铸铁焊补与焊接.docx

1、铸铁焊补与焊接铸铁的铸造缺陷大部分可焊补，铸造车间与铸件加工车间可设置铸铁焊补人员及相应预热、焊接设备，以提高成品率。使用中损坏的铸铁件，绝大多数可焊补修复。 随着研制和定型生产各种铸铁焊接材料，不断总结交流经验，铸铁焊补与焊接正在成为被广泛掌握的技术，铸铁已逐渐成为易焊材料。 此外，可以采用高效率焊接方法制造球墨铸铁钢、可锻铸铁钢、灰铸铁钢及铸铁铸铁的焊接件，如汽车传动轴、铸铁管等。 1.焊接特点 (1)易产生热应力裂纹：热应力是在不均匀的加热及随后的冷却过程中工件不能均匀地热胀冷缩所引起的应力 焊接及不适当的局部预热均可引起较大的热应力。与热裂纹及冷裂纹本质不同，热应力裂纹主要是或者单纯是

2、热应力引起的拉伸应变超过材料薄弱部分的变形能力而形成的。由于铸铁的塑性很差，所以焊补或焊接时，其热应力裂纹倾向比塑性材料大得多。铸铁补焊时，热应力裂纹大致有三种表现形式： 1)在升温过程中，也可能是在焊后冷却过程中补焊区以外的母材断裂。其部位多发生在铸铁件的薄弱断面和断面形状或壁厚突变处。其原因是不适当的局部预热或过大的焊接加热规范。 2)焊缝或焊补区在冷却过程中产生横向裂纹，方向大致与熔合线相垂直。这种裂纹有时只发生在紧邻焊缝的母材上，有的与焊缝上的热裂纹接通，也有的横贯焊缝及邻近的母材。其原因是不合理的焊接操作工艺，特别是焊缝一次焊接过长，也可能是不适当的局部预热所造成。 3)焊缝金属在冷

3、却过程中产生沿熔合线的裂纹，甚至焊缝与母材剥离，这种形式的热应力裂纹是采用非铸铁质焊条冷焊时，比较容易出现的。焊缝材质的强度等级愈高或铸铁母材强度等级愈低，这种裂纹的倾向愈大。坡口越深，填充金属越多越易产生剥离。适当提高工件整体或焊接环境温度，控制焊补区的温度，短焊道断续焊，焊后及时而充分的锤击等也有利于避免这种形式的热应力裂纹。 (2)熔合区易产生白口组织：采用铸铁填充金属时，减慢高温(800以上)时的冷却速度，并增强焊缝的石墨化能力(适当提高碳、硅含量)是防止焊缝金属和熔合区产生白口的主要途径。电弧焊冷焊时，采用高镍或纯镍焊条，可减弱熔化区的白口倾向，改善接头的机械加工性。 (3)焊缝金属

4、的热裂纹倾向：铸铁组织的焊缝金属不存在热裂纹倾向，采用非铸铁组织的焊条或焊丝冷焊铸铁时，焊缝热裂纹倾向随焊缝材质的不同而不同。焊缝中母材熔合比例的增加和过分延长焊缝处于高温下的停留时间将加大热裂纹倾向。底部圆滑的坡口，小电流，窄焊道以及短焊道，断续焊等能减小热裂纹倾向。 2.焊接方法 铸铁焊补的各种焊接方法及其特点可参见表10-35。其工艺要点见表10-36。 表10-35 用各种焊接方法焊补铸铁的特点焊接方法焊接材料母材焊缝金属b(MPa)手工电弧冷焊EZNi(Z308)灰铸铁280EZNiFe(Z408)灰铸铁、球墨铸铁、高强灰铸铁400500EZNiCu(Z308)灰铸铁FZV(Z116

