灰铸铁的焊接性及焊接工艺研究

1、目录目录1前言31. 灰铸铁的性能特点及应用51.1 灰铸铁的性能特点51.2 灰铸铁的应用62. 灰铸铁的焊接性72.2焊接接头易出现白口及淬硬组织72.2.1焊缝区82.2.2半熔化区92.2.3奥氏体区102.2.4重结晶区113. 灰铸铁的焊接工艺性113.1 电弧热焊123.2 半热焊123.3 电弧冷焊133.4 镍基焊条144.灰铸铁同质（铸铁型）焊缝的熔焊164.1电弧热焊164.2气焊195灰铸铁的焊接裂纹及预防215.1冷裂纹215.1.1、冷裂纹产生的主要因素215.1.2、焊缝上的冷裂纹215.1.3热影响比上的冷裂纹225.1.4防止冷裂纹的措施235.2热裂纹235

2、.2.1产生热裂纹的主要因素245.2.2热裂纹的防止246. 灰铸铁的焊接检验24致谢29参考文献30前言工业中应用最早的铸铁就是以片状石墨存在于金属基体中的灰铸铁。由于其成本低廉，并具有铸造性、可加工性、耐磨性及减振性均优良的特点。迄今是工业中应用最广泛的一种铸铁。20世纪80年代初，铸铁材料发展进入了顶峰期，随后，世界的铸铁产量便出现急剧递减，然而铸铁仍是当今金属材料中应用最为广泛的基础材料。灰铸铁在结晶过程中，约有W(C)为80%的碳以石墨的形式析出，这就给灰铸铁带来两方面的特点：一方面，由于石墨强度较低（Rm20N/mm2），且以片状的形态存在，割裂了基体的连续性，因此灰铸铁的强度不

3、高，脆性较大。另一方面，由于石墨的存在，灰铸铁具有良好的减震性、耐磨性、切削加工性和缺口敏感性。由于共晶结晶过程中石墨化膨胀，还有减少缩松、缩孔的倾向。同时，灰铸铁还有较高的抗压强度。灰铸铁传统的化学成分中Si/C比较低（0.400.55）。适当提高Si/C比（0.650.85），是提高铸铁内在质量的重要途径之一。提高Si/C比的作用是：可使连续的初析奥氏体枝晶增加，这就像混凝土中的钢筋一样，对灰铸铁起到加固的作用，可扩大稳定系和介稳定系的温度差，增加过冷度T，从而细化石墨，有效地扩大集体组织的利用率；还可降低灰铸铁的白口倾向，减小断面敏感性，提高弹性模量和形变抗力。当然，Si/C比较高，会使

4、铁素体增加，强度和硬度有所降低。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,将是极大的浪费。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。常用的焊既接方法有气焊、钎焊、电弧焊等,其中手工电弧焊应用最多。但是铸铁件的焊补极易产生白口和裂缝，其中产生白口的主要原因是冷却速度过快和石墨元素不足;而产生裂缝的原因主要是焊接应力。焊接是一种将材料永久性的连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件，在生

5、产制造中都不同程度地应用到焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。近年来，焊接已由一个单一的加工工艺发展成为有科学基础有广泛应用范围和前景的焊接工程和焊接产业，在这些产业中，焊接在其中占有重要地位，是决定其产品使用安全的关键。有些直接出焊接产品或在现场装焊接后投入使用，有些是作成主体结构然后在其上安装动力和机电设备后应用，有焊接结构的质量和安全保证在整体结构设计合理的情况下，主要决定与焊接联结部位的结构、材料匹配、工艺设计、先进的焊接制造工艺及设备和准确的无损检测技术，这些都决定了焊接联结部位的的内在和外观质量，形成了分布

