铸铁的焊接及缺陷的处理办法

／MP日 ／Mh
硬度
HB
用途
铁素 体 QT40 0一1 8 400 250 18 球墨铸铁 QT42 0一1 0 42 0 270 10
≤179 ≤207
阀体；汽车、内燃 机零件、机床零 件
铁素 体 加珠光体 QT500一 5 500 350 球墨 铸 铁
机油泵齿轮；机 5 147— 241 车、车辆轴瓦
采取 相应 的焊 补工 艺进行 焊补 修复 。
灰铸铁的焊接。灰铸铁的焊接性较差，特别是在
作者简 介：刘天祥 ，男，1968年 生，太原重 型机械学院 机械工程系毕 业。 ·5 2·
第4 期( 总第79期)
刘天祥 ：铸铁的 焊接及缺 陷的处理 方法
2004年 8月
焊条电弧焊时，如果焊条选择不当，或者没有采取一些 特殊措施，则在焊接过程中会产生一系列缺陷，这些缺 陷中危害最严重的是白口和裂纹。
[ Ar t j cl e m] 1003—773x(2004) 04—0052一02
·5 3·
铸铁按照碳在组织中存在的形式不同可分为白口 铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。
( 1) 白口铸铁铸铁中的碳如果以渗碳体( Fe，C) 的 形式 存在 ，断面 呈银 白色 ，所以 叫白 口铸铁 。白 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，如铸造轧钢机轧辊及磨辊等。通常是将白口铸铁 经高 温退 火形 成可锻 铸铁 使用 。
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第4期 ( 总第79 期) No．4( SUMNo．79)
机 械管理 开 发
MECHANI CAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
2004年 8月 Au g．20 04
铸铁的焊接及缺陷的处理办法
刘天祥
( 山西省雁北煤炭工业学校山西大同
037 003)
【摘要】 铸铁零部件在制造和使用过程中产生的缺陷和损坏，需要修补时，应根据铸铁的特点采用相应的焊补工
预防 产生白 口的措施 主要有 ： 1) 改变化学成分，增加焊缝中石墨化元素的含量， 如在 焊条 中或焊 丝中 加入 大量的 碳、 硅元素 ，使 焊缝 形 成灰口组织。此外，还可以采用非铸铁焊接材料( 镍 基、铜基、高钒钢) 来避免焊缝金属产生白口或其它脆 硬组织的可 能性。 2) 减慢冷却速度，延长熔合区处于红热状态的时 间，以便石墨充 分地析出。例如采用铸铁热 焊法和气焊焊 补，将焊补区局部预热至600—70 0。C左右，使焊件焊缝 区冷却速度减慢，防止焊缝及熔合区产生白口组织。 3) 采用钎焊焊接法，因钎焊过程中焊件不熔化，也 可避 免熔合区 产生白口 。 ( 2) 裂纹。焊接灰铸铁时易产生裂纹。产生的裂纹 有两 种： 热裂纹 和热 应力 裂纹， 其中 尤以热 应力 裂纹 更 为常 见。 产生 原因 ：由于 铸铁 的塑性 接近 零， 抗拉强 度又 较 底， 焊接 时如果 焊缝 强度 高于母 材， 则冷却 时母 材往 往 牵制 不住 焊缝收 缩， 使结 合处母 材被 撕裂。 此外 ，当 结 合处 产生 白口组 织时 ，因 白口组 织硬 而脆， 它的 冷却 收 缩率又比基本金属灰铸铁大的多，更促使焊缝金属在 冷却时易开裂。 避免产生裂纹，主要是从减小或消除焊接应力着 手，常采用的措施方法有： 1) 热焊法：焊前将铸件预热至600．700℃，焊接 过 程中 ，工 作 温度 不能 降 至40 0℃ 以下 ，这 样 可以 减少 整个工件上温度分布不匀所引起的焊接应力。焊后再 立即 加热 至7 00℃左 右， 进行 消除 应力 的热 处理 。 2) 加热减 应区法：使焊补区 能够自由地热胀 冷缩。
