摘要：灰口铸铁是铸铁中的一种，灰口铸铁的碳以片状石墨的形式分布于铸铁基体中，断面呈暗灰色，故称灰口铸铁。由于片状的石墨割裂了铸铁的基体组织，因此，灰口铸铁的抗拉强度低，缺乏塑性。灰口铸铁具有良好铸造性和切割性能，同时由于灰口铸铁中石墨以片状存在，它具有良好的耐磨性，抗震性和切削加工性并具有较高的抗压强度,故在工业上运用极为广泛。灰口铸铁目前常以铸件的形式运用于生产，由于铸造工艺的特点，铸件往往存在着各种不同程度的缺陷，在生产现场中也有许多因各种原因而损坏的铸件。铸铁的焊接实际上就是对存有缺陷或者损坏的铸件进行补焊。所以铸件补焊具有很大的经济意义。
关键词：灰口铸铁；补焊；熔合比；焊接工艺；热影响区
铸铁的焊接，主要应用于铸件的补焊。灰口铸铁补焊时，容易产生白口，以及出现裂纹等问题。当焊缝强度较高而母材强度较低时，容易产生剥离。尤其对于大面积的裂纹补焊是不容易获得成功的。因此在制定补焊工艺时，对铸件的缺陷要进行具体分析，尽量减小熔合比，调整热影响区，松驰焊接应力，才能使大面积的裂纹补焊获得成功。
一、灰铸铁电弧热焊的工艺特点
焊前将铸件整体或局部预热至600~700°C，在焊补过程中保持这- - 温度，并在焊后采取缓冷措施的工艺方法称为热焊。预热温度在300~400℃称为半热焊。热焊有着突出的优点，通过预热和缓冷，使焊接接头冷却速度缓慢，可避免产生白口及淬硬组织，保证接头有良好的切削加工性能，由于预热温度较高，使焊缝与母材的温差变小，大大地降低了接头的热应力。灰铸铁在600~ 700℃时有一定的塑性，伸长率可达2%~ 3%，因此可有效地防止产生焊接裂纹。热焊多采用铸铁型焊接材料，使焊缝的组织、硬度、其它物理性能以及颜色等都与母材接近，铸铁热焊能获得质量最佳的焊接接头。其缺点是劳动条件恶劣，生产成本高，生产率较低。 热焊适用于冷速慢的薄壁铸件，结构复杂、刚性较大易产生裂纹的部件，以及对焊补区硬度、颜色、密封性、承受动载荷等要求较高的零、部件。
二、灰口铸铁在焊接时出现的问题
（一）焊后产生白口组织
在补焊灰口铸铁时，经常会在熔合区生成层白口组织。 产生白口组织的原因是:由于母材近缝区在焊接时受到高温加热，当受热温度860C以上时，原来失| |铸铁中得游离状态的石墨丌始部分也熔于铁中，温度越高，熔于铁中的石墨也越多。当冷却时，一般认为 在30—100℃/s 的急述冷却条件下，熔于铁中的碳米不及以石墨形式析出，而呈渗碳体出现，即所谓白11。另外。在焊接熔池中的石墨化元素碳，硅等不足也足产生白口的主要原因。一般在窄小的高温度熔合区内，焊后很容易产生白口组织。白口组织硬而脆，使得焊缝在焊后以机械加工，甚至会导致开裂。防止白口产生主要措施足适当调整填充金属的化学成分和冷却速度。改善焊缝技术的化学成分，增加石墨化元素的含量，可以在- -定条件下防止焊缝金属产生白口。这是避免熔合区产生白口的主要工艺途径。采取的具体措施是焊前预热和焊后保温。山于气焊时冷却速度较慢。因此。对于防止白口极为有力。
（二）焊接街头出现裂纹
裂纹是焊接灰口铸铁的要问题，灰口铸铁焊接接头上的裂纹可能出现在焊缝金属中，也可能在基本金属即母材上。母材的裂纹-一般出现近缝区，可能是纵向，横向或斜向的。山于灰口铸铁塑性极差，几乎不能发生任何塑性变形，而A强度又低，所以在焊接应力及铸件本身应力(组织应力)的共同作用下，当局部应力大于强度极限时，就产牛裂纹。严重时，合使焊缝金属和母材分离，即焊缝从基本金属上.脱离下来，即所谓剥离。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果焊缝强度较高而母材强度较低，或结合处产生白口时，由于白口铸铁收缩率(1. 6%-2. %)比灰口铸铁收缩率(0.9%-1. 8%)大，|塑性也差，故均产生刺离。焊缝金屈内的裂纹，一-般 常见的是横向裂缝，有时也有纵向及斜向裂纹，在焊缝断口处没有高温氧化时常见的蓝颜色。裂纹生成时常发出清脆的金属开裂声。通常裂纹发生在热态焊缝金属的暗红色消失后，即600C以下，直钊烨缝与焊件整体温度均匀化之前。最容易发生袋纹的温度在400C以下，通常这种在热应力和组织应力的共同作用下发生的裂纹称为热应力裂纹。
