第十一章铸铁的焊接

1、第十一章铸铁的焊接 主编第一节铸铁的种类、性能与焊接性一、铸铁的种类及性能特点 铸铁按碳在铸铁中的存在形式分为灰铸铁(全部是G)、白口铸铁(全部是Fe3C)和麻口铸铁(G+Fe3C)；按石墨的形态分为普通灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁及可锻铸铁；按化学成分分为普通铸铁和合金铸铁。二、铸铁的焊接性 灰铸铁的应用最为广泛，这里主要以灰铸铁的焊接性来进行分析。常用的普通灰铸铁化学成分为：wC=27%35%，wSi=10%27%，wMn=05%12%，wS015%，wP03%。其特点是碳及硫、磷杂质含量高，这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及对冷热裂纹的敏感性。并且铸铁强度低，基本无塑性。其焊接时的

2、主要问题是焊接接头易出现白口组织和裂纹。第一节铸铁的种类、性能与焊接性1.焊接接头的白口组织 在铸铁焊接时，由于熔池体积小，存在时间短，加之铸铁内部的热传导作用，使得焊缝及近缝区的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度。因此，在焊接接头中的焊缝及半熔化区将会产生大量的渗碳体，形成白口组织。(1)焊缝区白口组织铸铁焊接时，由于所用焊接材料不同，焊缝材质有两种类型：一种是铸铁成分；另一种是非铸铁(钢、镍、镍铁、镍铜或铜铁高钒钢等)成分。(2)半熔化区白口组织该区域很窄，是固相奥氏体与部分液相并存的区域，温度为11501250，石墨全部溶解于奥氏体。第一节铸铁的种类、性能与焊接性 当焊缝为铸铁成分时

3、，如果冷却速度太快，半熔化区与焊缝区一样，会产生白口组织。当焊缝为非铸铁成分时，由于一般都是冷焊，半熔化区的冷却速度必然很快，该区的白口组织也必然出现，只不过随所用焊条的不同(钢、钝镍、镍铁、镍铜或铜铁焊条等)或焊接工艺不同，白口组织带的宽度有差别。目前铸铁冷焊用的“Z308”纯镍焊条，引起的白口组织带很窄，且为间断出现。1)改变焊缝化学成分，主要是增加焊缝的石墨化元素含量或使焊缝成为非铸铁组织。2)减缓冷却速度，延长半熔合区处于红热状态的时间，有利于石墨的充分析出，故可实现半熔合区的石墨化过程。2.焊接接头裂纹第一节铸铁的种类、性能与焊接性灰铸铁焊接接头的裂纹主要是冷裂纹，其产生原因有以下几

4、方面：1)灰铸铁本身强度较低，塑性更差，承受塑性变形的能力几乎为零，因此容易引起开裂。2)由于焊接过程对焊件来说，属于局部加热和冷却，焊件必然产生焊接应力，焊接应力的存在是导致裂纹产生的又一重要原因。3)焊接接头的白口组织又硬又脆，不能产生塑性变形，容易引起开裂，严重时会使焊缝及热影响区交界整个界面开裂而分离。3.防止裂纹的措施 防止裂纹产生，主要是通过减小焊接应力，并调整焊缝的化学成分，使其具有一定的塑性。第二节灰铸铁的焊接工艺一、同质焊缝的焊条电弧焊 同质焊缝指焊后形成铸铁型焊缝。它的焊条电弧焊工艺分为热焊(包括半热焊)和冷焊两种。1.热焊及半热焊 针对灰铸铁焊接时白口组织和冷裂纹的问题，

5、人们最先采用了热焊及半热焊工艺，以达到减小铸件温度，降低接头冷却速度的目的。热焊一般预热温度为600700，半热焊预热温度为300400。(1)热焊及半热焊焊条热焊及半热焊的焊条有两种类型：一种是铸铁芯石墨化铸铁焊条(Z408)，主要用于焊补大厚度铸件的缺陷；另一种是低碳钢芯石墨化铸铁焊条(Z208)，外涂强石墨化药皮。第二节灰铸铁的焊接工艺(2)热焊工艺电弧热焊时，一般将铸件整体或焊补区局部预热到600700，然后再进行焊接，焊后保温缓冷。1)预热。2)焊前清理。3)造型。造型材料可用型砂加水玻璃或黄泥，内壁最好放置耐高温的石墨片，并在焊前进行烘干。4)焊接。5)焊后缓冷。图11-1热焊焊补

