鑄鐵材料的常用焊接方法

        由于鑄鐵的一些優(yōu)點,在汽車制造材料中占有很大的比重.鑄鐵零件大多是加工精度高、價格昂貴的基礎零件,如氣缸體、氣缸蓋、變速器殼體等.鑄鐵零件在制造及使用過程中,經常會出現(xiàn)裂紋、氣孔、損壞等情況.據(jù)統(tǒng)計,汽車在正常使用情況下,這類零件達到磨損極限時,其尺寸變化只有0.08%～0.40%,質量損失只有0.1%～1.8%,此時將零件報廢,無疑是非常浪費的.因此,研究和利用先進的修理經驗,合理地修復鑄鐵零件是十分必要地.焊接就是一種非常有效地修復鑄鐵零件的方法.

        鑄鐵含炭量高、雜質多,并具有塑性低、焊接性差、對冷卻速度敏感等特性,焊補后容易出現(xiàn)白口組織和產生裂紋.為改善鑄鐵材料的焊補質量,可采取以下方法.

        1.熱焊法

        焊前將工件整體或局部預熱到600～700℃,補焊過程中不低于400℃,焊后緩慢冷卻至室溫.采用熱焊法可有效減小焊接接頭的溫差,從而減小應力,同時還可以改善鑄件的塑性,防止出現(xiàn)白口組織和裂紋.常用的焊接方法是氣焊和焊條電弧焊.氣焊常用鑄鐵氣焊絲,如HS401或HS402,配用焊劑CJ201,以去除氧化物.氣焊預熱方法適于補焊中小型薄壁零件.焊條電弧焊選用鑄鐵芯鑄鐵焊條Z248或鋼芯鑄鐵焊條Z208,此法主要用于補焊厚度較大(大于10mm )的鑄鐵零件.

        熱焊法的焊接設備主要有加熱爐、焊炬、電爐(油爐或地爐)等,焊接工藝如下：

        1)焊前準備和預熱：清除缺陷周圍的油污和氧化皮,露出基體的金屬光澤：開坡口,一般坡口深度為焊件壁厚的2／3,角度為70°～120°；將焊件放入爐中緩慢加熱至600～700℃(不可超過700℃).

        2)施焊：采用中性焰或弱碳化焰(施焊過程中不要使鐵水流向一側),待基體金屬熔透后,再熔入焊條金屬；發(fā)現(xiàn)熔池中出現(xiàn)白亮點時,停止填入焊條金屬,加入適量焊劑,用焊條將雜物剔除后再繼續(xù)施焊；為得到平整的焊縫,焊接后的焊縫應稍高出鑄鐵件表面,并將溢在焊縫外的熔渣重新熔化,待降溫到半熔化狀態(tài)時,用焊絲沿鑄件表面將高出部分刮平.

        3)焊后冷卻：一般應隨爐緩慢冷卻至室溫(一般需48h以上),也可用石棉布(板)或炭灰覆蓋,使焊縫形成均勻的組織,同時防止產生裂紋.

        2.冷焊法

        此方法是焊前不對工件進行預熱,或預熱溫度不超過300℃.常用焊條電弧焊進行鑄鐵冷焊.根據(jù)鑄鐵工件的要求,可選用不同的鑄鐵焊條,如補焊一般灰鑄鐵零件非加工面選用Z100焊條,補焊高強度灰鑄鐵及球墨鑄鐵零件選用Zll6或Z117焊條.

        冷焊法的焊接設備為普通的電弧焊設備,焊接工藝如下：

        1)焊前準備：清除焊修表面的油污及雜質,使其露出基體的金屬光澤：如果存在裂紋,應在裂紋兩端各鉆一個止裂孔,以免施焊時裂紋延伸；沿裂紋開出坡口,其型式和大小由焊修部位的厚度和工藝要求而定.如果是大型鑄件,還可以在焊縫處擰上一定數(shù)量的螺釘,使接頭得到加強.螺釘直徑一般不超過16mm(如果壁厚小于15mm,則螺釘直徑應小于或等于6mm ),螺釘?shù)臄?shù)量可按斷面面積計算,即螺釘?shù)目倲嗝婷娣e不大于鑄件裂紋斷面面積的25%,且這些螺釘應均勻分布在裂紋兩邊.

        2)焊修規(guī)范的選擇：焊條直徑由焊修部位的厚度確定,一般應盡量選用小直徑的焊條,以減少輸入焊件的熱量：在保證焊條金屬與基體熔合的情況下,焊修電流也應盡量選用小的,以免焊件溫度過高產生應力；電弧長度一般是焊條直徑的0.5～1.1倍,以保證燃燒穩(wěn)定：如果采用直流電源,則一般選焊件為負極,以免焊件受熱,溫度過高.

        3)操作工藝要求：一般應遵循“先內后外(先孔內,后機體外側,再后機體上平面)、短段、斷續(xù)、分散焊、多層多道(第一層焊完后,用砂輪在整個焊縫上磨去一些焊肉,檢查確實不存在氣孔、裂紋后再焊第二層；每層先從坡口兩側焊起,后焊中間)、小電流、錘擊焊縫”的原則. 

        ①將整條焊縫分成若干小段,不可連續(xù)施焊,每段長度視焊件厚度而定,一般在10～50mm：每段焊完后,應冷卻至室溫再焊下一段：每個小焊波不要橫跨到坡口兩側,這樣有利于未焊部分自由收縮,并避免電弧在坡口兩側停留太久.

        ②焊后金屬溫度在800℃左右時,應錘擊焊縫,使其表面呈麻點狀,以松弛焊接應力,清除裂紋和氣孔：溫度低于300℃時不能再錘擊,以免產生冷脆裂紋.

        ③施焊中以直線劃小圈式運條手法為佳,焊縫應與母材呈圓滑過渡,以利于焊縫應力走向.

        3.加熱減應焊法

        此方法是不事先加熱焊件,而在施焊前和施焊中加熱焊件的“加熱減應區(qū)”,使其不阻礙焊縫的收縮,從而減少內應力,避免產生裂紋.加熱減應區(qū)可選取一處或多處,其選取原則為：

        1)應是阻礙焊縫膨脹的部位.當該部位加熱冷卻時,使焊縫有獲得自由熱膨脹和冷收縮的可能.

        2)應是與其它部位聯(lián)系不多且強度較大的部位.

        3)自身的變形對其它部位應無很大影響,不至于因它的變形而損壞其它部位.

        在選擇焊接方法時應注意以下原則：

        ①針對不同的切削加工性、顏色、強度等選擇不同的焊接方法.焊條電弧焊熱焊法對于要求質量高、切削加工性好的鑄件最適合,焊條電弧焊冷焊法則適宜于機加工的表面及不便于預熱的大型鑄件.

        ②針對不同的焊件體積、形狀、厚度及使用條件等選擇不同的焊接方法.對于中小型薄壁零件(如氣缸)采用氣焊、冷焊、熱焊均可,對于較大的零件應采用氣焊熱焊法。