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灰铸铁气焊的焊补工艺。
用氧乙炔焰焊补灰铸铁有一系列优点：由于气体火焰的温度比电弧低，热量不集中，加热速度缓慢，焊前可利用气体火焰对铸件进行预热，焊后可利用气体火焰对焊补区继续加热，使其缓慢冷却，因此可有效地防止白口、淬硬组织和裂纹的产生。
因此，气焊目前仍是焊补灰铸铁的主要方法之一。
⑴焊丝及熔剂气焊灰铸铁用焊丝型号为RZC-1、RZC-2，其化学成分，见表35。
表35 气焊灰铸铁用焊丝化学成分（质量分数）（%）型号 C Si Mn S P FeRZC-1 3.20～3.502.70～3.000.60～0.75≤0.100.50～0.75余量RZC-2 3.50～4.503.00～3.800.30～0.80≤0.50气焊熔剂（气焊粉）的作用是去除熔池表面的高熔点SiO2（1713℃），牌号为CJ201，主要成分是脱水硼砂和苏打。
⑵焊炬及焊嘴宜选用功率较大的大、中号焊炬。
铸件壁厚20mm以下者，可选用ф2mm孔径的焊嘴；壁厚20mm 以上都，可选用ф3mm孔径的焊嘴。
⑶焊补工艺1）用中性焰进行焊补。
先将母材加热至熔化温度，将焊丝煨热，蘸上熔剂送入熔池。
2）火焰的焰心距熔池表面10mm左右，施焊过程中，应使火焰始终盖住熔池，以加强保护。
3）焊接开始时可用焊丝括去缺陷，挖出坡口。
焊接过程中将焊丝端头插入熔池底部，进行摩擦、搅动，使气体能从熔池中充分逸出，防止产生气孔。
4）焊后应使焊缝高出母材表面2～3mm，与母材保持平滑过渡，焊后继续用气体火焰加热焊补区，使接头缓慢冷却。
Z308镍基焊条冷补灰口铸铁件焊接工艺摘要：采用镍基焊条（Z308），以冷焊工艺对灰铸铁的焊接，获得高质量的焊缝。
本文阐述了灰口铸铁焊接特性以及铸铁焊接缺陷及预防，探讨了冷补焊工艺的有关内容，以供参考。
关键词：镍基焊条（Z308）；铸铁冷焊；补焊工艺1前言铸铁是含碳量大于2.11%（常用为2.5%-4%）的铁碳合金，其中还含有锰、硅元素及硫、磷杂质。
有时还加入其它元素，以获得具有特殊性能的合金铸铁。
铸铁目前常以铸件的形式应用于生产，由于铸铁含碳量较高，焊接性很差，而且铸铁的焊接主要是对存有铸造缺陷或者损坏的铸铁件进行补焊，所以补焊比较困难。
铸铁件焊接过程中的冷却速度要比铸造时快的多，因此在焊接时，焊缝及半熔化区（熔合线附近区域）将会产生大量的渗碳体，基本上属于白口铸铁组织，严重时可使整个补焊焊缝完全脱落。
若用低碳钢焊条补焊铸铁，焊缝呈高碳钢成分，在冷却时将产生高硬度的马氏体组织。
热影响区中，温度在800-1150℃的区域，高温下是奥氏体加石墨组织，在冷却过程中会析出二次渗碳体、珠光体或马氏体，也使该区域的硬度和脆性增高，这给焊后机械加工带来很大的困难。
灰口铸铁，碳几乎全部以片状石墨存在于铸铁中。
焊接时，在焊接应力的作用下，很容易在铸件的热影响区产生“热应力裂纹”，此裂纹多为横向裂纹。
2分析灰口铸铁焊接特性灰口铸铁在化学成分上的特性是碳含量高及硫、磷杂质高，其成分为C:2.7～3.5%，Si:1～2.7%，Mn:0.5～1.2%，P＜0.3%，S＜0.15%。
这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及对冷、热裂纹敏感性，在机械性能上的特性是强度低，基本无塑性。
这两方面的特点，结合焊接过程具有冷却速度快及因焊件受热不均匀而形成焊接应力较大的特殊性，决定了铸铁焊接性不良，主要表现在：一方面焊接接头易出现白口及淬硬组织，另一方面焊接接头易出现裂纹。
3铸铁焊接缺陷及预防3.1白口组织及预防白口组织产生的原因主要是焊后冷却速度太快和石墨化元素不足。
铸铁焊接工艺要点灰口铸铁的补焊工艺和操作技术（1）灰口铸铁的补焊工艺和操作技术（2）灰口铸铁的补焊工艺和操作技术（3）灰口铸铁的补焊工艺和操作技术（4）灰口铸铁的补焊工艺和操作技术（5）球墨铸铁的焊接工艺如下：⑴气焊焊丝采用型号为RZCQ型球墨铸铁焊丝（牌号HS402），熔剂采用C201。
火焰采用还原焰，结构复杂的铸件或大铸件须采用热焊，预热温度600～700℃，焊后缓冷。
焊后铸件可进行两种热处理：正火：随炉升至900～920℃保温1～2h，出炉空冷。
退火：随炉升至900～920℃保温1～2h，随炉冷至550℃，保温1h，出炉空冷。
