中强度ht20-40灰口铸铁的补焊工艺

中强度ht20-40灰口铸铁的补焊工艺
作者： 谷平仙 
 
摘要：采用灰口铸件HT20-40的补焊工艺方法，可有效地防止裂纹的产生，使焊缝有一定的塑性和强度，并有较好的机加工性和抗裂性。
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〔1，2〕，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〔3〕，才能使大面积的裂纹补焊获得成功。下面主要介绍HT20-40灰口铸铁的补焊工艺，并作理论探讨。

1材料及焊前准备

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，坡口尺寸见图1所示。
                                                            
                                                                  图1 焊缝坡口形式

(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。

2 补焊工艺

(1) 将工件倾斜放置，使焊缝处于上坡焊或半立焊，以减小熔合比。
(2) 焊前将坡口周围预热，温度为200～250 ℃，以缩小焊缝与工件的温差。
(3) 焊条选用铸308，直径D3.2 mm和4 mm。焊前应将焊条经150 ℃左右烘焙2 h。
(4) 第1、2、3层焊道施焊时选用D3.2 mm焊条，电流为90～100 A。后两层焊道，选用D4 mm焊条，电流130～160A。采用直流正接。
(5) 每层焊后清熔渣。
(6) 焊后，在焊接区周围200 mm范围内，加热到300～350 ℃，保温30 min，用石棉粉复盖使之缓冷。
(7) 焊接注意事项为：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补焊工件较厚时，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。故采用合理的焊接顺序(1、2、3……)如图2所示。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10～40 mm。断续焊，即焊一段后停留片刻，待工件冷到50～60 ℃时再焊下一道焊缝，以防止热量集中。分散焊，在一个部位焊一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，可使焊缝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400 ℃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。
                                                    
                                                                图2 焊接顺序

采用以上工艺补焊后，经焊缝质量检查，成形良好，没有发现裂纹及渗漏现象，达到了质量要求。

3 讨论

(1) 选用纯镍的铸308焊条。有较好的抗裂性和切削加工性。镍是扩大奥氏体区的元素，当铁镍合金中镍量大于30%时，合金凝固后一直到室温都保持硬度较低、塑性较好的奥氏体组织，不发生相变。它也是非碳化物形成元素，不会与碳形成高硬度的碳化物。而且以镍为主要成分的奥氏体，能溶解较多的碳。纯镍在1300 ℃时可溶解2%的碳。温度下降后，少量碳由于过饱和而析出细小的石墨，故焊缝有一定的塑性和强度，且硬度较低。

镍又促使石墨化形成元素。液态时镍的扩散能力较强，可扩散到半熔化区，对减弱半熔化区的白口宽度起到作用。所以采用纯镍焊条焊接，白口区宽度最小(根据有关资料介绍可减少至0.05 mm)呈断续分布，机加工性能和抗裂性能均较好。

(2) 控制熔合比。将工件倾斜成上坡焊和坡口底部开成圆弧形都是为了减小熔合比。

减小熔合比，可减小母材中的碳、硫等有害元素进入焊缝。硫是促进形成热裂纹的有害元素。如果碳含量多，可使马氏体量也相对增多，冷裂敏感性增大。所以减小熔合比，有利于提高焊缝质量。

(3) 选用小直径焊条，小电流、快速焊。小规范焊接，其优越性有3条。

第一，可使熔池小，熔深浅，减少母材中碳和硫等有害元素进入焊缝。第二，焊接规范小，其线能量也小，降低了焊接应力，使焊接区出现裂纹的倾向减小。第三，可缩小热影响区宽度；其中包括最易形成白口的半熔化区宽度，使白口层变薄，提高接头性能。

(4) 合理锤击焊缝，是减少焊接应力的有效措施。锤击焊缝使焊缝金属延展，松驰焊接应力。但需注意：第一层因焊肉较薄不宜锤击。最后一层也不要锤击，以防止冷作硬化。其他各层均要锤击，锤击时温度在400 ℃以上进行，效果较好。

(5) 调整焊接热输入。采用短段焊、分散焊、断续焊、多层多道焊，其目的是为防止局部金属过热，避免因热应力而诱发裂纹的产生。

多层多道焊时，采用合理的焊接顺序。其原因之一，也是为了分散热量。关键是在坡口两侧与母材交界的那一层焊道上。要严格控制电流，运条要快，必须使焊缝与母材熔合良好。中间的焊道，因为使用纯镍焊条，其焊缝金属的塑性会较好。采取了合理的焊接顺序，并配合锤击焊缝，这样就能有效地防止半熔化区的“焊缝剥离”。

(6) 焊前预热，焊后热处理及缓冷措施，能使工件与焊缝的温差缩小，减慢冷却速度，防止热影响区产生淬硬组织，并可有效地防止裂纹的产生。

通过对HT20-40灰口铸铁的补焊，结果证明：选定的工艺方案是正确可行的。只有采用小规范焊接，减小熔合比，合理锤击焊缝，调整焊接热的输入，可避免因热应力诱发裂纹的产生。正确的焊前预热，焊后热处理，可避免接头产生淬硬组织，并有效防止裂纹的产生。