铸铁焊补的常见问题与探究

铸铁焊补的常见问题与探究

王凤娟

华北油田公司第一采油厂河北任丘062552

摘要：铸铁目前常以铸件的形式应用于生产，由于铸造工艺的特点，铸铁件往往存在着不同程度的缺陷，在生产中由于各种原因造成铸铁件的损坏。铸铁焊接是对存有缺陷或者损坏的铸铁件进行补焊。铸铁补焊根据铸铁类型的不同焊接性能也不同。

关键词：铸铁；冷焊；裂纹

1铸铁的分类和性能

铸铁中的主要成分是铁和碳。根据碳在组织中存在的形式，铸铁可以分为以下几类。

1.1白口铸铁：铸铁中的碳以渗碳体的形式存在，因其断面呈银白色，所称为白口铸铁。自口铸铁性硬而脆，很少直接应用，仅少量用于要求耐磨的机件，如铸造札钢辊及磨辊等。

1.2球墨铸铁：铸铁中的碳以球状石墨分布在基体上，称为球铸铁。球墨铁具有较高的强度和一定的塑性，可部分代替碳钢铸件使用。

1.3可锻铸铁：将白口铁加热到930°C缓慢冷却，经过较长时间的退火处理、渗碳体分解为絮状的石墨，称为可锻铸铁。可锻铸铁具有较高的抗拉强度和较好的塑性，但并不能锻造。宜于造形状复杂受冲击载荷的薄壁零件。

1.4灰口铸铁：当铸铁中的碳以片状石墨的形式分布于金属基体中时，因断口呈暗灰色，所以称为灰口铸铁。灰口铸铁具有一系列优良的性能。如耐磨、吸收、良好的切削加工性、良好的铸造性能以及较小的缺口性等。所以在生产中得到了大量的推广使用。

由于灰口铸铁在生产中的大量推广使用，下面就灰口铸铁的焊接性和焊补技术进行分析。

2灰口铸铁的焊接性

灰口铸铁的焊接性是较差的，特别是在电弧焊时，如果焊条选择不当，或者没有采取一些特殊的工艺措施，则在焊接过程中会产生一系列的缺陷。

2.1产生白口组织。在一般焊接条件下，焊补区的冷却速度比焊件铸造时快得多，特别是在熔合线附近，是整个焊焊缝冷却速度最快的地方，而且其化学成份又和基本金属相接近，所以首先在该处形成白口组织

2.2产生裂纹。由于灰铸铁的塑性接近零，抗拉强度又较低，当焊接时局部快速加热和冷却，造成较大的内应力时，就容易造成裂纹。

3灰口铸铁的焊补特性

灰口铸铁的补焊方法主要是采用电弧焊或气焊。气焊与电弧焊相比，其生产率低，成本高，焊工的劳动强度高，焊接变形大。焊补大型铸件难以焊透。因此，目前已逐步采用电弧焊代替气焊进行焊补。

按照焊件在焊接前是否预热可把手弧焊分为冷焊、半热焊（预热温度在400C°C以下）和热焊（顶热温度为400～700°C）。热焊法是在焊接前将焊口加热到600-700°C，并在焊接过程中保持一定温度，焊后在炉中缓慢冷却的焊接方法。有利于消除白口组织，减少应力，防止产生裂纹。但成本高，工艺复杂，焊接时劳动条件差，当缺陷被周围刚性大的部位所包围，在焊接时不能自由热胀冷缩，用热焊易造成裂纹的焊件才用冷焊。灰口铸铁的焊补特性表现以下几个方面。

3.1冷焊焊补生产率高，成本低，劳动条件好，减少了焊件因预热时受热不均匀而产生的变形和焊件已加工面的氧化，因此，在尽可能的条件下应才用冷焊法。

3.2补焊易产生热应力裂纹。热应力是在不均匀的加热及随后的冷却过程中工件不能均匀地热胀冷缩所引起的应力焊接及不适当的局部预热均可引起较大的热应力。与热裂纹及冷裂纹本质不同，热应力裂纹主要是或者单纯是热应力引起的拉伸应变超过材料薄弱部分的变形能力而形成的。由于铸铁的塑性很差，所以焊补或焊接时，其热应力裂纹倾向比塑性材料大得多。铸铁补焊时，热应力裂纹大致有三种表现形式：

