和氮化物，進(jìn)一步細(xì)化晶粒，提高鋼的綜合性能。 若要進(jìn)一步提高熱軋鋼（s=294343MPa）的強(qiáng)度至390MPa以上時(shí)，必須在鋼中加入沉淀強(qiáng)化的元素（如V、Ni、Ti、Mo等），并進(jìn)行正火使合金元素沉淀強(qiáng)化以提高強(qiáng)度，形成正火鋼。 熱軋正火鋼由于含碳量較低，鋼中的Mn/S比較大，其焊接性良好，一般情況下不會(huì)生產(chǎn)結(jié)晶裂紋

6、和液化裂紋。但如果母材中的含碳量偏高，且對(duì)S、P控制不嚴(yán)，也會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋； 在熱軋正火鋼中，隨著強(qiáng)度的提高和冷卻速度的加快，產(chǎn)生冷裂紋的傾向增加。故對(duì)強(qiáng)度較高的熱軋正火鋼，焊接時(shí)一般要求預(yù)熱； 熱軋正火鋼若采用大熱量輸入焊接，由于過熱區(qū)的奧氏體晶粒粗大，冷卻時(shí)易形成粗大的魏氏組織產(chǎn)生脆化，故盡量采用小熱輸入焊接。 魏氏組織：在含碳量小于0.6%的亞共析鋼和含碳量大于1.2%的過共析鋼中，由高溫快速冷卻時(shí)，先共析的鐵素體或滲碳體便沿著奧氏體的一定晶面呈針片狀析出，由晶界插入晶粒內(nèi)部，這種組織即為魏氏組織。圖2 過共析鋼中的魏氏組織 魏氏組織是一種過熱缺陷，過熱鋼在空冷后容易形成魏氏組織；奧氏體

7、晶粒越粗大，越容易形成魏氏組織，其對(duì)基體的割裂作用將嚴(yán)重降低材料的韌性。一般通過退火或正火消除魏氏組織。圖3 亞共析鋼中的魏氏組織 熱軋正火鋼適合于各種焊接方法，主要采用焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護(hù)焊等。 采用焊條電弧焊時(shí)，對(duì)于焊接強(qiáng)度較低、裂紋傾向不大的熱軋鋼，可選用鈦鈣型焊條或低氫型焊條；對(duì)強(qiáng)度級(jí)別高的鋼材，宜選用低氫型焊條； 采用埋弧焊時(shí)，對(duì)強(qiáng)度級(jí)別不高、接頭厚度不大的熱軋正火鋼，可選擇高硅高錳焊劑，并配合不含或少含Mn、Si的焊絲；對(duì)強(qiáng)度級(jí)別較高、接頭厚度較大的熱軋正火鋼，可選擇中硅焊劑，并配合含Mn合金焊絲，以保證足夠強(qiáng)度。 熱軋鋼的焊接接頭可在焊態(tài)下直接使用，不需要進(jìn)行焊后熱

8、處理；正火鋼的焊接接頭在焊接后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行消除應(yīng)力處理，以防止裂紋。 若焊接組織中存在魏氏組織，必須進(jìn)行正火和回火處理，以細(xì)化組織。 對(duì)含Mo、V的焊接接頭進(jìn)行消除應(yīng)力處理時(shí)，應(yīng)注意防止再熱裂紋的形成。 b、低碳調(diào)質(zhì)鋼 若要使鋼的屈服強(qiáng)度s達(dá)到490980MPa的水平，僅依靠固熔強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化已不能滿足要求，還必須通過淬火、高溫回火的調(diào)質(zhì)處理進(jìn)行強(qiáng)化才能獲得良好的綜合性能。 低碳調(diào)質(zhì)鋼中一般都添加了提高鋼的淬透性和馬氏體回火穩(wěn)定性的合金元素如Mn、Cr、Ni、Si、V、Mo、Ti、Nb等，其結(jié)晶裂紋敏感性小，脆性傾向小，焊接性好，焊后可不經(jīng)熱處理直接使用。 低碳調(diào)質(zhì)鋼的冷裂紋敏感性較大，但若能在