6、在各工业和基础设施建设部门各具特色的焊接结构行业，同时也形成了结构焊接需要的焊接设备行业和焊接材料行业。这些行业是互相关联促进的行业。焊接结构已有日新月异的发展:在装备制造业结构中用焊接结构局部或全部代替铸件或锻件结构和由局部铸件或锻件焊接成组合结构是大重型结构发展的方向，可大大节约大型铸锻车间及其设备的基本建设投资和生产过程的能源消费，同时还可缩短生产周期;在各种建筑行业广泛采用钢质焊接结构代替钢筋混凝土结构，可达到大跨度、轻自重、工厂制造、设计优、工程在建周期短、环境污染少，基础费用省，折除后材料可循环使用，因而符合目前绿色制造和资源循环利用建设节约型社会的大潮流。目前我国微电子及IT行业

7、中的发展，高强有色金属、光钎、超导和复合材料及高分子材料的应用，都对焊接工艺、设备和材料提出了很多新的要求，因而得到了相应发展。 1. 灰铸铁的性能特点及应用1.1 灰铸铁的性能特点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

8、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。灰铸铁在结晶过程中，约有W(C)为80%的碳以石墨的形式析出，这就给灰铸铁带来两方面的特点：一方面，由于石墨强度较低(Rm20N/mm2)，且以片状的形态存在，割裂了基体的连续性，因此灰铸铁的强度不高，脆性较大。另一方面，由于石墨的存在，灰铸铁具有良好的减震性、耐磨性、切削加工性和缺口敏感性。由于共晶结晶过程中石墨化膨胀，还有减少缩松、缩孔的倾向。同时，灰铸铁还有较高的抗压强度。灰铸铁传统的化学成分中Si/C比较低(0.400.55)。铸铁成分分析仪器 研究表明，适当提高Si/C比(0.650.85)，是提高铸

9、铁内在质量的重要途径之一。提高Si/C比的作用是：可使连续的初析奥氏体枝晶增加，这就像混凝土中的钢筋一样，对灰铸铁起到加固的作用，可扩大稳定系和介稳定系的温度差，增加过冷度T，从而细化石墨，有效地扩大集体组织的利用率；还可降低灰铸铁的白口倾向，减小断面敏感性，提高弹性模量和形变抗力。1.2 灰铸铁的应用灰铸铁现在在我国的使用上主要是缸体、缸盖、刹车盘、机床支架等等吧，主要是根据其组织和性能来判断的，下面附组织和性能的解释灰铸铁的组织和性能。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；铁素体一珠光体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。 力学性能：灰铸铁的力学性

10、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。 其他性能：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2. 灰铸铁的焊接性

11、2.1 铸铁焊接性分析 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。2.2焊接接头易出现白口及淬硬组织以含碳为3%，含硅2.5%的常用灰铸铁为例，分析电弧焊焊后在焊接接头上组织变化的规律。 2.2.1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

12、+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 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。采用预热或者炉中缓冷调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。可增加C、Si、Ni等元素促进石墨化。 对焊缝石墨影响元素异质焊缝：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1314，其焊缝平均含碳量将为0.7%1.0%,属于高碳钢（C0.6%）。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，

13、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。2.2.2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11501250。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C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。其左侧为亚共晶白口铸铁，其中白色条状物为渗碳体，黑

14、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。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

15、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。2.2.3奥氏体区该区被加热到

16、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8201150，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。

17、2.2.4重结晶区很窄，加热温度范围780820。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。3. 灰铸铁的焊接工艺性灰铸铁应用十分广泛，在铸造过程中也极容易出现缺陷，所以，补焊是铸铁业时常要做的工作。由于灰铸铁的化学成份和物理性质的特殊性，在实施补焊时也就不同于一般钢材的焊接工艺。本文从分析灰铸铁化学成份和物理性质入手，进而介绍灰铸铁常用的补焊方法和补焊缺陷的预防。目前国内生产的灰铸铁牌号有 HT100、HT150、 HT200、 HT260、 HT300、 HT350 及HT400。灰铸铁

