灰铸铁异质焊缝的焊条电弧冷焊技术优化

2025-09-29 历史故事版权反馈

【摘要】：用非铸铁型焊接材料补焊铸铁，其焊缝金属与母材金属不同，称为异质焊缝。异质焊缝分为钢基焊缝、铜基焊缝和镍基焊缝三种。如Z100是氧化性药皮铸铁焊条，用该焊条焊接灰铸铁，仍容易出现热裂纹、冷裂纹以及焊后加工难度大等问题。

用非铸铁型焊接材料补焊铸铁，其焊缝金属与母材金属不同，称为异质焊缝。异质焊缝分为钢基焊缝、铜基焊缝和镍基焊缝三种。

1.钢基焊缝

由于钢基焊条的药皮有高矾铁或强氧化性物质，用钢基焊条焊接的灰铸铁焊缝，可以降低焊缝金属中的含碳量或者消除焊缝中碳的有害作用，但是，有一些焊接问题还是不好解决。如Z100是氧化性药皮铸铁焊条，用该焊条焊接灰铸铁，仍容易出现热裂纹、冷裂纹以及焊后加工难度大等问题。所以该焊条多用于修复在高温下工作的灰铸铁钢锭模出现的缺陷。有时也用于焊后不要求加工、致密性、受力较低的缺陷部位的补焊。再比如Z116和Z117是低氢型药皮的高矾铸铁焊条，这种焊条最大的特点是，焊缝具有优良的抗冷、热裂纹的性能，单层焊时焊缝强度、塑性比灰铸铁高很多。但是，进行大面积补焊时，易在焊缝和母材的交界处，出现剥离裂纹。在铸铁缺陷处开深坡口补焊时，由于缺陷的体积大、补焊的层数多、焊后的焊接应力大等因素，容易引起焊缝与母材剥离，因此，常采用栽丝法焊接，主要用于铸铁焊件非加工面的补焊。

2.铜基焊缝

用铜基焊条补焊灰铸铁时，虽然铜的屈服强度较低，但是，补焊后的铜基焊缝，对防止焊缝出现冷裂纹、防止母材与焊缝交界处发生剥离性裂纹等都会起着有利的作用。如Z607焊条的焊芯是纯（紫）铜，药皮中含有较多的低碳铁粉，是低氢型焊条。该焊条的优点是补焊较大的缺陷时，不容易出现母材与焊缝交界处的剥离性裂纹。

3.镍基焊缝

用镍基焊条焊接灰铸铁得到的焊缝是镍基焊缝，常用的镍基铸铁焊条有Z308（纯镍焊芯）、Z408（镍铁焊芯）、Z508（镍铜焊芯）等三种。镍是较强的石墨化元素，在高温时扩散系数较大，因此，对镍向灰铸铁母材半熔化区扩散、改善加工性能、缩小白口区的宽度等都起者非常有利的作用。镍基焊条多用于加工面的补焊。

4.灰铸铁异质焊缝焊条电弧冷焊操作应注意的事项

（1）采用短弧、断续施焊灰铸铁电弧冷焊时，随着焊缝的增长，焊缝的纵向应力加大，使焊缝产生裂纹的倾向增大。为了减小热应力，防止冷裂纹产生，必须降低补焊区的温度，所以应该采用短段焊。具体操作如下：把焊缝分段焊接，每次只焊一小段（约10～40mm；薄壁件散热慢，焊缝长度可取10～20mm；厚壁焊件散热快，焊缝长度适宜30～40mm），焊接操作不能连续进行，层间温度应控制在50～60℃。

（2）采用小电流焊接灰铸铁焊接时，尽量采用小的焊接电流。因为：

1）过大的焊接电流会使焊缝熔深加大，母材熔入焊缝内的成分过多，如Fe、Si、S、P、C等含量增多，使焊接接头产生热裂纹的敏感性增大。此外，由于焊缝内含碳量的增高，使焊接接头的淬硬区和淬硬倾向也加大，但是，灰铸铁焊缝的硬度越大，焊缝产生冷裂纹的敏感性也就越大。为此，应减小熔合比，减少铸铁母材的熔化量。

2）过大的焊接电流，使焊接热输入加大，母材处于半熔化区温度范围1150～1250℃的宽度也加大，在焊条电弧焊的快速冷却下，使冷却速度极快的焊缝半熔化区中的白口增厚，不仅影响机械加工性能，而且还会产生裂纹和焊缝与母材剥离。

3）随着焊接电流的加大，焊接热输入也加大，从而导至焊接接头的拉应力增高，发生裂纹敏感性也就增大。

4）灰铸铁焊接时，与母材接触的第一、二层焊缝，适宜用小直径焊条。因为随着焊条直径的增大，适合焊接的最小电流也在增加，这将会对焊缝产生不利的影响。(https://www.chuimin.cn)

5）为了尽量避免补焊处局部温度过高，焊接应力过大，应该采用断续焊接，必要时可以采取分散、分段进行焊接。

（3）为了减小熔合比，应采用U形坡口补焊线状裂纹缺陷时，焊前应在裂纹处开70°～80°的U形坡口，在裂纹的两端3～5mm处钻止裂孔，孔径为4～6mm，以防止在焊接过程中裂纹向外扩展。

（4）采用短弧和较快的焊速焊接在保证焊缝成形及母材熔合良好的前提下，尽量采用较快的速度焊接，因为，随着焊接速度的加快，铸铁母材的熔深、熔宽等都在下降，焊接热输入也下降，则可以提高焊接接头的性能。当然，焊接速度过快，还将导致焊缝成形不良，与母材熔合不好，反而使焊接接头的性能变坏。

焊接电弧如果过长时，在电弧的作用下，使母材的熔化宽度加宽，也会降低焊缝的力学性能。

（5）合理地选择灰铸铁焊接操作方向和顺序为了减小焊接应力，灰铸铁裂纹焊补时，应该掌握焊补的原则是：由刚度大的部位向刚度小的部位焊接。有三种焊接方法可供选择：

其一，从裂纹的一端向另一端依次逆向分段焊接。

其二，从裂纹的中心向裂纹的两端交替逆向分段焊接。

其三，从裂纹的两端交替向裂纹的中心逆向分段焊接。

如在灰铸铁机床座的中心部位出现一条裂纹时，由于裂纹的两端刚度大，而裂纹中心部位的刚度相对较小，因此采用第三种焊接方法较好，即从裂纹的两端交替向裂纹的中心进行逆向分段焊接。

（6）选择锤击焊缝的方法为了能松弛灰铸铁焊缝的焊接应力，使焊缝金属承受塑性变形，防止产生焊接裂纹，每焊完一段焊缝后，立即用圆头的小锤快速锤击焊缝。

（7）合理地选择焊条铸铁厚大件补焊时，焊接应力很大，焊缝金属发生裂纹以及在焊缝金属与母材交界处产生剥离性裂纹的危险性增大。因此，为了防止裂纹的产生，常选用屈服强度较低的焊接材料，对补焊厚度较大的铸铁缺陷则更为有利；或者，采用栽螺钉法防止焊接过程中焊缝与母材剥离。

总之，铸铁冷焊时，为了减小焊接应力，防止裂纹的产生，可采取的工艺措施主要有分散焊、断续焊、选用细焊条、小的焊接电流以及采用浅熔深和焊后立即进行锤击焊缝等。为了得到钢焊缝和有色金属焊缝，可以采用纯镍铸铁焊条、镍铁铸铁焊条、铜镍铸铁焊条、高钒铸铁焊条和普通低碳钢焊条。

灰铸铁异质焊缝的焊条电弧冷焊技术优化

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