9、低碳馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度附近（390）慢冷，可形成韌性較好的回火馬氏體，即可避免產(chǎn)生冷裂紋。反之，若快冷，易產(chǎn)生冷裂紋。 為防止冷裂紋的產(chǎn)生，還需對(duì)焊接接頭中的氫含量進(jìn)行控制，并采取預(yù)熱、控制多層焊縫層間的溫度等措施。多采用鎢極氬弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊，并盡量減少焊接熱輸入。 由于低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接后一般不需熱處理，故焊條的選擇應(yīng)盡量接近母材。焊條電弧焊時(shí)常選用低氫型焊條；埋弧焊時(shí)常采用中硅焊劑。 c、中碳調(diào)質(zhì)鋼 欲使鋼的屈服強(qiáng)度高于880MPa，必須提高含碳量至0.25-0.45%，并進(jìn)行淬火加回火處理。淬火后為馬氏體組織；高溫回火后為回火索氏體，低溫回火后為回火馬氏體。 中碳調(diào)質(zhì)鋼主要有Cr-Mo

10、系、Cr-Ni-Mo系和Cr-Mn-Si系調(diào)質(zhì)鋼。其中的合金元素總量約為3-7%。由于其含碳量和合金元素量較高，故鐵素體的固熔強(qiáng)化和合金滲碳體的彌散強(qiáng)化效果優(yōu)于低碳調(diào)質(zhì)鋼，其強(qiáng)度也更高。 30CrMnSiA是應(yīng)用較廣的中碳調(diào)質(zhì)鋼。 中碳調(diào)質(zhì)鋼由于含碳量和合金元素量較高，結(jié)晶區(qū)較寬，易產(chǎn)生偏析，淬硬性和產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向較大，冷裂紋的敏感性也較大，易產(chǎn)生熱影響區(qū)脆化。焊接時(shí)，應(yīng)盡量選擇碳含量低，P、S雜質(zhì)少的焊接材料；焊前應(yīng)預(yù)熱，冷卻時(shí)盡量慢冷，焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火處理，預(yù)熱溫度及焊后回火溫度均應(yīng)比母材的回火溫度低50以下；焊接時(shí)應(yīng)減少熱輸入，最好采用氬弧焊。 d、珠光體耐熱鋼 珠光體耐熱鋼是以C

11、r-Mo為基的低中合金鋼，屬亞共析鋼，其合金總量小于5%，在600以下具有良好的抗氧化性和熱強(qiáng)性，并具有一定的抗硫腐蝕性能和抗氫腐蝕性能。 珠光體耐熱鋼常采用焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護(hù)焊等焊接方法。采用焊條電弧焊時(shí)，一般用Mo或Cr-Mo耐熱鋼焊條；采用埋弧焊時(shí)，常用低錳中硅HJ250或中錳中硅HJ350作為焊劑，用H08CrMoA、H10CrMo、H08CrMoVA為焊絲。 珠光體耐熱鋼在焊接過程中有出現(xiàn)冷裂紋和再熱裂紋的傾向，為此，應(yīng)盡可能選擇小熱輸入，并采用預(yù)熱的方法。 e、低溫鋼 低溫鋼要求在-40-196的低溫工作溫度范圍內(nèi)有良好的韌性，為此，必須控制增加鋼脆性的C、P、S元