5、、Z117)灰铸铁、球墨铸铁400铜钢焊条或奥氏体铁铜焊条灰铸铁EZFe(Z100)、E5015灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁手工电弧半热焊EZC(Z208、Z218)灰铸铁与母材等强度手工电弧热焊石墨化型药皮铸铁芯焊条灰铸铁铸铁芯焊条不预热电弧焊石墨化型药皮铸铁芯焊条灰铸铁预热气焊灰铸铁焊丝球墨铸铁焊丝灰铸铁、球墨铸铁与母材等强度或接近加热减应区法气焊灰铸铁焊丝灰铸铁与母材等强度不预热气焊灰铸铁焊丝灰铸铁与母材等强度钎 焊黄铜丝灰铸铁、可锻铸铁120150银锡钎料灰铸铁Cu-Zn-Ni-Mn钎料灰铸铁、可锻铸铁240280气电焊高钒钢焊丝球墨铸铁、灰铸铁400镍钛合金焊丝球墨铸铁、高强度铸铁40

6、0500低碳低合金钢焊丝灰铸铁、球墨铸铁手工电渣焊灰铸铁铁屑灰铸铁与母材等强度接头机械加工性能接头致密性热裂纹倾向热应力裂纹倾向备 注较好较好小小预热200左右可进一步改善机械加工性;母材含磷高时焊缝易产生热裂纹较好较好小较小较好稍差较小小稍差好较小较小多用于非加工面焊补较差稍差较小小很差较差大大较好好不产生较小多用于小件修复很好(硬度分布均匀)好极小劳动条件较差较好好刚度大的部位易裂劳动条件好，刚度小的部位可代替热焊很好(硬度分布均匀)好极小多用于中、小件很好好加热不当时易裂多用于汽车、拖拉机缸体、缸盖、齿轮箱、皮带轮等复杂结构、大刚度部位缺陷的焊补很好好较小用于小件或中小件边角部位焊补较好

7、较差小小也可用于熔焊时不易熔合的铸铁、焊缝颜色与母材差别大很好小多用于导轨面研伤的修复、焊缝颜色与母材差别大很好好小小部分代替预热气焊，焊缝颜色与母材差别小稍差好较小较小用于球铁轧辊辊脖堆焊及汽车传动轴焊接等，CO2保护较好较好小小氩气保护细丝较好较好较小较小CO2保护很好好不产生刚度大的部位易裂用于特厚大件，劳动条件差注：三者加工性稍有区别：Z308好，Z508次之，Z408再次之。 对于中等强度的灰铸铁(如HT150 HT200)一般可达到等强度。 表10-36 各种焊接方法焊补铸铁的工艺要点焊接方法工 艺 要 点手工电弧冷焊较小的焊接电流和较快的焊速，不作横向摆动(窄焊道)、多层焊、尽量

8、不在母材引弧，少熔化母材，短焊道(1050mm)断续焊，层间冷却到6070(预热焊时冷却到预热温度)后，再继续焊，焊后及时充分锤击焊缝金属，一般不预热手工电弧半热焊较大的焊接电流、慢焊速、中等弧长，连续焊，一般预热400左右并在焊后保温缓冷手工电弧热焊预热500650并保持工件温度在焊接过程中不低于400，焊后600650保温退火消除应力，连续焊，熔池温度过高时稍停顿铸铁芯焊条不预热手工电弧焊坡口面积应不小于8cm2，深度应不小于7mm，周围用造型材料围筑起凸台，较大的焊接电流，长电弧连续焊，熔池温度过高时稍停顿，焊缝应高出焊件表面58mm，以造成熔合区缓冷的条件预热气焊预热600680，并保

9、持工件温度在焊接过程中不低于400，焊后600650保温退火消除应力，较大的火焰功率连续焊加热减应区气焊正确选定减应区，并将它用气焊火焰加热至600700，用较大功率的气焊炬开坡口(或事先用机械法开坡口)，同时保持减应区温度，缺陷处焊补后与减应区一起冷却，减小焊接热应力不预热气焊开坡口用较大功率的焊炬，连续施焊钎焊采用气焊火焰或其他热源加热工件并进行钎焊，缺陷处事先用机械法开适当的坡口，并预热清除油污气电焊与手工电弧焊冷焊相同，焊道长度可适当大些手工电渣焊用造型材料造型，用碳电极建立渣池并预热，焊补时用碳电极加热，另外填充铸铁屑(或直接用铸铁棒电极加热并填充)连续施焊3.焊接材料 各种铸铁焊条

