灰铸铁的常用焊接方法

新型焊接技术在铸造中的应用

铸铁具有成本低，铸造性能、减震性能、耐磨性能与切削加工性能优良等很多优点，而且熔炼设备简单，所以在机械制造业中获得了非常广泛的应用。

灰铸铁中的石墨以片状存在，应用广泛，其焊接主要应用于以下方面：

（1）铸造缺陷的补焊很多工厂都有铸造车间，一般铸件废品率都很高，采用焊接方法修复这些有铸造缺陷的铸件，不仅有利于及时完成生产任务，而且还可大大降低铸件成本。

（2）损坏铸铁件的补焊由于各种原因，使铸铁在使用过程中会受到损坏，出现裂纹等缺陷，使产品报废。要更换新的，有的一时无法解决，将严重影响生产任务的完成，而且成品铸件都是经过机械加工的，价格往往也很贵。若能及时用焊接方法修补，不仅有利于生产任务的完成，而且可以节约大批资金。

（3）零件的生产即把铸铁件与刚件或其他金属件焊接起来成零部件。

灰铸铁焊接时，焊接接头中裂纹倾向是比较大的，这主要与铸铁本身的性能、焊接应力、接头组织及化学成分有关。为防止焊接时产生裂纹，在生产中主要时采取减小焊接应力，改变焊缝合金系统以及限制母材中杂质熔入焊缝等措施。

灰铸铁的常用焊接方法

1、焊缝为铸铁型的电弧冷焊

电弧冷焊的特点是焊前对被补焊的焊件不预热。所以电弧冷焊有很多优点，焊工劳动条件好，补焊成本低，补焊过程短，补焊效率高。对于预热很困难的大型铸件或不能预热的以加工面等情况更适于采用冷焊。所以冷焊是一个发展方向。

在冷焊条件下，为了防止焊接接头上出现白口及淬硬组织，还应从减慢焊接接头的冷却速度着手。为此应采用大直径焊条，大电流连续焊工艺。同质焊缝时若采用小电流断续焊工艺，由于冷却速度快，焊缝易出现白口，焊缝易裂，切无法加工。但当补焊缺陷面积小时,因熔池体积过小，冷却快，焊接接头仍易出现白口。如果情况允许，可把缺陷面积适当扩大，则可消除白口。

焊接时，使用直流反接电源，进行大电流、长弧、由中心向边缘连续焊接。当坡口焊满后不要停弧，用电弧沿熔池边缘靠近砂型移动，使焊缝堆高，一般焊缝的高度要超出工件表面5-8mm。由于电弧热通过上层焊缝传入半熔化区，使其在红热状态延续一段时间，不仅减慢冷却速度，有利于石墨充分析出；并延长了焊缝上部半熔化区的存在时间，有利于焊缝中碳的扩散，使白口组织减小或消除。此外，同质焊缝冷焊时，焊后电弧应立即覆盖熔池，以保温缓慢冷却。

铸铁型焊条电弧冷焊较电弧热焊工艺简便，焊接成本交低，在补焊较大缺陷时，只要运用工艺适当，焊后焊缝的最高硬度不超过250HBS，加工性能好。当补焊区的刚性较小时，由于焊缝能自由收缩，焊后一般不会产生裂纹，而且性能、颜色与母材一致。

但是，由于焊缝仍为灰铸铁组织，强度低、无塑性，所以采用大电流连续焊工艺，焊

件局部受热严重，故补焊大刚度缺陷时容易出现焊缝裂纹。但在补焊钢度不大的中、大

型缺陷时，可获得满意的效果。该法在机床厂及铸造厂等中等厚度以上焊件的缺陷补焊

上得到一定应用。

异质焊缝又称为非铸铁型焊缝。电弧冷焊是铸铁焊接中最常用的方法。因铸件在焊

接中不需要预热，使焊接过程大大简化，不仅降低了焊接成本，而且使焊接操作者的工

作条件得到改善。此外，它还有适应范围广，可进行全位置焊接及焊接效率高等特点，所以异质焊缝电弧冷焊是一种很有前途的焊接工艺方法。异质（非铸铁型）焊缝的电弧2、电弧热焊及半热焊

将焊件整体或有缺陷的局部位置预热到600~700度，然后进行补焊，焊后并进行缓

冷的铸铁补焊工艺，人们称之为“热焊”。预热温度范围为300~400度称为“半热焊”。

电弧热焊时，一般将铸件整体或补焊区局部预热到600~700度，然后再进行焊接，焊后保温缓冷。热焊预热温度一般在700度以下，不超过铸铁的共析转变温度。因为，超过共析转变温度时，焊后会引起铸铁的基体组织变化，珠光体基体中的渗碳体会在共