6、区造型示意图a)中间缺陷焊补b)边角缺陷焊补第二节灰铸铁的焊接工艺(3)半热焊工艺半热焊采用300400整体或局部预热。 半热焊由于预热温度低，铸件焊接时的温差比热焊条件下大，故焊接区的冷却速度加快，易产生白口组织。为了防止白口组织及裂纹的产生，焊缝中石墨化元素含量应高于热焊时的含量，一般情况下可采用“Z208”或“Z248”焊条。半热焊工艺过程基本与热焊时相同，即大电流、长弧、连续焊，焊后保温缓冷。第二节灰铸铁的焊接工艺2.电弧冷焊 电弧冷焊即焊前不预热，焊接过程中不辅助加热。它是在提高焊缝石墨化能力的基础上，采用大直径焊条、大焊接线能量的连续焊工艺，以增加熔池存在时间，达到降低接头冷却速度

7、、防止白口组织产生的目的。这种方法用于中厚度以上铸件的一般大缺陷焊补，基本上可以避免白口组织产生，获得较好的效果。(1)电弧冷焊焊条电弧冷焊时由于焊缝冷却速度较快，为了防止出现白口组织，同质焊缝冷焊焊条的石墨化元素碳、硅的含量应比热焊焊条高。图11-2铸铁型焊条冷焊焊前准备示意图a)缺陷状况b)型槽形状及尺寸第二节灰铸铁的焊接工艺(2)冷焊工艺要点1)焊前清理及坡口制备。2)造型。3)焊接。图11-3铸铁型焊条冷焊示意图第二节灰铸铁的焊接工艺二、异质焊缝的焊条电弧冷焊 异质焊缝即焊后形成非铸铁焊缝。电弧冷焊由于焊前不需预热，简化了焊接工艺过程，改善了操作者的工作条件，具有适应范围广、可进行全位

8、置焊接及焊接效率高的特点，因此，它是一种很有发展前途的焊接方法。1.异质焊缝电弧冷焊焊条 我国目前已发展了多种系列的非铸铁型焊缝铸铁焊条，可参看GBT100442006铸铁焊条及焊丝。常用铸铁焊条的性能及用途见表11 1。第二节灰铸铁的焊接工艺表11-1常用铸铁焊条的性能及主要用途第二节灰铸铁的焊接工艺2.异质焊缝的电弧冷焊工艺 异质焊缝电弧冷焊的质量，不仅取决于正确地选择焊接材料，而且要采取正确的工艺措施，否则，会因工艺措施不当而促使裂纹、白口等缺陷产生，影响接头的加工性能和使用性能。(1)焊前清理焊前应将铸件缺陷周围的残留型砂、油污清除干净。(2)坡口制备电弧冷焊焊补裂纹缺陷时，坡口常用U

9、形，也有用V形的，U形比V形的熔合比小。(3)焊接采用短段、断续施焊。图11-4裂纹缺陷的坡口a)未裂透缺陷坡口b)裂透缺陷坡口第二节灰铸铁的焊接工艺1)多层焊，采用图11-5的焊接顺序，以减小焊接应力。 2)当母材材质差、焊缝强度高时，或工件受力大，要求强度高时，可采用栽钉焊法。3)坡口内装加强筋条，如图11-7所示。图11-5铸铁多层焊顺序图11-6栽钉焊法示意图图11-7装加强筋焊法第二节灰铸铁的焊接工艺4)当铸件上有多道交叉裂纹，不便逐条补焊时，可采用镶块焊补法。5)当焊补较大的缺陷时，为了节约价格昂贵的镍基焊条或高钒焊条，可在第一或第一、二层采用镍基焊条或高钒焊条，以后各层用低碳钢焊

10、条焊满，这种方法称为组合焊接法，如图11-8所示。图11-8组合焊接法第二节灰铸铁的焊接工艺三、灰铸铁的气焊 气焊时由于氧乙炔焰的温度比电弧焊低得多，而且火焰分散，热量不集中，焊接加热时间长，焊补区加热体积大，焊后冷却速度缓慢，有利于焊接接头的石墨化过程。然而，由于加热时间长，局部区域过热严重，导致加热区产生很大的热应力，容易引起裂纹。因此，气焊铸铁时，对刚度较小的薄壁铸件可不预热；对结构复杂或刚度较大的焊件，应采用整体或局部预热的热焊法；有些刚度较大的铸件，可采用“加热减应区”法施焊。第二节灰铸铁的焊接工艺1.气焊焊接材料(1)焊丝为了保证气焊的焊缝处不产生白口组织，并有良好的切削加工性，铸