10、的特性和用途见表10-37。 表10-37 各种铸铁焊条的特性和用途焊条或焊丝名称统一牌号焊丝或焊芯药皮类型焊缝金属氧化型钢芯铸铁焊条EZFe(Z100)碳钢氧化型碳钢高钒铸铁焊条FZV(Z116)碳钢(高钒药皮)或高钒钢低氢型高钒钢V11%高钒钢焊丝或高钒管状焊丝RZV高钒钢V11%高钒铸铁焊条EZV(Z117)碳钢(高钒药皮)或高钒钢低氢型高钒钢V11%纯镍铸铁焊条EZNi(Z308)纯镍石墨型镍镍铁铸铁焊条EZNiFe(Z408)镍铁合金(Ni55Fe45)石墨型镍铁合金镍铁合金焊丝RZCH(Ni55Fe45)镍铜铸铁焊条EZNiCu(Z508)镍铜合金(Ni70Cu30)石墨型镍铜合金

11、铜铁铸铁焊条EZFeCu(Z607)紫铜低氢型铜-铁混合(Cu80Fe20)钢铁铸铁焊条EZFeCu(Z612)铜芯铁皮或铜包铁芯钛钙型(Cu80Fe20)铜-铁混合电源种类用 途焊缝硬度HB熔合区白口宽度(mm)(正常规格)备 注单 层二 层交直流一般灰铸铁件，抗裂性及加工性差4000.81直流(正接)或交流强度较高的灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁2002500.30.50.150.2强度较高的灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁及球铁与钢的焊接200250气电焊用直流(正接)强度较高的灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁2002500.30.50.150.2直流(正接)或交流重要灰铸铁，可加工，如机床床面，气缸加

12、工面16017000.2断续00.15断续直流(正接)或交流球墨铸铁、重要灰铸铁，可加工，但焊缝较铸308、铸508稍硬200230断续断续200230气电焊用直流(正接)或交流灰铸铁、可加工，强度、抗热裂性较差130150断续断续直流(反接)灰铸铁、抗裂性好、加工性差、强度较低、常用于气缸非加工面焊补不均匀交直流灰铸铁、抗裂性好、加工性差、强度较低、常用于气缸非加工面焊补不均匀注：1.E5016、E5015、H08Mn2Si焊丝(CO2焊)也用作铸铁冷焊填充材料。 2.奥氏体铁铜焊条焊芯为铜管包Cr20Ni80丝，其特点除强度稍高外与铜铁铸铁焊条同。 4.球墨铸铁、可锻铸铁及白口铸铁的焊补

13、(1)球墨铸铁的焊补：球化剂增加焊接时产生白口化的倾向，此外热影响区易淬硬成马氏体，对加工性及抗裂性有不利影响。焊接球墨铸铁时，也易产生裂纹。减少或防止裂纹的工艺措施如下： 1)用镍铁合金焊条(Z408)手工电弧焊按电弧冷焊工艺焊接，焊后可加工。焊件预热200250，或焊后退火或正火处理，或采用短段多层焊，加工性可进一步改善 母材含磷量小于0.1%，有利于防止裂纹。 用球墨铸铁和低碳钢制造复合零件时，电弧冷焊焊接残余应力不大。球铁件焊前进行消除应力退火可消除铸造应力。 用镍铁焊条焊接基体为铁素体的球铁时，可以达到或接近与母材等强度。 2)用高钒焊条(Z116、Z117)手工电弧焊，工艺与镍铁焊