12、素含量，增加有利于提高低溫韌性的Mn、Ni含量，并細(xì)化晶粒。 低溫鋼分無Ni鋼和含Ni鋼兩類，由于無Ni鋼的碳和雜質(zhì)量較低，不易產(chǎn)生裂紋，但容易晶粒粗化降低韌性，故在選擇焊接材料時(shí)應(yīng)盡量選擇或添加含有Mn、Cu、Mo、Nb、Ti等提高韌性及細(xì)化晶粒元素的材料。在工藝上選擇小熱輸入和快速多道焊工藝。 f、耐蝕鋼 分為含鋁低合金耐蝕鋼和含磷低合金耐蝕鋼。 含鋁低合金耐蝕鋼： 第一類：WAl0.5%，可抗石油腐蝕；焊接性好。 第二類：WAl1%，抗腐蝕性更優(yōu)良； 第三類：WAl=2-3%，在高溫高壓下耐蝕性優(yōu)良。 第二、三類鋼焊接時(shí)易產(chǎn)生鋁的分布不均及鐵素體脆化問題。為此，含鋁低的耐蝕鋼常選不含鋁的

13、Mo-V焊條；含鋁較高的耐蝕鋼選Cr-Ni焊條或 Mn-Al焊條。焊接時(shí)采用小熱輸入和多層多道焊，避免過熱，減少脆化。 含磷低合金耐蝕鋼： 含磷低合金耐蝕鋼常用的牌號(hào)為09MnCuPTi、 09CuPCrNi，其含碳量低，焊接時(shí)的冷裂紋敏感性小，但Cu和P在晶界偏析易出現(xiàn)脆化和液化裂紋傾向，故焊接時(shí)宜采用小熱輸入。 三、典型合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接工藝 1、Q345(16Mn)鋼的焊接工藝 Q345(16Mn)鋼是典型的熱軋鋼。板厚小于30mm的焊件，焊前一般可不預(yù)熱。Q345鋼的淬硬傾向比低碳鋼稍大，在低溫下，或在大剛度大厚度結(jié)構(gòu)上焊接時(shí)，為防止出現(xiàn)冷裂紋，仍需采取預(yù)熱措施。 a a、焊條電弧焊工藝

14、：、焊條電弧焊工藝：可采用V形或U形坡口。 使用焊條：E5003(J502)、E5001(J503)、E5016(J506)、E5015(J507)等。 焊條烘干規(guī)范：E5003、E5001，120-150/1h; E5016、E5015，350-400/2h。 焊接工藝參數(shù)：使用4mm焊條時(shí)，焊接電流 160-180A,電弧電壓21-22V；使用5mm焊條時(shí)，焊接電流210-240A,電弧電壓23-24V。 預(yù)熱溫度：使用E5003、E5001酸性焊條時(shí)，當(dāng)板厚大于20mm，應(yīng)預(yù)熱至100以上；使用E5015、E5016堿性焊條時(shí)，當(dāng)板厚大于32mm，應(yīng)預(yù)熱至100以上。 b b、埋弧焊工藝

15、：、埋弧焊工藝：可采用形、V形或U形坡口。 適用焊絲：H08MnA、H10Mn2。 適用焊劑：HJ431、HJ350、SJ301。 焊劑烘干規(guī)范：HJ431，250-300/2h；SJ301，300-350/2h。 焊接工藝參數(shù)：使用4mm焊絲時(shí)，焊接電流600-680A,電弧電壓34-38V，焊接速度20-30m/h；使用5mm焊絲時(shí)，焊接電流650-720A,電弧電壓36-40V，焊接速度25-32m/h。 預(yù)熱溫度：當(dāng)板厚大于50mm，預(yù)熱溫度為100-120。 焊后熱處理：對(duì)于低合金高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)，接頭最大厚度超過50mm的重要承載部件，焊后需作消除應(yīng)力處理，溫度600-650，保溫時(shí)間2

