摘要 

灰铸铁有良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。

灰铸铁焊接时，焊接接头中裂纹倾向是比较大的，这主要与铸铁本身的性能、焊接应力、接头组织及化学成分有关。为防止焊接时产生裂纹，在生产中主要时采取减小焊接应力，改变焊缝合金系统以及限制母材中杂质熔入焊缝等措施。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”。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。

关键词: 加热减应区、灰铸铁、石墨形式、焊后缓冷、铸铁型焊缝、淬硬组织、整体预热

Abstract  

Gray cast iron has good casting properties, goodvibration, good wear resistance, good machining performance, low notchsensitivity.
    Gray cast iron welding, the weldedjoint is more inclined to crack, which mainly related to the performance oftheir cast iron, welding stress, joint organizations and the relevant chemicalconstituents. In order to prevent cracking when welding in the production ofthe main welding to take to reduce stress, change in weld alloy systems, aswell as restrictions on impurities in materials, such as measures to melt intothe weld. To obtain good welding quality, not only in accordance with therequirements of the correct choice for repairing welding material and weldingtechnology to grasp the main points of attention. Heterogeneity of the arc weldcold welding process can be summarized in four sentences the main points:"the preparatory work to do, an appropriate welding current small, shortparagraphs scattered intermittent welding, welding Knock with ahammersmall immediately after." Preparatory work before welding is veryimportant, usually refers to removal defects Weldment oil and other impurities,the correct observation of defects (such as the length of cracks, etc.) anddefects in the appropriate groove made to prepare for welding.
    Cast iron clean-up methods used thereare two types of the use of grinding wheel, wire brush or a flat shovel andother tools of the mechanical cleaning method; the other is the use oftrichlorethylene, caustic soda, gasoline, acetone and other chemicals of thechemical solvent washing. Oil can also be used to remove the flame will besub-casting heat, until heated to not smoke or weld defects such as poreseasily. To prevent excessive thermal stress, the heating temperature should becontrolled at below 400 ℃.
   

 Key words: heating bythe district, gray cast iron, graphite form of relief after the cold welding,weld cast iron type, hardened organization, the overall pre

目录

摘要. I

Abstract II

第一章 绪论. 1

第二章 灰铸铁的常用焊接方法. 2

2.1 焊缝为铸铁型的电弧冷焊. 2

2.2铸铁型焊缝电弧冷焊的工艺要点. 2

2.3异质焊缝的电弧冷焊. 2

2.3.1冷焊工艺. 3

2.3.2焊前准备. 3

2.3.3冷焊工艺要点. 3

2.4厚大件多层焊的补焊工艺特点. 4

2.4.1合理安排多层焊焊接顺序. 4

2.4.2必要是采用栽丝法. 4

2.5灰铸铁的焊接工艺. 4

第三章   灰铸铁的其他焊接方法. 5

3.1 电弧热焊及半热焊. 5

3.1.1热焊及半热焊焊条. 5

3.1.2 热焊工艺. 5

3.1.3 半热焊工艺. 6

3.2 气焊. 7

3.2.1气焊焊接材料. 7

3.2.2灰铸铁气焊工艺. 7

3.3 灰铸铁的钎焊. 8

3.4细丝CO2气体保护焊. 9

第四章 灰铸铁补焊的工程实例. 10

4.1灰铸铁带轮轮辐的补焊. 10

4.2 空气压缩机外壳裂纹的补焊. 10

结    论. 12

致    谢. 13

参考文献. 14

附    录. 15

第一章 绪论

   铸铁具有成本低，铸造性能、减震性能、耐磨性能与切削加工性能优良等很多优点，而且熔炼设备简单，所以在机械制造业中获得了非常广泛的应用。

灰铸铁中的石墨以片状存在，应用广泛，其焊接主要应用于以下方面：

（1）铸造缺陷的补焊   很多工厂都有铸造车间，一般铸件废品率都很高，采用焊接方法修复这些有铸造缺陷的铸件，不仅有利于及时完成生产任务，而且还可大大降低铸件成本。

（2）损坏铸铁件的补焊    由于各种原因，使铸铁在使用过程中会受到损坏，出现裂纹等缺陷，使产品报废。要更换新的，有的一时无法解决，将严重影响生产任务的完成，而且成品铸件都是经过机械加工的，价格往往也很贵。若能及时用焊接方法修补，不仅有利于生产任务的完成，而且可以节约大批资金。