14、条相同，但熔合区白口层较厚，加工性能较差。焊缝硬度HV210260，抗拉强度约430MPa。焊后退火可以降低硬度，改善加工性。 3)用低碳钢焊条(E5015、E4303)手工电弧焊，当焊缝不长时用碱性焊条E5015可获得高强度焊接接头，但加工性不好，裂纹倾向稍大些，应采取电弧冷焊工艺措施进行补焊。 4)用钢芯球墨铸铁焊条(Z238)手工电弧焊(热焊)。Z238药皮中含有石墨化和球化剂，使焊缝慢冷时变为球铁。应采用热焊，小件预热500，大件预热700。焊后应进行退火或正火处理，以得到所需组织和性能。 5)球墨铸铁气焊。气焊易避免白口，接头组织性能较好，适于焊补重要的中小型工件。表10-38为球墨

15、铸铁气焊焊丝成分。 表10-38 球墨铸铁气焊焊丝成分成分(%)牌号CSiMnSP钇基重稀土稀土(轻)MgHS4023.84.23.03.60.50.80.050.50.080.15自 制343.54.50.50.80.020.100.030.040.0350.066)球墨铸铁的气保护焊。球墨铸铁可采用气保护焊进行焊补或焊接。用高钒焊丝、高钒管状焊丝或低碳低合金型焊丝时，可用二氧化碳气体保护。当采用纯镍或铁镍合金焊丝时，用氩气保护。 (2)可锻铸铁的焊补：可锻铸铁重熔部分易产生白口。常用的焊补方法有： 1)磨损部分恢复尺寸时，用黄铜钎焊，铸铁焊丝钎焊(母材不熔化，钎焊温度1000)，表10-3

16、9、表10-40为铸铁钎焊用的钎料和熔剂的牌号及成分。 表10-39 铸铁钎焊用的钎料牌号及成分成分(%)牌号CuSnSiFeMnNiAlZnHL1035256余量HS22159610.81.20.150.35余量HS22257590.71.00.050.150.351.20.030.09余量HS22461630.30.7余量铜锌镍锰48500.40.69103.54.00.30.4余量表10-40 铸铁钎焊用的熔剂牌号及组成组成(%)牌号(序号)Na2B4O7H3BO3AlPO4NaClLiCO3Na2CO3NaCl+NaF(NaCl：NaF=73：27)CJ30116.518.576794

17、5.51100250503701020铜锌镍锰相应熔剂40451618242710202)螺孔损坏，扩孔后用铸铁焊丝气焊(表10-41、表10-42为气焊用铸铁焊丝、气焊熔剂牌号及成分)。 表10-41 气焊用铸铁焊丝牌号及成分成分(%)牌号CSiMnSPHS401-A33.63.03.50.50.80.060.5HS401-B34.02.753.50.50.80.50.5表10-42 气焊熔剂牌号及组成组成(%)牌 号H3BO3Na2CO3NaHCO3MnO2NaNO3CJ2011840207153)修补裂缝时，用E4303、E5015、Z100、Z116及不锈钢焊条电弧冷焊或细丝CO2气体

18、保护焊，小电流多层焊。这种方法用于焊后不加工的场合。 (3)白口铸铁的焊补：白口铸铁焊补时极易产生热应力裂纹。可以试用细直径镍焊条严格按电弧冷焊工艺施焊。 各类铸铁件焊补工艺方法的选择分别参见表10-43表10-48。 表10-43 机床类机械铸件焊补工艺方法的选择焊补部位及要求焊 接 方 法推 荐可 用加工面导轨面(滑动摩擦)铸造毛坯(有加工余量)铸铁芯焊条，电弧焊热焊铸铁焊丝气焊热焊铸铁芯焊条，不预热电弧焊(刚度大的部位可能裂)EZNiCu、EZNi或EZNiFe焊条冷焊或稍加预热。手工电渣焊(用于特厚大件)已加工(加工余量较小)FZNiCu、EZNi或EZNiFe焊条，冷焊或稍加预热铸铁