16、.5min/mm。對(duì)于壓力容器的預(yù)熱焊部件（壁厚大于34mm）及不預(yù)熱焊部件（壁厚大于30mm）時(shí)，要求作焊后清除應(yīng)力處理，最佳消除應(yīng)力處理溫度為600-620，保溫時(shí)間3min/mm，加熱速度為150-200/h。 2、13MnNiMoNb鋼厚板的焊接工藝： 13MnNiMoNb鋼是典型的低碳調(diào)質(zhì)鋼，是以Mn、Mo、Nb為主要合金元素的中溫厚壁壓力容器用鋼。該鋼具有較好的力學(xué)性能，可在450以下的各種溫度下工作。 a a、焊條電弧焊工藝：、焊條電弧焊工藝： 坡口選擇：可采用V形或U形坡口。 使用焊條：E6015(J607)、E6016(J606)。 焊條烘干規(guī)范：350-400/h。 焊接工

17、藝參數(shù)：使用4mm焊條時(shí)，底層焊道焊接電流140A,電弧電壓23-24V，填充焊道焊接電流160-170A；使用5mm焊條時(shí)，填充焊道焊接電流220-230A,電弧電壓23-24V。 預(yù)熱溫度：板厚大于10mm時(shí)，應(yīng)預(yù)熱至150-200，并保持層間溫度不低于150；板厚大于90mm時(shí)，焊后應(yīng)立即進(jìn)行350-400/2h的消氫處理。 焊后消除應(yīng)力處理：對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)，厚度超過30mm的承載部件，焊后需作消除應(yīng)力處理。對(duì)于受壓容器，不預(yù)熱時(shí)，任何厚度的受壓部件焊后均需作消除應(yīng)力處理；需要預(yù)熱時(shí)，如果受壓部件的厚度大于20mm時(shí)，焊后也要作消除應(yīng)力處理，最佳的消除應(yīng)力處理溫度范圍為600-620。 b

18、b、埋弧焊工藝：、埋弧焊工藝： 坡口選擇：可采用形、V形或U形坡口。 適用焊絲：H08Mn2Mo。 適用焊劑：HJ350、SJ101。 焊劑烘干規(guī)范：HJ350，350-400/2h；SJ101，300-350/2h。 焊接工藝參數(shù)：焊絲直徑為4mm，焊接電流600-650A,電弧電壓36-38V，焊接速度25-32m/h。 焊前預(yù)熱溫度：板厚大于20mm時(shí)，預(yù)熱至150-200，保持層間溫度不低于150，消氫處理和焊后消除應(yīng)力處理規(guī)范與焊條電弧焊相同。 焊后應(yīng)做100%的超聲波探傷，焊縫作磁粉探傷。第二節(jié)第二節(jié) 鑄鐵的焊接鑄鐵的焊接 一、鑄鐵的種類 鑄鐵是含碳量大于2%的鐵碳合金。按碳的存在

19、形式可分為白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵，碳分別以滲碳體、片狀、團(tuán)絮狀、圓球狀和蠕蟲狀形式存在。其中，球墨鑄鐵的力學(xué)性能最高，灰鑄鐵的應(yīng)用最廣。 二、灰鑄鐵的焊接性 灰鑄鐵由于含碳量高，含P、S等雜質(zhì)多，強(qiáng)度低，塑性差，故其焊接性差，易出現(xiàn)冷裂紋和熱裂紋。 1、冷裂紋 當(dāng)焊縫為鑄鐵時(shí)，由于焊縫中石墨片的存在，減少了焊縫的有效承載面積，石墨兩端存在著嚴(yán)重的應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過灰鑄鐵的強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。該裂紋常發(fā)生在400以下的焊縫及熱影響區(qū)上。 解決辦法：焊縫采用異質(zhì)焊接材料，使焊縫成為塑性較好的奧氏體、鐵素體或銅基材料。同時(shí)采用冷焊工藝，使石墨來不及形成。 當(dāng)焊縫中存在