HT200 200
珠光 体 灰铸 铁 HT250 250
孕育 灰铸 铁
HT3 00 HT3 50
HT4 00
300 350
400
承受中等负荷的零 330 163～ 229 件，如汽轮 机泵体、
轴承座、齿轮箱
400 170～ 214 承受较大负荷的零 件 ，如气 缸 、齿 轮、 油 缸、阀 壳、飞轮 、床
( 3) 球墨铸铁铸铁中的碳如果以球状石墨的形 式存 在， 称为球 墨铸 铁。 当石墨 数量 相同时 ，以 球状 表 面积 为最 小，所 以与 片状 石墨相 比， 对基体 性能 的影 响 最小 。因 此，相 对于 灰口 铸铁， 球墨 铸铁具 有较 高的 强 度和一定的塑性，可部分代替铸件使用。常用的球化 方法是在铁水中加入稀土镁合金和硅铁。
( 1) 白口。在补焊灰铁时，往往会在熔合线处生成 一层 白口 组织， 严重 时会 使整个 断面 全部白 口化 ，由 于 白口 组织硬 而脆 ，极难 进行 机械加 工，所 以对于 焊后 需 要进 行机 械加工 的焊接 接头 ，将带 来很大 困难 。
产生白口的原因，一方面是由于焊缝的冷却速度 快，特别是在熔合线附近处的焊缝金属是冷却最快的 地方；另一方面是焊条选择不当，即焊条中的石墨化元 素含量的不足。
1
轮，拖拉机减速 HRC≥ 38 齿轮，柴油机凸
轮轴
注：摘自GB／T1348 —19 88
2 铸铁的焊接特点
铸铁 在铸造 过程 中经常 产生气 孔、渣 孔、 夹砂、 缩
孔、 裂缝 、浇不 足等 缺陷 。而在 使用 过程中 超负 荷、 机
械事故以及自然损坏等原因，造成铸铁机件的损坏也
很多 ，对 于这些 有缺陷 和损坏 件， 应根据 铸铁 的特点 ，
( 如焊条电弧冷焊法时，可采用以下措施方法) 3) 使焊缝成为缩性较好的金属组织，例如采用铜 钢、镍钢、镍、镍铁、高钒钢 及碳钢等焊接材料，其中高 钒钢 及碳 钢的 塑性 较前面 几种 差些 。 4) 采用小电流续焊( 间歇焊) 、分散焊，在尽量窄的 坡口中多层焊等办法来防止焊补区局部的热输入，以 减小与整体之间温度差别及由此引起的热应力。 5) 通过锤击焊缝消除应力，防止裂纹。 6) 冷焊时基本金属熔化越多，熔合区白口层就越 厚，焊缝也就越易剥离。所以焊底层最好用细直径焊 条，小电流焊接。 以上焊条电弧冷焊法的几种措施应同时采用。另 外有时焊补厚壁深坡口时可用焊接垫板，减少熔敷金 属以及用栽丝法等来减少应力和防止焊缝剥离。 ( 3) 球墨铸铁的焊接。球墨铸铁本身的强度和塑性 较好 ，所 以焊接 时， 除了 保证不 产生 缺陷外 ，还 应从 等 强度 观点出 发，使 焊缝也 有较好 的强度 和塑性 。 球墨铸铁常用镁来作为球化剂，但镁却是阻碍石 墨化 的元 素，所 以焊 接时 白口现 象比 较严重 ，这 是矛 盾 的方 面，也 是焊接球 墨铸铁 的主要困 难之一 。 球墨 铸铁焊 接时 ，热影 响区冷 却速度 太快 ，其中 奥 氏体 会转 变成马 氏体， 即形成 淬火 组织， 其硬 度可高 达 620 —70 0HBS， 使焊 后机 械加工 发生 困难 。 所以，球墨铸铁的焊接性比灰铸铁还要差一点。 但是由于球墨铸铁本身的强度和塑性都较好，焊接时 不宜产 生裂纹，这 是其有利的一 面。 铸铁 的焊补 方法 主要分 气焊、 钎焊、 焊条 电弧焊 和 灰铸铁的手工电渣焊、细丝CO：气体保护焊。其中气 焊方法中又分为热焊法和不预热法；焊条电弧焊方法 中分为冷焊法 、半热焊法、不预热法 和热焊法。 铸铁 的焊补 方法 很多， 但每种 方法各 有其 特点， 只 能适应某些类型某些缺陷的焊补来选择确定。
