淺談焊條電弧焊焊補鑄鐵的幾種方法

李秀方　李英亮

摘 要：由于鑄鐵具有較好耐磨性、減振性和鑄造性，是機械制造業中用的最多的金屬材料。鑄鐵零件在鑄造使用過程中，不可避免地出現鑄造缺陷及局部損壞，重新加工費時費力，常采用焊補后再加工的方法來修復。常用的焊補方法有氣焊、電弧焊，其中焊條電弧焊應用最多。鑄鐵焊接性較差，在焊接過程中極易出現白口和裂紋，而白口和裂紋又是焊接工作中的重大缺陷。本文主要介紹鑄鐵的特性及其焊條電弧焊焊補鑄鐵的幾種方法。

關鍵詞：鑄鐵；焊接；白口；裂紋

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.045

0 引言

鑄鐵是生產工作中常用的金屬材料，但卻有較強的耐磨性，常見到的比如機床軸承座、排沙泵等。鑄鐵焊接性較差，在焊接過程中極易出現白口和裂紋，而白口和裂紋又是焊接鑄鐵易出現的重大缺陷，這就使我們必須掌握補焊鑄鐵的方式和方法。

1 鑄鐵的性能及特點

1.1 鑄鐵的性能

鑄鐵的抗拉強度低、塑性和韌性比碳鋼低，但由于石墨的存在，使鑄鐵具有了良好耐磨性、高消振性、低缺口敏感性。鑄鐵成分接近于共晶成分，其熔點低約1200℃左右，鐵水流動性好，其鑄造性能優于鋼，因而通常用鑄造的方法制成鑄件使用。

1.2 鑄鐵焊補時常出現的缺陷

鑄鐵含碳量高，焊接性差，其主要問題是產生白口和裂紋。

（1）白口組織。鑄鐵件焊接過程中的冷卻卻速度比鑄造時快得多，因此在焊接時焊縫及半熔化區（熔合線附近區域），將會產生大量的滲碳體，基本上屬于白口鑄鐵組織，嚴重時可使整個補焊焊縫完全脫落。若用低碳鋼焊條補焊鑄鐵，焊縫呈高碳鋼成分，在冷卻時將產生高硬度馬氏體，防止產生白口可采取以下措施：1）使用石墨化型焊條，即采用在涂料中加入大量石墨化元素（如碳、硅等）的鑄鐵焊條，或采用鎳基和銅基鑄鐵焊條；2）采取焊前預熱、焊時保溫和焊后緩冷，以降低焊縫區的冷卻速度，延長熔合區處于紅熱狀態的時間，使石墨化充分，減小熱應力。

（2）易產生裂紋。鑄鐵焊接時很容易產生裂紋，鑄鐵中存在的石墨本身，就像無數條小裂紋，在焊接應力作用下，很容易在鑄件熱影響區產生“熱應力裂紋”，這種裂紋多為橫向，產生時伴有響聲。另外，當使用結構鋼焊條（如結422、結506等），鎳基焊條，氧化鐵型焊條、銅基焊條焊接鑄鐵時，還會在焊縫中產生“熱裂紋”。這種裂紋產生的部位總是在焊縫金屬上，其斷口發藍和發黑。防止產生裂紋可采取以下措施：1）采用焊前預熱和焊后緩冷，不但可以減少白口傾向，而且還能減小焊接應力，防止裂紋產生；2）選擇塑性好的焊接材料，以調整焊縫成分，改善焊縫的組織，使焊接應力得到松弛；3）采用減小焊接應力的其他補助措施，如分段斷續焊、分散跳焊，焊接過程（或在高溫情況下）錘擊焊縫等。

