鑄鐵電弧焊補(bǔ)工藝在電機(jī)鑄件的應(yīng)用研究

馬朋飛，連 軍

（佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002）

電機(jī)鑄鐵工件材料牌號主要為HT250，不可避免會出現(xiàn)各種缺陷，包括鑄造內(nèi)部缺陷、磕碰等問題。鑄鐵含碳量很高，補(bǔ)焊后焊接接頭容易出現(xiàn)問題。各生產(chǎn)廠都是根據(jù)經(jīng)驗采取補(bǔ)焊等措施，焊接的關(guān)鍵要素不明確，缺少工藝數(shù)據(jù)和可靠的試驗基礎(chǔ)。

1 灰鑄鐵焊接性分析

灰鑄鐵力學(xué)性能的特點是強(qiáng)度低、基本無塑性，焊接接頭發(fā)生裂紋的敏感性比較大。其主要問題有：第一，焊接接頭易形成白口鑄造鐵與高碳馬氏體組織。第二，焊接接頭易形成裂紋［1］。

目前鑄鐵焊接的方法分為冷焊、半熱焊和熱焊3種［2］，半熱焊或熱焊需要較長的預(yù)熱及準(zhǔn)備時間，不適宜實際生產(chǎn)，因此在實際生產(chǎn)中盡量采用冷焊，但是對于修補(bǔ)量比較大的工件，冷焊則不適宜，理論上應(yīng)采用熱焊。

2 試驗內(nèi)容及試驗過程

2.1 試件及輸助準(zhǔn)備

為檢測接頭的性能，反映出補(bǔ)焊的接頭性能，試件采用厚板開坡口焊接，開坡口焊接時焊量大，產(chǎn)生的應(yīng)力更為明顯，對接頭的考核更加嚴(yán)格，從而更能代表補(bǔ)焊結(jié)構(gòu)。選用保溫棉作為焊接時保溫工具，在焊接完畢后，將試板整體覆蓋起到緩冷的作用。工件采用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度用紅外線測溫槍測量。

2.2 試件焊接過程

2.2.1 Z308、Z208焊條焊接

第一，先用Z308分別焊接一組試板，采用冷焊(不預(yù)熱)，焊條直徑φ3.2mm，焊接電流:100～120A；電源極性:交流；焊接位置:水平。采用多層多道焊，焊接時將另一組試板墊在下面，作為另一組試板間接預(yù)熱。焊接過程中沒有發(fā)現(xiàn)裂紋出現(xiàn)，焊接后當(dāng)時沒有出現(xiàn)裂紋。

第二，Z308焊條焊接完一對試板后，間接加熱墊在下面的一對試板，預(yù)熱溫度100℃左右，用Z208焊條焊接這對試板，焊接過程中產(chǎn)生了裂紋,再接著焊接仍出現(xiàn)裂紋。

第三，上述兩件試樣放置12h后，第2d觀察到Z208焊接的試板沿整個焊縫中心開裂，板厚方向裂透，稍加沖擊力試板裂為兩半，可以看到Z308焊條適于冷焊，這在實際生產(chǎn)過程中冷焊散熱片也得到證實。Z208冷焊時，不論在焊接過程中還是焊接后裂紋不可避免出現(xiàn)。

第四，將Z208焊接開裂的試板焊道打磨掉，重新開坡口，打磨過程中發(fā)現(xiàn)焊道比母材硬度大很多，打磨火星亮度很暗且少，磨削量遠(yuǎn)小于母材，說明Z208焊接后不經(jīng)預(yù)熱處理或預(yù)熱溫度較低時焊縫產(chǎn)生非常脆硬的馬氏體，在焊接應(yīng)力的作用下產(chǎn)生脆性裂紋。Z208焊接前用火焰對試板進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度600℃～700℃，加熱后迅速用保溫棉覆蓋，焊接時只露出焊接位置，焊接參數(shù)不變，焊接過程中沒有發(fā)現(xiàn)裂紋存在。

2.2.2 Z408、Z508焊條焊接

第一，先用Z408半熱焊焊接一組試板，試板預(yù)熱至400℃左右，預(yù)熱后迅速用保溫棉包裹運(yùn)到焊接位置，焊接時只露出焊縫，焊條直徑φ3.2mm，焊接電流:100～120A；電源極性:交流；焊接位置:水平。采用多層多道焊，焊接時將另一組試板墊在下面，作為另一組試板間接預(yù)熱。焊接過程中沒有發(fā)現(xiàn)有裂紋出現(xiàn)，焊接后當(dāng)時沒有出現(xiàn)裂紋，焊接后試板用保溫棉進(jìn)行保溫處理。

第二，Z408焊條焊接完一對試板后，間接加熱墊在下面的一對試板，預(yù)熱溫度100℃左右，用Z508焊條焊接這對試板，焊接后用保溫棉包裹進(jìn)行緩冷，放置12h后，第2d觀察Z408焊接的試板沒有出現(xiàn)裂紋，而Z508焊接的試板沿焊縫表面有兩段斷續(xù)裂紋。

第三，為此，需進(jìn)一步做508焊條焊接試驗，試板需預(yù)熱，用原來有裂紋的試板，沿焊縫縱向砸開，在試板兩側(cè)面重新用砂輪開出坡口，按上面的方法預(yù)熱至400℃，按同樣的焊接參數(shù)進(jìn)行焊接，焊后保溫處理，經(jīng)過12h后觀察，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。

2.3 試件加工及檢測

試件加工過程中，首先是車削試板平面，Z308、Z408、Z508試板車削沒有問題，但Z208試板焊接接頭堅硬，車削非常困難。然后對各試件進(jìn)行拉力及硬度試樣檢測。試驗發(fā)現(xiàn)接頭的橫截面表觀都已經(jīng)焊透，斷裂位置在焊縫或熔合線處，接頭的抗拉強(qiáng)度在83～155Mpa，其中Z408接頭強(qiáng)度最高，Z508接頭強(qiáng)度稍低，Z308最低。接頭焊縫處的硬度在176～309HV5。

3 試驗結(jié)果分析

第一，從試驗結(jié)果得出，HT250母材強(qiáng)度較低，可能是鑄造過程中控制環(huán)節(jié)不佳，但化學(xué)成分合格，不影響焊接工藝試驗結(jié)果。

第二，用Z308焊條焊接時工件可以不預(yù)熱，實現(xiàn)冷焊，但用Z208、Z408、Z508焊條焊接HT250時，工件必需進(jìn)行預(yù)熱處理，否則無法控制裂紋。用Z208焊條焊接時工件預(yù)熱600℃～700℃，用Z408和Z508焊條焊接時工件預(yù)熱400℃。

第三，Z208焊條焊接后接頭硬度高，只能適用于焊后不加工的工件，如要焊后加工可用Z308、Z408、Z508焊條。從焊條成本來看Z208價格很低，而Z308、Z408、Z508焊條價格要高出6倍，實際焊接中需要根據(jù)使用情況具體對待。

第四，Z408接頭強(qiáng)度最高，Z508接頭強(qiáng)度稍低，Z308最低。

4 結(jié)論

從實際試驗結(jié)果及分析來看，鑄鐵焊補(bǔ)應(yīng)首先采用Z308冷焊補(bǔ)焊工藝，如果工件較厚，厚度超過10mm，應(yīng)采用預(yù)熱處理，但接頭要求較強(qiáng)需使用Z408、Z508預(yù)熱焊接。

［1］傅積和，孫玉林.焊接數(shù)據(jù)資料手冊［K］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

［2］陳祝年.焊接工程師手冊［K］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.