⑵手弧焊采用同质焊缝时，焊条可选用型号为EZCQ铁基球墨铸铁焊条，目前有两种牌号，一是铸铁芯强石墨化型，焊条直径为4～10mm，牌号为Z258；二是低碳钢芯强石墨化焊条，牌号为Z238，焊前应将焊件预热至500℃左右，焊后保温缓冷，经退火焊补处有可能进行切削加工（硬度200HBS）。
焊接时采用大电流、连续焊工艺，焊接电流可按焊条直径的36～60倍选取。
采用异质焊缝时，焊条选用EZNiFe（Z408）和EZV（116、Z117）。
焊接时应遵守冷焊焊接工艺，焊后能进行切削加工，但焊缝有一定的热裂倾向。
可锻铸铁的焊接工艺由于可锻铸铁中的碳、硅含量比灰铸铁低，异质焊缝熔焊时焊缝及半熔化区形成白口倾向更为严重。
这是可锻铸铁焊接性突出的问题。
⑴xx钎焊焊丝为HS221，钎剂为100%的脱水硼砂，用氧乙炔焰加热焊补表面至900～930℃（亮红色），焊丝端头也加热至发红，然后xx少许硼砂开始焊补。
为防止锌的蒸发，采用弱氧化焰。
焊嘴与熔池表面距离控制在8～15mm。
焊后用火焰适当的加热焊缝周围。
对于焊补区刚性较大的部位，焊后轻轻锤击焊缝，可减小裂纹倾向。
xx钎焊可用于可锻铸铁加工面的焊补。
⑵电弧冷焊用4303、5016、EZV和不锈钢焊条。
施焊时采用小电流、多层焊，用于焊后不加工的场合。
灰口铸铁焊接方法及工艺
铸铁焊接是在用铸铁件制成零件或铸铁零件之间引出局部接合并加以固
定的一种工艺过程。
它具有结构简单、施工性好、强度高、抗腐蚀性能好等
优点，是制造机械部件基本的一种连接工艺。
铸铁焊接的方法可以分为电焊法、汽焊法和填充焊法。
电焊法是指用电焊机将铸铁的两个部件电连接在一起，并在中部打上改口，使两部分紧固在一起。
该方法用金属电极材料制成的电极可以对现场施
工中常见的钢制、铸铁件均有效。
汽焊法是指采用燃气热焊熔把两部分焊接在一起，该方法应用较广泛，
有点焊接和滴焊两种方法，点焊采用汽焊钢焊辊，滴焊采用汽焊钢丝锁焊接，可以进行大规模的焊接作业。
填充焊法是指在两部分之间滴入填充金属，然后用汽焊气焊接，以使金
属的两部分紧密贴合在一起。
填充焊法适用于大规模的焊缝，也可以用来
将形状较复杂的钢铸件紧固在一起。
铸铁焊接关键是操作技术，要求操作者在施工前要做好准备，并严格按
照焊接工艺准则规范操作，以确保焊接成功。
因此，铸铁焊接技术应用非常
普遍，也是最重要的连接方法之一。
铸铁的焊接工艺铸铁是指含碳量2％以上的铁碳合金。
工业用铸铁一般含碳量为2％～4％。
碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。
除碳外，铸铁中还含有1％～3％的硅，以及锰、磷、硫等元素。
合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。
碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。
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。
铸铁按断口颜色分为灰铸铁、白口铸铁、麻口铸铁；.按化学成分分为普通铸铁、合金铸铁；按生产方法和组织性能分为普通灰铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、特殊性能铸铁。
在相同基体组织情况下，其中以球墨铸铁的力学性能（强度、塑性、韧性）为最高，可锻铸铁次之，蠕墨铸铁又次之，灰铸铁最差。
但由于灰铸铁成本低廉，并具有铸造性、可加工性、耐磨性及减震性均优良的特点，是工业中应用最广泛的一种铸铁。
灰铸铁抗拉强度及硬度的变化是由于机体组织及石墨大小、数量不同的结果。
纯铁素体为基体的灰铸铁：强度、硬度最低纯珠光体为基体的灰铸铁：强度、硬度较高改变基体中铁素体及珠光体相对含量，可得不同的抗拉强度及硬度的H T，石墨呈粗片状的灰铸铁，抗拉强度较低，石墨呈细片状的灰铸铁其抗拉强度较高。
灰铸铁中碳的存在状态及其基体组织决定于铸件冷却速度①铁水以很快速度冷却时，第一阶段石墨化过程（共析温度以上）及第二阶段石墨化过程（共析温度下）完全被抑止将得到共晶渗碳体+二次渗碳体+珠光体组织，即白口铸铁组织。
[铁碳相图：铁水当温度冷却到液相时，开始从液相析出（γ）。
1147共析温度。
L→γ+Fe3C（共晶渗碳体）温度下降，A的饱和固溶碳量随温度下降而降低，因而析出二次渗碳体，此反应持续到共析温度。
灰铸铁的焊接工艺灰铸铁在工业上应用极广，实际工程中主要采用电弧热焊、电弧冷焊、气焊和钎焊几种焊接方法，本文分别加以阐述。
标签：铸铁;焊接性;焊接工艺1电弧热焊焊前将工件整体或有缺陷的局部位置预热到600 - 700℃，然后进行焊补，焊后进行缓冷的铸铁焊补工艺，称之为热焊。
