铸铁零件的常用焊接方法

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DOC 铸铁零件的常用焊接方法(2008-02-25 15:24:11)

标签：杂谈 分类：资料

由于铸铁的一些优点，在汽车制造材料中占有很大的比重。铸铁零件大多是加工精度高、价格昂贵的根底零件，如气缸体、气缸盖、变速器壳体等。铸铁零件在制造与使用过程中，经常会出现裂纹、气孔、损坏等情况。据统计，汽车在正常使用情况下，这类零件达到磨损极限时，其尺寸变化只有0.08％～0.40％，质量损失只有0.1％～1.8％，此时将零件报废，无疑是非常浪费的。因此，研究和利用先进的修理经验，合理地修复铸铁零件是十分必要地。焊接就是一种非常有效地修复铸铁零件的方法。

铸铁含炭量高、杂质多，并具有塑性低、焊接性差、对冷却速度敏感等特性，焊补后容易出现白口组织和产生裂纹。为改善铸铁零件的焊补质量，可采取以下方法。

1．热焊法

焊前将工件整体或局部预热到600～700℃ ，补焊过程中不低于400℃，焊后缓慢冷却至室温。采用热焊法可有效减小焊接接头的温差，从而减小应力，同时还可以改善铸件的塑性，防止出现白口组织和裂纹。

常用的焊接方法是气焊和焊条电弧焊。气焊常用铸铁气焊丝，如HS401或HS402，配用焊剂CJ201，以去除氧化物。气焊预热方法适于补焊中小型薄壁零件。焊条电弧焊选用铸铁芯铸铁焊条Z248或钢芯铸铁焊条Z208，此法主要用于补焊厚度较大(大于10mm ) 的铸铁零件。

热焊法的焊接设备主要有加热炉、焊炬、电炉(油炉或地炉)等，焊接工艺如下：

1)焊前准备和预热：去除缺陷周围的油污和氧化皮，露出基体的金属光泽：开坡口，一般坡口深度为焊件壁厚的2／3，角度为70°～120°；将焊件放入炉中缓慢加热至600～700℃(不可超过700℃)。

2)施焊：采用中性焰或弱碳化焰(施焊过程中不要使铁水流向一侧)，待基体金属熔透后，再熔入焊条金属；发现熔池中出现白亮点时，停止填入焊条金属，参加适量焊剂，用焊条将杂物剔除后再继续施焊；为得到平整的焊缝，焊接后的焊缝应稍高出铸铁件外表， 并将溢在焊缝外的熔渣重新熔化，待降温到半熔化状态时，用焊丝沿铸件外表将高出局部刮平。

3)焊后冷却：一般应随炉缓慢冷却至室温(一般需48h以上)，也可用石棉布(板)或炭灰覆盖，使焊缝形成均匀的组织，同时防止产生裂纹。

2．冷焊法 .

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此方法是焊前不对工件进展预热，或预热温度不超过300℃。常用焊条电弧焊进展铸铁冷焊。根据铸铁工件的要求，可选用不同的铸铁焊条，如补焊一般灰铸铁零件非加工面选用Z100焊条，补焊高强度灰铸铁与球墨铸铁零件选用Zll6或Z117焊条。

冷焊法的焊接设备为普通的电弧焊设备，焊接工艺如下：

1)焊前准备：去除焊修外表的油污与杂质，使其露出基体的金属光泽：如果存在裂纹，应在裂纹两端各钻一个止裂孔，以免施焊时裂纹延伸；沿裂纹开出坡口，其型式和大小由焊修部位的厚度和工艺要求而定。如果是大型铸件，还可以在焊缝处拧上一定数量的螺钉，使接头得到加强。螺钉直径一般不超过16mm(如果壁厚小于15mm，那么螺钉直径应小于或等于6mm )，螺钉的数量可按断面面积计算，即螺钉的总断面面积不大于铸件裂纹断面面积的25％ ，且这些螺钉应均匀分布在裂纹两边。

2)焊修规X的选择：焊条直径由焊修部位的厚度确定，一般应尽量选用小直径的焊条，以减少输入焊件的热量：在保证焊条金属与基体熔合的情况下，焊修电流也应尽量选用小的，以免焊件温度过高产生应力； 电弧长度一般是焊条直径的0．5～1．1倍，以保证燃烧稳定：如果采用直流电源，那么一般选焊件为负极，以免焊件受热，温度过高。

