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铸铁材料的常用焊接方法

        由于铸铁的一些优点,在汽车制造材料中占有很大的比重.铸铁零件大多是加工精度高、价格昂贵的基础零件,如气缸体、气缸盖、变速器壳体等.铸铁零件在制造及使用过程中,经常会出现裂纹、气孔、损坏等情况.据统计,汽车在正常使用情况下,这类零件达到磨损极限时,其尺寸变化只有0.08%～0.40%,质量损失只有0.1%～1.8%,此时将零件报废,无疑是非常浪费的.因此,研究和利用***的修理经验,合理地修复铸铁零件是十分必要地.焊接***是一种非常有效地修复铸铁零件的方法.

        铸铁含炭量高、杂质多,并具有塑性低、焊接性差、对冷却速度敏感等特性,焊补后容易出现白口组织和产生裂纹.为改善铸铁材料的焊补质量,可采取以下方法.

        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

        此方法是焊前不对工件进行预热,或预热温度不超过300℃.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,如补焊一般灰铸铁零件非加工面选用Z100焊条,补焊高强度灰铸铁及球墨铸铁零件选用Zll6或Z117焊条.

        冷焊法的焊接设备为普通的电弧焊设备,焊接工艺如下：

        1)焊前准备：清除焊修表面的油污及杂质,使其露出基体的金属光泽：如果存在裂纹,应在裂纹两端各钻一个止裂孔,以免施焊时裂纹延伸；沿裂纹开出坡口,其型式和大小由焊修部位的厚度和工艺要求而定.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)焊修规范的选择：焊条直径由焊修部位的厚度确定,一般应尽量选用小直径的焊条,以减少输入焊件的热量：在保证焊条金属与基体熔合的情况下,焊修电流也应尽量选用小的,以免焊件温度过高产生应力；电弧长度一般是焊条直径的0.5～1.1倍,以保证燃烧稳定：如果采用直流电源,则一般选焊件为负极,以免焊件受热,温度过高.

        3)操作工艺要求：一般应遵循“先内后外(先孔内,后机体外侧,再后机体上平面)、短段、断续、分散焊、多层多道(***层焊完后,用砂轮在整个焊缝上磨去一些焊肉,检查确实不存在气孔、裂纹后再焊第二层；每层先从坡口两侧焊起,后焊中间)、小电流、锤击焊缝”的原则. 

        ①将整条焊缝分成若干小段,不可连续施焊,每段长度视焊件厚度而定,一般在10～50mm：每段焊完后,应冷却至室温再焊下一段：每个小焊波不要横跨到坡口两侧,这样有利于未焊部分自由收缩,并避免电弧在坡口两侧停留太久.

        ②焊后金属温度在800℃左右时,应锤击焊缝,使其表面呈麻点状,以松弛焊接应力,清除裂纹和气孔：温度低于300℃时不能再锤击,以免产生冷脆裂纹.

        ③施焊中以直线划小圈式运条手法为佳,焊缝应与母材呈圆滑过渡,以利于焊缝应力走向.

        3.加热减应焊法

        此方法是不事先加热焊件,而在施焊前和施焊中加热焊件的“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.加热减应区可选取一处或多处,其选取原则为：

        1)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)应是与其它部位联系不多且强度较大的部位.

        3)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.

        在选择焊接方法时应注意以下原则：

        ①针对不同的切削加工性、颜色、强度等选择不同的焊接方法.焊条电弧焊热焊法对于要求质量高、切削加工性好的铸件***适合,焊条电弧焊冷焊法则适宜于机加工的表面及不便于预热的大型铸件.

        ②针对不同的焊件体积、形状、厚度及使用条件等选择不同的焊接方法.对于中小型薄壁零件(如气缸)采用气焊、冷焊、热焊均可,对于较大的零件应采用气焊热焊法。