11、铁焊丝成分应有高的含碳量和含硅量，常用的焊丝RZC1，由于碳、硅含量较低，适用于热焊；焊丝RZC2，碳、硅含量较高，适用于冷焊。(2)熔剂焊接铸铁用气焊熔剂的牌号统一为“CJ201”，其熔点较低约为650，呈碱性，能将气焊铸铁时产生的高熔点SiO2复合成易熔的盐类。第二节灰铸铁的焊接工艺2.气焊工艺要点(1)铸铁气焊也分为热焊和冷焊两种1)气焊前应对焊件进行清理，其要求和准备工作与焊条电弧焊相同。2)气焊时应根据铸件厚度相应选用较大号码的焊炬及焊嘴，以提高火焰能率，增大加热速度。3)铸件焊后可自然冷却，注意不要放在空气流通的地方加速冷却，否则会促使白口组织、裂纹产生。(2)铸铁热、冷焊由于热焊

12、法与冷焊法在适用范围与工艺方法上有所不同，除了上面需要共同注意的几点外，还需分别注意一些问题。1)热焊法。2)冷焊法。第二节灰铸铁的焊接工艺3.灰铸铁皮带轮焊补实例 如图11 10所示，灰铸铁带轮“1”处发生断裂，现采用气焊进行焊补。若采用气焊直接对断裂处进行冷焊，由于其接头刚性很大，难以获得满意的焊接质量，现采用加热减应区法焊接。因该铸件轮缘较厚，在焊接中阻碍焊缝收缩，所以减应区确定为“2”处。图11-9加热减应区焊接示意图图11-10皮带轮加热减应区焊接第二节灰铸铁的焊接工艺四、灰铸铁的钎焊 铸件钎焊时母材本身不熔化，因此对避免铸铁焊接接头出现白口组织是非常有利的，使接头有优良的机加工性能

13、；钎料常采用铜合金及其他非铁金属，钎缝塑性较好；另外，钎焊温度较低，焊接接头应力较小，而接头上又无白口组织，因此，发生裂纹的敏感性很小。所以钎焊用于铸铁也有一定的优越性。(1)钎焊前准备对坡口进行严格清理，一般用汽油洗净焊补区油污，用扁铲或砂轮等彻底清除焊补区其他杂物。(2)坡口形式及尺寸如图11-11所示，坡口深度在工件厚度的45以上，坡口内必须露出金属光泽。第二节灰铸铁的焊接工艺图11-11铸铁钎焊坡口(3)火焰选择用氧化焰将坡口加热至900930(樱红色)，将坡口表面的石墨烧去，以便钎料深入母材，提高接头强度。第二节灰铸铁的焊接工艺(4)钎焊在已加热的坡口上均匀地撒上焊剂，并将烧红的钎料

14、醮上焊剂，用轻微氧化焰先用铜锌钎料在坡口上焊一薄层铺底，然后逐渐填满焊缝。(5)钎焊顺序应由内向外，左右交替，从简单到复杂，以减小焊接应力。(6)焊后用火焰适当加热焊缝周围使其缓冷，以防止近缝区奥氏体相变后淬火。第三节球墨铸铁的焊接一、球墨铸铁的焊接特点 球墨铸铁焊接与灰铸铁相比，有很多相似之处，也有其本身的特点。球墨铸铁可以认为是一种包含有球状石墨的低碳钢，其本身的强度和塑性较好，所以从等强度观点出发，补焊球墨铸铁时应保证焊缝有较好的强度和塑性。二、球墨铸铁的焊接工艺球墨铸铁最常用的焊接方法是焊条电弧焊和气焊。1.焊条电弧焊 焊条电弧焊焊接球墨铸铁时，根据所用焊条不同，分为同质焊缝和异质焊缝两种形式。第三节球墨铸铁的焊接(1)同质焊缝的焊条电弧焊同质焊缝即焊后形成球墨铸铁焊缝，系采用含有球化及石墨化剂的钢芯铸铁焊条(Z238)配合一定的工艺而取得。 焊前清理方法和要求与灰铸铁基本相同。焊接电源采用直流反接或交流。焊件焊前应进行预热，对较小焊件预热温