20、白口組織時(shí)，由于白口鑄鐵的收縮率大于灰鑄鐵，且滲碳體硬而脆，焊縫中更易出現(xiàn)裂紋。 焊縫中石墨的形狀對(duì)焊縫抗裂性有重要影響：粗而長(zhǎng)的石墨片易引起應(yīng)力集中，使焊縫的抗裂性降低；團(tuán)絮狀或球狀的石墨則有較好的抗裂性能。 2、熱裂紋 當(dāng)灰鑄鐵焊縫采用低碳鋼焊條或鎳基鑄鐵焊條冷焊時(shí)，焊縫易出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。 當(dāng)使用低碳鋼焊條時(shí)，焊縫中的含碳量常為0.7-1%，由于母材中的P、S含量高，使母材與焊縫的化學(xué)成分相差懸殊，易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋； 當(dāng)使用鎳基鑄鐵焊條時(shí)，鑄鐵中較多的P、S易與焊條中的鎳形成低熔點(diǎn)共晶（Ni-Ni3P、Ni-Ni3S2），形成熱裂紋。 解決辦法：調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，縮小脆性 溫度區(qū)。 1、當(dāng)采

21、用鎳基焊條時(shí)，可適當(dāng)增加焊縫中的碳含量。研究表明，此時(shí)隨焊縫中碳含量的增加，抗熱裂紋性能逐漸提高。但超過一定量時(shí)，性能下降。 2、加入適量稀土元素釔（Y）。適量的稀土有較強(qiáng)的脫P(yáng)、S作用，使晶界的P、S量減少，低熔點(diǎn)共晶減少。且稀土易使焊縫中的石墨呈球狀，提高強(qiáng)度及塑性，并改善抗裂性。 三、灰鑄鐵常用的焊接法 1、電弧熱焊 主要適用于厚度大于10mm以上的工件補(bǔ)焊，即將工件整體或有缺陷的局部位置預(yù)熱到600-700，以減少焊接接頭的溫差，然后進(jìn)行焊補(bǔ)，焊后緩慢冷卻，使石墨化過程能充分進(jìn)行，以消除白口及防止淬硬組織的產(chǎn)生，從而防止裂紋形成。 常使用的電弧熱焊焊條有兩種：大于6mm的鑄鐵芯加石墨藥

22、皮（Z248）; 小于5mm的鋼芯加石墨藥皮（Z208）。 預(yù)熱：對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，由于焊補(bǔ)區(qū)剛性大，焊縫無自由膨脹收縮的余地，故亦采用整體預(yù)熱；對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的鑄件，焊補(bǔ)處剛性小，焊縫有一定的膨脹收縮余地，如鑄件邊緣的缺陷及小塊斷裂，可采用局部預(yù)熱。 焊前清理：用砂輪等工具將缺陷中的型砂、氧化皮、鐵銹等清除干凈，直至露出金屬光澤，離缺陷10-20mm處也應(yīng)磨干凈。對(duì)有油污的，用氣焊火焰燒掉，以免焊條熔滴焊不上或產(chǎn)生氣孔。 造型：對(duì)邊角部位及穿透缺陷，焊前為防止熔化金屬流失，保證一定的焊縫成形，應(yīng)在待焊部位造型。造型材料可用型砂加水玻璃或黃泥，內(nèi)壁最好放置耐高溫的石墨片，并在焊前進(jìn)行烘干。圖4

23、 熱焊焊補(bǔ)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(shí)，為保證預(yù)熱溫度，縮短高溫工作時(shí)間，要求在最短的時(shí)間內(nèi)焊完，故亦采用大電流、長(zhǎng)弧、連續(xù)焊。焊接電流一般為焊條直徑的40-60倍，即I=(40-60)d。 焊后緩冷：焊后采取緩冷措施，一般用保溫材料（如石棉灰等）覆蓋，最好隨爐冷卻。 2、電弧冷焊 a、同質(zhì)焊縫電弧冷焊 同質(zhì)的目的是防止焊接接頭白口組織及淬硬組織。為此： 提高焊縫石墨化能力。通過控制焊縫中的碳含量（4.0-5.5%）和硅含量（3.5-4.5%），以防止白口。同時(shí)，加入少量的可細(xì)化石墨及促進(jìn)石墨化的合金元素如Al、Ba、Ca等。 提高焊接熱輸入。采用大直徑焊條，大