对结构复杂而焊补处刚度又很大的工件，宜采用整体预热。
对于结构简单而焊补处刚度又较小的工件，可采用局部预热。
1.1电弧热焊工艺（电弧热焊工艺电弧热焊适用于厚度大于10mm的中厚铸件，对于8mm以下的薄壁铸件，容易烧穿，故不宜使用这种方法。
）1）预热。
对结构复杂的工件，由于焊补区刚性大，焊缝没有自由膨胀和收缩的余地，应该采用整体预热。
对于结构简单的铸件，补焊处刚性小，焊缝有一定的膨胀和收缩余地，如铸件边缘的缺陷及小范围的裂纹等可以采用局部预热。
局部预热可以采用气焊或煤气火焰加热。
2）焊前清理。
焊前用碱水、汽油擦洗及气焊火陷清除焊件及缺陷的油污、铁锈及其他杂质，同时将缺陷处预先制成适当的坡口。
制作坡口时应根据缺陷的情况采用砂轮等工具进行铲、磨加工，直到无缺陷时再开坡口。
在保证顺利运条及熔渣上浮的前提下，宜用较窄的坡口，坡口形状应为底部圆滑，开口稍大。
对裂纹缺陷应设法找出裂纹两端的终点，然后在裂纹终点钻止裂孔。
3）造型。
对于边角部位及穿透类缺陷应在待焊部位造型，目的是防止熔化金属流失，保证一定的焊缝成形。
造型材料可用水玻璃砂或黄泥。
内壁最好放置耐高温的石墨片，以防止造型材料受热熔化或塌陷，同时造型材料应在焊接前烘干。
4）焊接时，为了保持预热温度，缩短高温焊接时间，要求应在最短的时间内焊完，因此，应采用大电流、长弧、连续焊。
因为铸铁焊条中含有较多的高熔点难熔物质石墨，故采用适当的长弧焊有利于药皮熔化，同时有利于石墨向熔池中过渡。
焊接电流的经验公式为I=（40 - 60）d。
d表示焊条直径（mm）。
5）焊后缓冷。
焊后需要采取保温缓冷措施。
常用的保温材料为石棉，最好采用随炉冷却的方式。
一。
前言：灰口铸铁是铸铁中的一种，灰口铸铁的碳以片状石墨的形式分布于铸铁基体中，断面呈暗灰色,故称灰口铸铁。
由于片状的石墨割裂了铸铁的基体组织,因此，灰口铸铁的抗拉强度低，缺乏塑性。
灰口铸铁具有良好铸造性和切割性能，同时由于灰口铸铁中石墨以片状存在，它具有良好的耐磨性，抗震性和切削加工性并具有较高的抗压强度,故在工业上运用极为广泛。
灰口铸铁目前常以铸件的形式运用于生产，由于铸造工艺的特点，铸件往往存在着各种不同程度的缺陷，在生产现场中也有许多因各种原因而损坏的铸件.铸铁的焊接实际上就是对存有缺陷或者损坏的铸件进行补焊。
所以铸件补焊具有很大的经济意义。
1.灰口铸铁的焊接性能较差，在焊接时容易出现下列问题1。
1焊后产生白口组织在补焊灰口铸铁时，经常会在熔合区生成一层白口组织.产生白口组织的原因是：由于母材近缝区在焊接时受到高温加热,当受热温度860℃以上时，原来灰口铸铁中得游离状态的石墨开始部分也熔于铁中，温度越高,熔于铁中的石墨也越多.当冷却时,一般认为在30-100℃/s的急速冷却条件下，熔于铁中的碳来不及以石墨形式析出，而呈渗碳体出现，即所谓白口。
另外。
在焊接熔池中的石墨化元素碳,硅等不足也是产生白口的主要原因.一般在窄小的高温度熔合区内，焊后很容易产生白口组织.白口组织硬而脆,使得焊缝在焊后难以机械加工，甚至会导致开裂。
防止白口产生主要措施是适当调整填充金属的化学成分和冷却速度。
改善焊缝技术的化学成分，增加石墨化元素的含量，可以在一定条件下防止焊缝金属产生白口.例如气焊用铸铁焊丝的碳，硅含量要比母材高（C3。
0％－3.8%，Si3。
6%-4。
8％）特别是冷焊灰口铸铁时，焊丝中的含硅量可高达4。
5%焊后缓冷和延长熔合区处于红热状态的时间，使石墨充分析出，这是避免熔合区产生白口的主要工艺途径。
采取的具体措施是焊前预热和焊后保温。
由于气焊时冷却速度较慢.因此。
对于防止白口极为有力灰口铸铁的补焊工艺和操作技术（2）1.2 焊接街头出现裂纹裂纹是焊接灰口铸铁的要问题，灰口铸铁焊接接头上的裂纹可能出现在焊缝金属中，也可能在基本金属即母材上.母材的裂纹一般出现近缝区,可能是纵向，横向或斜向的。
灰铸铁的焊接工艺灰铸铁是一种常用的铸造材料，由于其具有较高的强度和耐磨性，被广泛用于汽车零部件、机械设备零件等领域。
然而，灰铸铁的焊接工艺却较为复杂，需要选用适合的焊接材料和合适的焊接工艺。
一、焊接材料的选择灰铸铁的焊接通常采用镍铁型、镍铜型或镍钢型焊条。
其中，镍铁型焊条适用于连接灰铸铁与低碳钢、铸铁之间；镍铜型焊条适用于连接灰铸铁与铜或黄铜之间；镍钢型焊条适用于连接灰铸铁与高强度钢之间。
此外，还需要选用相应的焊剂和助焊剂，以提高焊接质量。
二、焊接工艺的选择灰铸铁的焊接工艺有手工电弧焊、氧乙炔焊、氩弧焊和镍铁焊等几种。