（3） 零件的生产   即把铸铁件与刚件或其他金属件焊接起来成零部件。

灰铸铁焊接时，焊接接头中裂纹倾向是比较大的，这主要与铸铁本身的性能、焊接应力、接头组织及化学成分有关。为防止焊接时产生裂纹，在生产中主要时采取减小焊接应力，改变焊缝合金系统以及限制母材中杂质熔入焊缝等措施。

第二章 灰铸铁的常用焊接方法

2.1 焊缝为铸铁型的电弧冷焊

   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。

2.2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。

 2.3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

2.3.1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”。

2.3.2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。

2.3.3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。

2.4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。

2.4.1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。

2.4.2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。

2.5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.

 第三章   灰铸铁的其他焊接方法

3.1 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”。

3.1.1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，以加快焊接速度，缩短工人从事热焊的时间，有利于降低焊工的劳动强度。由于铸铁芯焊条制造工艺较钢芯焊条复杂，故成本高于“Z208”。

“Z208”焊条采用低碳钢焊芯，外涂强石墨化药皮，焊缝为铸铁型。由于焊条药皮加入了较多的强促进石墨化的物质，如硅铁，石墨，铝粉等，虽焊芯为低碳钢，在热焊及半热焊条件下仍可保证获得成分与组织为灰铸铁的焊缝。这类焊条原材料来源丰富，生产制造方便，成本也较低，一般专业焊条厂均可生产。

3.1.2 热焊工艺

电弧热焊时，一般将铸件整体或补焊区局部预热到600~700度，然后再进行焊接，焊后保温缓冷。热焊预热温度一般在700度以下，不超过铸铁的共析转变温度。因为，超过共析转变温度时，焊后会引起铸铁的基体组织变化，珠光体基体中的渗碳体会在共析转变时分解并形成石墨，使铸件的硬度和耐磨性降；而且在石墨析出时，还伴随着体积长大，使铸件的变形增加。再者，铸铁宰600~700度预热温度下焊接，不仅有效地减小的接头的温差，而且铸铁由常温时完全无塑性变为有一定的塑性, 加之焊后缓慢冷却, 使接头的应力状态大为改善, 从而有效地防止了冷裂纹的产生。热焊工艺具体如下：

1）预热   对结构复杂的铸件，由于补焊区刚性大，焊缝无自由膨胀收缩的余地，故宜采用整体预热；而结构简单的铸件，补焊处刚性小，焊缝有一定膨胀收缩的余地，例如铸件边缘的缺陷及小块断裂，则可采用局部预热。

整体预热的方法一般是将铸件整体用地炉或砖砌明炉加热，局部预热可用气焊或煤气火焰加热。大型工厂中铸件补焊批量大时，常装备有专门进行预热的连续式煤气加热炉。铸件补焊前，进行装有传送带的煤气加热炉，依次经过低温，中温及高温加热，使焊件升温缓慢而均匀，然后出炉补焊。补焊后再把焊件送入另一传送带，反过来由高温区到低温区出炉，以消除补焊后的残余应力。

2）焊前清理   在进行电弧热焊之前，首先应对铸件的待焊部位进行清理，并制好坡口。铸件缺陷处如有油污，一般可用氧乙火焰加热除净，然后根据缺陷的情况，可采用手砂轮，扁铲，风铲等工具进行加工。制作坡口时应铲到无缺陷后再开坡口，开出的坡口应是底部圆滑，上口稍大，以便于操作和保证焊接质量。

3）造型   对于边角部位及穿透缺陷，焊前为防止熔化金属流失，保证原定的焊缝成形， 还应在待焊部位造型，其形状尺寸如图6-5所示。

 造型材料可用型砂加水玻璃或黄泥。内壁最好放置高温的石墨片，以防止造型材料受热溶化或下塌，并应在焊前进行烘干。

4）焊接   焊接时，为保持预热温度，缩短高温工作时间，要求在最短的时间内焊完，故宜采用大电流，长弧，连续焊。焊接电流I的确定，可根据经验公式: I=（40~60）d。式中d表示焊条直径。因铸铁焊条药皮中含又较多的高熔点难熔物质石墨， 采用适当的长弧焊。将有利于药皮的熔化以及石墨向焊缝中过渡。