析转变时分解并形成石墨，使铸件的硬度和耐磨性降；而且在石墨析出时，还伴随着体

积长大，使铸件的变形增加。再者，铸铁宰600~700度预热温度下焊接，不仅有效地减

小的接头的温差，而且铸铁由常温时完全无塑性变为有一定的塑性, 加之焊后缓慢冷却, 使接头的应力状态大为改善, 从而有效地防止了冷裂纹的产生。热焊工艺具体如下：1）预热对结构复杂的铸件，由于补焊区刚性大，焊缝无自由膨胀收缩的余地，故宜采用整体预热；而结构简单的铸件，补焊处刚性小，焊缝有一定膨胀收缩的余地，例如铸件边缘的缺陷及小块断裂，则可采用局部预热。

整体预热的方法一般是将铸件整体用地炉或砖砌明炉加热，局部预热可用气焊或

煤气火焰加热。大型工厂中铸件补焊批量大时，常装备有专门进行预热的连续式煤气加

热炉。铸件补焊前，进行装有传送带的煤气加热炉，依次经过低温，中温及高温加热，使焊件升温缓慢而均匀，然后出炉补焊。补焊后再把焊件送入另一传送带，反过来由高

温区到低温区出炉，以消除补焊后的残余应力。

2）焊前清理在进行电弧热焊之前，首先应对铸件的待焊部位进行清理，并制好

坡口。铸件缺陷处如有油污，一般可用氧乙火焰加热除净，然后根据缺陷的情况，可

采用手砂轮，扁铲，风铲等工具进行加工。制作坡口时应铲到无缺陷后再开坡口，开出

的坡口应是底部圆滑，上口稍大，以便于操作和保证焊接质量。

3）造型对于边角部位及穿透缺陷，焊前为防止熔化金属流失，保证原定的焊缝

成形，还应在待焊部位造型，其形状尺寸如图6-5所示。

造型材料可用型砂加水玻璃或黄泥。内壁最好放置高温的石墨片，以防止造型材料受

热溶化或下塌，并应在焊前进行烘干。

4）焊接焊接时，为保持预热温度，缩短高温工作时间，要求在最短的时间内焊

完，故宜采用大电流，长弧，连续焊。焊接电流I的确定，可根据经验公式: I=（40~60）d。式中d表示焊条直径。因铸铁焊条药皮中含又较多的高熔点难熔物质石墨，采用适当的长弧焊。将有利于药皮的熔化以及石墨向焊缝中过渡。

5）焊后缓冷焊后要采取缓冷措施，常用保温材料覆盖，最好随炉冷却，电弧热焊适用于中厚铸件的大缺陷补焊。对于8MM以下的薄壁铸件补焊理时，因容易烧穿，故不宜使用。

采用电弧热焊工艺，焊缝为铸铁型，力学性能基本于母材相同，颜色与母材一样，具有良好的切削加工性，焊后残佘应用力小，接头质量高，但是，由于铸件的预热的温度高，使操作者的工作条件恶化；同时加热消耗燃料多，会使补焊成本增高；另外，焊接工艺复杂化，增加了生产周期，使生产效率降低。因此，电弧热焊工艺的应用和发展都受到了较大的限制。

为了降低预热温度，改善劳动条件，人们在实践中发现，适当的提高焊缝的石墨化能力，采用300—400摄氏度的整体或局部的预热，用于钢度较小的铸件焊接，也以收到较小的效果。由于预热温度有一定程度的降低，与前述热爆相比，可以使劳支条件有所改善，并可降低补焊成本，当预热温度在400摄氏度左右时，铸铁的弹性变形能力略有增加，故在铸件补焊处应较小时，往往采用这种半热焊工艺。

半热焊预热温度较低，铸件在焊接时的温度差要比热焊条件不大，故焊接区冷焊速度将加快。因此，为了防止产生白口组织和裂纹，保证焊缝石墨化，焊缝中的石墨化元素含量一般时应高于热焊时的含量，其碳、硅总量为W（C+SI）=6.5%—8.3%，其中W （C）=3.5%—4.5%，W（SI）=3%—3.8%。一般情况下可采用“Z208”或“Z248”铸铁焊条。半热焊工艺过程基本与热焊进相同，大电流、长弧、连续焊，焊后保温缓冷。

由于半热焊预热温度比热焊低，在加热时铸件的性变形不明显，因而在补焊区刚性较大时，不易产生变形，内应力增在而导致接头产生裂纹等缺陷。因此，电弧半热焊只能用于补焊区刚度较小或铸件形状简单的情况下。

3、气焊

氧乙炔焊温度比电弧温度低很多，而且热量不集中，很适于薄壁铸件的补焊。一般气焊时，需要较长时才能将补焊处加热到补焊温度，而且加热面积又较大，实际上相当于补焊处先局部预热再进行焊接的过程。故在采用适当成分的铸铁焊芯对薄壁件缺陷进行气焊补焊理，由于冷却速度较慢，有利于石墨化过程的进行，焊缝易得到灰铸铁组织，而焊接热影响区也不易产生白口或其他淬硬组织。但由于一般气焊时加热时间长，焊任件受热面积较大，焊接热应力较大，故补焊高度较大的缺陷时，比热焊容易发生冷裂纹，所以一般气焊主要适用于刚度较小的薄壁件的缺陷补焊。对刚度大的薄壁件缺陷补焊时，为了减接焊接应力，防止裂纹出现，宜采用焊件整体预热的气焊热焊进行。预热温度为600—700摄氏度，焊后应采取缓冷措施。由于热焊具有能量消耗大，劳动条件大等缺点，焊接工作者又探索成功了较简便宜的“加热减应区”的气焊方法，对某些