在选择焊接工艺时，需要考虑焊接缝的位置、尺寸和要求，以及材料的特性等因素。
1. 手工电弧焊手工电弧焊是常用的焊接方法之一。
在进行手工电弧焊时，需要注意以下几点：- 进行焊接前，应先对焊缝进行切割、修整，以保证焊缝的准确度和质量。
- 在进行焊接时，应采用小电流、短弧和频繁的间歇焊接，以防止灰铸铁过热而产生裂缝。
- 焊接后，应进行热处理，以减少焊接产生的应力，避免产生变形和裂纹。
- 在进行手工电弧焊时，还可以使用预加热和后热处理的方法，以提高焊接接头的质量。
2. 氧乙炔焊氧乙炔焊也是常用的焊接方法之一。
在进行氧乙炔焊时，需要注意以下几点：- 进行焊接前，应对焊缝进行切割、修整，并采用粗砂轮切磨方法，以清除表面的氧化物和污染物。
- 在进行焊接时，应采用中性火焰，并控制熔融池的大小和形状，以保证焊接质量。
- 在进行氧乙炔焊时，还可以采用预加热和后热处理的方法，以减少焊接产生的应力。
3. 氩弧焊氩弧焊是一种较为先进的焊接方法，适用于对焊接质量要求较高的场合。
在进行氩弧焊时，需要注意以下几点：- 进行焊接前，应对焊缝进行切割、修整，并进行除油、除锈等预处理工作。
- 在进行焊接时，应使用直流焊机和直流电极，以提高焊接质量。
- 在进行氩弧焊时，还可以采用预加热和后热处理的方法，以减少焊接产生的应力。
铸铁零件的常用焊接方法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、价格昂贵的基础零件，如气缸体、气缸盖、变速器壳体等。
铸铁零件在制造及使用过程中，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：清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，加入适量焊剂，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表面，并将溢在焊缝外的熔渣重新熔化，待降温到半熔化状态时，用焊丝沿铸件表面将高出部分刮平。
灰铸铁焊接工艺介绍1灰铸铁的分类及其性能1.1铸铁分类根据碳的存在形式及石墨形态不同,可将铸铁分为：灰铸铁、白口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁;灰铸铁中的碳全部或大部分以片状石墨形态存在,其断口呈灰色;由于片状石墨对基体有严重的割裂作用,故灰铸铁的强度低、塑性差；但灰铸铁抗压强度高、耐磨性好、减振性好、收缩率低、流动性好,且成本低廉,可以铸造形状复杂的机械零件,至今仍是工业中应用最广泛的一种铸铁;白口铸铁中碳绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形态存在,其断口呈白亮色,故称之为“白口铸铁”;渗碳体性能硬而脆,其硬度为800HBW左右,因而白口铸铁切削加工困难,主要用于炼钢原料,很少用于制造机械零件;球墨铸中石墨以球状形式存在,是在高温铁液中加入球化剂（稀土金属等）经球化处理后获得的,其强度接近于碳钢,具有良好的耐磨性和一定的塑性,并能通过热处理改变性能,可以用来制造力学性能要求较高的铸件,并可在一定范围内代替碳钢或合金钢来制造某些强度要求较高或形状较为复杂的铸件;可锻铸铁中石墨以团絮状形式存在,是有一定成分的白口铸铁经长时间石墨化退火获得的;它与灰铸铁相比,具有较好的强度和塑性,耐磨性和减振性优于碳钢,适于制造形状复杂、受冲击载荷的薄壁铸件;蠕墨铸铁中石墨以蠕虫状形式存在,生产方式与球墨铸铁相似,具有比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好、耐热疲劳性能好的优点,主要用来制造大功率柴油机气缸盖等;在铸铁焊接中,应用得最多的是灰铸铁的焊接,球墨铸铁次之,可锻铸铁最少;1.2灰铸铁的化学成分灰铸铁以片状石墨的形态存在于珠光体、铁素体或二者按不同比例混合的基体组织中;其断口呈灰色,且因此得名;石墨的力学性能比较低,使金属基体承受负荷的有效截面积减少,而且片状石墨使应力集中严重,因而使灰铸铁的力学性能不高,灰铸铁的石墨形式是以不同的数量、长短及粗细分布于基体中,因而对灰铸铁的力学性能产生很大的影响;灰铸铁分≥HT250与≤HT220,其密度分别为7.35g/cm;与7.2g/m灰铸铁按其组织可看成是碳钢的基体加片状石墨;按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁、铁素体—珠光体基体灰铸铁、珠光体基体灰铸铁（F基体灰铸铁、F+P基灰铸铁、P基体灰铸铁）;常用灰铸铁的化学成分为C2.6%～3.8%,Si1.2%～3.0%,Mn0.4%～1.2%,P ≤0.4%,S≤0.15%;同一牌号的灰铸铁,薄壁件（壁厚<10mm）的C,Si量高于厚壁件;1.3灰铸铁的物理性能、力学性能灰铸铁的牌号是由“HT”（“灰铁”两字汉语拼音字首）和最小抗拉强度σb 值（用φ30mm 试棒的搞拉强度）表示;例如牌号HT250表示φ30mm试棒的最小抗拉强度值为250MPa的灰铸铁;设计铸件时,应根据铸件受力处的主要壁厚或平均壁厚选择铸铁牌号;灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关;灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重,在石墨尖角处易造成应力集中,使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢,但抗压强度与钢相当,也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁;同时,基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响,铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大,强度和硬度最低,故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小,有较高的强度和硬度,主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大,性能不如珠光体灰铸铁;故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁;灰铸铁几乎无塑性及韧性;2：H235和H255所预计的硬度值相当于质量＜200Kg,且壁厚＜20mm的铸件硬度1.4灰铸铁的使用性能及其所对应用途灰铸铁的使用性能与其化学成分和组织有密切的联系;其主要有分为以下几种：a优良的铸造性能由于灰铸铁的化学成分接近共晶点,所以铁水流动性好,可以铸造非常复杂的零件;另外,由于石墨比容较大,使铸件凝固时的收缩量减少,可简化工艺,减轻铸件的应力并可得到致密的组织;b优良的耐磨性和消震性石墨本身具有润滑作用,石墨掉落后的空洞能吸附和储存润滑油,使铸件有良好的耐磨性;此外,由于铸件中带有硬度很高的磷共晶,又能使抗磨能力进一步提高,这对于制备活塞环、气缸套等受摩擦零件具有重要意义;石墨可以阻止后动的传播,灰铸铁的消夸大能力是钢的10倍,常用来制作承受振动的机床底座; c较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能灰铸铁中由于石墨的存在,相当于存在很多小的缺口时表面的缺陷、缺口等几乎没有敏感性,因此,表面的缺陷对铸铁的疲劳强度影响较小,但其疲劳强度比钢要低;由于铸铁中的石墨可以起断屑作用和对刀具的润滑起减障作用,所以其可切削加工性能是优良的;d灰铸铁的机械性能灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性及弹性模量都低于碳素钢,如表所示;灰铸铁的抗压强度和硬度主要取决于基体组织;灰铸铁的抗压强度一般比抗拉强度高出三四倍,这是灰铸铁的一种特性;因此,与其把灰铸铁用作抗拉零件还不如做耐压零件更适合;这就是广泛用作机床床身和支柱受耐压零件的原因;灰铸铁的牌号所对应的特性及应用条件如下表表2-2所示：2灰铸铁的焊接性铸铁焊接中灰铸铁的焊接最为常见;灰铸铁在化学成分上的特点是碳高及S、P杂质高,这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及冷热裂纹的敏感性;在力学性能上的特点是强度低,基本无塑性;焊接过程具有冷速快及焊件受热不均匀而形成焊接应力较大的特殊性;这些因素导致焊接性不良;主要问题两方面：一方面是焊接接头易出现白口及淬硬组织;另一方面焊接接头易出现裂纹;2.1焊接接头的白口组织灰铸铁焊接时,由于熔池体积小,存在时间短,加之铸铁内部的热传导作用,使得焊缝及近缝区的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度;因此,在焊接接头的焊缝及半熔化区将会产生大量的渗碳体,形成白口铸铁组织;焊接接头中产生白口组织的区域主要是焊缝区、半熔化区和奥氏体区;现在分别予以讨论; 