手工电弧焊对灰口铸铁的补焊工艺

手工电弧焊对灰口铸铁的补焊工艺柳钢（集团）公司烧结厂梁森摘要：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，以及出现裂纹等问题。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，对铸件的缺陷要进行具体分析，尽量减小熔合比，调整热影响区，松驰焊接应力，才能使大面积的裂纹补焊获得成功。1、材料及焊前准备翻车机液压缸，材料为HT20-40灰口铸铁，厚度为18mm。裂纹程度：且横、纵向交错，有穿透和未穿透的。(1)钻止裂孔：在距离裂纹末端2～3mm处钻一个直径为6～8mm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2～3mm。(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：16mm70°±5°图1焊缝坡口形式(3)焊前清理：将坡口周围的油污，铁锈等脏物清除干净，直到露出光泽为止。2、工艺分析1）产生白口的原因及预防措施产生白口的原因：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，使焊缝中的石墨化元素含量不足。防止产生白口的措施：①减慢冷却速度延长熔合区处于红热状态的时间，使石墨能充分析出，具体措施是焊前对焊件进行预热和焊后保温缓冷。②增加石墨化元素含量铸铁中常存在的C、Si、S、Mn、P元素中，C和Si是强烈的石墨化元素，只有当（C+Si）％含量达到一定值时，在适当冷却速度配合下，才能使焊缝获得灰铸铁组织。因此，选择含硅、磷较高的焊接材料是防止产生白口的常用方法之一。③采用易质材料焊接采用镍基、铜基、钢基焊缝的焊接材料，使焊缝不是铸铁组织，因而从根本上避免了产生白口。2）铸铁补焊时产生裂纹的原因及预防措施铸铁补焊时可能产生冷裂纹和热裂纹①冷裂纹冷裂纹可能出现在焊缝或热影响区上，并且发生在400℃以下。当焊缝为铸铁型时，易于出现焊缝冷裂纹。裂纹发生时常随着可听见的较响的脆性断裂声音，焊缝较长或焊补刚性较大的缺陷时，常发生这种裂纹。产生原因是：焊接过程中由于焊件局部不均匀受热，焊缝在冷却过程中受到很大的拉应力，由于铸铁强度低，400℃以下基本无塑性，当拉应力超过此时铸铁的抗拉强度时，即发生焊缝冷裂纹。当焊缝中存在白口铸铁时，由于白口铸铁的收缩率（2.3％）比灰铸铁的收缩率（1．26℅）大，故焊缝更易出现冷裂纹，特别是当焊缝强度大于母材时，冷却过程中母材牵制不住焊缝的收缩，结果在结合处母材被撕裂，这种现象称为“剥离”。防止冷裂纹最有效的办法是对补焊件进行550～700℃在整体预热，其次是采用易质焊缝的焊接材料。②热裂纹当采用镍基焊接材料（如Z308、Z408、Z508焊条）及一般常用的低碳钢焊条补焊铸铁时，焊缝金属对热裂纹较敏感。产生的原因是：采用镍基材料补焊铸铁时，由于铸铁含S、P高，形成较多的低熔点共晶体物，如Ni-Ni3S2(熔点644℃)Ni-Ni3P（熔点880℃）；采用低碳钢焊条焊补铸铁时，第一、二层焊缝会从铸铁溶入较多的C、S及P，因此使第一、二层焊缝的热裂纹程度增加。防止产生热裂纹的方法是调整焊缝的化学成分，加入稀土元素，增强脱硫脱磷的能力，减少融合比，降低焊接应力等。3）焊条选用非铸铁型异质焊缝金属的性质分镍基、钢基两大类。①镍基铸铁焊条特点是焊缝硬度较低溶合区白口层薄，焊缝的颜色与灰铸铁相接近，使用于加工面的焊接。镍基铸铁焊条有：EZNi型纯镍铸铁焊条（Z308）、EZNiFe型镍铁铸铁焊条（Z408）、EZNiCu型镍铜铸铁焊条（Z508）三种，而Z308是纯镍芯、强石墨化型药皮的铸铁焊条。电源可交、直流两用，进行全位置焊接，施焊时，焊件可不预热，这是铸铁冷焊焊条中抗裂性、切削加工性、操作工艺及力学性能等综合性能较好的一种焊条。②钢基铸铁焊条焊条采用低碳钢焊芯，焊后焊接接头中易出现热裂纹、冷裂纹和淬硬组织，溶合区白口宽度较大，焊接质量不能令人满意。3、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D3.2mm和4mm。焊前应将焊条经150℃左右烘焙2h。烘干后装到保温筒，随取随用。(4)第1、2、3层焊道施焊时选用D3.2mm焊条，电流为90～100A。后两层焊道，选用D4mm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200mm范围内，加热到300～350℃，保温30min，用石棉粉复盖使之缓冷。(7)焊接注意事项为：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10～40mm。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℃以上进行，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。12345679811104321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，没有发现裂纹及渗漏现象，达到了质量要求。4、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0.05mm)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。小规范焊接，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，焊接规范小，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。(4)合理锤击焊缝，是减少焊接应力的有效措施。锤击焊缝使焊缝金属延展，松驰焊接应力。但需注意：第一层因焊肉较薄不宜锤击。最后一层也不要锤击，以防止冷作硬化。其他各层均要锤击，锤击时温度在400℃以上进行，效果较好。(5)调整焊接热输入。采用短段焊、分散焊、断续焊、多层多道焊，其目的是为防止局部金属过热，避免因热应力而诱发裂纹的产生。多层多道焊时，采用合理的焊接顺序。其原因之一，也是为了分散热量。关键是在坡口两侧与母材交界的那一层焊道上。要严格控制电流，运条要快，必须使焊缝与母材熔合良好。中间的焊道，因为使用纯镍焊条，其焊缝金属的塑性会较好。采取了合理的焊接顺序，并配合锤击焊缝，这样就能有效地防止半熔化区的“焊缝剥离”。(6)焊前预热，焊后热处理及缓冷措施，能使工件与焊缝的温差缩小，减慢冷却速度，防止热影响区产生淬硬组织，并可有效地防止裂纹的产生。通过对HT20-40灰口铸铁的补焊，结果证明：选定的工艺方案是正确可行的。只有采用小规范焊接，减小熔合比，合理锤击焊缝，调整焊接热的输入，可避免因热应力诱发裂纹的产生。正确的焊前预热，焊后热处理，可避免接头产生淬硬组织，并有效防止裂纹的产生。