焊條電弧焊與氣焊在鑄鐵補焊應用中的探討

劉廣寶

（河南經(jīng)濟貿(mào)易技師學院，河南 新鄉(xiāng)453700）

鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金，工業(yè)上常用的鑄鐵含碳量一般在2.5%～4.4%之間。除C外，鑄鐵還夾雜較多的硅、錳和其他雜質(zhì)元素。對鑄鐵缺陷件及損壞件，應根據(jù)鑄鐵的特點采取相應的補焊工藝進行修復。然而鑄鐵合金在機械性能上和化學成分上的特點，補焊接頭處易產(chǎn)生白口組織、淬硬組織及夾渣、裂紋和氣孔，往往導致補焊失效和難以機加工。綜上，鑄鐵的可焊接性差。

為了確保補焊質(zhì)量，對補焊工藝的選擇十分重要。焊條電弧焊焊接設備簡單，應用廣泛，分為冷焊法和熱焊法。但是鑄鐵焊條價格比較昂貴，且焊縫應力較大，易產(chǎn)生裂紋。氣焊亦有應用，但隨著焊條電弧焊的普及，氣焊應用越來越少。

1 焊條電弧焊冷焊法

焊條電弧焊冷焊法可以提高補焊生產(chǎn)率，且焊接時溫度不高工作環(huán)境稍好，受熱相對均勻變形小。目前冷焊法在我國獲得了迅速發(fā)展。鑄鐵冷焊常采用異質(zhì)焊接材料，如Z308、Z408、Z508、Z116、普通低碳鋼焊條等來獲得非鑄鐵焊縫組織。

但是冷焊法因焊縫冷卻較快，焊縫特別容易形成白口組織，甚至會造成焊接裂紋及成塊剝離。

2 焊條電弧焊熱焊法

采用此法焊接時，焊接工件冷卻較為緩慢，焊縫及HAZ溫度分布均勻，有利于消除脆硬組織，減小裂紋和應力。熱焊時常用的鑄鐵焊條型號是EZC(Z208、Z408)。

熱焊法具有成本高、焊接工藝復雜、效率低和焊接溫度高等缺點，成產(chǎn)中應用較少。一般當缺陷被四周剛度大的部位所包圍，采用其他焊接方法易造成裂紋時，才采用熱焊法進行焊接。

3 氣焊法

對于鑄鐵補焊，氣焊有下列優(yōu)勢：

（1）氣焊溫度低（最高3400℃左右)，熱量分散，加熱速度慢，達到預熱和焊接溫度需要的時間長，冷卻時間也長，有利于鑄鐵的石墨化，半熔化區(qū)一般不會產(chǎn)生白口和淬硬組織。

（2）氣焊焊縫的材質(zhì)、性能、顏色等和母材相近，設備簡單，取材容易，溫度變化相對較慢且容易控制。

（3）采用加熱減應區(qū)法，選擇待焊鑄件的減應區(qū)進行預熱和保溫，從而降低焊接應力及裂紋出現(xiàn)的可能性。

（4）焊前清理要求不高，用火焰直接進行清理，簡單易操作。

4 鑄鐵補焊之氣焊實例分析

4.1 研究意義

鑄鐵齒輪在使用過程中承受著沖擊載荷和交變載荷，很容易受到損傷，對損壞齒輪補焊，可有效提高齒輪使用壽命，提升企業(yè)經(jīng)營效益。本文將對水泥廠粉磨機鑄鐵齒輪斷齒的補焊進行研究。

4.2 過程分析

選擇合適的焊接材料和火焰，應選用鑄鐵焊絲、絲401A，焊炬型號為H01-12，4號焊嘴，采用中性焰，可有效改善焊接性能，減少裂紋的產(chǎn)生，保證焊接的質(zhì)量。

4.3 補焊過程

補焊前應將需修復斷面上的雜質(zhì)進行清理，需清出金屬光澤。

氣焊鑄鐵補焊時，熔池表面存在著熔點(1713℃)較高的SiO2，粘度較大，影響焊接的正常進行，如不及時除去，在焊縫中容易形成夾渣，SiO2為酸性氧化物，使用堿性物質(zhì)與其化合生成低熔點的復合鹽，浮在熔池表面，焊接過程中立即清除。焊劑采用統(tǒng)一牌號“CJ201”，呈堿性，能將氣焊鑄鐵時產(chǎn)生的高熔點二氧化硅復合成易熔的鹽類。

