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摘要：根据多年经验，结合基础理论和相关资料，本文探讨了在铸件缺陷焊接修复中避免裂纹出现的集中焊接方法，阐述了在焊接方法中怎样避免裂纹的出现，推荐几种铸铁零部件的缺陷焊接修复方法，以供同行借鉴。
关键词：铸铁材料；裂纹；热焊；冷焊；修复
引言：铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却赋予了铸铁许多为钢所不能及的性能。例如良好的耐磨性、高消振性、低缺口敏感性以及优良的切削加工性能，并且其成本的经济性和设计的灵活性，因此受到广泛运用。但是由于铸造工艺受到铸件尺寸、壁厚、气候、原材料和施工操作的种种制约，铸件会出现砂眼、气孔、裂纹、缩松、缩孔和夹杂物等各种铸造缺陷，尤以砂型铸造的合金钢铸件缺陷更多，因为钢中合金元素越多钢液的流动性越差，铸造缺陷就更易产生。因此，研究和利用先进的修理经验，合理地修复铸铁零件很有必要性。焊接就是一种非常有效地修复铸铁零件的方法。
铸铁碳、硅含量高、硫、磷杂质含量高，并具有强度低、塑性低、焊接性差、对冷却速度敏感等特性，焊补后容易在熔合位置出现白口组织，白口组织硬而脆，塑性接近于零。焊接时候，在没有采用正确方法和辅助措施的条件下，随着焊接内应力的不断增大，铸件表面很容易产生裂纹。因此正确的选择焊接方法，对铸件的焊接修复防止裂纹产生至关重要。常用的铸件修复焊接方法有热焊法、冷焊方和加热减应焊法。现根据现场焊接经验对各种焊接方法推荐并详述如下。
1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。
2冷焊法
冷焊法是在热焊法诸多实施不便的情况下发展起来的一种焊接方法。其思路主要充分考虑铸件冷热应力因素导致裂纹，采用焊前不预热或预热温度不超过300℃，焊接过程中也不辅助加热，因此可以加速焊补生产率，降低成本，改善劳动条件，减少焊件因预热时受热不均匀而产生的变形和焊件已加工面的氧化。
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冷焊法焊前虽然可不进行预热，在实际焊接修复中，建议根据现场环境温度和条件调整，本文方案推荐预热温度80-100℃仅供参考。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。因为冷焊法极易产生裂纹，对于类似发电厂高温阀门和三通部件等一些造价高，失效危害大的铸件，推荐采用镍基焊丝焊接过渡层后再进行补焊。焊接工艺可参照以下描述进行：
（1）焊前准备：清除铸铁零部件表面的油污及杂质，使其露出基体的金属光泽。对缺陷进行打磨消除。如果是裂纹应考虑裂纹打磨的处理的延展特性，可以采用与前文所提相同方法进行处理和制备坡口形式，加工的坡口形状要保证便于焊补及减少焊件的熔化量。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）过渡层焊接：先使用氩弧焊将整个补焊面上（包括坡口边缘两侧5mm范围内）敷焊一层3-5mm厚的过渡层。过渡敷焊层禁止锤击。
（3）正式焊接：待过渡层冷却后12—24小时进行渗透探伤检查，确认无裂纹等缺陷后，在室温进行（20℃左右）焊接修复，焊前将上道工序渗透剂清理干净。在整个焊接过程中，层间温度控制不高于70℃（不烫手为宜）。填充层焊接推荐使用氩弧焊焊接。采用多层多道焊接，在确保熔合良好的情况下使用较小焊接电流、短弧施焊，特别注意填满弧坑，防止电流过大、操作不当产生弧坑裂纹。
（4）焊接过程中进行锤击消除应力。每层焊接后应使用锤子将整个焊道表面密集进行锤击（整个焊道表面出现密集的麻点状小坑，代表锤击效果良好）
（5）焊后24小时以后进行渗透探伤。
铸铁件冷焊法在焊接后因焊缝及热影响区的冷却速度很大，极易形成白口组织.此外因焊件受热不均匀，常形成极大的内应力，会造成裂纹，因此冷焊的选择因充分考虑焊接的目的和焊接过程的控制措施。
3加热减应焊法
加热减应焊法是在冷焊法的基础上提出一种焊接方法，其主要思路仍然依据铸件冷热应力因素导致裂纹问题，采用不事先加热焊件，而在施焊前和施焊中加热焊件的应力释放区域也即“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。
加热减应焊法可以参照冷焊法进行，焊前准备主要考虑缺陷消除、打磨和坡口制备，具体可参照前文要求进行，此处不再细说。焊接方法的选择需按照不同的铸铁特性和材质、强度等选择。
加热减应焊法主要难点在于加热减应区的选定，加热减应区可选取一处或多处，其选取可按照一下原则进行选择：
（1）加热减应区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）加热减应区应是与其它部位联系不多且强度较大的部位。
（3）加热减应区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。
加热减应焊法其优缺点十分明显，在具备冷焊法的优缺点的同时，其采用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，避免产生裂纹产生，且能促使焊接应力的释放。但其加热减应区的选择要求较高，需要理论和经验的支撑，加热减应区选择不合适，焊接修复工作将适得其反。
总结：
铸铁的焊接性极差，根据实际情况，选用合理的焊接方法，需要充分的进行考虑。如果工艺不当，很容易导致裂纹扩展形成无法收拾的场面。尤其是发电厂高温高压用的阀门、三通等部件，建议发电厂高温高压用的阀门、三通等部件，尽量更换为锻造形式，其综合性能和经济性更好。
参考文献：
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作者简介：张开崇，男，汉族，1978年2月份出生，大学本科学历，中级职称，从事火力发电厂金属监督管理工作。
论文作者:张开崇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/8
标签：铸铁论文; 裂纹论文; 冷焊论文; 铸件论文; 方法论文; 焊条论文; 缺陷论文; 《防护工程》2018年第36期论文;