18、的焊接性能较差，如果焊接材料和工艺措施选用不当，会在焊缝和热影响区产生白口、淬硬组织和裂纹三种种严重缺陷，影响补焊的质量。对于灰铸铁的补焊有电弧热焊、半热焊和冷焊三种工艺，下面对这三种工艺的特点和工艺方法加以介绍。3.1 电弧热焊 焊前将灰铸铁件整体或局部预热至600700，并在补焊过程中保持这一温度，在焊后再采取缓冷措施的工艺方法，称热焊。灰铸铁的热焊有 着突出的优点，通近预热和缓冷，使焊接部位冷却速度减慢，可避免产生白口和淬硬组织，保证焊接处有良好的切削加工性能。由于预热温度较高，使母材和焊缝金属的温差变小，大大地降低了接头的热应力。灰铸铁在600700时有一定的塑性，伸长率可达2%3%，

19、因此可有效地防止产生焊接裂纹。热焊适用于薄壁铸件，结构复杂、刚性较大，易产生裂纹的部件以及对补焊区硬度、颜色、密封性、承受动载荷要求高的零、部件的补焊。灰铸铁热焊能获得质量最佳的焊接接头，缺点是劳动条件恶劣、生产成本高、生产率较低。3.2 半热焊 预热温度在300400时，称为半热焊。半热焊由于预热温度低、冷却速度较快，需要在石墨化能力更强的焊接材料配合下，才能获得灰口组织。但能改善劳动条件、简化补焊工艺。对于刚性较大铸件的补焊，半热焊还具有一定提裂纹倾向。热焊和半热焊要采用铸铁型焊接材料，使焊缝的组织、硬度和其它物理性能以及颜色等都与母材金属接近。焊条要选用铸铁芯石墨化型焊条，其牌号为Z24

20、8。焊芯直径为612mm，补焊时采用大电流，可按每毫米焊芯直径5060A的电流选用，电源则可交、直流两用；半热焊选用钢芯石墨化型焊条，其牌号为Z208，焊芯为H08A，药皮中含有较多的碳、硅、铝等石墨化元素。 在补焊前，铲除缺陷至露出金属光泽，用扁铲、风铲、砂轮等开坡口。坡口上缘稍大，底面应圆滑过渡。对于边角部位及穿透性缺陷，在补焊前需要造型。造型材料的质量分配为：焦碳粉30%、耐火砖粉25%、磷片石墨粉20%、耐火土25%。预热设备一般用焦碳地炉，小件亦可采用氧乙炔焰。补焊时，除待焊部位外，其余部位均应用石棉遮盖。从缺陷中间引弧，逐渐移向边缘，较小缺陷可连续填满，较大缺陷需逐层堆焊直至填满。

21、焊后保温可把工件置于草木灰内缓冷，结构较复杂的大铸件，可放在预热炉内加热到一定温度后，随炉冷却。3.3 电弧冷焊 电弧冷焊不需专门的预热和缓冷设备，所以劳动条件好、工艺过程简单、生产效率高、成本低。但由于冷却速度快，接头的白口及裂纹问题比较突出。电弧冷焊适用于大型铸件中存在的体积较大的缺陷的补焊，操作原则是大电流、连续焊。缺陷的体积一般在60100cm3时就要用到电弧冷焊。为了防止产生裂纹，补焊应分区分段填满。待每区段焊缝高出母材35mm时，再向前推进一个区段，切忌电弧快速全面铺展，亦不宜分层堆焊。有时可采用石墨板将缺陷隔为两部分，先连续焊完一半，取出石墨板再补焊另一半。收弧时，将电弧沿焊完的

22、缺陷表面均匀摆动，使焊道平整，冷却缓慢。大型铸件中的中等缺陷体积在2050cm3之间的情况下可采用连续焊工艺一次焊完。缺陷小于20cm3时除连续一次填满缺陷外，再向上堆高35mm，趁焊缝表面还处于红热状态时，用钢板刮去高出部分，接着再堆高35mm，反复进行三次以上，若焊件与缺陷的比例越大，则反复进行堆高的次数就越多。电弧冷焊采用的焊条一般用铸铁型焊条，牌号为Z248、Z208。焊件厚度、焊条直径和焊接电流的关系见表一焊件厚度 / mm1525254040焊条直径 / mm56810焊接电流 / A250300300360350500（表一）电弧冷焊亦可采用非铸铁型（异质焊缝）焊条，此类焊条分为