5）焊后缓冷   焊后要采取缓冷措施，常用保温材料覆盖，最好随炉冷却，电弧热焊适用于中厚铸件的大缺陷补焊。对于8MM以下的薄壁铸件补焊理时，因容易烧穿，故不宜使用。

采用电弧热焊工艺，焊缝为铸铁型，力学性能基本于母材相同，颜色与母材一样，具有良好的切削加工性，焊后残佘应用力小，接头质量高，但是，由于铸件的预热的温度高，使操作者的工作条件恶化；同时加热消耗燃料多，会使补焊成本增高；另外，焊接工艺复杂化，增加了生产周期，使生产效率降低。因此，电弧热焊工艺的应用和发展都受到了较大的限制。

3.1.3 半热焊工艺

为了降低预热温度，改善劳动条件，人们在实践中发现，适当的提高焊缝的石墨化能力，采用300—400摄氏度的整体或局部的预热，用于钢度较小的铸件焊接，也以收到较小的效果。由于预热温度有一定程度的降低，与前述热爆相比，可以使劳支条件有所改善，并可降低补焊成本，当预热温度在400摄氏度左右时，铸铁的弹性变形能力略有增加，故在铸件补焊处应较小时，往往采用这种半热焊工艺。

半热焊预热温度较低，铸件在焊接时的温度差要比热焊条件不大，故焊接区冷焊速度将加快。因此，为了防止产生白口组织和裂纹，保证焊缝石墨化，焊缝中的石墨化元素含量一般时应高于热焊时的含量，其碳、硅总量为W（C+SI）=6.5%—8.3%，其中W（C）=3.5%—4.5%，W（SI）=3%—3.8%。一般情况下可采用“Z208”或“Z248”铸铁焊条。半热焊工艺过程基本与热焊进相同，大电流、长弧、连续焊，焊后保温缓冷。

 由于半热焊预热温度比热焊低，在加热时铸件的性变形不明显，因而在补焊区刚性较大时，不易产生变形，内应力增在而导致接头产生裂纹等缺陷。因此，电弧半热焊只能用于补焊区刚度较小或铸件形状简单的情况下。

3.2 气焊

氧乙炔焊温度比电弧温度低很多，而且热量不集中，很适于薄壁铸件的补焊。一般气焊时，需要较长时才能将补焊处加热到补焊温度，而且加热面积又较大，实际上相当于补焊处先局部预热再进行焊接的过程。故在采用适当成分的铸铁焊芯对薄壁件缺陷进行气焊补焊理，由于冷却速度较慢，有利于石墨化过程的进行，焊缝易得到灰铸铁组织，而焊接热影响区也不易产生白口或其他淬硬组织。但由于一般气焊时加热时间长，焊任件受热面积较大，焊接热应力较大，故补焊高度较大的缺陷时，比热焊容易发生冷裂纹，所以一般气焊主要适用于刚度较小的薄壁件的缺陷补焊。对刚度大的薄壁件缺陷补焊时，为了减接焊接应力，防止裂纹出现，宜采用焊件整体预热的气焊热焊进行。预热温度为600—700摄氏度，焊后应采取缓冷措施。由于热焊具有能量消耗大，劳动条件大等缺点，焊接工作者又探索成功了较简便宜的“加热减应区”的气焊方法，对某些刚度较大的缺陷的补焊也获得了成功。

3.2.1气焊焊接材料 

灰铸铁气焊时焊缝冷却速度较快，为提高焊缝石墨化能力，保证焊缝有合适的组织及硬度，其焊丝中碳、硅含量应较热焊时较高。气焊过程中焊丝中的碳及硅都有一些氧化烧损，故焊缝中实际含碳、硅量较焊丝有一定降低。气焊热焊时焊缝w(C+Si)总量约为6%，相当于电弧热焊时的况。一般气焊时，焊缝中w(C+Si)总量约为7%。铸铁气焊焊丝成分如表6-4所示。

铸铁气焊焊接时，由于硅易氧化而生成酸性氧化物SiO2，其熔点较铸铁熔点为高，粘度较大，流动性不好，妨碍焊接过程的正常进行，而且易使焊缝造成夹渣等缺陷，故应设法去除。去除的办法是加入以碱性氧化物为主所组成的熔剂，使其结成低熔点的渣，而容易浮到熔池表面上便于清除。我国焊接铸铁所有气焊溶剂的统一牌号为“CJ201”，其主要成分为Na2CO3,NaHCO3,H3BO3,呈碱性，熔点较低，易潮解。除外购外，气焊熔剂也可自制。

