中铁二十四局集团安徽工程有限公司钢结构分公司 安徽合肥 230011
摘要：铸铁在现代工业应用比较广泛，在市场上75%以上的铸铁铸件是灰口铸体，本文根据灰口铸铁的焊接性，对发动机气缸体进行电弧伴热焊修复，对焊接施工工艺进行详细的解说。
关键词：灰口铸铁；电弧焊；补焊工艺；焊接方法
一、前言
灰铸铁具有良好的铸造性和机械性能，优越的耐磨性，减震性和导热性。生产方便，价格便宜。被广泛的适用于工业领域选定的构件加工，如铸造工艺的特点往往存在一定的缺陷，如果这些缺陷能够得以修复，将给企业节约很大的资金，考虑到灰铸铁焊接性能差及化学性能强度低等，阐述各区域的不同组织形成将给焊接出现的缺陷及如何控制好新旧缺陷的产生。
二、灰口铸铁的焊接性
由于HT250适合用于发动机缸体材料，从铸铁的焊接性分析，由灰铸铁的化学成分上的特点是以C与SP杂质高，在焊接接头中冷却速度的变化与冷热裂纹的敏感性加强。另外灰铸铁力学性能的特点造成焊接容易产生裂纹。主要问题是其一焊接头容易形成白口铸铁与高碳马氏体组织；其二是焊接接头容易形成裂纹，如果不采取加热升温和保温处理，电弧冷却后将出现整个焊接接头可分为以下几个区域
1.焊缝区
当焊缝化学成分与灰铸铁母材相同时，不仅影响焊接接头加工性，并且由于易脆容易产生裂纹，如果采取异质材料进行铸铁焊接，使焊缝组织不自然可防止焊缝白口的产生，或减慢焊缝的冷却速度，并调整焊缝化学成分增加焊缝的石墨化能力，也可防止产生白口。
2.半熔化区
此区较窄，处于液相浅及共晶转变下限温度之间，其温度约为1150-1250°，焊接时，此区处于半融化状态，即液固状态，其中一部分铸铁已转变成液体，另一部分铸铁通过石墨片中的碳的扩散作用，也已转变为碳所饱和的奥氏体，由于电弧冷焊过程中，该区加热非常快，所以可能有些石墨片中的碳未能向四周扩散完毕而成细小片残留。此区冷却速度最快，故液态铸铁在共晶转变温度区间转变成莱氏体，继续冷却则从奥氏体分析出二次渗碳体，在共析转变温度区间，奥氏体转为珠光体，这就是该区行程的白口铸铁的过程，采用缓冷则可减少甚至消除白口及马氏体的形成。
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3.奥氏体区
该区处于共晶转变下限温度与共折转变上限温度之间，加热温度范围约820-1150℃，此区无液体出现，因在共析温度区间以上，故原先基体组织已奥氏体化其组织为奥氏体加石墨，这时奥氏体含碳的多少，决定于铸铁原先的组织及加热温度的高低，以珠光体为基体的铸铁含碳量高于以铁素体为基体的铸铁，碳在奥氏体中的浓度是不一样的，加热唯独较高的部分靠近半融化区，由于石墨片中的碳较多，向周围奥氏体扩散，奥氏体中的含碳量较高，加热较低的部分（离半融化区稍远），由于石墨片中的碳向周围奥氏体扩散较少，奥氏体中的含碳量较低。随后冷却时，如果冷速较慢，会从奥氏体中分析出一些二次渗碳体，折出量的多少与奥氏体中的含碳量成直线关系，共折转变冷速较慢时，奥氏体转变为屈氏体，或珠光体，冷塑加快时，会产生高碳马氏体组织，由于以上的原因，电弧冷焊后，该区硬度比母材有较大的提高，为防止产生高碳马氏体，焊后应进行缓冷。
4.重结晶区及焊接特点
构件加热温度范围780-820度，故该区很窄，该区的原始组织一分部转变成奥氏体，在随后的冷却过程中，奥氏体转变为珠光体，冷却速度加快时，可能会出现马氏体，或导致裂纹产生，焊后容易形成硬而脆的焊缝，导致白口组织的产生和裂纹的出现，铸铁在加热至熔化时，没有经过半流体状态，因此铸件焊补只适应平焊位置，反之铸铁 在凝固时由液体立即变化固体使熔池中的气体往往来不及逸出，所以焊缝中常易出现气孔，铸铁焊接时，由于会产生难熔解的氧化硅薄膜，其熔点比基本金属高得多，这样降低了熔池内铁液的流动性，因此不易获得良好的焊缝。