和球墨铸铁的牌号、性能和用途见表l 、表2所示。
表1灰铸铁的牌号、性能和用途
抗拉强 度I抗 弯强度
铸铁 类型 牌号
MPa
≥
硬度 HB
用途
铁素 体 灰铸 铁 HTl oo 100
低负荷和不重要的 260 143～ 229 零件，如盖、外罩、手
轮、支架、重锤等
铁索体一 珠光 体 HTl 50 150 灰铸 铁
( 4)可锻铸铁将白口铸铁加热到930℃缓慢冷 却，经过较长时间的退火处理，Fe，C就分解为团絮状 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。适宜于铸造成型复 杂并 承受 冲击 载荷的 薄壁 零件 。
在铸铁的焊接中，只有灰铸铁和球墨铸铁可以焊 接。 所以 只列出 两种 铸铁 的牌号 、性 能和用 途。 灰铸 铁
( 2) 灰口铸铁也称灰铸铁。当铸铁中的碳以片状 石墨 的形 式分布 时， 断面 呈暗灰 色， 称为灰 铸铁 。灰 铸 铁具 有一 系列优 良性 能， 如耐磨 、吸 震、良 好的 切削 加 工性 、良 好的铸 造性 以及 较小的 缺口 敏感性 ，所 以在 生 产中得到大量的推广应用。但由于石墨的抗拉强度几 乎等 于零 ，所以 石墨 片相 当于小 的裂 纹，割 裂了 金属 基 体，使 铸铁的强度 和塑性大为降 低。
QT600一 3 600 420 3 229 ～3 02 柴油机曲轴、凸
铁素 体
轮轴；汽缸体、汽
球墨铸铁 QT700— 2 700 49 0 2 229 ～3 02 缸套；活塞环；部
分磨床、铣床、车
QT8 00一 2 800 560 2 24l ～ 321 床的 主轴 等
汽车的螺旋齿
下贝 氏 体 球墨 铸 铁 QTl 200—l 1200 840
参考文 献 【l 】李继三，等．电焊工职业技能鉴定教材．北京：中国劳动出
版社， 1996． 【2】史耀武，等．严酷条件下的焊接技术．北京：机械工业出版
社，200 0． 【3】 陈祝年， 等．焊接工程师 手册．北京：机 械工业出版社。 2000．
( 收稿 日期：2 004—0l — 06)
I r on C嬲6ng Wel mng舳d Tr eat ment of Def e ct s
470 170～ 214 身、活塞、刹车轮、联 轴器、轴承座等
540 187～255 承受高负荷的重要
610
197～ 269
零 件，如 齿 轮、 凸轮 。 车床卡 盘，剪床 和压
力机的机身 、床身、
680 207— 269 高压液压筒 、滑阀壳
体等
表2球墨体的牌号、性能和用途
铸铁 类 型
牌号
％
％ 8( ％)
艺进行焊补修复。
【关 键词】 冷却速 度 石墨化 元素
焊接应力
热焊法
【中图分类号】TG452
【文献标 识码】 B
【文章编号】 1003—773x( 2004) 04—0052一02
引言 铸铁是含碳量大于2％的铁碳合金。除铁和碳以
外，还有硅、锰 、磷、硫等元素，而且这些 元素含量比碳 钢高。在某些特殊用途的合金铸铁中，还根据需要加 入铜、镁、镍、钼或铝等合金元素。 1 铸铁的分类和性能