3.3在升温过程中，也可能是在焊后冷却过程中补焊区以外的母材断裂。其部位多发生在铸铁件的薄弱断面和断面形状或壁厚突变处。其原因是不适当的局部预热或过大的焊接加热规范。

3.4焊缝或焊补区在冷却过程中产生横向裂纹，方向大致与熔合线相垂直。这种裂纹有时只发生在紧邻焊缝的母材上，有的与焊缝上的热裂纹接通，也有的横贯焊缝及邻近的母材。其原因是不合理的焊接操作工艺，特别是焊缝一次焊接过长，也可能是不适当的局部预热所造成。

3.5焊缝金属在冷却过程中产生沿熔合线的裂纹，甚至焊缝与母材剥离。这种形式的热应力裂纹是采用非铸铁质焊条冷焊时，比较容易出现的。焊缝材质的强度等级愈高或铸铁母材强度等级愈低，这种裂纹的倾向愈大。坡口越深，填充金属越多越易产生剥离。适当提高工件整体或焊接环境温度，控制焊补区的温度，短焊道断续焊，焊后及时而充分的锤击等也有利于避免这种形式的热应力裂纹。

3.6熔合区易产生白口组织。采用铸铁填充金属时，减慢高温(800℃以上)时的冷却速度，并增强焊缝的石墨化能力(适当提高碳、硅含量)是防止焊缝金属和熔合区产生白口的主要途径。电弧焊冷焊时，采用高镍或纯镍焊条，可减弱熔化区的白口倾向，改善接头的机械加工性。

3.7焊缝金属的热裂纹倾向。铸铁组织的焊缝金属不存在热裂纹倾向，采用非铸铁组织的焊条或焊丝冷焊铸铁时，焊缝热裂纹倾向随焊缝材质的不同而不同。焊缝中母材熔合比例的增加和过分延长焊缝处于高温下的停留时间将加大热裂纹倾向。底部圆滑的坡口，小电流，窄焊道以及短焊道，断续焊等能减小热裂纹倾向。

4冷焊焊补灰口铸铁操作要点

4.1选择焊条:选用纯镍焊条铸308或镍铁焊条铸408,其中一铸308最好，半溶化区白口带的宽度在所有冷焊条中是最窄的，抗裂性好，将焊条在150＂C的温度下烘干1小时备用。

4.2焊前准备:将裂纹区的油漆等污物清除干净,检查裂纹延伸的尽头，根据裂纹的长度和方向，在裂纹两末端外5～10mm处各钻直径7～8mm的止裂孔，沿裂纹两侧开60～70°U型坡口，坡口周围15mm内要打磨出金属光泽，直流弧焊电源，反极性进行焊接。

4.3操作方法：

4.3.1选用小直径焊条，小电流，短电弧，减少内应力和热影响区的宽度

4.3.2采用分段倒退焊，降低拉应力，防止出现裂纹。

4.3.3采用多层短焊道焊接，一般每次焊接10-40毫米，充分冷却后再焊，每焊一道焊道时，用圆头锤快速锤击焊缝，每焊一层都要仔细检查有无开裂，发现应及时铲除，重新补焊。

5总结

5.1铸铁的铸造缺陷大部分可焊补，但焊补人员应熟知相关焊接工艺规程，了解各类铸铁件焊接性能，选择合适的焊接参数。

5.2较小的焊接电流和较快的焊速，不作横向摆动(窄焊道)、多层焊、尽量不在母材引弧，少熔化母材，短焊道(10～50mm)断续焊，层间冷却到60～70℃后，再继续焊，焊后及时充分锤击焊缝金属。

5.3铸铁的焊补方法很多，但每种方法各有其特点，只能适应某些缺陷的焊补来选择确定。

结束语

本文对冷焊焊补灰口铸铁进行了分析和概述，目前冷焊法焊补灰口铸铁正在我国推广使用，并获得迅速发展，具有很大的经济意义。

参考文献

[1]《石油工人技术等级培训教材---电焊工》石油大学出版社1999.5.1出版.书号ISBN7-5636-0794-3/TH.28.