3)操作工艺要求：一般应遵循“先内后外(先孔内，后机体外侧，再后机体上平面)、短段、断续、分散焊、多层多道(第一层焊完后，用砂轮在整个焊缝上磨去一些焊肉，检查确实不存在气孔、裂纹后再焊第二层；每层先从坡口两侧焊起，后焊中间)、小电流、锤击焊缝〞的原那么。

① 将整条焊缝分成假设干小段，不可连续施焊，每段长度视焊件厚度而定，一般在10～50mm：每段焊完后，应冷却至室温再焊下一段：每个小焊波不要横跨到坡口两侧，这样有利于未焊局部自由收缩，并防止电弧在坡口两侧停留太久。

② 焊后金属温度在800℃左右时， 应锤击焊缝，使其外表呈麻点状，以松弛焊接应力，去除裂纹和气孔：温度低于300℃ 时不能再锤击，以免产生冷脆裂纹。

③ 施焊中以直线划小圈式运条手法为佳，焊缝应与母材呈圆滑过渡，以利于焊缝应力走向。

3．加热减应焊法

此方法是不事先加热焊件，而在施焊前和施焊中加热焊件的“加热减应区〞，使其不阻碍焊缝的收缩，从而减少内应力，防止产生裂纹。加热减应区可选取一处或多处，其选取原那么为： .

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1)应是阻碍焊缝膨胀的部位。当该部位加热冷却时，使焊缝有获得自由热膨胀和冷收缩的可能。

2)应是与其它部位联系不多且强度较大的部位。

3)自身的变形对其它部位应无很大影响，不至于因它的变形而损坏其它部位。

在选择焊接方法时应注意以下原那么：

① 针对不同的切削加工性、颜色、强度等选择不同的焊接方法。焊条电弧焊热焊法对于要求质量高、切削加工性好的铸件最适合，焊条电弧焊冷焊法那么适宜于机加工的外表与不便于预热的大型铸件。

② 针对不同的焊件体积、形状、厚度与使用条件等选择不同的焊接方法。对于中小型薄壁零件(如气缸)采用气焊、冷焊、热焊均可，对于较大的零件应采用气焊热焊法

中强度HT20-40灰口铸铁的补焊工艺

谷平仙

摘 要:采用灰口铸件HT20-40的补焊工艺方法，可有效地防止裂纹的产生，使焊缝有一定的塑性和强度，并有较好的机加工性和抗裂性。

关键词:灰口铸铁；补焊；熔合比；焊接工艺；热影响区

分类号:TG457.12 文献标识码：A

BEAD WELDING TECHNIQUE OF GREY TRON HT20-40

GU Ping-xian

(Bureau of Technology,Lanzhou Universal Machinary Works,Lanzhou 730050,China)

ABSTRACT:The bead welding technique of grey iron HT20-40 is introduced.By using this processing

method,the occurrence of cracks can be avoided effectively and make the weld plastic and

strengthened to a certain extent and in addition improve its machinability and anti-cracking

ability.

KEY WORDS:grey iron;bead welding;melting-mixing ratio;welding technique;thermal effect zone

铸铁的焊接，主要应用于铸件的补焊。灰口铸铁补焊时，容易产生白口〔1，2〕，.

DOC 以与出现裂纹等问题。当焊缝强度较高而母材强度较低时，容易产生剥离。尤其对于大面积的裂纹补焊是不容易获得成功的。因此在制定补焊工艺时，对铸件的缺陷要进展具体分析，尽量减小熔合比，调整热影响区，松驰焊接应力〔3〕，才能使大面积的裂纹补焊获得成功。下面主要介绍HT20-40灰口铸铁的补焊工艺，并作理论探讨。