3.2.2灰铸铁气焊工艺

气焊前要对铸件进行清理，其焊前清理和准备工作基本与焊条电弧焊相同。制备坡口一般可采用机械方法。当铸件断面很小或不能用机械方法开坡口时，也可用氧气切割直接开出坡口。

气焊时，应根据铸件厚度适当选用较大焊码的焊炬及焊嘴，以提高火焰能率，增大加热速度。气焊火焰一般应选用中性焰或弱碳化焰，不能用氧化焰。因为，氧化气氛会使熔池中碳，硅等元素烧损增加，影响焊缝的石墨化过程。为防止熔池金属流失，在焊接中应尽量保持水平位置。

铸件焊后可自然冷却，但注意不要放在空气流通的地方加速冷却，否则会促使白口及裂纹产生。

一般较小的铸件气焊时，凡是缺陷位于边角和刚度较小的地方，可用冷焊方法。其特点是不用单独预热，仅依靠焊炬的火焰在坡口周围进行预热后即可熔化施焊，焊后自然缓冷一般就可得到无裂纹缺陷的接头。但是，当缺陷位于铸铁中央，接头刚度较大或铸件形状较复杂时，采用冷焊的效果往往不好，应采用预热温度为600~700摄氏度的热焊法，或者是“加热剪应区”法焊接。

采用加热减应区法是气焊铸铁的常用方法，这种方法又叫“对称加热焊”，用这种方法在焊接前，要在铸件上选定加热后可使接头应力减小的部位，该部位称为“感应区”，减应区一般是阻碍焊接区膨胀和收缩的部位。如图6—6所示，在焊接时，先将减应区加热到一定的温度，便其膨胀伸长；要补焊的裂纹处宽度也将会随之增大；这时对补焊处进行焊接，并应保持减应区处于较高的温度。焊接后减应区与焊缝同时缓冷，接头和减应区将沿同一方向自由收缩，故使焊接应力减小，降低了其产生裂纹的倾向。

由以上分析可见，加热减应区焊接的关键是选取减应区。在选取减应区时还应注意，该区的变形应对铸件其他部位无不良影响。根据铸件的状态和需要，加热减应区可选择一处，也可选择两处或多处。

减应区的加热，应根据铸件的状态灵活运用。例如，补焊薄壁铸件，接头冷却速度较快时，应首先对减应区加热，并在焊接中保持加热温度；而有些铸件形态不太复杂，接头焊后不会马上出现裂纹，为保证减应区与焊接区同时收缩，可在焊接接近终了时才对减应区进行加热。有时为了方便操作及加热，可使用两把焊炬，一把用于焊接，另一把则用于加热减应区，其效果会更好。

采用加热减应区法焊接铸件，具有热焊的特点。与热焊相比，该法焊接效率高，劳动条件好，其焊接成本也较低。但是，这种气焊方法对工艺要求也比较严格，减应区的选择也颇为麻烦，故对焊接操作者要求很高。另外，这种方法也不适于全位置焊接。

   随着加热减应区法的发展与完善，使过去某些采用整体预热方可补焊的铸件，可用较简便的加热减应区法所代替。所以，这种方法在农机、汽车修理、制造部门得到了推广应用。加热减应区法，有时也可和焊条电弧焊联用，采取氧乙炔焰加热减应区与电弧冷焊相配合，也能收到满意的效果。

3.3 灰铸铁的钎焊

钎焊时母材不熔化，故对避免铸铁焊接接头出现白口是非常有利的，使接头有优良的加工性。此外，钎焊温度较低，焊接接头应力较小，二接头上又无白口等组织，对发生裂纹的敏感性也较小，所以研究钎焊方法来补焊铸铁很早就被人们所注意。

