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摘要：铸铁类铸造的设备和设施，在油田应用广泛，如铸铁类的阀体、泵类设备的底座等。HT-200型铸铁由于其特性较为复杂，焊接工艺特殊，在现场实际应用中，根据铸铁破裂的具体情况，提出修复方案，采用合理的焊接方法进行修复。
关键词：铸铁泵；裂纹；焊补修复
1前言
某汽车汽缸材质为HT-200灰口铸铁，局部开裂，需要修复。因为它的组织由铁基和片状石墨组成，由于石墨的强度和塑性几乎为零，所以灰口铸铁的强度、塑性和韧性都远不如钢材，而且其含碳量位2.11%，硬度较高脆性大，可焊性较差，焊接难度大。针对汽缸局部开裂的修补更难，裂纹长度达200mm，两段靠近加强筋板，若焊接工艺采用不当，会造成筋板和箱体各方位的开裂以至汽缸的报废。
2焊前检测和准备
2.1焊前检测
首先采用渗透检测的方法确定裂纹的准确长度，即检测出肉眼看不见的部分裂纹，查明裂纹有可能的发展方向，画好需修补的范围，为焊接前的准备做好基础工作。
2.2、焊前准备
在确定好的修补范围裂纹发展的方向端部10mm处打上止裂孔，止裂孔直径5mm，在止裂空范围内用磨光机挖掘裂纹并开出一个宽约8mm的坡口，坡口深度以裂纹深度为准，上大下小，并圆滑过渡。接着用丙酮清洗坡口及周边，确定没有水分和油污后才可以施焊。
2.3焊接方法的选择
2.3.1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。此法适用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。
2.3.2冷焊法
此方法是焊前不对工件进行预热，但对形状更复杂的薄形铸件，为了改善冷焊融合性能，防止裂纹产生，减少白口，冷焊前最好将铸件补焊处局部预热到80―200℃，这样不但可将补焊区域表面的油污、水分去除，还可减少焊接区的温差和焊接应力，从而改善焊接质量。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，冷焊法的焊接设备为普通的电弧焊设备.
经分析，铸铁的焊条电弧冷焊法由于焊前准备工作和焊接工艺过程的简化，大大节约生产成本和提高生产效率，并且焊前不预热或低温预热，既可改善焊工的劳动条件又降低焊工劳动强度。因此，采用焊条电弧冷焊法进行铸铁泵出口的焊接修复。
3焊接工艺的确定
由于灰口铸铁的焊接性决定了其在焊接过程中容易形成白口、硬化层、裂纹等缺陷，因此在选择焊接材料上就要做到有所补充，焊条为：铸308镍基焊条，其塑性和韧性较好，有利于焊接应力的释放，从而弱化了焊接裂纹的产生。
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焊接工艺采用：短段、断续、分散挑焊、小电流、快速焊、浅熔深、分段重叠点焊、伴随捶击。焊接选用直流，极性反接。运条方式采用直线不做任何摆动，每段焊缝一次成型。
4操作技术和检测
4.1预热
首先用中性焰将所要焊的坡口及周边进行预热，预热温度为：150℃-200℃之间，要求焊接部位均匀预热。
4.2施焊
首先先焊裂纹中段，电弧起弧后略抬高一下，快速压低电弧，快速向右施焊，焊约200mm后，快速再向左焊，后焊道在前焊道焊缝上，目的是使前焊道焊缝于母材变软，降低冷却速度，以避免产生淬硬层和白口，然后迅速用小园锤捶击焊缝，这样可以清除应力，防止裂纹，砸合气孔，提高焊缝的致密性，捶击至焊道温度用手可以摸时，再继续挑焊，反复如此。
将分段焊的两端用磨光机打磨出凹槽，以利于段与段之间的衔接。打磨焊缝，一定要平滑，以防应力集中。同时有利于检测。
4.3检测
检查焊接质量是否达到要求，采用了渗透和超声波检测方法，首先采用渗透检测，结果显示没有表面缺陷。然后采用超声波检测，检测结果没有裂纹缺陷，说明修补结果，焊缝质量很好。
最后还进行了热水的泄漏试验检查。将汽车发动使温度升80℃左右，用开水灌进水夹套，继续发动，过2小时后，经检查无漏水现象。证明补焊成功。
5焊接裂纹的产生的原因及防止措施
灰铸铁焊接过程中易产生的裂纹有两种：冷裂纹和热裂纹。
灰铸铁的焊接裂纹主要是冷裂纹，灰铸铁本身强度低，基本无塑性，承受塑性变形的能力几乎没有，因此非常容易产生冷裂纹，尤其是在焊接过程中，局部受热或冷却时，焊件本身的焊接应力集中且较大，一旦释放，必将产生裂纹现象。而且焊接接头中的白口组织和淬硬组织又硬又脆，无法产生塑性变形。当受到应力作用时，极易引起开裂。
灰铸铁焊接冷裂纹可以发生在焊缝中，也可以发生在热影响区中，一般多发生在含有较多渗碳体及马氏体的熔合区中。在焊缝较长或补焊刚度较大的铸件缺陷时，若焊缝中存在白口组织，其收缩率比灰铸铁大，焊缝中极易出现冷裂纹。
综上所述，灰铸铁焊接冷裂纹产生的原因是焊接应力。
防止铸铁型冷裂纹产生的最有效的方法是对焊件进行整体预热550-700℃，并且焊后在相同温度下消除应力。还可以采用镍基或铜基焊接材料，使焊缝成为塑性良好的非铁合金，达到一定程度的消除应力的作用，减少冷裂纹的产生。也可以从工艺角度，采用分段焊接或断续焊接等工艺措施减小或消除焊接应力；或者采用小电流焊接规范，减小热输入，减少熔合区的白口组织及淬硬层宽度，以减小焊接应力，进而达到防止裂纹的产生。
灰铸铁焊接的热裂纹主要出现在焊缝上，当焊缝为铸铁时，采用低碳钢焊条或镍基铸铁焊条焊接材料时，焊缝区易产生热裂纹。最简单的防止方法就是增强焊缝的脱硫磷能力，或者采用冷焊工艺降低焊接应力。
6结语
灰口铸铁汽缸完全可以修补完好。但在修补的过程中，注意焊前检查、准备，施焊工艺的正确，焊接材料的选择的正确和焊接手法的正确运用，都对焊缝质量有重要影响。
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论文作者:姚彩艳
论文发表刊物:《防护工程》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/24
标签：裂纹论文; 铸铁论文; 焊条论文; 应力论文; 白口论文; 冷焊论文; 灰铸铁论文; 《防护工程》2017年第17期论文;