在分析灰口鑄鐵焊接性的基礎上，對補焊工藝和具體的操作技術和方法給予較為詳細的介紹。對焊工在生產現場施焊技術的提高有非常大的參考價值。

一、前言

灰口鑄鐵是鑄鐵中的一種，灰口鑄鐵的碳以片狀石墨的形式分布于鑄鐵基體中，斷面呈暗灰色，故稱灰口鑄鐵。由于片狀的石墨割裂了鑄鐵的基體組織，因此，灰口鑄鐵的抗拉強度低，缺乏塑性。灰口鑄鐵具有良好鑄造性和切割性能，同時由于灰口鑄鐵中石墨以片狀存在，它具有良好的耐磨性，抗震性和切削加工性并具有較高的抗壓強度，故在工業上運用極為廣泛。

灰口鑄鐵目前常以鑄件的形式運用于生產，由于鑄造工藝的特點，鑄件往往存在著各種不同程度的缺陷，在生產現場中也有許多因各種原因而損壞的鑄件。鑄鐵的焊接實際上就是對存有缺陷或者損壞的鑄件進行補焊。所以鑄件補焊具有很大的經濟意義。

1.灰口鑄鐵焊接性能較差，在焊接時容易出現下列問題

1.1焊后產生白口組織

在補焊灰口鑄鐵時，經常會在熔合區生成一層白口組織。產生白口組織的原因是：由于母材近縫區在焊接時受到高溫加熱，當受熱溫度860℃以上時，原來灰口鑄鐵中得游離狀態的石墨開始部分也熔于鐵中，溫度越高，熔于鐵中的石墨也越多。當冷卻時，一般認為在30-100℃/s的急速冷卻條件下，熔于鐵中的碳來不及以石墨形式析出，而呈滲碳體出現，即所謂白口。另外。在焊接熔池中的石墨化元素碳，硅等不足也是產生白口的主要原因。一般在窄小的高溫度熔合區內，焊后很容易產生白口組織。白口組織硬而脆，使得焊縫在焊后難以機械加工，甚至會導致開裂。防止白口產生主要措施是適當調整填充金屬的化學成分和冷卻速度。改善焊縫技術的化學成分，增加石墨化元素的含量，可以在一定條件下防止焊縫金屬產生白口。例如氣焊用鑄鐵焊絲的碳，硅含量要比母材高(C3.0%-3.8%，Si3.6%-4.8%)特別是冷焊灰口鑄鐵時，焊絲中的含硅量可高達4.5%焊后緩冷和延長熔合區處于紅熱狀態的時間，使石墨充分析出，這是避免熔合區產生白口的主要工藝途徑。采取的具體措施是焊前預熱和焊后保溫。由于氣焊時冷卻速度較慢。因此。對于防止白口極為有力。

1.2焊接街頭出現裂紋

裂紋是焊接灰口鑄鐵的要問題，灰口鑄鐵焊接接頭上的裂紋可能出現在焊縫金屬中，也可能在基本金屬即母材上。母材的裂紋一般出現近縫區，可能是縱向，橫向或斜向的。由于灰口鑄鐵塑性較差，幾乎不能發生任何塑性變形，而且強度又低，所以在焊接應力及鑄件本身應力(組織應力)的共同作用下，當局部應力大于強度極限時，就產生裂紋。嚴重時，會使焊縫金屬和母材分離，即焊縫從基本金屬上脫離下來，即所謂剝離。如果焊縫強度較高而母材強度較低，或結合處產生白口時，由于白口鑄鐵收縮率(1.6%-2.%)比灰口鑄鐵收縮率(0.9%-1.8%)大，且塑性也差，故均產生剝離。焊縫金屬內的裂紋，一般常見的是橫向裂縫，有時也有縱向及斜向裂紋，在焊縫斷口處沒有高溫氧化時常見的藍顏色。裂紋生成時常發出清脆的金屬開裂聲。通常裂紋發生在熱態焊縫金屬的暗紅色消失后，即600℃以下，直到焊縫與焊件整體溫度均勻化之前。容易發生裂紋的溫度在400℃以下，通常這種在熱應力和組織應力的共同作用下發生的裂紋稱為熱應力裂紋。

(1)焊前預熱和焊后緩冷的措施：

焊前將焊件整體或局部預熱和焊后緩冷不但能減少焊縫的白口傾向，并能減小焊接應力和防止焊件開裂。

(2)采用電弧冷焊減小焊接應力的措施：

選用塑性較好的焊接材料，如用鎳,銅,鎳銅,高釩鋼等作為填充金屬，使焊縫金屬可通過塑性變形松弛應力，防止裂紋;用細直準焊條，小電流，斷續焊，分散焊的方法可減小焊縫處和基本金屬的溫度差而減小焊接應力;通過錘擊焊縫可以消除應力，防止裂紋。

使焊縫冷卻時能補受阻礙底自由收縮，從而避免用力過大而導致裂紋。

(3)采用熱焊法并控制好溫度.