国内外一般都采用氧乙炔焰钎焊铸铁。过去一直多采用黄铜钎料，其成分为：w(Cu)53%～55%，其余为Zn。这种钎料我国有定型产品，型号为“HL103”。 钎剂可用硼砂。黄铜钎焊铸铁在我国有一定的应用。黄铜钎焊的缺点是：①钎焊接头强度偏低，一般为117.6～147MPa.②钎焊处呈金黄色，与母材颜色差异大。故黄铜钎焊在一些修配厂应用还是可以的，但应用于要求较高的新铸铁件缺陷的补焊上往往难于满足要求。经研究发现，黄铜钎焊焊缝的本身强度并不低（σb＞196MPa），而接头破坏基本都发生在与母材连接的钎接面上，这说明接头强度低主要是因钎焊接头上扩散过程不充分引起的，其原因是铜、锌常温时在铁中的溶解度都非常微小所致。经过对有关相图分析，可以知道在上述黄铜的基础上加入一定量的锰有利于问题的解决。因为锰在黄铜及铁中都有较大的溶解度，有利于钎焊接头扩散过程的进行；而且锰颜色发黑，加入黄铜中有利其颜色向铸铁靠近。但锰加入后易形成脆性β相，使钎焊焊缝塑性降低。而镍在上述黄铜中能扩大α相区，可以消除锰的这种有害作用，同时加入镍也有利于扩散过程的进行。在黄铜中加入少量的锡可提高钎料的流动性。加入少量的铝可防止锌的氧化剂蒸发。

近年来，我国已经在研制出新型的锰镍铜锌钎料及相应的钎剂（见表6-7和表6-8），用于铸铁的钎焊取得较好的效果。

利用上述钎料及钎剂焊铸铁可在700℃左右进行（比一般黄铜钎焊温度低200℃），可保证钎焊接头无任何高硬度组织出现，钎缝硬度165～199HV，热影响区硬度200HV左右，母材（HT200）硬度201～221HV，切削加工性能非常优良，完全可以满足流水线上任何机加工要求。钎焊接头强度σb＞196MPa，完全满足HT200铸铁力学性能的要求，颜色与铸铁接近。我国以生产上述钎料与钎剂，主要用于加工面撒谎那个小缺陷焊补。与电弧焊、气焊不同，钎焊前必须用机械方法将钎焊处露出金属光泽，否则钎焊不上，这可能影响在铸铁钎焊上的推广。

3.4细丝CO2气体保护焊      

细丝CO2气体保护焊 是短路过度过程，采用小电流、低电压焊接，母材熔深浅；而且伴随小电流小电压，母材第一层的熔合比也有所减小。此外，细丝CO2气体保护焊有一定的氧化性，对焊缝中碳的氧化烧损也能起一定作用，这些都可使焊缝含碳量得到降低。

第四章 灰铸铁补焊的工程实例

4.1灰铸铁带轮轮辐的补焊

如图所示，灰铸铁带轮轮辐“1”处发生断裂，现采用气焊进行补焊。若用气焊对断裂处直接进行冷焊，其接头刚性很大，难以获得良好的焊接质量，故宜采用加热减应区法进行焊接。该铸件轮缘较厚，在焊接中阻碍焊缝收缩，所以加热减应区确定为“2”处。

焊接时，先将“2”处加热到一定温度，当该区温度升高时，轮缘受热会向外膨胀，断裂部位的裂纹间隙也将随之扩大；当间隙扩大到一定程度后，迅速将火焰移至断裂处加热，进行焊接。在焊接过程中，应间隔加热“2”处，使之接头同时收缩。焊后在室内自然缓冷。由于加热减应区使铸件轮缘的拘束作用降低，故接头裂纹倾向减小。

采用加热减应区法焊接时，要做到既要降低应力，又要使加热变形不超过允许范围。如上例带轮焊接，减应区加热温度越高，则轮辐断裂处的间隙就越大，焊后接头处的应力就会越小；但是，会使轮辐的膨胀量过大，不能缩回原来的位置。这相当于被焊轮辐增长，不仅会造成轮缘不圆，还可能会使相邻的薄弱处（如“3”和“4”处）应力过大而产生断裂。

4.2 空气压缩机外壳裂纹的补焊

某矿山坑口的空气压缩机外壳产生裂纹，现采用异质焊缝电弧冷焊进行补焊。工件壁厚为40～45mm，裂纹形态为外壳边缘起约长650mm穿透裂纹。

焊前分析：工件的金相组织是以珠光体+铁素体为基本的灰铸铁，内部组织粗大。由于焊件在使用过程中承受动载，属于疲劳裂纹。因裂纹长，结构的刚度大，体积较大，不宜搬运，又是冬季施焊，所以补焊困难较大。如采用气焊热焊、电弧热焊，焊件受热面积大，焊后残余应力大，且焊件预热困难。如采用铸铁型焊缝电弧冷焊，因结构钢度较大易产生裂纹。比较各种方案，最后确定采用异质焊缝电弧冷焊。