2 焊條電弧焊補焊鑄鐵的方法

2.1 冷焊法

采用非鑄型組織的焊條電弧冷焊，也稱異質焊縫電弧冷焊。其基本特點是獲得的焊縫都不是鑄鐵成分，所以產生白口問題不嚴重，使焊縫成為塑性好的組織。目前異質焊縫鑄鐵冷焊的焊條種類有高釩鑄鐵焊條、純鎳芯鑄鐵焊條、鎳鐵鑄鐵焊條、銅鐵鑄鐵焊條等。其中鎳基焊條（鑄308）焊后可進行機械加工，其他焊條焊后的加工性較差。焊前，能通常不預熱（也可低溫預熱），焊接過程中，也不需輔助加熱。焊接時采用短焊道、斷續焊或分段跳焊，且用小電流、快焊速及焊后錘擊焊縫消除應力。

多層焊時，應控制層間溫度不能過高，底層焊縫要盡量減小熔合比。當操作手法適當，鑄件尺寸和補焊位置合適時，采用低碳鋼焊條，也可獲得滿意的補焊效果。

2.2 半熱焊法

這種焊法采用鋼芯強石墨化型鑄鐵焊條，如鑄208等，焊前一般需經400℃左右的預熱，用較大的電流和弧長，連續、慢速焊，焊后保溫緩冷，不能用錘擊焊縫。焊后焊縫的加工性不穩定，強度與母材相近似。如果焊后要進行加工，可進行200℃保溫12h的退火處理。

2.3 不預熱焊法

特點是采用大直徑的鑄鐵芯焊條，如鑄248、鑄258等。焊前不預熱，焊接時選用較大的焊接電流和弧長，其電流選用值與使用的焊條直徑有關。一般地，Φ4.0mm的焊條對應180～240A、Φ5.0mm的焊條對應240～300A的電流。

焊接采用連續焊，焊后需保溫緩冷。在補焊加工面的缺陷時，可在焊縫表面加焊退火焊道，以使焊縫緩冷。這種方法稱做“退火焊道段軟”，如果缺陷較淺，只焊一層時，可將先焊的上部鏟掉些再焊一層，以改善焊縫的組織和加工性能。這種焊法的硬度、強度和顏色基本與母材相同。但焊縫處于剛性較大時，焊后易出現裂紋。

2.4 熱焊法

采用鑄鐵芯焊條。焊前預熱溫度為600～700℃。焊接時，一般選平焊位置，并要始終保持焊件溫度在焊接過程中不低于400℃。連續焊接，更換焊條時動作要快，使焊縫緩冷。焊后還需進行650℃左右的消除應力退火處理，并在爐中緩慢冷卻。由于焊件冷卻慢，溫度分布均勻，有利于消除白口組織，減少應力，防止裂紋產生。這種方法焊后可進行機械加工，硬度、強度及顏色與母材一致，但當缺陷四周剛度較大時也容易開裂。

3 結論

鑄鐵的焊接，是較為難焊的一種金屬連接方法。在實際的焊接中，不管你采用冷焊法、半熱焊法，還是采用熱焊法，只要焊接能達到焊件的結合性和使用性，不出現白口組織和裂紋等缺陷，就算基本達到焊接要求了。除了焊接操作者本人技術因素外，從焊接工藝的角度講還應該注意一些問題，比如盡量采用塑性好的焊接材料、減少焊材熔合比、減少溫差（避免或減少淬硬組織的生成條件）、控制線能量輸入等，合適的焊接工藝加上良好的焊接操作水平，相信鑄鐵也就不那么難焊了。本文概述了鑄鐵的焊接性能，介紹了生產實際中鑄鐵件焊條電弧焊補焊的幾種方法及工藝要點，不足之處望商榷。

參考文獻：

[1]王國凡，湯愛君，馬海龍.HT200鑄件退火-焊接工藝的研究[J].熱加工工藝，2004（01）：102-103.

[2]中國機械工程學會焊接學會編.焊接手冊[M].機械工業出版社，2001.

[3]周振豐主編.焊接冶金學[M].機械工業出版社，1995.

作者簡介：李秀方，男，山東兗州人，本科，焊接高級實習指導教師，主要從事焊接實踐教學。