當溫度高于600℃時,由于產生于一定的塑性變形.而使部分內應力得到消除,一般在600℃以上焊接時就不會產生熱應力裂紋.

二、灰口鑄鐵的焊接性能較差，在焊接時容易出現下列問題

1.焊后產生白口組織

在補焊灰口鑄鐵時，經常會在熔合區生成一層白口組織。產生白口組織的原因是：由于母材近縫區在焊接時受到高溫加熱，當受熱溫度860℃以上時，原來灰口鑄鐵中得游離狀態的石墨開始部分也熔于鐵中，溫度越高，熔于鐵中的石墨也越多。當冷卻時，一般認為在30-100℃/s的急速冷卻條件下，熔于鐵中的碳來不及以石墨形式析出，而呈滲碳體出現，即所謂白口。另外。在焊接熔池中的石墨化元素碳，硅等不足也是產生白口的主要原因。一般在窄小的高溫度熔合區內，焊后很容易產生白口組織。白口組織硬而脆，使得焊縫在焊后難以機械加工，甚至會導致開裂。防止白口產生主要措施是適當調整填充金屬的化學成分和冷卻速度。改善焊縫技術的化學成分，增加石墨化元素的含量，可以在一定條件下防止焊縫金屬產生白口。例如氣焊用鑄鐵焊絲的碳，硅含量要比母材高(C3.0%-3.8%，Si3.6%-4.8%)特別是冷焊灰口鑄鐵時，焊絲中的含硅量可高達4.5%焊后緩冷和延長熔合區處于紅熱狀態的時間，使石墨充分析出，這是避免熔合區產生白口的主要工藝途徑。采取的具體措施是焊前預熱和焊后保溫。由于氣焊時冷卻速度較慢。因此。對于防止白口極為有力。

2.焊接街頭出現裂紋

裂紋是焊接灰口鑄鐵的要問題，灰口鑄鐵焊接接頭上的裂紋可能出現在焊縫金屬中，也可能在基本金屬即母材上。母材的裂紋一般出現近縫區，可能是縱向，橫向或斜向的。由于灰口鑄鐵塑性較差，幾乎不能發生任何塑性變形，而且強度又低，所以在焊接應力及鑄件本身應力(組織應力)的共同作用下，當局部應力大于強度極限時，就產生裂紋。嚴重時，會使焊縫金屬和母材分離，即焊縫從基本金屬上脫離下來，即所謂剝離。如果焊縫強度較高而母材強度較低，或結合處產生白口時，由于白口鑄鐵收縮率(1.6%-2.%)比灰口鑄鐵收縮率(0.9%-1.8%)大，且塑性也差，故均產生剝離。焊縫金屬內的裂紋，一般常見的是橫向裂縫，有時也有縱向及斜向裂紋，在焊縫斷口處沒有高溫氧化時常見的藍顏色。裂紋生成時常發出清脆的金屬開裂聲。通常裂紋發生在熱態焊縫金屬的暗紅色消失后，即600℃以下，直到焊縫與焊件整體溫度均勻化之前。容易發生裂紋的溫度在400℃以下，通常這種在熱應力和組織應力的共同作用下發生的裂紋稱為熱應力裂紋。

2.1焊前預熱和焊后緩冷的措施：

焊前將焊件整體或局部預熱和焊后緩冷不但能減少焊縫的白口傾向，并能減小焊接應力和防止焊件開裂。

2.2采用電弧冷焊減小焊接應力的措施：

選用塑性較好的焊接材料，如用鎳,銅,鎳銅,高釩鋼等作為填充金屬，使焊縫金屬可通過塑性變形松弛應力，防止裂紋;用細直準焊條，小電流，斷續焊，分散焊的方法可減小焊縫處和基本金屬的溫度差而減小焊接應力;通過錘擊焊縫可以消除應力，防止裂紋。

使焊縫冷卻時能補受阻礙底自由收縮，從而避免用力過大而導致裂紋。

2.3采用熱焊法并控制好溫度

當溫度高于600℃時,由于產生于一定的塑性變形.而使部分內應力得到消除，一般在600℃以上焊接時就不會產生熱應力裂紋。

三、灰口鑄鐵的補焊方法

灰口鑄鐵的補焊方法主要采用焊條電弧焊,氣焊,釬焊。按照焊件在焊前是否預熱可以把焊條電弧焊分為冷焊,半熱焊(預熱溫度400℃以下)和熱焊(預熱溫度600-700℃)。