含前准备：清除焊接区油污等杂质，裂纹前端φ8mm止裂孔，开V形坡口，坡口角度60度。

焊接工艺的制定：由试板焊接实验得知，EZNiFe(Z308)焊条焊缝金属的屈服强度较高，焊接钢度较大的铸件时易产生剥离裂纹。所以采用价格较贵的EZNi(Z308)焊条打底焊过渡层，然后采用价格较低的EZNiFe(Z408)焊条焊填充层。

焊打底焊道和坡口两侧的过渡层用直径φ3.2mm的EZNi(Z308)焊条，焊接电流为90～105A，采用快速短弧焊，短段、断续、分散焊的冷焊工艺，每段焊缝不超过30mm，焊后立即锤击焊道。含填充层用直径φ4mm，多层多道焊，焊道越窄越好。最后盖面焊道高出焊件表面2mm，趁热锤击焊道并将高出部分砸平。

结论

目前 ,世界灰铸铁的年产量为 3386余万吨 ,我国年产约 630万吨[1] 。而灰铸铁件的返修率一般是35 %左右 ,所以需要经过焊补修复的灰铸铁件数量相当可观。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灰铸铁使用一般焊材冷焊时 ,容易在焊缝和半熔化区出现白口和淬硬组织 ,热焊工艺则能耗大 ,劳动条件差 ,生产率低。灰铸铁使用一般焊材冷焊时 ,容易在焊缝和半熔化区出现白口和淬硬组织 ,热焊工艺则能耗大 ,劳动条件差 ,生产率低。裂纹通常发生在焊缝和热影响区，产生的原因是铸铁的抗拉强度低，塑性很差（400℃以下基本无塑性），而焊接应力较大，且接头存在白口组织时，由于白口组织的收缩率更大，裂纹倾向更加严重，甚至可使整条焊缝沿熔合线从母材上剥离下来。防止裂纹的主要措施有：采用纯镍或铜镍焊条、焊丝，以增加焊缝金属的塑性；加热减应区以减小焊缝上的拉应力；采取预热、缓冷、小电流、分散焊等措施减小焊件的温度差。

参考文献

1金属材料焊接                         机械工业出版社

2热处理                               工程出版社

3 http://baike.baidu.com/view/110458.htm    信息网

4焊接方法                              北京理工大学出版社

附录

　 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。

焊接接头易出现白口及淬硬组织

1.焊缝区

当焊缝成分与灰铸铁铸件成分相同时，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。

防止措施：

　　焊缝为铸铁①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。②调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。

　　异质焊缝：若采用低碳钢焊条进行焊接，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.半熔化区

　　特点：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。

　　1）冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响

　　V冷很快，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C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。

　　该区金相组织见P104 图4-5

　　其左侧为亚共晶白口铸铁，其中白色条状物为渗碳体，黑色点、条状物及较大的黑色物为奥氏体转变后形成的珠光体。右侧为奥氏体快冷转变成的竹叶状高碳马氏体，白色为残余奥氏体。还可看到一些未熔化的片状石墨。

　　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。

　　例：电渣焊时，渣池对灰铸铁焊接热影响区先进行预热，而且电渣焊熔池体积大，焊接速度较慢，使焊接热影响区冷却缓慢，为防止半熔化区出现白口铸铁焊件预热到650～700℃再进行焊接的过程称热焊。这种热焊工艺使焊接熔池与HAZ很缓慢地冷却，从而为防止焊接接头白口铸铁及高碳马氏体的产生提供了很好的条件。

　　研究灰铸铁试板焊件、热输入相同时，随板厚的增加，半熔化区冷却速度加快。白口淬硬倾向增大。

　　2）化学成分对半熔化区白口铸铁的影响

　　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。

　　3.奥氏体区

　　该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A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。

　　4.重结晶区

　　很窄，加热温度范围780～820℃。由于电弧焊时该区加热速度很快，只有母材中的部分原始组织可转变为奥氏体。在随后冷却过程中，奥氏体转变为珠光体类组织。冷却很快时也可能出现一些马氏体。