23、镍基和钢基两大类。3.4 镍基焊条 特点是焊缝硬度较低、熔合区白口层薄，且成断续分布，焊缝的颜色与灰铸铁相近，适于加工面的补焊。镍基焊条在下列三种：1）纯镍铸铁焊条（Z308） 该焊条是纯镍芯、强石墨化型药皮的铸铁焊条。电源可交、直流两用，能进行全位置焊接。施焊时，焊件不预热，是冷焊焊条中抗裂性、切削加工性、操作工艺性及力学性能等综合性能较好的一种焊条。广泛用于薄件及加工面的补焊。 2）镍铁铸铁焊条（Z408） 该焊条是镍铁芯（Ni55%、Fe 45%）、强石墨化型药皮的铸铁焊条。可交、直流两用，能全位置焊接。施焊时，焊件可不预热，具有强度高、塑性好、抗裂性优良、与母材金属熔合好等特点。熔合区

24、白口宽度为0.1mm左右。加工性比纯镍型焊条稍差，可用于重要灰铸铁的补焊。3）镍铜铸铁焊条（Z508） 它是镍铜合金焊芯（Ni70%、Cu 30%）、强石墨化药皮的铸铁焊条。电源可交、直流两用，能进行全位置焊接。工艺性能和加工性能接近纯镍焊条和镍铁焊条，但由于收缩率较大，焊缝金属的抗拉强度低，不宜用于刚性大的铸件补焊。可在常温或低温预热（300）焊接。用于强度要求不高、塑性要求好的灰铸铁件的补焊。3.5 钢基焊条 焊芯采用低碳钢焊芯，焊后焊缝中易出现热裂纹、冷裂纹和淬硬组织，熔合区白口宽度较大，焊接质量不能令人满意，但价格便宜，目前仍有一定的应用空间。 1）低碳钢芯氧化性药皮焊条（Z100）

25、药皮中含有较多赤铁矿（Fe2O3）、大理石（CaCO3）等强氧化物质，目的是通过碳的氧化反应来降低焊缝中的含碳量。第一层焊缝碳的质量分数平均为0.8 %，属高碳钢，焊缝硬度达4050HRC，熔合区白口层宽约0.2mm，接头无法加工。常用于不要求加工，致密性及受力较低的缺陷部位的补焊。 2）低碳网铁粉型焊条（Z122Fe）药皮这钛钙型，加入低碳铁粉的目的是降低焊缝的含碳量。第一层焊缝碳的质量分数可降至0.480.56 %，属中碳钢上限，最高硬度可达320HBS，很难加工，常用于非加工面的补焊。 3）低碳钢芯低氢型药皮高钒铸铁焊条（Z116、Z117） 熔敷金属中钒的质量分数达11%，最在优点是焊

26、缝具有优越的抗裂性能，致密性好、塑性高（伸长率28%36%），且抗拉强度可达558Mpa，很难加工，用于非加工件的补焊。钢基焊缝的颜色与灰铸铁的颜色相差较大，当要求两者颜色一致时，钢焊条无法满足。在使用非铸铁型（异质焊缝）焊条进行灰铸铁缺陷的补焊时在工艺上要注意以下几点：1）在保证电弧稳定燃烧的前提下，采用尽可能小的焊接电流。焊接第1、2层时应采用小直径焊条，焊接电流可按焊条直径的2934倍选用。2）在保证焊缝正常成形及母材金属熔合良好的前提下，采用尽可能快的焊接速度，并尽量压低电弧，采用短弧焊。3）采用短段焊，断续焊，分散焊及焊后立即捶击焊缝等工艺措施，降低焊接应力，防止产生裂纹。每次焊缝长