四、灰口鑄鐵的補焊工藝

4.1.1冷焊法.電弧焊冷焊法就是焊件在焊前不預熱,焊接過程中也不輔助加熱,因此可以加速焊補生產率,降低成本,改善勞動條件,減少焊件因預熱時受熱不均勻而產生的變形和焊件已加工面的氧化.目前冷焊法正在推廣,并迅速發展.但是冷焊法在焊接后因焊縫及熱影響區的冷卻速度很大,極易形成白口組織.此外因焊件受熱不均勻,常形成較大的內應力,會造成裂紋,在冷焊時應注意以下幾點:

①焊前應徹底清理油污,裂紋兩端要打上裂孔,加工的坡口形狀要保證便于焊補及減少焊件的熔化量。

②采用鋼芯或鑄鐵芯的以外的焊條,小直徑焊條應盡量用小的焊接電流,以減少內應力和熱影響區的寬度。

③采用短焊道焊接法.一般每次焊10-40mm,待其充分冷卻后再焊。

④采用分段倒退焊.這樣可以降低拉應力,對防裂有好處。

⑤每項焊一短焊道后,用圓頭錘沿焊逢向外錘擊。

冷焊焊條按焊后焊縫的可加工性分為兩大類:一類用于焊后不需要機械加工的鑄件,如鋼芯鑄鐵焊條(EZCQ)，只適用小型薄壁鑄件剛度不大部位的缺陷焊補;另一類用于焊后需要機械加工的鑄件，如純鎳焊條(EZNi-1)鎳鐵鑄鐵焊條(EZNiFe-1)鎳銅鑄鐵焊條(ENiCu-1)等。

4.1.2熱焊法

熱焊法是在焊接前將焊件全部或局部加熱到600-700℃，并在焊接過程中保持一定溫度，焊后在爐中緩冷的焊接方法。用熱焊法時，焊件冷卻緩慢，溫度分布均勻，有利于消除白口組織，減少應力，防止產生裂紋。但熱焊法成本高，工藝復雜，生產周期長，焊接時勞動條件差，因此應盡量少用。

4.2氣焊焊補灰口鑄鐵的補焊工藝：

氣焊火焰溫度比電弧溫度低得多，因而焊件的加熱和冷卻比較緩慢，這對防止灰口鑄鐵在焊接時產生的白口組織和裂紋都很有利。所以用氣焊焊補的鑄件質量一般比較好，因氣焊成為補焊鑄鐵的常用方法。但氣焊與焊條電弧焊相比，焊工的勞動強度高，焊件變形較大，焊補大型鑄件時難以焊透。但由于氣焊鑄件的質量較好，易切削加工，使許多工廠中的中小型灰口鑄件，還是較多用氣焊焊補。

4.2.1焊前準備

①在焊件清除完畢后,檢查缺陷.焊件上的缺陷可起碼接觀察,也可用10-20倍的放大鏡查找。

②裂紋找出后,在裂紋的兩端鉆直徑φ4-6mm的裂孔,以防止裂紋擴展.焊接灰口鑄鐵時可選用鑄鐵焊絲,絲401A或絲401B.焊接時氣焊熔劑選用氣劑201,鑄鐵氣焊熔劑熔點為650℃成堿性,能將鑄鐵氣焊時產生的二氧化硅(熔點為1350℃)變為易熔的鹽類.鑄鐵用氣焊熔劑進行灰口鑄鐵補焊時,應選擇較大號的焊炬,以提高焊接頭焰效率,有利于氣孔夾渣等缺陷.焊嘴孔徑可根據焊補處的壁厚確定。

4.2.2操作技術

在氣焊過程中,必須選用中性焰或弱碳化焰;在焊接結束時可用碳化焰使焊縫緩冷,這樣可以減少碳和硅的燒損,消除過厚的氧化膜,防止白口冷硬現象;當消除缺陷的底部或開坡口時可用氧化焰.焊接時,在要基本金屬熔化后再加入焊絲,以防止熔合不良;發現熔池中有小氣孔和白亮點夾雜物時,可以往熔池中加入少量氣焊熔劑,有助于消除平渣,但氣焊熔劑不宜加入過多,否則反而容易產生夾渣,氣孔;適當加大火焰的功率,提高熔池鐵水溫度,有利于氣體及雜質浮起,因而能減少氣孔,夾渣;操作時應注意火焰始終蓋住熔池;加入焊絲時,經常用焊絲輕輕攪動熔池,促使氣體,熔渣浮出;焊補將完畢時應使焊縫稍高于焊件表面,并用焊絲刮去雜質較多的表層面.由于表層內含雜質較多,冷卻后硬度較高,所以,刮去表面層可提高焊縫的切削性能。

當補焊被焊區剛性較大或補焊石積較大,以及材質較差,組織疏松的鑄件時,可采用熱焊.焊后用石棉布或炭灰將鑄件蓋好,使焊縫緩慢冷卻,以防止產生裂紋和白口組織。

五、結論

灰口鑄鐵采取合理的焊補工藝,可使焊件獲得較好的切削性和致密性.所以灰口鑄鐵焊補只要焊補工藝得當,白口組織和裂紋的產生。