19、芯焊条不预热电弧焊(刚度大的部位可能裂)固定结合面铸造毛坯铸铁芯焊条手工电弧焊热焊铸铁焊丝气焊热焊铸铁芯焊条不预热手工电弧焊(刚度大的部位可能裂)手工电渣焊(用于特厚大件)EZNiCu、EZNi或EZNiFe焊条手工电弧焊冷焊或稍加预热已加工EZNiCu、EZNi或EZNiFe焊条手工电弧焊，冷焊或稍加预热铸铁芯焊条，不预热手工电弧焊(刚度大的部位可能裂)黄铜钎焊要求密封(耐水压)部位铸造毛坯铸铁芯焊条电弧焊热焊铸铁焊丝气焊热焊铸铁芯焊条不预热电弧焊(刚度大的部位可能裂)EZNiFe或EZNi焊条冷焊已加工EZNiF%或EZNi焊条冷焊或稍加预热(要求耐压不高时可用EZNiCu焊条)铸铁芯焊条

20、不预热电弧焊(刚度大的部位可能裂)黄铜钎焊焊补部位及要求焊 接 方 法推 荐可 用非加工面要求密封(耐水压部位)或要求与母材等强度EZFeCu、EZNiCu或自制奥氏体铁铜焊条冷焊(要求耐压不高时)EZNiFe、EZNi或EZr焊条冷焊或稍加预热(要求耐较高压力时)铸铁芯焊条电弧焊热焊铸铁焊丝气焊热焊铸铁芯焊条，不预热电弧焊(刚度大的部位可能裂)黄铜钎焊无密封及强度要求EZFeCu或自制奥氏体铁铜焊条冷焊低碳钢焊条(E5015、E5016、E4303等)冷焊其他任何铸铁焊接方法表10-44 拖拉机、汽车修理中缸体、缸盖、减速箱等铸件焊补方法的选择焊 补 部 位基本的焊补方法也可采用的方法刚度很

21、大部位的加工面，如：缸平面靠中部位的缺陷缸孔气门导管内的缺陷缸盖平面靠中央部位的缺陷铸铁焊丝气焊热焊EZNi、EZNiFe、EZNiCu镍基铸铁焊条冷焊刚度较大部位的加工面，如：缸平面非正中部位的缺陷缸盖平面非正中部位的缺陷铸铁焊丝加热减应区法气焊EZNi、FZNiFe、EZNiCu镍基铸铁焊条冷焊铸铁焊丝气焊热焊刚度较小部位的加工面，如：缸筒底部水道裂纹堵焊曲轴瓦座螺孔变速箱、飞轮外壳等小件的缺陷铸铁焊丝不预热气焊EZNi、EZNiFe、EZNiCu镍基铸铁焊条冷焊所有非加工面，如：缸体侧面裂损水隔层内外壁裂损缸筒外壁裂损缸盖非加工面缺陷铜铁铸铁焊条EZFeCu或奥氏体铁铜焊条冷焊高钒铸铁焊

22、条(EZV)冷焊EZFe铸铁焊条或普通低碳钢焊条(E5016、E5015、E4303等)冷焊EZNi、EZiFe、EZNiCu镍基铸铁焊条冷焊表10-45 铸件气焊火焰功率的选择铸件壁厚(mm)2050小于20焊嘴孔径(mm)32氧气压力(MPa)0.60.4表10-46 铜-铁焊条冷焊焊接电流的选择铜芯直径(mm)2.53.03.2焊接电流(A)直流反接9090110交流100100120表10-47 高钒焊条冷焊焊接电流的选择焊条直径(mm)2.02.53.24.0焊接电流(A)4060608080120120160表10-48 铸铁芯铸铁焊条不预热焊的焊接电流选择焊条直径(mm)58焊接电流(A)250350380600字数：8271知识来源：王文翰 主编.焊接技术手册.郑州：河南科学技术出版社.2004.第572-583页.