2.1.1焊缝区当焊缝成分与灰铸铁铸件（即同质焊缝）成分相同时,则在一般电弧焊情况下,由于焊缝冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度,焊缝主要为共晶渗碳体+二次渗碳铁+珠光体,即焊缝基本为白口铸铁组织;焊缝为铸铁时我们一般采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度（如：增大线能量）或调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力;若采用低碳钢焊条（即异质焊缝中）进行焊接,常用铸铁含碳为3%左右,就是采用较小焊接电流,母材在第一层焊缝中所占百分比也将为1／3～1／4,其焊缝平均含碳量将为0.7%～1.0%,属于高碳钢（C＞0.6%）;这种高碳钢焊缝在快冷却后将出现很多脆硬的马氏体;采用异质金属材料焊接时,必须要设法防止或减弱母材过渡到焊缝中的碳产生高硬度组织的有害作用;思路是：改变C的存在状态,使焊缝不出现淬硬组织并具有一定的塑性,例如使焊缝分别成为奥氏体,铁素体及有色金属是一些有效的途径;2.1.2半熔化区半熔化区的特点是该区被加热到液相线与共晶转变下限温度之间,温度范围1150～1250℃;该区处于液固状态,一部分铸铁已熔化成为液体,其它未熔部分在高温作用下已转变为奥氏体;其在半熔化区对白口铸铁有影响的有：冷却速度及化学成分对半熔化区白口铸铁的影响冷却很快,液态铸铁在共晶转变温度区间转变成莱氏体,即共晶渗碳体加奥氏体;继续冷却则为碳所饱和的奥氏体析出二次渗碳体;在共析转变温度区间,奥氏体转变为珠光体;由于该区冷速很快,在共析转变温度区间,可出现奥氏体→马氏体的过程,并产生少量残余奥氏体;当半熔化区的液态金属以很慢的冷却速度冷却时,其共晶转变按稳定相图转变;最后其室温组织由石墨+铁素体组织组成;当该区液态铸铁的冷却速度介于以上两种冷却速度之间时,随着冷却速度由快到慢,或为麻口铸铁,或为珠光体铸铁,或为珠光体加铁素体铸铁;影响半熔化区冷却速度的因素有：焊接方法、预热温度、焊接热输入、铸件厚度等因素;铸铁焊接半熔化区的化学成分对其白口组织的形成同样有重大影响;该区的化学成分不仅取决于铸铁本身的化学成分,而且焊逢的化学成分对该区也有重大影响;这是因为焊逢区与半熔化区紧密相连,且同时处于熔融的高温状态,为该两区之间进行元素扩散提供了非常有利的条件;某元素在两区之间向哪个方向扩散首先决定于该元素在两区之间的含量梯度（含量变化）;元素总是从高含量区域向低含量区域扩散,其含量梯度越大,越有利于扩散的进行;提高熔池金属中促进石墨化元素（C、Si、Ni等）的含量对消除或减弱半熔化区白口的形成是有利的;用低碳钢焊条焊铸铁时,半熔化区的白口带往往较宽;这是因为半熔化区含C、Si量高于熔池,故半熔化区的C、Si反而向熔池扩散,使半熔化区C、Si有所下降,增大了该区形成较宽白口的倾向;2.1.3奥氏体区奥氏体区被加热到共晶转变下限温度与共析转变上限温度之间;该区温度范围约为820～1150℃,此区无液相出现该区在共析温度区间以上,其基体已奥氏体化,加热温度较高的部分（靠近半熔化区）,由于石墨片中的碳较多地向周围奥氏体扩散,奥氏体中含碳量较高；加热较低的部分,由于石墨片中的碳较少向周围奥氏体扩散,奥氏体中含碳量较低,随后冷却时,如果冷速较快,会从奥氏体中析出一些二次渗碳体,其析出量的多少与奥氏体中含碳量成直线关系;在共析转变快时,奥氏体转变为珠光体类型组织;冷却更快时,会产生马氏体,与残余奥氏体;该区硬度比母材有一定提高;熔焊时,采用适当工艺使该区缓冷,可使奥氏体直接析出石墨而避免二次渗碳体析出,同时防止马氏体形成;2.2 焊接接头裂纹灰铸铁属脆性金属,抗裂性能差,在焊接应力的作用焊接接头很容易开裂;灰铸铁在焊补时,接头所产生的裂纹多为低温裂纹,属冷裂纹范畴；而在某些焊接条件下也能产生热裂纹,下面分别予以分析;可发生在焊缝或热影响区上,其分为焊缝处冷裂纹、发生在HAZ的冷裂纹;2.2.1冷裂纹焊缝处冷裂纹一般产生部位铸铁型焊缝当采用异质焊接材料焊接,使焊逢成为奥氏体、铁素体,铜基焊缝时,由于焊缝金属具有较好的塑性,焊接金属不易出现冷裂纹;启裂温度一般在400℃以下;原因有两方面,一方面是铸铁在400℃以上时有一定塑性；另一方面焊缝所承受的拉应力是随其温度下降而增大;在400℃以上时焊缝所承受的拉应力较小;由于焊接过程中由于工件局部