浅论铸铁冷焊技术的应用与发展

【摘  要】本文论述了铸铁冷焊技术的应用与发展，为铸铁冷焊技术的应用走可持续发展的道路提供了一定的见解。

【关键词】铸铁冷焊技术;应用与发展

1、引言

铸铁冷焊技术，是使用铸铁冷焊焊条，采用特殊的焊接工艺，在常温下对铸件进行焊接的新技术。其具有焊接结合强度高，牢固可靠;焊缝结合处无白口组织，硬度基本上与原有母材相似，焊后既能机械加工，又能手工刮研等特性。其在焊接过程中，基本上能做到不变形或少变形;焊缝颜色美观，基本上与修件颜色一致;焊缝与导轨磨损一致，没有焊缝脱落现象。

2、对铸铁冷焊技术的应用现状的分析与认识

2.1、焊接材料

铸铁零件冷焊时焊接材料选用的主要原则：焊缝金属与母材金属强度相近、熔合性及塑性良好，且不易形成裂纹、白口、气孔等缺陷。

2.1.1、鑄308（Z308）纯镍铸铁焊条

铸308是纯镍焊芯，强还原性石墨型药皮的铸铁焊条。其施焊时焊件不预热，具有良好的抗拉性能和加工性能，但价格昂贵。该焊条交直流两用，操作方便，适用于铸铁薄件及加工面的补焊。如汽缸盖，发动机座，齿轮箱以及机床导轨等重要灰口铸铁件。

2.1.2、铸408（Z408）铸铁冷焊焊条

铸408焊条为镍铁焊芯焊条.其为强还原性石墨药皮的铸铁焊条，具有强度高、塑性好、线胀系数低等特点。其抗拉性与铸308差不多（对灰口铸铁）。但对球墨铸铁来说，其比铸308强。对含磷较多（0.2%P）的铸铁，其也有较好的效果。但其切削加工性能比铸308稍差。对用于灰口铸铁和球墨铸铁的焊接，可在常温下进行或稍经预热（200℃）。该焊条交直流两用，电弧稳定，操作方便。

2.2、焊接工艺

2.2.1、清洗与扩大导轨表面伤痕沟槽

首先用汽油把研伤部位擦洗干净，依选定最小焊条直径，用手砂轮或油槽铲扩大研伤沟槽，使其断面成约60V 型开口角度，并见其新茬。若在同一导轨面上有并列两条以上的伤沟，而间距小于4mm时，则需要把伤沟阔宽成一个凹槽，沟槽长度视伤痕情况而定。

2.2.2、焊条选择

尽可能用最小直径的308焊条。由于这种纯镍铸铁焊条，具有良好的工艺性和抗裂性，因此其强度也高于灰口铸铁，而硬度与灰口铸铁近似。

2.2.3、电流调整

其可参见焊接电流选择附表（表7）。其也可用一块与母材相同的材料做试验。其在保证电弧稳定燃烧和焊透的前提下，尽量调小电流来焊接。若其电流过大，则易产生剥离现象（俗称咬边），或出现白口组织等弊病。

2.2.4、辅助工具

除一般焊具备外，还应准备下列物品。

①、手动砂轮机、油槽铲。这些工具为了扩大伤沟磨剔成V型坡口槽和修理焊缝用。

②、带圆头而半径小于R3mm的直柄錾和扁錾。这些工具用于锤击焊缝，松弛焊接应力。为安全起见，錾子不可淬火，需多备用几把。

③、石棉板、石棉布，铺设在焊缝周围的导轨上，防止火花飞溅，避免烫伤和碰伤导轨。

④、内酮、毛刷、钢丝刷。用这些工具清洗沟槽和清洗焊渣。

⑤、紫铜挡板。用它夹持焊缝，稳定焊接电弧，防止炸边咬边。

⑥、准备安全手提灯，五倍放大镜，以便观察焊缝和气孔。

2.2.5、焊接次序和施焊

一般先焊沟槽中段和宽凹槽的中间，然后再交错延伸到沟槽的两端和凹槽的两侧。

施焊前还需要丙酮、毛刷重新擦洗坡口并烤干，再用紫铜挡板夹持平放在焊补槽两边，板与槽边相距，1mm-1.5mm。用较细直径的铸308焊条，在选用较小电流的情况下，从挡板上引弧，用中弧（弧长3mm-4mm）短道（每段焊道长度约10mm-15mm）速度稍快，移动直拉，但不可横向摆动。收弧时应把电弧压低，稍稍加快移到焊缝上部，以充满和缩小弧坑，并迅速在挡板上灭弧。随即对焊缝进行轻而快的锤击，从弧坑开始，延伸到焊缝中间，然后再锤击焊缝两侧，直到焊缝上密布麻点为止。这样就避免焊缝裂纹。