27、度1040mm。4）采用合理的焊接顺序，以减少应力。厚板多层焊时的焊接顺序，应先焊坡口面焊道，再焊中间层焊道。4.灰铸铁同质（铸铁型）焊缝的熔焊4.1电弧热焊（从有关焊接历史文献中可以知道，金属极电弧焊发时后，首先是应用于铸铁件的焊补。当时焊接冶金还未开始系统研究，人们就用与灰铸铁件成分基相同的铸铁圆棒（没有药皮）作为焊接材料进行铸铁件缺陷的焊补尝试，发现焊后焊缝易出现裂纹，焊缝白口严重，为了解决上述问题，于是人们采取了对工件进行整体预热焊接的尝试，发现这样做有助于问题的解决，所以热焊是铸铁焊接应用最早的一种工艺，以后焊接工作者又不断地完善热焊工艺。）将工件整体或有缺陷的局部位置预热到6007

28、00（暗红色），然后进行焊补，焊后并进行缓冷的铸铁焊补工艺，人们称“热焊”。预热的选择：对结构复杂（如缸体）且焊补处拘束度很大的焊件，宜采用整体预热，采用局部预热焊，会在焊补处产生高拉应力，而再出现裂纹。对结构简单而焊补的地方拘束度较小的焊件，可采用局部预热拘束度大，是指焊缝处于高拉应力状态中，故易裂，拘束度小，是指焊补的地方有一定的自由膨胀及收缩的余地，焊缝受应力小。电弧热焊的优点：有效地减少了焊接接头上的温差，而且铸铁由常温完全无塑性改变为有一定塑性，灰铸铁在600700时，伸长率可达23%，再加以焊后缓慢冷却，焊接应力状态大为改善。600700预热，石墨化过程进行比较充分，焊接接头有完全

29、防止白口及淬硬组织的产生，从而有效地防止了裂纹。缺点：预热温度高，劳动条件很坏，焊补时焊工胸前高温烤，背后凉风吹（电扇），身体前后温差很大，工人容易得病。将焊件加热到600700需消耗很多燃料，焊补成本高，工艺复杂，生产率低。预热方法：一些大型拖拉机厂，汽车厂生产铸件多，焊补量大，焊补要求高，常装备有专门进行铸铁热焊的连续式煤气加热炉。铸铁焊补前，进入装有传送带的煤气加热炉，依次经过低温（200350）、中温（350600）及高温（600700）加热，使焊件升温缓慢而均匀，然后出炉焊补，焊补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，以消除焊接应力。一般中，小型铸造车间及修配厂常采用

30、地炉或砖砌的明炉加热，燃料常用焦炭、木炭，也可用煤气火焰及氧乙炔焰加热。焊接材料：铸铁热焊时虽采取了预热缓冷的措施，但焊缝一般还是快于铸铁铁液在砂型中的冷却速度，为了保证焊缝石墨化，不产生白口组织且硬度合适，焊缝中总的C、Si含量还应稍大于母材。经研究认为电弧热焊时焊缝中W(C)=3%3.8%，W（Si）=3%3.8%,W(C+Si)=6%7.6%为宜。热焊时采用大直径铸铁芯焊条，配合采用大电流，可加快焊补速度，缩短焊工从事热焊的时间，热焊时工人愿意采用大直径铸铁芯焊条。电弧热焊主要适用于厚度大于10mm以上工件缺陷的焊补，若对10mm以下薄件的焊补，则易发生烧穿等问题。适用于铸铁焊接电弧焊用

31、的药芯焊丝。外皮由低碳钢带制成，内装有石墨、硅铁、铝粉等石墨化剂。优点：可以用较大焊接电流，熔敷率达519kg/h，15mm以上大中厚型缺陷焊接修复。4.2气焊应用：氧乙炔火焰温度（<3400）比电弧温度（60008000）低很多，而且热量不集中，很适于薄壁铸件的焊补。优点：气焊时需用较长时间才能将焊补处加热到焊补温度，而且其加热面积又较大，实际上相当于焊补处先局部预热再进行焊接的过程。在采用适当成分的铸铁焊芯对薄壁件的缺陷进行气焊焊补时，由于冷速较慢，有利于石墨化过程的进行。焊缝易得到灰铸铁组织，而HAZ也不易产生白口或其他淬硬组织。缺点：工件受热面积大，焊接热应力较大，焊补刚度较大的