铸铁的焊接方法
一，铸铁的焊接按工艺过程的特征，可分为三类：热焊法，半热焊及冷焊法。
(1)热焊法
热焊法是在焊前，采用临时加热地炉或大型加热炉，或利用氧气—乙炔火焰对焊件进行全部或局部加热到600—700°C,并在焊接过程中保持一定的温度，焊接后在炉中或保温材料中缓慢冷却，速度越慢，越有利于避免出现白口组织。铸铁热焊可以促使焊接熔池增大，焊接处的温度差减小，焊件受热均匀以及冷却速度缓慢，这样有利于铸铁的石墨化，防止白口产生，热焊法的优点焊缝容易加工。
(2)半热焊法
半热焊法是在焊前将焊件的全部或局部预热到400°C以下的温度，其工艺过程和热焊法相仿。
(3)冷焊法
冷焊法是在焊接时对焊件不进行高温预热的焊接方法，简化铸铁焊补工艺过程，但冷焊有一定的困难，主要是焊接熔池较小，冷却速度较快，因此比较容易出现白口组织，裂缝和气孔等缺陷。
产品焊接实例，半热焊
解放发动机气缸由于机体缺油导致曲轴断裂倒缸，造成曲轴箱粉碎一个120毫米左右的不规则孔洞。领导要求修复：本人采用半热焊法，利用镶块补焊工艺，成功的修复了发动机至今完好。
焊条采用WE777铸铁焊条，因为此焊条具有特殊药皮作用，焊接过程中能够产生似脉冲和电弧，对各类铸铁母材热影响非常小，特殊的脉冲电弧能够清除铸铁表面的杂质，甚至对油污对长期油污和长期油浸的铸件的焊接也具有很好的渗透性，而不会产生气体或夹杂，而热影响区硬度不会变得非常高，焊缝具有抗裂性等，容易实现铸铁与碳钢的异种焊接。
根据铸铁特性及焊条性能，产品补焊工艺如下：
1、将一块厚8毫米的Q235的钢板比照破碎处的孔洞大小划线，用气割割好；
2、将割好的钢板四周开30°C坡口，留1毫米钝边，且坡口处20毫米范围内打磨金属光泽，再用手锤把割好的钢板中心加工成一个凸形，再用氧化乙炔从中间割开，为了焊接应力不集中，使碳钢与铸铁不产生裂纹。
3、曲轴箱先把箱体内油污用抹布初擦，再用工业洗洁精，或碱清洗干净。最后用氧气—乙炔火焰烘干破损处及破损处四周。然后破损处四周涂上煤油检查有没有其它细小裂缝，如果有裂纹煤油会通过，裂纹渗出汗珠，因为煤油的渗透性好，在找出的裂纹末端钻上直径6毫米的裂孔，在裂纹处加工60°C坡口，角磨机打磨光泽。
4、把镶块安装在破损处定位焊好，再次用氧乙炔火焰将被焊处四周500毫米范围内加热至400°C,用直流焊机WE777φ3.2焊条先将裂纹处焊接到裂孔处，焊好后在焊镶补块，镶补块分两半，起焊点从镶补块中心开始一端焊到另一端，把镶块两侧全部与铸件缸体焊完后，再用E4303钛钙型焊条将碳钢中间缝隙焊完，最后进行保温处理，将炒好的200°C的沙子堆放在补焊处，缓慢冷却。修补后的发动机正常运行，未发现漏油现象，为公司节约成本。
焊条：WE777φ3.2:镍60%-100%,铁及氧化物2%-10%。
焊接工艺参数：WE777φ3.2，电流85-110A，直流反接法；
E4303 φ3.2，电流100-130A,交直流两用。
结语：随着灰口铸铁广泛应用，灰口铸铁在施工和焊接工艺上也在不断改进，产品在使用中也会出现好多新的问题，我们要根据灰口铸铁的特性，去不断总结工作中的经验，才能更准确的掌握灰铸铁的焊接技术。
参考文献：
[1]中国机械工程学会焊学会编（焊接手册）第二卷材料的焊接，北京机械工程出版社，2001
[2]机械工业技师考评培训教材编审委员会（焊工技师培训教材），机械工业出版社，2001
论文作者:朱迪
论文发表刊物:《防护工程》2017年第13期
论文发表时间:2017/11/10
标签：铸铁论文; 奥氏体论文; 白口论文; 裂纹论文; 灰铸铁论文; 冷焊论文; 温度论文; 《防护工程》2017年第13期论文;