三、灰口铸铁电弧热焊法补焊工艺的研究
（一）焊前准备
某一产品的缸体，材料为HT20 -40灰口铸铁，厚度为18 mm。裂纹程度:且横、纵向交错，有穿透和未穿透的。 (1)钻止裂孔:在距离裂纹末端2~3 mm处钻-一个直径为6~8 mm的止裂孔。对穿透性裂纹，止裂孔要打透; 对非穿透性裂纹，止裂孔要比裂纹深2~3 mm (2)开坡口:采用机械方法，在裂纹开裂部位刨出坡口。对穿透性裂纹，开坡口时要排除裂纹，坡口底部呈园弧状。 (3)焊前清理:将坡口周围的油污，铁锈等脏物清除干净，直到露出光泽为止
(二)焊接注意事项
①在坡口两侧为减小熔深，可采取快速不摆动焊。而焊缝中间可稍作摆动,但摆动幅度要小。 ②补焊工件较厚,坡口截面较大,采用多层多道焊。焊缝截面较大,产生的收缩应力很强,容易形成焊缝剥离，应注意合理的焊接顺序。 ③采用短段焊、断续焊、分散焊、逐步退焊法。短段焊,即每段长约10~ 40mm。断续焊,即焊- -段后停留片刻,待工件冷到预热温度时再焊下一道焊缝,以防止热量集中。分散焊,在一个部位焊- -段后再到另一-部位焊接,以减少温差,降低应力。逐步退焊法，它与连续焊相比，可使焊縫的拉应力峰值有很大减低，故有利于防止焊缝裂纹的产生。④锤击焊缝。锤击焊缝时温度应在400C以上进行，用小圆头锤击焊缝,使焊缝金属延展，松驰焊补区的应力。焊接第一层和最后一层不要锤击。
（三）焊接工艺
焊前准备铲除缺陷至露出金属本色， 用扁铲、风铲、砂轮等开坡口。坡口.上缘稍大，底面应圆滑过渡，四周可用黄泥围筑造型，以防铁液流失。先用Z308焊条将螺柱周围焊接,尽量减少螺钉熔化量,减少焊缝含碳量避免出现高碳组织。焊接从拘束性最小的焊缝中心开始,在保证溶合前提下快速焊接。焊条稍作纵向摆动以利于气体排出。每焊接30mm左右立即用带圆头小锤打击焊道,直至布满麻点。释放部分应力,闭合气孔。(注意:第一层和最后一层不锤击) 待焊缝冷却至预热温度时，反向焊接下一段。从中心到两边分段退焊,逆向焊接,直至填满第一道焊縫。合理安排焊接顺序,第一道成形后，则应先在母材坡面上焊接全镍过渡层.过渡层焊接完毕后按正常焊接顺序逐层填满焊缝，施焊中每个焊道应先将螺柱四周焊接,再分段退焊，错开层间接头。每层焊接厚度不宜过大,一般在3mm左右。焊后,在焊接区周围200mm范围内，加热到300~ 350C ,保温30min,用石棉粉复盖使之缓冷。焊接结束，检验.清理毛刺,打磨处理焊缝,进行PT表面检测无裂纹。工件投入使用,正常工作,设备完好如初。
结论
对于较厚的灰口铸铁件裂口的补焊，除了采用适当的焊接工艺外，铜丝缠绕普通低碳钢焊条电弧冷焊更是一种可取的方法。这样做既可以防止铸铁补焊时的白口化及裂纹问题，又使焊接成本大大降低，劳动条件得到改善。
参考文献
[1]杨玉龙,谷立芹,荆伟恩,李聪,张可佳,王磊.灰口铸铁管输配淡化海水铁释放控制[J].中南大学学报(自然科学版),2017,48(12):3170-3176.
[2]薄鑫涛.灰口铸铁的热处理[J].热处理,2017,32(02):47.
论文作者:董德明
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/5/6