機械修理中常用的電弧冷焊技術(shù)淺析

張清麗　許曉麗

摘 要：電弧冷焊是機械修理中常用的方法，本文對低碳鋼焊條冷焊法，鋼基焊條冷焊法，鎳基焊條冷焊法，及銅鐵焊條冷焊法做了概括性的介紹，以提高人們對電弧冷焊工藝的了解。

關(guān)鍵詞：電弧冷焊；機械修理；焊條

中圖分類號：TG444 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.12.043

在焊前和施焊過程中，對焊件不預熱或預熱溫度低于200 ℃的焊接，稱為冷焊。冷焊法與熱焊法比較，焊件不需預熱，對一些預熱有困難的中、大型鑄件也能施焊，且焊接位置不受限制（熱焊只限于平焊）。按選用焊接材料的不同，目前采用較多的冷焊方法有：低碳鋼焊條冷焊法、鋼基焊條冷焊法、鎳基焊條冷焊法，及銅鐵焊條冷焊法等?，F(xiàn)將以上各種冷焊方法的主要特點介紹如下：

1 低碳鋼焊條冷焊法

用普通低碳鋼焊條冷焊鑄鐵，焊縫脆硬，無法機械加工，并極易產(chǎn)生裂紋。其原因：一方面是由于焊接時母材大量熔化，母材中的碳硅元素向焊縫過渡，使焊縫部分成為高、中碳鋼組織，在冷卻速度快的情況下，成為淬火的馬氏體組織；另一方面，在半熔化區(qū)，由于母材中部分碳硅元素向焊縫擴散，故半熔化區(qū)的碳硅含量會有所降低，使石墨化條件變得更壞，極易出現(xiàn)白口及裂紋。此外，鋼的收縮率比鑄鐵收縮率大，所以冷卻快會加劇焊縫應力，極易在焊縫與母材間產(chǎn)生開裂及剝離現(xiàn)象。通常只用于對焊接質(zhì)量要求不高，承載不大，焊后表面不需進行機械加工的缺陷部位，應嚴格按冷焊工藝進行操作。

為了提高低碳鋼焊條冷焊鑄鐵焊接的質(zhì)量，防止焊縫金屬在脆弱的半熔化區(qū)剝離，可在焊接部位采取機械加強的措施，然后再焊接。這樣增強了焊接接頭的承載能力，焊接應力也被分散到具有良好塑性的鋼質(zhì)加強件上去。機械加強有多種形式，如栽絲、鑲鍵、鑲板等。機械加強在一定程度上擴大了用低碳鋼焊條冷焊鑄鐵的應用范圍。但仍存在焊前的準備工作量大，焊補時間較長，焊縫金屬加工困難等缺點，而且在焊接接頭中仍會出現(xiàn)白口、裂紋和氣孔，因此主要應用在一些大型、承載大的鑄件。

2 鋼基焊條冷焊法

焊條采用低碳鋼焊芯，焊后焊接接頭中易出現(xiàn)熱裂紋、冷裂紋和淬硬組織，熔合區(qū)白口寬度較大，焊接質(zhì)量不能令人滿意，但價格便宜，目前仍有一定應用。

鋼基焊條有下列三種：（1）EZFe-1型低碳鋼芯氧化性藥皮焊條。藥皮中含有較多赤鐵礦、大理石等強氧化性物質(zhì)，目的是通過碳的氧化反應來降低焊縫中的含碳量。第一層焊縫的碳的質(zhì)量分數(shù)平均為0.8%，屬高碳鋼，焊縫硬度達40～50 HRC，熔合區(qū)白口層寬約0.2 mm，接頭無法加工。常用于不要求加工、致密性及受力較低的缺陷部位的焊補。（2） EZFe-2型低碳鋼芯鐵粉型焊條。藥皮為鈦鈣型。第一層焊縫碳的質(zhì)量分數(shù)可降至0.48%～0.56%，屬中碳鋼上限，最高硬度達320 HBS，仍難于加工。常用于非加工面的焊補。（3）EZV型低碳鋼芯低氫型藥皮高釩鑄鐵焊條，致密性好、塑性高（伸長率28%～36%），且抗拉強度可高達558 MPa。但熔合區(qū)的白口較嚴重，加工困難。常用于非加工面的焊補。

3 鎳基焊條冷焊法

對焊后要求機械加工的重要鑄件，多采用非鑄鐵組織的焊條，以便得到硬度不太高，塑性較好的焊縫。通過一定的工藝配合，可以獲得良好質(zhì)量的焊縫。鎳基焊條有采用純鎳、鎳鐵和鎳銅合金作焊芯，強還原性石墨化涂料，焊縫是相應的鎳基合金組織。焊縫具有良好塑性，較高抗裂性和易于機械加工的特點。因為鎳是擴大奧氏體區(qū)的元素，奧氏體能很好地溶解碳而又不與碳形成滲碳體。鎳也不與碳形成化合物，而是很好地溶解到鑄鐵里去，成為Fe—Ni合金。同時鎳又是一種促進石墨化元素，因而能減弱半熔化區(qū)白口層的形成。鎳基合金焊縫的良好塑性，可松弛焊接應力，避免熱應力裂紋。

上述三種鎳基焊條的性能不完全相同，其中純鎳焊條有較好的抗裂性和切削加工性，強度稍高于常用灰鑄鐵；鎳鐵焊條有強度高、塑性好等優(yōu)良的機械性能，線膨脹系數(shù)較小，抗裂性較好，適用于焊接球墨鑄鐵、高強度鑄鐵和重要灰鑄鐵件；鎳銅焊條收縮率較大，抗裂性、強度相對稍差。由于鎳是稀貴金屬，焊條價格較高，使用上常受成本限制。

4 銅鐵焊條冷焊法

銅鐵焊條含有大量的銅（75%～85%），它起了以下作用：（1）紫銅的強度與一般灰鑄鐵相近，塑性非常好，易產(chǎn)生塑性變形以松弛焊接應力，減小焊縫裂紋傾向。（2）銅的熔點（1083 ℃）比鑄鐵熔點低。電弧焊時，焊條的熔化速度大于母材，減少了母材的熔化，使母材中的碳硅元素少向焊縫金屬過渡，對防止白口及產(chǎn)生裂紋都很有利。（3）銅不溶解碳，又不與碳化合生成脆硬組織，絕大部分的碳與銅是以機械混合物狀態(tài)存在。銅又是一種弱石墨化元素，對減少半熔化區(qū)白口有一定作用。

在以銅為基礎(chǔ)加入鐵的目的是在于提高電弧燃燒的穩(wěn)定性和焊接接頭的強度，并改善致密性。銅鐵含量比例要適當，鐵含量多（>30%）時，會由于母材中碳的擴散而增高焊縫的硬度，塑性降低，易裂并難于機械加工。銅鐵焊條的抗裂性能較好，焊后焊件變形較小，但缺點是焊縫金屬組織及硬度不一致，以及在半熔化區(qū)仍可能出現(xiàn)白口，影響加工性能。此外，在金屬結(jié)晶過程中，銅的反應易使焊縫產(chǎn)生氣孔。銅鐵焊條冷焊法采用前述冷焊工藝操作，使用直流電源反極性連接，并用短弧施焊。焊后趁紅熱錘擊焊縫，以消除焊接應力及增加致密性。endprint