1 材料与焊前准备 某一产品的缸体，材料为HT20-40灰口铸铁，厚度为18 mm。裂纹程度：且横、纵向交织，有穿透和未穿透的。

(1) 钻止裂孔：在距离裂纹末端2～3 mm处钻一个直径为6～8 mm的止裂孔。对穿透性裂纹，止裂孔要打透；对非穿透性裂纹，止裂孔要比裂纹深2～3 mm。

(2) 开坡口：采用机械方法，在裂纹开裂部位刨出坡口。对穿透性裂纹，开坡口时要排除裂纹，坡口底部呈园弧状，坡口尺寸见图1所示。

图1 焊缝坡口形式

(3) 焊前清理：将坡口周围的油污，铁锈等脏物去除干净，直到露出光泽为止。

2 补焊工艺 (1) 将工件倾斜放置，使焊缝处于上坡焊或半立焊，以减小熔合比。

(2) 焊前将坡口周围预热，温度为200～250 ℃，以缩小焊缝与工件的温差。

(3) 焊条选用铸308，直径D3.2 mm和4 mm。焊前应将焊条经150 ℃左右烘焙2 h。 .

DOC (4) 第1、2、3层焊道施焊时选用D3.2 mm焊条，电流为90～100 A。后两层焊道，选用D4 mm焊条，电流130～160A。采用直流正接。

(5) 每层焊后清熔渣。

(6) 焊后，在焊接区周围200 mmX围内，加热到300～350 ℃，保温30 min，用石棉粉复盖使之缓冷。

(7) 焊接考前须知为：①在坡口两侧为减小熔深，可采取快速不摆动焊。而焊缝中间可稍作摆动，但摆动幅度要小。②补焊工件较厚时，坡口截面较大，采用多层多道焊。焊缝截面较大，产生的收缩应力很强，容易形成焊缝剥离。故采用合理的焊接顺序(1、2、3……)如图2所示。③采用短段焊、断续焊、分散焊、逐步退焊法。短段焊，即每段长约10～40 mm。断续焊，即焊一段后停留片刻，待工件冷到50～60 ℃时再焊下一道焊缝，以防止热量集中。分散焊，在一个部位焊一段后再到另一部位焊接，以减少温差，降低应力。逐步退焊法，它与连续焊相比，可使焊缝的拉应力峰值有很大减低，故有利于防止焊缝裂纹的产生。④锤击焊缝。锤击焊缝时温度应在400 ℃以上进展，用小圆头锤击焊缝，使焊缝金属延展，松驰焊补区的应力。焊接第一层和最后一层不要锤击。

图2 焊接顺序

采用以上工艺补焊后，经焊缝质量检查，成形良好，没有发现裂纹与渗漏现象，达到了质量要求。 .

DOC 3 讨 论

(1) 选用纯镍的铸308焊条。有较好的抗裂性和切削加工性。镍是扩大奥氏体区的元素，当铁镍合金中镍量大于30%时，合金凝固后一直到室温都保持硬度较低、塑性较好的奥氏体组织，不发生相变。它也是非碳化物形成元素，不会与碳形成高硬度的碳化物。而且以镍为主要成分的奥氏体，能溶解较多的碳。纯镍在1300 ℃时可溶解2%的碳。温度下降后，少量碳由于过饱和而析出细小的石墨，故焊缝有一定的塑性和强度，且硬度较低。

镍又促使石墨化形成元素。液态时镍的扩散能力较强，可扩散到半熔化区，对减弱半熔化区的白口宽度起到作用。所以采用纯镍焊条焊接，白口区宽度最小(根据有关资料介绍可减少至0.05 mm)呈断续分布，机加工性能和抗裂性能均较好。

(2) 控制熔合比。将工件倾斜成上坡焊和坡口底部开成圆弧形都是为了减小熔合比。

减小熔合比，可减小母材中的碳、硫等有害元素进入焊缝。硫是促进形成热裂纹的有害元素。如果碳含量多，可使马氏体量也相对增多，冷裂敏感性增大。所以减小熔合比，有利于提高焊缝质量。

(3) 选用小直径焊条，小电流、快速焊。小规X焊接，其优越性有3条。

第一，可使熔池小，熔深浅，减少母材中碳和硫等有害元素进入焊缝。第二，焊接规X小，其线能量也小，降低了焊接应力，使焊接区出现裂纹的倾向减小。第三，可缩小热影响区宽度；其中包括最易形成白口的半熔化区宽度，使白口层变薄，提高接头性能。