24、電流連續(xù)焊工藝，以減慢焊接接頭冷速。 電弧冷焊即不預(yù)熱焊法，是在提高焊縫石墨化能力的基礎(chǔ)上，采用大直徑焊條、大焊接線能量的連續(xù)焊工藝，以增加熔池存在時(shí)間，達(dá)到降低接頭冷卻速度、防止白口組織產(chǎn)生的目的。 電弧冷焊用于中厚度以上鑄件的一般大缺陷焊補(bǔ)，基本上可以避免白口組織產(chǎn)生，獲得較好的效果。 電弧冷焊焊條：由于電弧冷焊的焊縫冷卻速度較快，為防止白口組織出現(xiàn)，焊條的石墨化元素碳、硅的含量應(yīng)比熱焊焊條高。 焊前清理及坡口制備：焊接前應(yīng)對(duì)焊補(bǔ)區(qū)進(jìn)行清理并制備好坡口。為防止冷焊時(shí)因熔池體積過小而冷速增大，焊補(bǔ)區(qū)的面積須大于8cm2，深度應(yīng)大于7mm，鏟挖出的型槽形狀應(yīng)光滑，并為上大下小呈一定的角度。圖5

25、 鑄鐵型焊條冷焊焊前準(zhǔn)備示意圖a、缺陷狀況 b、型槽形狀及尺寸 造型：坡口制備好后，為防止焊縫液態(tài)鐵流失和保證焊縫高于母材，應(yīng)在等焊部位造型，造型方法和材料與熱焊方法基本相同。 焊接：焊接時(shí)采用大直徑焊條、直流反接電源，進(jìn)行大電流、長(zhǎng)弧、連續(xù)施焊。當(dāng)焊條直徑為5mm時(shí)，焊接電流應(yīng)為250-350A；焊條直徑為8mm時(shí)，焊接電流為380-600A。電弧長(zhǎng)度約為8-10mm，由中心向邊緣連續(xù)焊接。 坡口焊滿后不要斷弧，應(yīng)將電弧沿熔池邊緣靠近砂型移動(dòng)，使焊縫堆高。一般焊縫的高度要超出母材表面5-8mm，焊后立即覆蓋熔池，以保溫緩冷。圖6 鑄鐵型焊條冷焊示意圖 由于焊縫中的灰鐵組織強(qiáng)度低、無塑性，且采

26、用大電流連續(xù)焊工藝，故焊縫中的應(yīng)力一般均比較嚴(yán)重，因此，對(duì)大剛度的缺陷進(jìn)行焊補(bǔ)時(shí)，仍容易出現(xiàn)焊縫裂紋。但對(duì)剛度較小的中、大型缺陷進(jìn)行焊補(bǔ)時(shí)，則不易出現(xiàn)焊縫裂紋。 b、異質(zhì)焊縫電弧冷焊 異質(zhì)焊縫即焊后形成非鑄鐵焊縫。異質(zhì)的目的是為了改變焊縫中碳的存在形式，以提高焊縫的塑性，消除裂紋。 電弧冷焊由于焊前不需預(yù)熱，簡(jiǎn)化了焊接工藝，改善了操作者工作條件，具有適應(yīng)范圍廣、可進(jìn)行全位置焊接及焊接效率高的特點(diǎn)。 異質(zhì)焊縫電弧冷焊焊條： 鎳基焊條：采用純鎳、鎳鐵合金或鎳銅合金作為焊芯； 銅基焊條：銅有良好的塑性，有減少白口組織的作用，可松弛焊縫中的焊接應(yīng)力，減少裂紋； 高釩焊條：釩是碳化物及鐵素體形成元素，釩