不均匀受热,焊缝在冷却过程中会产生很大的拉应力,这种拉应力随焊缝温度的下降而增大;当焊缝全为灰铸铁时,石墨呈片状存在;当片状石墨方向与外加应力方向基本垂直,且两个片状石墨的尖端又靠得很近,在外加应力增加时,石墨尖端形成较大的应力集中;铸铁强度低,400℃以下基本无塑性;当应力超过此时铸铁的强度极限时,即发生焊缝裂纹;当焊缝中存在白口铸铁时,由于白口铸铁的收缩率比灰铸铁收缩率大,加以其中渗碳体性能更脆,故焊缝更易出现裂纹;其影响因素主要与焊缝基体组织、石墨形状或焊补处刚度、体积大小及其长短有关;焊缝中渗碳体越多,焊缝中出现裂纹数量越多;当焊缝基体全为珠光体与铁素体组成,而石墨化过程又进行得较充分时,由于石墨化过程伴随有体积膨胀过程,可以松弛部分焊接应力,有利于改善焊缝的抗裂性;粗而长的片状石墨容易引起应力集中,会减小抗裂性;石墨以细片状存在时,可改善抗裂性;石墨以团絮状存在时,焊缝具有较好的抗裂性能;焊补处刚度大,焊补体积大,焊缝越长都将增大应力状态,促使裂纹产生;而防止冷裂纹产生的措施有两条,一是对焊件进行整体预热（550～700℃）能降低焊接应力;二是向铸铁型焊缝加入一定量的合金元素（Mn、Ni、Cu等）使焊缝金属先发生一定量的贝氏体相变,接着又发生一定量的马氏体相变,则利用这二次连续相变产生的焊缝应力松弛效应,可较有效地防止焊缝出现冷裂纹;在其的同时还要防止焊缝二次相变产生焊缝应力松弛;金属及合金在相变过程中塑性增加,这种特性称相变塑性;贝氏体与马氏体的比容较奥氏体、珠光体及铁素体都大,相变过程中的体积膨胀也有利于松弛焊缝应力;还有就是加入既能改变石墨形态又能促使石墨化的元素;例如：Ca电弧冷焊时,发现焊缝含一定量Ca时,既能促使焊缝石墨化,又能改变焊缝石墨状态;焊缝中Ca为0.0027%时[焊缝中C=3.89%、Si=2.85%],焊缝部分球化,另有部分蠕虫状石墨及少量片状石墨,焊缝中无白口铸铁组织;在焊条中加入一定量Ca能改善抗冷裂性能;2.2.2发生在HAZ的冷裂纹主要发生在含有较多渗碳体及马氏体的HAZ,也可能发生在离熔合线稍远的HAZ;其原因有三方面：一在电弧冷焊情况下,在半熔化区及奥氏体区产生铁素体及马氏体等脆硬组织（白口铸铁的抗拉强度为107.8～166.8Mpa,马氏体铸铁的抗拉强度也不超过147Mpa）;当焊接拉应力超过某区的强度时,就会在该区发生裂纹：二在半熔化区上白口铸铁的收缩率（1.6%～2.3%）比其相应的奥氏体的收缩率（0.9%～1.3%）大得多;在该二区间产生一定的切应力：三是在焊接薄壁铸铁件（5～10mm）导热程度比厚壁铸件差的多,加剧了焊接接头的拉应力;使冷裂纹可能发生在离熔合线稍远的HAZ上;发生HAZ的冷裂纹的防止措施主要有以下三条：①采取工艺措施来减弱焊接接头的应力及防止焊接接头出现渗碳体及马氏体;如采用预热焊;②采用屈服点较低而且有良好塑性的焊接材料焊接,通过焊缝的塑性变形松弛焊接接头的部分应力;③在修复厚大件的裂纹缺陷时,可在坡口两侧进行栽丝法焊接（坡口大、焊层多、积累焊接应力大;为防止HAZ冷裂发展成剥离性裂纹;2.2.3热裂纹一般采用低碳钢焊条与镍基铸铁焊条冷焊时,焊缝较易出现属于热裂纹的结晶裂纹;铸铁型焊缝对热裂不敏感,高温时石墨析出过程中有体积增加,有助于减低应力;产生原因是当用低碳钢焊条焊铸铁时,即使采用小电流,第一层焊缝中的熔合比也在1／3～1／4,焊缝平均含碳量可达0.7～1.0%,铸铁含S、P量高,焊缝平均含S、P也较高,焊接表层含C及S、P较低,越靠近熔合线,焊缝含C及S、P越高;C与S、P是促使碳钢发生结晶裂纹的有害元素,故用低碳钢焊条焊接铸铁时,第一层焊缝容易发生热裂纹;这种热裂纹往往隐藏在焊缝下部,从焊缝表面不易发觉;利用镍基铸铁焊条焊接铸铁时,由于铸铁中含有较多的S、P,焊缝易生成低熔点共晶,如Ni-Ni3S2,644℃,Ni-Ni3P,880℃,故焊缝对热裂纹有较大的敏感性;解决措施主要从两方面着手:一冶金方面：调整焊缝化学成分,使其脆性温度区间缩小,加入稀土元素,增强脱S、P反应,使晶粒细化,以提高抗热裂性能;二采用正确的冷焊工艺,使焊接应力减低,以及使母材是的有害杂质较少熔入焊缝;3灰铸铁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;3.1铸铁型焊缝电弧冷焊的工艺要点在冷焊条件下,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;3.2异质焊缝的电弧冷焊