提高铸铁件焊接质量的方法与措施

提高铸铁件焊接质量的方法与措施
本文针对铸铁件焊补中易出现裂纹、气孔、未熔合等焊接缺陷问题，总结出提高铸铁件焊接质量的20条方法与措施，实践证明这些方法与措施能有效防止裂纹、未熔合、气孔等缺陷的产生，且简便易行，焊接质量好，经济效益明显。

1前言
铸铁是机械工业中应用非常广泛的材料。

但铸件在生产中由于各种原因经常会产生铸造缺陷，如砂眼、缩孔、密集性气孔、裂纹、夹砂、疏松、欠肉等，以及在使用过程中常出现裂纹、损坏等缺陷。

因此，铸铁件的焊补就成为很普遍、很重要的问题，搞好这项工作就能为国家节约大量的人力、物力和财力，所以铸件的焊补具有很重要的意义，但灰口铸铁件的焊接性较差，如工艺不当，极易产生以下问题：
1.1焊接接头易产生白口组织
铸铁件焊补时，由于石墨化元素不足和冷却速度快，往往会在焊缝与母材交界的熔合线处生成白口组织，严重时会使整个焊缝断面全部白口化（宏观金相时，很直观）。

白口组织既硬又脆，很难进行机械加工，而且容易在焊接区域产生裂纹。

1.2焊接接头容易产生热应力裂纹
焊补灰口铸铁具有工件受热不均匀、焊接应力大及冷却速度快等特点, 使强度低、塑性差的铸铁件，在热应力下很容易形成裂纹。

当焊接接头存在白口组织时，应力更加严重，加剧了裂纹倾向，严重时，可使整个焊缝沿半熔化区从母材上剥离。

1.3 易产生气孔和难熔的氧化物
铸铁件晶粒粗大，在铸造时会产生残留气孔、疏松、夹砂、缩孔等缺陷，在长时间使用中，这些缺陷又浸透了油、锈、水分、污物等，焊接时不可能得到彻底的处理，经高温挥发，焊接时熔池金属从液态转为固态时有部分气体来不及逸出，而形成气孔缺陷，尤其铸件中的杂质形成的氧化物（主要是Si2O）熔点高，易形成夹渣和不熔合及熔合不良缺陷，这些缺陷严重的影响了焊接质量。

1.4变质铸铁不易熔合
有些铸铁件由于长时间在高温等环境下工作，则石墨析出量增多并聚集长大，石墨熔点高，难于熔合，同时高温生成Fe、Mn、Si等金属氧化物, 其熔点也高，焊补时铁水与熔渣不清, 形不成熔池，烟雾大，焊条熔滴打滚, 不熔合，增加了焊补难度。

铸铁件的冷焊法一般采用焊条电弧焊方法进行。

具有工艺简单、焊工劳动条件较好；焊前不预热，焊件在冷状态下焊接，受热小、变形小、熔池小，可全位置进行施焊，焊接工艺得当的情况下，白口层较薄，可进行机械加工。

经过多年实践，总结出保证铸铁冷焊质量的20条工艺措施和方法。

具体做法如下：
2缺陷的检查
焊前对铸件缺陷（主要指裂纹）的检查是非常重要的，只有全部发现问题，才能处理彻底，其做法是：
2.1 用5~10倍放大镜查出裂纹的最终点。

2.2 将裂纹不明显的部位，用火焰加热到200℃左右，可用热胀冷缩法将不明显的裂纹显示出来。

2.3 还可以采用煤油渗透法来检查，渗煤油后，擦去表面的油渍，再撒上一层滑石粉，用小锤轻敲，不明显的裂纹就会显露出来。

3坡口型式
坡口可开成V型或U型，坡口底部要求带有圆角，坡口角度视铸件厚薄、缺陷形状而定，一般以50°~70°为宜。

这样可减少母材在焊缝中的熔合比，从而达到减少焊接应力、防止裂纹、避免焊道根部剥离的目的。

4钻止裂孔
钻止裂孔是为了防止铸件在焊接中受热时裂纹继续向两端延伸扩展，并减缓焊接应力的有效措施。

根据铸铁件缺陷厚薄，一般钻Ф6~10mm孔即可，孔的上端用较大的钻头扩成喇叭口状，以利焊接熔合良好。

5焊接场地的要求
最好选择室温在15℃以上的室内施焊，一般不宜在露天作业，严禁在通风处施焊。

6焊前清理
由于使用过的铸铁件一般沾满油污、水分及锈蚀等，焊接时如不彻底清理干净，将严重影响焊接质量，甚至焊接不能顺利进行，所以焊前的清理工作十分重要，要求露出金属光泽。

