铸铁零件的焊接方法

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由于铸铁的一些优点，在汽车制造材料中占有很大的比重。铸铁零件大多是加工精度高、价格昂贵的基础零件，如气缸体、气缸盖、变速器壳体等。铸铁零件在制造及使用过程中，经常会出现裂纹、气孔、损坏等情况。据统计，汽车在正常使用情况下，这类零件达到磨损极限时，其尺寸变化只有0.08％～0.40％，质量损失只有0.1％～1.8％，此时将零件报废，无疑是非常浪费的。因此，研究和利用先进的修理经验，合理地修复铸铁零件是十分必要地。焊接就是一种非常有效地修复铸铁零件的方法。
   铸铁含炭量高、杂质多，并具有塑性低、焊接性差、对冷却速度敏感等特性， 焊补后容易出现白口组织和产生裂纹。为改善铸铁零件的焊补质量，可采取以下方法。
   一、热焊法
   焊前将工件整体或局部预热到600～700℃ ， 补焊过程中不低于400℃，焊后缓慢冷却至室温。采用热焊法可有效减小焊接接头的温差，从而减小应力，同时还可以改善铸件的塑性，防止出现白口组织和裂纹。
   常用的焊接方法是气焊和焊条电弧焊。气焊常用铸铁气焊丝，如HS401或HS402，配用焊剂CJ201，以去除氧化物。气焊预热方法适于补焊中小型薄壁零件。焊条电弧焊选用铸铁芯铸铁焊条Z248或钢芯铸铁焊条Z208，此法主要用于补焊厚度较大(大于10mm ) 的铸铁零件。
   热焊法的焊接设备主要有加热炉、焊炬、电炉(油炉或地炉)等，焊接工艺如下：
   1、焊前准备和预热：清除缺陷周围的油污和氧化皮，露出基体的金属光泽：开坡口，一般坡口深度为焊件壁厚的2／3， 角度为70°～120°；将焊件放入炉中缓慢加热至600～700℃(不可超过700℃)。
   2、施焊：采用中性焰或弱碳化焰(施焊过程中不要使铁水流向一侧)，待基体金属熔透后，再熔入焊条金属；发现熔池中出现白亮点时，停止填入焊条金属，加入适量焊剂，用焊条将杂物剔除后再继续施焊；为得到平整的焊缝， 焊接后的焊缝应稍高出铸铁件表面， 并将溢在焊缝外的熔渣重新熔化， 待降温到半熔化状态时，用焊丝沿铸件表面将高出部分刮平。
   3、焊后冷却：一般应随炉缓慢冷却至室温(一般需48h以上)，也可用石棉布(板)或炭灰覆盖，使焊缝形成均匀的组织， 同时防止产生裂纹。
   二、冷焊法
   此方法是焊前不对工件进行预热，或预热温度不超过300℃。常用焊条电弧焊进行铸铁冷焊。根据铸铁工件的要求，可选用不同的铸铁焊条，如补焊一般灰铸铁零件非加工面选用Z100焊条，补焊高强度灰铸铁及球墨铸铁零件选用Zll6或Z117焊条。
   冷焊法的焊接设备为普通的电弧焊设备，焊接工艺如下：
   1、焊前准备：清除焊修表面的油污及杂质，使其露出基体的金属光泽：如果存在裂纹，应在裂纹两端各钻一个止裂孔， 以免施焊时裂纹延伸；沿裂纹开出坡口，其型式和大小由焊修部位的厚度和工艺要求而定。如果是大型铸件，还可以在焊缝处拧上一定数量的螺钉，使接头得到加强。螺钉直径一般不超过16mm(如果壁厚小于15mm，则螺钉直径应小于或等于6mm )，螺钉的数量可按断面面积计算， 即螺钉的总断面面积不大于铸件裂纹断面面积的25％ ， 且这些螺钉应均匀分布在裂纹两边。
   2、焊修规范的选择：焊条直径由焊修部位的厚度确定，一般应尽量选用小直径的焊条， 以减少输入焊件的热量：在保证焊条金属与基体熔合的情况下，焊修电流也应尽量选用小的， 以免焊件温度过高产生应力； 电弧长度一般是焊条直径的0．5～1．1倍， 以保证燃烧稳定：如果采用直流电源，则一般选焊件为负极，以免焊件受热，温度过高。
   3、操作工艺要求：一般应遵循“先内后外(先孔内，后机体外侧，再后机体上平面)、短段、断续、分散焊、多层多道(第一层焊完后，用砂轮在整个焊缝上磨去一些焊肉，检查确实不存在气孔、裂纹后再焊第二层；每层先从坡口两侧焊起，后焊中间)、小电流、锤击焊缝”的原则。
   ① 将整条焊缝分成若干小段，不可连续施焊，每段长度视焊件厚度而定，一般在10～50mm：每段焊完后，应冷却至室温再焊下一段：每个小焊波不要横跨到坡口两侧，这样有利于未焊部分自由收缩，并避免电弧在坡口两侧停留太久。
   ② 焊后金属温度在800℃左右时， 应锤击焊缝， 使其表面呈麻点状，以松弛焊接应力，清除裂纹和气孔：温度低于300℃ 时不能再锤击，以免产生冷脆裂纹。
   ③ 施焊中以直线划小圈式运条手法为佳，焊缝应与母材呈圆滑过渡，以利于焊缝应力走向。
   三、加热减应焊法
   此方法是不事先加热焊件，而在施焊前和施焊中加热焊件的“加热减应区”， 使其不阻碍焊缝的收缩，从而减少内应力， 避免产生裂纹。加热减应区可选取一处或多处，其选取原则为：
   1、应是阻碍焊缝膨胀的部位。当该部位加热冷却时， 使焊缝有获得自由热膨胀和冷收缩的可能。
   2、应是与其它部位联系不多且强度较大的部位。
   3、自身的变形对其它部位应无很大影响，不至于因它的变形而损坏其它部位。
   在选择焊接方法时应注意以下原则：
   ① 针对不同的切削加工性、颜色、强度等选择不同的焊接方法。焊条电弧焊热焊法对于要求质量高、切削加工性好的铸件最适合，焊条电弧焊冷焊法则适宜于机加工的表面及不便于预热的大型铸件。
   ② 针对不同的焊件体积、形状、厚度及使用条件等选择不同的焊接方法。对于中小型薄壁零件(如气缸)采用气焊、冷焊、热焊均可，对于较大的零件应采用气焊热焊法。