浅谈焊条电弧焊焊补铸铁的几种方法

李秀方　李英亮

摘 要：由于铸铁具有较好耐磨性、减振性和铸造性，是机械制造业中用的最多的金属材料。铸铁零件在铸造使用过程中，不可避免地出现铸造缺陷及局部损坏，重新加工费时费力，常采用焊补后再加工的方法来修复。常用的焊补方法有气焊、电弧焊，其中焊条电弧焊应用最多。铸铁焊接性较差，在焊接过程中极易出现白口和裂纹，而白口和裂纹又是焊接工作中的重大缺陷。本文主要介绍铸铁的特性及其焊条电弧焊焊补铸铁的几种方法。

关键词：铸铁；焊接；白口；裂纹

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.045

0 引言

铸铁是生产工作中常用的金属材料，但却有较强的耐磨性，常见到的比如机床轴承座、排沙泵等。铸铁焊接性较差，在焊接过程中极易出现白口和裂纹，而白口和裂纹又是焊接铸铁易出现的重大缺陷，这就使我们必须掌握补焊铸铁的方式和方法。

1 铸铁的性能及特点

1.1 铸铁的性能

铸铁的抗拉强度低、塑性和韧性比碳钢低，但由于石墨的存在，使铸铁具有了良好耐磨性、高消振性、低缺口敏感性。铸铁成分接近于共晶成分，其熔点低约1200℃左右，铁水流动性好，其铸造性能优于钢，因而通常用铸造的方法制成铸件使用。

1.2 铸铁焊补时常出现的缺陷

铸铁含碳量高，焊接性差，其主要问题是产生白口和裂纹。

（1）白口组织。铸铁件焊接过程中的冷却却速度比铸造时快得多，因此在焊接时焊缝及半熔化区（熔合线附近区域），将会产生大量的渗碳体，基本上属于白口铸铁组织，严重时可使整个补焊焊缝完全脱落。若用低碳钢焊条补焊铸铁，焊缝呈高碳钢成分，在冷却时将产生高硬度马氏体，防止产生白口可采取以下措施：1）使用石墨化型焊条，即采用在涂料中加入大量石墨化元素（如碳、硅等）的铸铁焊条，或采用镍基和铜基铸铁焊条；2）采取焊前预热、焊时保温和焊后缓冷，以降低焊缝区的冷却速度，延长熔合区处于红热状态的时间，使石墨化充分，减小热应力。

（2）易产生裂纹。铸铁焊接时很容易产生裂纹，铸铁中存在的石墨本身，就像无数条小裂纹，在焊接应力作用下，很容易在铸件热影响区产生“热应力裂纹”，这种裂纹多为横向，產生时伴有响声。另外，当使用结构钢焊条（如结422、结506等），镍基焊条，氧化铁型焊条、铜基焊条焊接铸铁时，还会在焊缝中产生“热裂纹”。这种裂纹产生的部位总是在焊缝金属上，其断口发蓝和发黑。防止产生裂纹可采取以下措施：1）采用焊前预热和焊后缓冷，不但可以减少白口倾向，而且还能减小焊接应力，防止裂纹产生；2）选择塑性好的焊接材料，以调整焊缝成分，改善焊缝的组织，使焊接应力得到松弛；3）采用减小焊接应力的其他补助措施，如分段断续焊、分散跳焊，焊接过程（或在高温情况下）锤击焊缝等。

2 焊条电弧焊补焊铸铁的方法

2.1 冷焊法

采用非铸型组织的焊条电弧冷焊，也称异质焊缝电弧冷焊。其基本特点是获得的焊缝都不是铸铁成分，所以产生白口问题不严重，使焊缝成为塑性好的组织。目前异质焊缝铸铁冷焊的焊条种类有高钒铸铁焊条、纯镍芯铸铁焊条、镍铁铸铁焊条、铜铁铸铁焊条等。其中镍基焊条（铸308）焊后可进行机械加工，其他焊条焊后的加工性较差。焊前，能通常不预热（也可低温预热），焊接过程中，也不需辅助加热。焊接时采用短焊道、断续焊或分段跳焊，且用小电流、快焊速及焊后锤击焊缝消除应力。

多层焊时，应控制层间温度不能过高，底层焊缝要尽量减小熔合比。当操作手法适当，铸件尺寸和补焊位置合适时，采用低碳钢焊条，也可获得满意的补焊效果。

2.2 半热焊法

这种焊法采用钢芯强石墨化型铸铁焊条，如铸208等，焊前一般需经400℃左右的预热，用较大的电流和弧长，连续、慢速焊，焊后保温缓冷，不能用锤击焊缝。焊后焊缝的加工性不稳定，强度与母材相近似。如果焊后要进行加工，可进行200℃保温12h的退火处理。

2.3 不预热焊法

特点是采用大直径的铸铁芯焊条，如铸248、铸258等。焊前不预热，焊接时选用较大的焊接电流和弧长，其电流选用值与使用的焊条直径有关。一般地，Φ4.0mm的焊条对应180～240A、Φ5.0mm的焊条对应240～300A的电流。

焊接采用连续焊，焊后需保温缓冷。在补焊加工面的缺陷时，可在焊缝表面加焊退火焊道，以使焊缝缓冷。这种方法称做“退火焊道段软”，如果缺陷较浅，只焊一层时，可将先焊的上部铲掉些再焊一层，以改善焊缝的组织和加工性能。这种焊法的硬度、强度和颜色基本与母材相同。但焊缝处于刚性较大时，焊后易出现裂纹。

2.4 热焊法

采用铸铁芯焊条。焊前预热温度为600～700℃。焊接时，一般选平焊位置，并要始终保持焊件温度在焊接过程中不低于400℃。连续焊接，更换焊条时动作要快，使焊缝缓冷。焊后还需进行650℃左右的消除应力退火处理，并在炉中缓慢冷却。由于焊件冷却慢，温度分布均匀，有利于消除白口组织，减少应力，防止裂纹产生。这种方法焊后可进行机械加工，硬度、强度及颜色与母材一致，但当缺陷四周刚度较大时也容易开裂。

3 结论

铸铁的焊接，是较为难焊的一种金属连接方法。在实际的焊接中，不管你采用冷焊法、半热焊法，还是采用热焊法，只要焊接能达到焊件的结合性和使用性，不出现白口组织和裂纹等缺陷，就算基本达到焊接要求了。除了焊接操作者本人技术因素外，从焊接工艺的角度讲还应该注意一些问题，比如尽量采用塑性好的焊接材料、减少焊材熔合比、减少温差（避免或减少淬硬组织的生成条件）、控制线能量输入等，合适的焊接工艺加上良好的焊接操作水平，相信铸铁也就不那么难焊了。本文概述了铸铁的焊接性能，介绍了生产实际中铸铁件焊条电弧焊补焊的几种方法及工艺要点，不足之处望商榷。

参考文献：

[1]王国凡，汤爱君，马海龙.HT200铸件退火-焊接工艺的研究[J].热加工工艺，2004（01）：102-103.

[2]中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册[M].机械工业出版社，2001.

[3]周振丰主编.焊接冶金学[M].机械工业出版社，1995.

作者简介：李秀方，男，山东兖州人，本科，焊接高级实习指导教师，主要从事焊接实践教学。