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3.2.1冷焊工艺要获得好的焊接质量,不仅要根据补焊要求来正确选择焊接材料,而且要注意掌握焊接工艺要点;异质焊缝的电弧冷焊工艺要点可归纳为四句话：“准备工作要做好,焊接电流适当小,短段断续分散焊,焊后立即小锤敲”;3.2.2焊前准备焊前准备工作很重要,通常是指清除焊件缺陷处的油污等其它杂质,正确观察缺陷的情况（如裂纹的长度等）及将缺陷制成适当的坡口,以备焊接;常用的铸铁清理方法有两种,一种采用砂轮、钢丝刷或扁铲等工具的机械清理法；另一种是采用三氯乙烯、苛性钠、汽油、丙酮等化学溶剂洗涤的化学方法;清除油污也可用火焰将铸件分段加热,加热到不冒烟为止,否则焊缝易出现气孔等缺陷;为防止产生过大的热应力,加热温度应控制在400℃以下;裂纹缺陷可用肉眼观察,最好用放大镜观察,必要时还可借助水压试验、渗煤油试验;为了防止在焊补过程中裂纹扩散,应在离裂纹端部3～5mm处钻止裂孔（φ5～φ8mm）;当铸件厚度或缺陷深度大于5mm时应开破口,破口表面应尽可能平整;开破口的原则是,在保证顺利施焊及焊接质量的前提下尽量较少破口角度及母材的熔化量,以降低焊接应力及焊缝中碳、硫量,防止裂纹发生;3.2.3冷焊工艺要点当采用与铸铁异质的焊接材料进行电弧冷焊时,在保证电弧稳定及焊透情况下均采用合适的最小电流焊接;这是基于下列原因：1）电流小,溶深小,铸铁中的碳、硫、磷等有害物质可少进入焊缝,有利于提高焊缝质量;寒风中硫、磷多了,易出现热裂纹;焊缝中碳多,对高钒焊条、普通低碳钢焊条及二氧化碳气体保护焊第一层焊缝的有害作用特别明显,这在前面以分析过了;2）冷焊时,随电流减小,在焊接速度不变的情况下减小了焊接热输入,不仅减小了焊接应力,使焊接接头出现裂纹的倾向减小,而且也减小了整个热影响区宽度,其中包括减小了最易形成白口的半溶化区宽度,使白口层变得薄些;小直径焊条更能采用小电流,故一般最好采用小直径焊条;为了减少焊接热输入,以减低应力及减少半溶化区宽度,应适当提高焊接速度,不作横向摆动; 异质焊缝电弧冷焊时,故采用短段焊、断续分散焊及焊后锤击的冷焊工艺;焊缝越长,焊缝所承受的拉应以越大,故采用短段焊有利于减低焊缝应力状态,减少焊缝发生裂纹的可能性;采用异质材料进行铸铁冷焊时,一般每次焊缝长度,薄壁件取10～20mm,厚壁件取30～40mm;焊后应立即用小锤快速锤击处于高温而具有较高塑性的焊缝,以松弛补焊区应力,防止裂纹的产生;为了尽量降低补焊处的温度,减少应力,易待焊件冷却至不烫手时（50～60℃）再焊下一道焊缝,依此类推;为了避免被焊件局部过热以增大焊接应力,可采用分散焊法;3.3厚大件多层焊的补焊工艺特点当被补焊的焊件较厚时,开坡口后坡口截面积很大,都要采用多层焊;由于多层焊时焊接应力较大,较易发生剥离性裂纹,故应进一步采取如下工艺措施;3.3.1合理安排多层焊焊接顺序一般情况下,可按上述冷焊工艺要点采用如图6-7所示的焊接顺序;若先在坡口面上覆盖一层,再按图6-7所示的焊接顺序进行焊接,抗剥离性裂纹效果更好些;3.3.2必要是采用栽丝法铸铁冷焊时,焊接热影响区的白口区附近是最薄弱的环节,故多层焊接时,由于焊接接头应力较大,较易在该区发生剥离性裂纹;采用栽丝法（图6-8）就是人为地使该区应力的大部分由栽丝材料（低碳钢）来承担,从而防止剥离性裂纹的发生;焊接时,先绕螺钉施焊,再焊螺钉之间;必要时,为了减少焊接金属量,减低收缩应力,还可以在焊缝中间放入窄的低碳钢板条,这样做的另一个好处是提高焊接效率及节省焊条;栽丝法多用于承受较大工作应力的厚大焊件（如大型机器器座等）的裂纹焊补;3.4灰铸铁的焊接工艺由灰铸铁的焊接性可知,灰铸铁在焊接中主要是容易产生白口组织和出现裂纹,故应从防止上述缺陷入手,从多方面考虑来选择焊接方法和制定合理的焊接工艺.4灰铸铁的其他焊接方法4.1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”;4.1.1热焊及半热焊焊条电弧热焊及半热焊的焊条均有两种类型,一种为铸铁芯石墨化铸铁焊条；另一种为钢芯石墨化铸铁焊条;为了使填充金属为铸铁成分,以保证焊缝充分石墨化,同时补充烧损,这类焊条的碳,硅总量一般高于母材,w(C+Si)=6%~7.6%,其中w(C)=3%~3.8%,w(Si) =3%~3.8%;“Z208”主要用于补焊厚大铸件的缺陷,这类焊条所用焊芯为6~ 12mm铸铁棒,外涂石墨化药皮,这种焊条多由使用单位自制,专业焊条厂很少生产;铸铁芯焊条直径大,可配合使用大焊接电流,以加快焊。