32、缺陷时比热焊更生冷裂纹。4.3焊缝为铸铁型的电弧冷焊电弧冷焊优点：焊前对被焊补的工件不预热，焊工劳动条件好，焊补成本低，焊补过程短，焊补效率高。对于预热很困难的大型铸件或不能预热的已加工面等情况更适于采用。易出现的问题：铸铁型焊缝的焊接熔池及其HAZ冷却速度很快，易产生白口及马氏体。焊件上的温度场很不均匀，使焊缝产生较高的拉应力，而灰铸铁的焊缝强度较低，基本无塑性，焊后很容易产生冷裂纹。解决措施：1、提高焊缝石墨化的能力。冷焊条件下焊缝中W(C)=4.0%5.5%,Si=3.5%4.5%,C+Si=7.510%，比较合适。过去一般都趋向于提高焊缝含硅量（4.5%7%）.把C控制在3%左右，通过

33、近年来大量研究工作表明，适当提高焊缝含C量及适当保持焊缝含Si量较为理想。原因：提高焊缝含C量对减弱与消除半熔化区白口作用比提高Si有效，因为液态时，C的扩散能力比Si强十倍左右。在C、Si总量一定时，提高焊缝含C量比提高焊缝含硅量更能减少焊缝收缩量，从而对降低焊缝裂纹敏感性有好处。焊缝含Si量>7.5%时，Si对铁素体固溶强化，使焊缝硬度升高，C不存在这一问题。2、焊缝中加入Ca、Ba、Al等，这些微量元素的加入，可形成高熔点的硫化物、氧化物等，成为石墨形核的异质核心，加速焊缝石墨化过程。3、为了防止焊接接头上出现白口及淬硬组织，采取大的焊接热输入工艺，即采用大电流、连续焊工艺来降低焊

34、缝冷却速度。4、（过去电弧冷焊灰铸铁，受传统观念束缚，一直使焊缝也成为灰铸铁，但灰铸铁石墨为片状，片状石墨的尖端是高应力集中区，加以铸铁焊缝强度低，无塑性，又采用大电流连续工艺，工件局部受热较严重，焊缝应力状态较严重，很易形成冷裂纹。）近期，通过冶金处理，改变焊缝石墨的形态，甚至使石墨成为球状，并控制基体为铁素体+珠光体，使焊缝的抗冷裂能力获得提高。铸铁型焊缝电弧冷焊存在很多局限性：焊缝强度低、塑性差，焊补较大刚度缺陷时易出现裂纹。焊缝为铸铁型，由于冷速快，焊缝易出现白口。由于工艺要求采用大电流、连续焊，对于薄壁件缺陷的焊补有困难。5灰铸铁的焊接裂纹及预防铸铁焊接时很容易产生裂纹。裂纹的组要类

35、型是冷裂纹，其次是热裂纹。5.1冷裂纹焊接时产生这种裂纹的温度一般在摄氏度以下，多发生在焊缝和热影响区影响区以上。5.1.1、冷裂纹产生的主要因素a灰铸铁强度低，塑性几乎为零，无塑性变形能力；b焊件上受到不均匀的加热和冷却，产生热应力和收缩应力。焊件上温差大，这些应力也愈大。、c焊接接头上产生了白口组织和淬硬组织，这些组织比灰铸铁还脆，尤其白口组织，不能塑性变形，最易开裂。5.1.2、焊缝上的冷裂纹主要决定于焊缝金属的性质a铸铁型（同质）焊缝是否产生冷裂纹决定于焊缝的组织。当焊缝中有白口铸铁时容易开裂，因白口铸铁的收缩率大于母材的收缩率，憨厚产生较大的收缩应力，白口铸铁无法承受大的收缩应力。焊