27、可與碳形成彌散分布的碳化釩，其鐵素體基體可抑制裂紋產(chǎn)生。 焊前清理：焊前應(yīng)將鑄件缺陷周圍的型砂、油污清除干凈。鑄鐵組織疏松，晶粒間隙大，尤其是舊鑄件，在長(zhǎng)期使用過程中會(huì)滲入油污、水分和雜質(zhì)，若不清理干凈，會(huì)使焊縫產(chǎn)生氣孔。此外，由于焊縫中油質(zhì)碳化，會(huì)使接頭熔化金屬間潤(rùn)濕不良，影響焊縫與母材的熔合，使接頭質(zhì)量下降。 清理方法和要求與同質(zhì)焊縫的焊條電弧焊相同。 坡口制備：電弧冷焊焊補(bǔ)裂紋缺陷時(shí)，坡口常用U形，也可用V形。開坡口前應(yīng)先在裂紋兩端鉆孔，以免裂紋擴(kuò)展。坡口表面在機(jī)加工時(shí)要盡量平整，以減少基本金屬的熔入量。圖7 裂紋缺陷的坡口a、未裂透缺陷坡口 b、裂透缺陷坡口 焊接：采用短段、斷續(xù)施焊。

28、焊接鑄鐵時(shí)易開裂，為減少熱應(yīng)力和防止冷裂紋，必須減少焊接區(qū)與母材的溫差。冷焊不是通過預(yù)熱而是通過降低焊接區(qū)溫度來達(dá)到降低焊接區(qū)與母材溫差的目的，故焊接電流應(yīng)盡可能小。 焊接過程中，每焊一小段后，應(yīng)立即采用帶圓角的尖頭小錘快速錘擊焊縫，既可松弛焊接應(yīng)力，防止裂紋，又可錘緊焊縫微孔，增加焊縫致密性。 電弧冷焊對(duì)溫度比較敏感，難焊的鑄件應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行，防止風(fēng)吹；此外，可將工件放置爐旁，稍許提高其整體溫度；要求更高時(shí)，可將工件整體預(yù)熱200-250。 對(duì)于深坡口（壁厚15-20mm），因焊縫體積大，不能一次焊滿，否則焊后應(yīng)力增大，易引起焊后剝離?？刹扇∫韵麓胧?多層焊，采取適當(dāng)?shù)暮附禹樞蚩蓽p少焊接應(yīng)力

29、。圖8 鑄鐵多層焊順序 當(dāng)母材材質(zhì)差、焊縫強(qiáng)度高時(shí)，或工件受力大、要求強(qiáng)度高時(shí)，可采用栽釘焊法。即在鑄件坡口上鉆孔攻螺紋，然后擰入鋼質(zhì)螺釘（可用M8螺釘，間距20-30mm）。圖9 栽釘焊法示意圖 坡口內(nèi)裝加強(qiáng)筋條，可承受巨大應(yīng)力，提高焊補(bǔ)接頭的強(qiáng)度和剛度，且可大大減少焊縫金屬，減少焊接應(yīng)力，可更有效防止焊縫剝離。圖10 裝加強(qiáng)筋焊法 當(dāng)焊補(bǔ)較大的缺陷時(shí)，為節(jié)約價(jià)格昂貴的鎳基焊條或高釩焊條，可在第一、二層采用鎳基焊條或高釩焊條，以后各層用低碳鋼焊條焊滿，即組合焊接法。圖11 組合焊接法 三、氣焊 灰鑄鐵采用氣焊時(shí)，氣焊的火焰溫度一般低于3400，比電弧焊低得多。且由于火焰分散，熱量不集中，焊接加熱時(shí)間長(zhǎng)，加熱面積大，冷卻慢，有利于石墨化過程的進(jìn)行，故焊縫易得灰鐵組織，焊接熱影響區(qū)不易產(chǎn)生白口及淬硬組織。 由于氣焊的加