氧化焰有利于預熱及除渣，可以提高工件預熱和除渣速度。為了提高焊接速度和質(zhì)量，焊接火焰調(diào)節(jié)成中性焰。

如果焊后需要進行機加工，則應采用熱焊法，首先將齒輪預熱到500～600℃，以后用中性焰焊接，并在紅熱前把焊劑撒在焊接處，焊完后立即埋入石灰或爐灰中，經(jīng)過10多個小時的緩慢冷卻后，即可進行機加工。補焊時，尤其是補焊第一層時，在基本金屬熔透后再加入焊絲的熔滴，加入焊劑的量要適當。當溫度足夠高時焊絲粘上焊劑，迅速插入熔池底部并用力摩擦攪拌，將底部的雜質(zhì)上浮到焊縫表面，這時焊絲插入熔池底部的部分就會自然熔化。氣焊鑄鐵的操作應將焊絲插入熔池內(nèi)熔化，可以避免夾渣及熔合不良，焊接過程中焊絲不斷地攪拌，熔渣集中上浮于焊縫表面，然后用焊絲末端粘出去掉。熔池底部熔池不夠時不急于填充焊絲，以免造成熔合不良。若熔池底部出現(xiàn)二氧化硅等雜質(zhì)或氣孔時，調(diào)大火焰同時減小焰心，將夾雜物及氣孔等排除。

第一層焊接完畢后，立即熔化焊絲使熔池的鐵液逐漸增加。這期間浮在表面上氧化物，可用焊絲的前端迅速去除，然后追加適量的焊劑，直至熔池內(nèi)的氧化物完全消除。在火焰逐漸遠離底部，鐵液逐漸從上至下凝固過程中，隨時使用焊絲去除表面的氧化物。

焊接后期，使焊縫稍高出鑄件表面1～2mm，重新熔化焊縫外面的熔渣，待焊縫在半熔化狀態(tài)時進行外形整理，具體方法如下：用焊絲從平行于鑄件表面迅速做往復運動，將高于部分刮平。經(jīng)過仔細打磨后焊縫形貌如下圖所示。

焊工作應一次完成，即一次將堆焊層焊至所需要高度，為了減少焊縫熱量，避免因合金元素燒損過多，而使鑄鐵性質(zhì)變脆、變壞，要求焊接速度盡可能快。焊后冷卻過程中要采取保溫措施，如覆蓋石棉瓦等，并對補焊區(qū)和熱影響區(qū)補熱，盡量減小溫度降低速度。

如果補焊后不需要進行機械加工的厚、大齒輪，可采用冷焊法，但要求每焊高10mm左右，就應用氣焊火焰燒烤側(cè)面逸出的填充金屬，待熔化后，用焊絲的端部將其拔掉，并根據(jù)需要進行整形。必要時用樣板對齒距和齒厚進行校正。

焊縫冷卻后用手動打磨的方式將焊接部位進行充分整形，并對夾渣、氣孔以及裂紋等進行檢查，如有超標因脆性加大則不能再次進行返修。

焊后檢查表面未發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔及其他缺陷，符合使用要求。采用此焊接工藝補焊后的齒輪，投入使用后狀態(tài)平穩(wěn)，達到要求。

5 結(jié) 語

由于焊條電弧焊補焊鑄鐵易引起應力集中、夾渣、裂紋甚至剝離，而氣焊雖然準備稍微復雜，但由于設備簡單，取材容易，使用靈活，焊縫的成分、性能、顏色等與母材最為相近；焊接溫度較低且分散，有利于工件應力釋放，從而可以有效避免裂紋缺陷產(chǎn)生，從而保證補焊后的質(zhì)量。

鑄鐵氣焊補焊后焊縫質(zhì)量很好，因此氣焊是鑄鐵補焊非常理想的工藝方法，具有很好的推廣價值。