为使焊缝衔接处牢靠，应用铲子把弧坑及两侧凸起金属铲掉，随之可接连焊补下一段，以此交错循环操作焊补整条焊缝。

2.3、铸铁件电弧冷焊法

铸铁件的电弧冷焊法具有装备简单、焊前工件不用加温、焊后工件变形较小、运用灵活、适应性强等优点。其尤其适用于大型复杂机件的焊修。但电弧冷焊时冷却速度快，工件受热不均，极易形成白口和裂纹。因此，其应正确选择焊条，采用合理的焊修工艺，以消除电弧冷焊法的缺点和不足。

2.3.1、焊条选用

电弧冷焊一般采用非铸铁焊条，所得到的焊缝组织（不包括熔合区及近缝区），塑性好，硬度不太高。其通过锤击焊缝可以降低焊接应力，以避免产生裂纹。

电弧冷焊焊条按焊后加工性能可分为两类：一类用于焊后无须加工的焊条，如铜铁焊条、高钒铸铁焊条和氧化型钢芯铸铁焊条以及普通低碳钢焊条;另一类为焊后可加工焊缝的焊条，即镍基焊条。另外，为了得到溶深和热影响区都小的焊缝，防止产生白口，其应采用小直径焊条，一般以Φ2mm-Φ4mm为宜。

2.3.2、电弧冷焊工艺

（1）、焊前准备

清理焊修部位四周的油污、氧化物等杂质，可减少气孔，有利于熔敷金属与基体金属的结合。

（2）、在裂纹两端钻止裂孔

止裂孔大小视工件厚度而定;若焊件厚度6mm-12mm，孔径为Φ6mm-Φ8mm;若焊件厚度12mm-15mm，孔径为Φ8mm-Φ12mm;若焊件厚度在25mm以上，可以不钻孔。

（3）、沿裂纹开底部为圆弧形的坡口

为使熔敷金属与基体金属熔合良好，应沿裂纹开底部为圆弧形的坡口，且坡口表面要光洁。若焊件厚度15mm以下，则可开V形坡口;若焊件厚度超过15mm，应开X形坡口。

（4）、施焊操作。焊接的要点是“小电流、溶深浅、短段、断续分层焊，锤击焊缝除应力，退火焊道前段软”。

2.4、焊后处理

对有密封要求的铸件，焊后应进行水压试验，试验发现焊修处漏水时，可用小尖冲子将漏水处辗补封闭，若此法无效，应将该处铲去重新焊补。

3、依靠技术进步，以促进铸铁冷焊技术的应用的可持续发展

3.1、铸铁件的冷焊技术

3.1.1、缺陷检查

焊前对铸件缺陷（主要指裂纹）的检查是非常重要的。其只有全部发现问题，才能处理彻底。其做法如下：

①、用5倍-l0倍放大镜查出裂纹的最终点。

②、将裂纹不明显的部位用火焰加热到200℃左右。用热胀冷缩法将不明显的裂纹显示出来。

③、还可以采用煤油渗透法来检查。其渗煤油后，擦去表面的油渍，在撒上一层滑石粉，用小锤轻敲，不明显的裂紋就会显露出来。

3.1.2、坡口形式

坡口可开成V型或U型。坡口底部要求带有圆角，坡口角度视铸件厚薄、缺陷形状而定。其一般50-70为宜。这样可减少母材在焊缝中的融合比，从而达到减小焊接应力，防止裂纹，避免焊道根部剥离的目的。

3.1.3、场地要求

最好选择室温在15℃以上的室内施焊。其一般不宜在露天作业，严禁在通风处施焊。

3.2、在焊接中常出现的缺陷与改进措施

在焊缝加工表面上，常出现白亮的不规则小圆组织，特别是在熔化区呈现出1mm左右细亮点，是硬而脆的白口组织，给刮削带来很大困难，即使用铣刨加工，也会出现让刀现象。白口组织的出现，主要是在焊接过程中电流较大，焊条运行速度较慢，焊接区热温增高，熔池加深，温差较大等原因。由于铸铁散热面积大，再加上边缘母材壁薄厚不均，促使熔接区迅速冷却，因此虽然铸件中的碳较易于溶解在铁中，但是铸铁中和焊条的石墨还不能及时地充分溢出，而成为碳化铁（FeC），即渗碳体。为了控制和减少白口层产生，可对施焊位置尽可能采取立焊或坡焊，以电弧吹力把铁水挤推到坡口中和两侧，避免电弧直接吹向母材，同时焊接电流也可减少，因而熔化深度也就比较浅了。

4、结束语

铸铁冷焊技术具有焊接质量高、修复范围广、一焊件无需预热、工件不易变形等特点。焊接时可全

部或大部分采用碳钢焊条代替昂贵的镍基焊条，焊修成本低，是一项操作性很强的实用技术。

参考文献：

[1]、宋红岩等.采用铸铁冷焊方法修复机床导轨面[J].锅炉制造.2002（02）：70-80;

[2]、周文浩.铸铁零件冷焊修复的研究[J].太原科技.2006（06）：81-85;

作者简介：

李文军（1971，08，15），男，助理工程师，主要从事铝及铝合金加工装备的管理及技术研发的工作。

（作者单位：包头铝业有限公司）