36、缝中渗碳体量越多，越容易产生裂纹；但焊缝的基体为铁索体或珠光体，而石墨化过程进行的较充分时，焊缝就不易产生裂纹。因为石墨化过程伴随着体积膨胀，可以松弛部分收缩应力。这是能导致开裂的原因主要是石墨的形态及其分布，粗而长的片状石墨笔细而短的片状石墨容易开裂，如果焊缝中的石墨呈团絮状或球状，则具有较好的抗裂性能。b、非铸铁型（异质）焊缝是否产生冷裂纹决定于焊缝金属的塑性和焊接工艺的合理配合。当焊缝为奥氏体、铁素体或镍基、铜基的焊缝时，由于较好的塑形而不易产生冷裂纹；当采用低碳钢或其他合金焊条做铸铁电弧冷汗时，第一层焊缝因母材（灰铸铁）的熔入而变成高碳钢，快速冷却时就会产生淬硬组织高低马氏体，容易产生

37、冷裂纹。5.1.3热影响比上的冷裂纹在电弧冷焊灰铸铁时，影响区上容易产生冷裂纹。前已述及热影响区内的半熔化区（温度范围为1150-1250）及奥氏体区（温度范围为820-1150）在快速冷却时就容易产生渗碳体和马氏体淬硬组织，当焊接应力超过了它们的强度时就会产生裂纹。裂纹多为纵向分布，且常出现在半熔化区与奥氏体交界处，沿界面开裂，会造成整个焊缝金属剥离下来。焊缝为碳钢时，半熔合区为白口组织，奥氏体区位石墨化不完全的半白口组织或马氏体组织。焊缝的收速率约为2.17%，半熔化区约为2.3%，奥氏体区约为1.1%，冷却过程中收缩率不同的三个部分之间，必然产生很大的剪切应力，当超过材料的抗剪强的时，就

38、会沿界面裂开，严重时发生整个焊缝剥离。厚壁铸件冷却时，由于坡口深，须多层焊，积累的焊接应力也容易产生焊缝剥离；对于同质焊缝，如果焊缝强度高，如采用高钒铸铁焊条，焊接时不采取减少焊接应力的措施的话，也容易产生焊缝的剥离。5.1.4防止冷裂纹的措施减小焊接接头的应力和避免焊接接头出现渗碳体和马氏体是防止灰铸铁冷裂纹的基本措施。a铸铁型焊缝时，焊前预热，焊后缓冷。这样既可减小焊接应力又能避免白口等脆性组织的产生。b非铸铁型焊缝时，选用好焊缝具有良好塑性的焊接材料，这样可以松弛焊接应力。c再焊补厚大铸铁件时，采取开窄坡口、内填板等措施以减小焊缝体积，减小焊接应力；也可以焊前在坡口内载丝，以分散焊接应力

39、。d在工艺上采用短段焊、断续分散焊和焊后锤击焊缝等手段可以减小焊接应力。5.2热裂纹灰铸铁的焊接热裂纹主要出现在焊缝上。铸铁型焊缝对热裂纹不敏感，因为焊缝高温时石墨析出，使体积增加，有助于减小焊接应力，在非铸铁型焊缝中，如果用碳钢焊条，则焊缝极易产生热裂纹，用镍基焊条时也有一定的热裂倾向。5.2.1产生热裂纹的主要因素用低碳钢焊条焊接灰铸铁的第一层焊缝最容易发生热裂纹，因为作为母材的灰铸铁其碳、硫和磷含量高，熔入第一层焊缝的量较多使钢质焊缝平均含碳、硫和磷增加，而碳、硫和磷是碳钢发生结晶裂纹的有害元素。所以第一层焊缝产生热裂纹机率最大。用镍基焊条焊接时，也因母材熔入焊缝使硫、磷有害元素增加，易