刚度较大的缺陷的补焊也获得了成功。

4、灰铸铁的钎焊

钎焊时母材不熔化，故对避免铸铁焊接接头出现白口是非常有利的，使接头有优良的加工性。此外，钎焊温度较低，焊接接头应力较小，二接头上又无白口等组织，对发生裂纹的敏感性也较小，所以研究钎焊方法来补焊铸铁很早就被人们所注意。

国内外一般都采用氧乙炔焰钎焊铸铁。过去一直多采用黄铜钎料，其成分为：w(Cu)53%～55%，其余为Zn。这种钎料我国有定型产品，型号为“HL103”。钎剂可用硼砂。黄铜钎焊铸铁在我国有一定的应用。黄铜钎焊的缺点是：①钎焊接头强度偏低，一般为117.6～147MPa.②钎焊处呈金黄色，与母材颜色差异大。故黄铜钎焊在一些修配厂应用还是可以的，但应用于要求较高的新铸铁件缺陷的补焊上往往难于满足要求。经研究发现，黄铜钎焊焊缝的本身强度并不低（σb＞196MPa），而接头破坏基本都发生在与母材连接的钎接面上，这说明接头强度低主要是因钎焊接头上扩散过程不充分引起的，其原因是铜、锌常温时在铁中的溶解度都非常微小所致。经过对有关相图分析，可以知道在上述黄铜的基础上加入一定量的锰有利于问题的解决。因为锰在黄铜及铁中都有较大的溶解度，有利于钎焊接头扩散过程的进行；而且锰颜色发黑，加入黄铜中有利其颜色向铸铁靠近。但锰加入后易形成脆性β相，使钎焊焊缝塑性降低。而镍在上述黄铜中能扩大α相区，可以消除锰的这种有害作用，同时加入镍也有利于扩散过程的进行。在黄铜中加入少量的锡可提高钎料的流动性。加入少量的铝可防止锌的氧化剂蒸发。

近年来，我国已经在研制出新型的锰镍铜锌钎料及相应的钎剂（见表6-7和表6-8），用于铸铁的钎焊取得较好的效果。

利用上述钎料及钎剂焊铸铁可在700℃左右进行（比一般黄铜钎焊温度低200℃），可保证钎焊接头无任何高硬度组织出现，钎缝硬度165～199HV，热影响区硬度200HV左右，母材（HT200）硬度201～221HV，切削加工性能非常优良，完全可以满足流水线上任何机加工要求。钎焊接头强度σb＞196MPa，完全满足HT200铸铁力学性能的要求，颜色与铸铁接近。我国以生产上述钎料与钎剂，主要用于加工面撒谎那个小缺陷焊补。与电弧焊、气焊不同，钎焊前必须用机械方法将钎焊处露出金属光泽，否则钎焊不上，这可能影响在铸铁钎焊上的推广。

5、细丝CO2气体保护焊

细丝CO2气体保护焊是短路过度过程，采用小电流、低电压焊接，母材熔深浅；而且伴随小电流小电压，母材第一层的熔合比也有所减小。此外，细丝CO2气体保护焊有一定的氧化性，对焊缝中碳的氧化烧损也能起一定作用，这些都可使焊缝含碳量得到降低。

目前 ,世界灰铸铁的年产量为 3386余万吨 ,我国年产约 630万吨[1] 。而灰铸铁件的返修率一般是35 %左右 ,所以需要经过焊补修复的灰铸铁件数量相当可观。我国各种铸铁的年产量现约为800万吨，有各种铸造缺陷的铸件约占铸铁年产量的10%~15%，即通常所说的废品率为10%~15%，若这些铸件工报废，以1997年铸铁平均价格计算，其损失每年高达10亿元以上。采用焊接方法修复这些有缺陷的铸铁件，由于焊接成本低，不仅可获得巨大的经济效益，而且有利于及时完成生产任务灰铸铁使用一般焊材冷焊时 ,容易在焊缝和半熔化区出现白口和淬硬组织 ,热焊工艺则能耗大 ,劳动条件差 ,生产率低。灰铸铁使用一般焊材冷焊时 ,容易在焊缝和半熔化区出现白口和淬硬组织 ,热焊工艺则能耗大 ,劳动条件差 ,生产率低。裂纹通常发生在焊缝和热影响区，产生的原因是铸铁的抗拉强度低，塑性很差（400℃以下基本无塑性），而焊接应力较大，且接头存在白口组织时，由于白口组织的收缩率更大，裂纹倾向更加严重，甚至可使整条焊缝沿熔合线从母材上剥离下来。防止裂纹的主要措施有：采用纯镍或铜镍焊条、焊丝，以增加焊缝金属的塑性；加热减应区以减小焊缝上的拉应力；采取预热、缓冷、小电流、分散焊等措施减小焊件的温度差。