7焊接材料的选择
为确保补焊质量，正确选择焊接材料是关键。

由于铸铁材质不同，各种金属元素含量不一，石墨的存在形式不同，铸铁缺陷内部的腐蚀渗透也不一样。

我们的经验是：选用焊条应主要看焊条熔化时对焊件的熔合是否良好，与母材熔合良好，能均匀稳定地进行焊接，就是较理想的焊接材料。

如采用普低钢电焊条（E4315、E4316、E5015、E5016等）。

优点是成本低，抗裂性较好，能与母材较好的熔合，有一定的强度，适合于不要求机加工的铸铁件补焊。

其缺点是焊缝的塑性较差，如工艺采取不当，焊缝易产生裂纹和剥离现象。

采用镍基铸铁焊条，其抗裂性及机加工性均好，能溶解碳而不形成脆硬组织，同时镍是较强的石墨化元素, 对减弱熔合区白口层有利，不易出现裂纹。

但价格较贵，不利于大量或大面积的铸铁补焊时使用。

采用镍基焊条焊过渡层，再用普低钢焊条填充坡口。

实践证明，选用该方法进行铸铁冷焊，不但焊接质量令人满意，而且大大降低了焊接材料成本。

与此同时，我们还将CO2气体保护半自动焊用于铸铁件的补焊（焊丝选用
H08Mn2SiA），也取得了很好的效果。

8电源极性
焊接电源交、直流均可，但以直流为宜。

镍基焊条应用直流反接，碳钢焊条（指碱性）采用直流反接为好。

9焊前低温预热
焊前预热能均衡焊接区域的温度, 对控制白口层，减少焊接热应力，进一步清理坡口内的油污、水分等杂质, 使焊缝熔合良好大有好处。

其做法是用氧-乙炔等火焰将坡口以及坡口两侧各100mm内预热到150℃左右，但应注意的是预热温度上升要均匀，不能在某一点或区域上升太快。

10焊接电流要适中
施焊电流的大小选择很重要，必须严格掌握。

当电流过大时，焊接区域温度上升得既快又高，热影响区增大，产生的热应力也明显增高，出现裂纹和剥离的倾向也会增大；而焊接电流过小，使母材熔合不好，强度下降，也容易产生裂纹。

为降低焊接温度并使其熔合良好，应尽量采用小直径焊条施焊，焊接电流可按附表选取。

11运条法
根据铸铁的特性，施焊时的运条手法以直线划小圈为宜，焊道宜窄不宜宽，宜直
线（呈划小圈运条）不宜月牙或锯齿等两边摆动的运条法施焊。

焊接时宜采用中等弧长施焊，而不宜采用短弧或长弧施焊。

12控制焊接温度
控制焊接温度除采用适当电流和运条手法外，还要做到每段焊缝不宜过长，不使电弧高温在某一焊接区域停留时间过长而造成局部温度过高，从而达到减少焊接应力，不产生焊缝剥离和裂纹现象。

每段焊道长度应控制在40~ 60mm内，每段焊道温度冷却到50~60℃（手摸能忍耐住）后，再焊下一道。

13合理的焊接顺序
合理的焊接顺序能均衡焊接区域的温度，减少焊接应力，这是控制和减薄白口层，防止焊道裂纹和剥离的关键措施。

一般焊接顺序按：“先短后长”、“先里后外”、“分段退焊”和“分段跳焊”的方法进行。

14填满弧坑
实践证明，“弧坑”是铸铁焊接的薄弱部位，对焊接应力十分敏感，弧坑不填满，极易出现爆裂形的弧坑裂缝。

如在焊接中未消除或存在焊缝中，机件受载后，就有扩展的可能。

补焊中除填满弧坑外，还要注意严禁在焊缝以外乱打火引弧而造成的弧疤。

15焊后及时锤击
每焊完一小段焊道，应立即用尖头小锤锤击焊肉，使其均匀布满小麻坑。

这样做
能使晶粒拉长、组织细密、消除部分焊接应力。

16多层多道焊法
对一些厚度大的铸铁件，用窄焊道、多层堆焊法，将坡口填满。

此种方法能较好地控制和减少焊接应力，防止裂纹和剥离。

焊接时由底部开始, 从两侧往上焊起，详见附图。

17栽丝法
在坡口两侧钻孔攻丝，拧入钢螺丝（栽丝），相互焊牢，并逐步将螺丝熔合于焊缝中。

这种方法能提高强度，是防止焊缝剥离的极好措施，同时也是补焊厚大件及强度要求高的铸铁件常用的方法之一。

18挖补镶焊法
对于无法修复并且破损严重的铸铁件，去除缺陷后，并按其缺陷尺寸的几何形状下料进行挖补镶焊（材料用低碳钢板或从废弃的铸铁中取料均可）。

施焊时要严格按照铸铁焊工艺进行。

19渗镍（铜）法
焊接铸铁时，常用碳钢焊条，这些焊条对一般铸铁吻合很强，熔合较好。

但由于该种焊条的抗拉强度较高，产生的焊接应力大、白口层也厚, 容易产生裂纹及焊缝剥离，故采用渗镍（铜）法。

方法是将用过的BH—Z308（铸 308）、BH—Z408（铸408）BH—Z508 （铸508）焊条头去除焊药皮并剪成5 ~6mm小段，填入坡口内，施焊时使镍与碳钢焊条充分熔融成打底层，然后再用碳钢焊条按16条说明填充形成焊缝。

渗铜法是将
Ф2.5~3mm的废铜丝剪成小段填入坡口，施焊方法同上。

20变质铸铁的焊法
有些铸铁经受高温会使铸铁的化学成分发生变化而变质。

如用气焊时, 熔化铁水与白色渣滓混淆在一起不熔合；如用电弧焊不管选用什么焊条，熔化的铁水打滚与母材不熔合, 给焊接带来困难。

产生这种情况一般被认为可焊性差，不能焊。

遇到这种情况，为提高焊条与母材熔合力，多采用E4303等焊条在坡口内敷焊，然后用砂轮打磨后再焊，直至焊条与母材熔合良好为止。

21焊缝表面不宜高
铸铁焊接应严格控制不使焊缝高于母材的平面，如果高于平面，就会因中间的焊缝收缩而产生较大的应力, 这对防止裂纹和焊缝剥离很不利。

如果焊缝略低于或平于母材平面, 有利于减少焊接应力。

多年来，我们灵活地运用上述20 条焊接方法，修复了大量铸铁件，为国家节省了大量资金。