CO₂氣體保護焊在鑄鐵補焊中的應用

摘要：針對鑄鐵的高含碳量，利用二氧化碳氣體在高溫下具有一定氧化性和含氫量低的特點，在施焊時將鑄鐵熔池中的碳部分燒損，使焊縫中間得到低碳鋼組織。這種突破鑄鐵傳統焊接工藝的新方法，是將焊接材料和施焊方法二者的優點合二為一，能有效地避免鑄鐵焊接產生白口、裂紋，同時降低焊接成本，提高焊接效率。

關鍵詞：CO2保護焊 鑄鐵補焊 白口 裂紋

中圖分類號：TG444.72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0000-00

1. 前言

鑄鐵在工業中的應用十分廣泛，各種床身和零部件大多數是用鑄鐵制成的，由于鑄造工藝的特點，鑄鐵往往存在著夾沙、裂紋等不同程度的缺陷，另一方面，在生產中由于各種原因引起鑄鐵件某些關鍵部位斷裂導致工件不能正常工作，對損壞的鑄鐵進行補焊是常用方法之一。

鑄鐵件的修復有多種途徑和方法，已被廣泛應用的有美國等提出的鎳基焊條施焊技術，前蘇聯提出的用純鎳焊絲的氬弧焊技術，日本專利（昭39-18230）公開的機械零部件裂紋的防止方法，該方法是在發生裂紋的地方開坡口，對母材進行預熱150度-200度，將純鎳焊條埋入坡口并進行電弧焊，焊接后在540度-560度中保溫4小時，并在爐中冷卻進行機械加工。

上述這些方法一般能解決鑄鐵件的修復問題，但鎳基焊條及焊絲價格昂貴，對焊工要求高，若焊得不合適，則仍存在加工性不好的問題，且工藝復雜，生產率難以提高。

采用C02氣體保護焊對鑄鐵件加工面缺陷進行修復的方法，在焊前不預熱，焊后不進行熱處理的前提下，焊后可直接上機械加工線進行切削加工，包括在焊區鉆小孔和攻絲，并確保其加工精度，還可較方便地使焊區顏色與母材一致。

2. CO2氣體保護焊工藝特點

CO2氣體保護焊是利用CO2氣體為保護氣體的一種熔化極氣體保護焊的焊接方法，簡稱CO2焊。由于CO2氣體比空氣重，因此從噴嘴中噴出的氣體可以在電弧區形成有效的保護層，防止空氣進入熔池，特別是空氣中氮的有害影響。CO2焊接電流密度較大，電弧熱量利用率較高，焊絲又是連續送進，以及焊后不需要清渣，因此提高了生產率。由于電弧加熱集中，工件受熱面積小，同時CO2氣體有較強的冷卻作用，焊接時熱輸出量小，焊縫的熱影響區窄，焊件焊后的應力和變形都比較小，有效地控制了裂紋的產生。焊縫含氫量少，抗裂性能好，焊接接頭的力學性能好，故焊接質量高。

采用CO2作為保護氣體，由于CO2氣體是氧化性氣體，在電弧高溫作用下約有40%～60%左右的CO2氣體會發生分解‘CO2= CO+O’，分解出來的原子態氧具有強烈的氧化性，使碳和其他合金元素大量氧化，利用CO2氣體保護焊這一優點，將高碳鋼的鑄鐵熔池中碳元素部分燒損，焊接過程中鑄鐵基體金屬在焊縫中溶入量比較少，使焊縫能得到低碳焊鋼組織，在靠近母材處得到中碳焊鋼或高碳焊鋼組織，因而能有效地避免鑄鐵產生白口、裂紋等。

3. CO2氣體保護焊進行鑄鐵補焊的補焊工藝

3.1 清除裂紋，準備焊道

先將鑄鐵損壞的部分，如裂紋等徹底清除，清除的方法為：在裂紋終端鉆止裂孔，補焊部位用扁鏟、砂輪等開坡口（破口的坡度應根據焊件裂紋損壞程度和便于施焊而定），將坡口加工成V型，坡口表面盡可能平整；加工的坡口形狀要保證便于焊補及減少焊件的熔化量。為防止潛在裂紋存在，在明顯裂紋周邊等處，用火焰加熱至200攝氏度～300攝氏度，加熱至不再冒煙為止，自然冷卻后觀察是否有細小裂紋存在。

3.2 鉆止裂口，清除油污

在裂紋終端處的裂紋鉆止裂孔，防止裂紋擴散。將坡口附近的油污清除干凈，以免引起氣孔。

3.3 采用短焊道及短路過渡焊接法

一般每次焊10-40mm，待其充分冷卻后再焊。焊接時，坡口深而寬的在基體先焊過渡層，以后逐層施焊。用小電流，低電壓短路過渡形式，母材熔深淺，以減少內應力和熱影響區的寬度。

3.5 焊縫處理

每焊一短焊道后，用圓頭錘沿焊逢向外錘擊。

4.細絲CO2氣體保護焊補焊鑄鐵實施案例

大型模具去沙孔補焊

工件缺陷：某125摩托車油箱凸模多處存在沙孔，整個凸模基體存在強度缺陷，其材料為球墨鑄鐵，牌號為QT45-10。

補救方法：先將鑄鐵沙孔中的沙粒清除，蜂窩狀的部分用扁鏟清除掉，銹蝕和沙粒用角磨機清理干凈，在補焊部位用扁鏟或砂輪角磨機開坡口，坡口的角度為60°+5。（破口的坡度應根據焊件損壞程度和便于施焊而定），將坡口加工成V型，坡口表面盡可能平整，便于焊槍深入到根部。將坡口附近的油污清除干凈，以免引起氣孔。選擇直徑為1.0毫米、材料為Ho8Mn2Si焊絲含硫、磷低，用CO2氣體保護焊焊接，焊接時以后逐層施焊。焊接工藝參數如下：電弧焊壓18V～20V，焊接電流90A，CO2氣體壓力0.2Mpa～0.3Mpa。流量8L/min～10L/min，焊絲伸出長度8mm～10mm。

5.結束語

由于鑄鐵焊接性能差是焊接領域一大難點，根據以上事例來看焊后工件融合區的最高硬度為290HBS左右，能有效控制白口裂紋，可以進行機械加工。用CO2氣體保護焊對鑄鐵進行補焊，若補焊工藝恰當，能有效地避免鑄鐵產生白口、裂紋等缺陷。

參考文獻

[1]焊工手冊.湖北科學技術出版社，第1版 （2006年4月1日）