40、生成低熔共晶物，如NiNi3S5的共晶温度为644，NiNi3P的共晶温度为880，故镍基焊缝也有热裂倾向。5.2.2热裂纹的防止防止焊缝金属产生热裂纹的途径是从冶金处理和焊接工艺两方面采取措施。在冶金方面，通过调整焊缝化学成分，使其脆性温度区间缩小；加入稀土元素，增强脱硫、去磷能力以减少晶间低溶物质；是晶粒细化等。在工艺方面要正确制定冷焊操作工艺使焊接应力降低和使母材熔入焊缝中的比例（既熔合比）尽可能小。6. 灰铸铁的焊接检验焊接质量检验贯穿整个焊接过程，包括焊前、焊接过程中和焊后成品检验三个阶段。6.1 焊接质量检验的内容和要求（1）焊前检验焊前检验是指焊件投产前应进行的检验工作，是焊接检

41、验的第一阶段，其目的是预先防止和减少焊接时产生缺陷的可能性。包括的项目有： 检验焊接基本金属、焊丝、焊条的型号和材质是否符合设计或规定的要求； 检验其他焊接材料，如埋弧自动焊剂的牌号、气体保护焊保护气体的纯度和配比等是否符合工艺规程的要求 对焊接工艺措施进行检验，以保证焊接能顺利进行； 检验焊接坡口的加工质量和焊接接头的装配质量是否符合图样要求； 检验焊接设备及其辅助工具是否完好，接线和管道联接是否合乎要求； 检验焊接材料是否按照工艺要求进行去锈、烘干、预热等； 对焊工操作技术水平进行鉴定； 检验焊接产品图样和焊接工艺规程等技术文件是否齐备。（2）焊接生产过程中的检验焊接过程中的检验是焊接检验

42、的第二阶段，由焊工在操作过程中，其目的是为了防止由于操作原因或其他特殊因索的影响而产生的焊接缺陷，便于及时发现问题并加以解决。包括：检验在焊接过程中焊接设备的运行情况是否正常；对焊接工艺规程和规范规定的执行情况；焊接夹具在焊接过程中的夹紧情况是否牢固；操作过程中可能出现的未焊透、夹渣、气孔、烧穿等焊接缺陷等； 焊接接头质量的中间检验，如厚壁焊件的中间检验等。焊前检验和焊接过程中检验，是防止产生缺陷、避免返修的重要环节。尽管多数焊接缺陷可以通过返修来消除，但返修要消耗材料、能源、工时、增加产品成本。通常返修要求采取更严格的工艺措施，造成工作的麻烦，而返修处可能产生更为复杂的应力状态，成为新的影响

43、结构安全运行的隐患。（3）成品检验成品检验是焊接检验的最后阶段，需按产品的设计要求逐项检验。包括的项目主要有：检验焊缝尺寸、外观及探伤情况是否合格；产品的外观尺寸是否符合设计要求；变形是否控制在允许范围内；产品是否在规定的时间内进行了热处理等。成品检验方法有破坏性和非破坏性两大类，有多种方法和手段，具体采用哪种方法，主要根据产品标准、有关技术条件和用户的要求来确定。6.2 焊接质量检验的方法焊接质量的检验方法分为非破坏性和破坏性两类，见表。表二 焊接检验方法6.2.1 非破坏性检验  主要是对产品进行检验。（1）外观检查（2）无损检验 表面检查：磁粉探伤（MT）；渗透探伤（PT），包括：着色和荧光检验 内部检查：超声探伤（UT），射线探伤（RT），包括，X射线、射线和高能射线。（3）接头的强度试验：水压试验；气压试验（4）致密性检验：气密性试验；氨渗漏试验等。（5）硬度检验。6.2.2 破坏检验  主要是对试样进行检验。（1）机械性能试验：拉伸（室温、高温）试验，弯曲试验；硬度试验，冲击试验，断裂韧性试验，疲劳试验；其它试验。 （2）化学分析试验：化学成分分析试验；腐蚀试验；含