学文网【摘要】本文针对铸铁件在使用过程中，由于超负荷，使用环境，机械事故等原因，造成铸铁设备（件）的损坏。介绍了铸铁手工电弧冷焊的焊补工艺，具有工艺简单、成本低、操作方便、劳动强度低、工件基本不变形等优点，焊缝强度能满足使用要求，保证了铸铁焊补的施工质量。
【关键词】铸铁件；手弧焊；冷焊；补焊
1、前言
铸铁工件的种类很多，用途也较广泛。根据铸铁的焊接特点，对铸铁件采用相应的焊补工艺进行焊补，以减少焊缝形成白口及淬硬组织，避免产生裂纹和气孔。提高铸铁设备（件）的使用周期，降低焊补成本。本文从铸铁的种类和性能、焊接设备、材料和焊接工艺、注意事项等方面介绍了铸铁电弧冷焊的焊补工艺技术。
2、铸铁的种类和性能
2.1铸铁的分类
铸铁是含碳量大于2.11﹪或具有共晶组织，且含有一定量的硅、锰元素及硫、磷杂质的铁碳合金。有时还可加入各种合金元素，以获得具有特殊性能的合金铸铁。在Fe-C二元合金系中，按稳定系相同，根据碳含量的不同，铸铁可分为：亚共晶铸铁ω（C）﹤4.26﹪、共晶铸铁ω（C）=4.26﹪、过共晶铸铁ω（C）﹥4.26﹪。按碳在铸铁中的存在状态、形式和生产方法的不同，可分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及合金铸铁五类 。
2.2铸铁的焊接性
铸铁的化学成分特点是碳及硫、磷杂质含量高。焊接过程中，因相变速度快而产生的组织应力大，增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及对冷，热裂纹的敏感性；力学性能特点是强度低，基本无塑性。且由于焊接过程是不均匀的快速加热和冷却过程，易产生较大的焊接应力，使焊接接头容易产生白口及淬硬组织，易产生裂纹。因此，铸铁的焊接性较差。
3、铸铁电弧冷焊的优点及工艺要点
3.1铸铁电弧冷焊的优点
铸铁异质焊缝电弧冷焊的优点是焊前对被焊工件不预热，使焊接工艺过程大大减化，不仅降低了焊补成本，改善了焊工的劳动条件，而且提高了焊补效率。此外，电弧冷焊还具有适用范围广，可进行全位置焊接等特点。对于大型铸件或不能预热的已加工面更适于采用电弧冷焊。所以铸铁电弧冷焊是一个发展方向。
3.2铸铁电弧冷焊的工艺要点
铸铁电弧冷焊可分为，同质（铸铁型）焊缝和异质（非铸铁型）焊缝。异质焊缝要获得好的焊接质量，不仅要根据焊补要求正确选择焊接材料，而且要注意掌握焊补工艺要点。异质焊缝电弧冷焊的工艺要点可总结为：“短段、断续分散焊，较小电流熔深浅，焊后锤击消应力，退火焊道前段软。”异质焊接材料电弧冷焊的重点仍是防止裂纹，减少白口及淬硬组织的产生。在保证电弧稳定的情况下采用小直径焊条，小电流快速焊，以减少母材在焊缝中的熔合比，降低焊缝中碳、硫、磷等有害杂质的含量，提高焊缝质量。同时，减少了焊接热输入及焊接应力，防止裂纹的产生。异质焊缝电弧冷焊主要是通过调整焊缝化学成分，来改善接头的组织和性能。
4、焊接设备和材料的选用
4.1推荐使用直流弧焊机并采取反接法（工件接负极，焊条接正极）这样可使焊接电弧稳定，满足低氢型碱性焊条的工作条件。如采用交流焊机，则空载电压需在75V以上。
4.2使用的焊条既要达到焊补后无白口和裂纹的效果，还要价格低，易于购买。因此，推荐使用J507或J506型碳素结构钢焊条修补铸铁管和铸铁阀门裂纹，选用J422型焊条堆焊，还可代替专用焊条开裂纹坡口。上述几种焊条含硫、磷等杂质少，因而焊缝的抗裂性、塑性和韧性都较好。但这些焊条易受潮，使用前需将J507、J506型焊条在350-400℃下烘焙2h，J422型焊条在70-150℃下烘焙1h。推荐使用镍基EZNi-1（308）焊条修补缸体，焊前应将焊条在150℃下烘焙2h。
5、焊前准备
5.1认真检查缺陷，清除油污，详细检查裂纹，为防止焊补过程中裂纹扩展，应在裂纹两端3--5mm处钻Φ5-φ8mm的止裂孔。
5.2当焊件厚度或缺陷深度大于5mm应开坡口，用直径3.2mm的J422焊条手工电弧开80°U形坡口，坡口底部应平整，其深度为焊件厚度的2/3，切割电流为150-160A。坡口开好后，用凿子剔除坡口及附近的飞溅，用钢刷清理坡口，使其露出金属光泽。
6、焊接工艺措施及工艺参数
6.1采用异质焊接材料手工电弧冷焊的工艺措施
为防止裂纹，减少白口及淬硬组织的产生。应采用小直径焊条、小电流、快速焊，同时，采用短段、断续分散焊、多层多道焊及焊后锤击消应力。以控制焊接热输入，减小焊接应力及热影响区的宽度，防止产生裂纹，减少最易形成白口的半熔化区的宽度，使白口层变得薄些。
为减少焊接热输入，降低焊补温度，多层焊层间温度应控制在（50-60℃）以下。每层焊缝要薄。不作横向摆动。以降低应力及减少半熔化区的宽度。焊缝越长，所承受的拉应力越大，故采用短段焊有利于降低焊缝应力状态，减少焊缝发生裂纹的可能性。一般每段焊缝长度，薄壁件为10—20mm，厚壁件为30-40mm。焊后应立即用小锤快速敲击处于高温而具有较高塑性的焊缝，以松驰焊补区的应力，防止裂纹的产生。运用退火焊道的方法。当补焊加工面的线状缺陷时，可采用退火焊道的方法以改善补焊区的切削加工性能。为避免焊件局部过热而增大焊接应力，应采用分散焊法。对大厚件多层焊应合理按排多层焊焊接顺序。必要时可在坡口表面焊过渡层，可有效的防止焊缝剥离。
6.2焊接工艺参数
焊接电流：详细参数见表一。
坡口角度：非穿透性缺陷深度﹤15mm的坡口角度应为70-80°，缺陷深度﹥15mm的坡口宽度应为15-25mm。穿透性缺陷，壁厚﹤15mm的坡口角度为70-80°，钝边为2-3mm，壁厚﹥15mm的可开双面坡开，坡口角度为70-80°。
焊条与电流匹配参数表 （表一）
焊条直径（mm） 2.0 2.5 3.2 4.0
电 流 （A） 40--60 50--80 100--120 130--190
注意事项
1.严格控制母材在焊缝中的熔合比。采用小的坡口角度、焊条直径、焊接电流，适当提高焊速，控制每段焊缝长度，控制层间温度，每层焊道要薄，以减少焊接热输入。2.焊后应立即用小锤快速敲击处于高温而具有较高塑性的焊缝，以松驰焊补区的应力，如果坡口底部锤击不便，可锤击钝刃扁铲，以消除焊接应力。
结论
铸铁冷焊技术不仅强度可靠，效率高，成本低，修复速度快，并且还可对某些大型铸铁件在不拆卸的情况下，进行全位置焊补修复，工件不易变形，焊工劳动条件好等优点。焊缝强度能满足使用要求，保证了铸铁焊补的施工质量，技术效果及经济、社会效益十分显著。
参考文献
[1]《焊接技术》杂志.天津市焊接研究所.天津
[2]《焊接》杂志.机械工程学会焊接学会.哈尔滨焊接研究所
[3]《焊接学报》杂志.中国机械工程学会.哈尔滨
[4]张连生.《金属材料焊接》.机械工业出板社，2007
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