鑄鐵零件的常用焊接工藝 李軍

由於鑄鐵的一些優點，在汽車製造材料中佔有很大的比重。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。鑄鐵零件在製造及使用過程中，經常會出現裂紋、氣孔、損壞等情況。據統計，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，並具有塑性低、焊接性差、對冷卻速度敏感等特性， 焊補後容易出現白口組織和產生裂紋。為改善鑄鐵零件的焊補質量，可採取以下方法。 1．熱焊法 焊前將工件整體或局部預熱到600～700℃ ， 補焊過程中不低於400℃，焊後緩慢冷卻至室溫。採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。氣焊預熱方法適於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，此法主要用於補焊厚度較大(大於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：採用中性焰或弱碳化焰(施焊過程中不要使鐵水流向一側)，待基體金屬熔透後，再熔入焊條金屬；發現熔池中出現白亮點時，停止填入焊條金屬，加入適量焊劑，用焊條將雜物剔除後再繼續施焊；為得到平整的焊縫， 焊接後的焊縫應稍高出鑄鐵件表面， 並將溢在焊縫外的熔渣重新熔化， 待降溫到半熔化狀態時，用焊絲沿鑄件表面將高出部分刮平。 3)焊後冷卻：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，應在裂紋兩端各鑽一個止裂孔， 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(如果壁厚小於15mm，則螺釘直徑應小於或等於6mm )，螺釘的數量可按斷面面積計算， 即螺釘的總斷面面積不大於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)焊修規範的選擇：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， 以保證燃燒穩定：如果採用直流電源，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「先內後外(先孔內，後機體外側，再後機體上平面)、短段、斷續、分散焊、多層多道(第一層焊完後，用砂輪在整個焊縫上磨去一些焊肉，檢查確實不存在氣孔、裂紋後再焊第二層；每層先從坡口兩側焊起，後焊中間)、小電流、錘擊焊縫」的原則。 ① 將整條焊縫分成若干小段，不可連續施焊，每段長度視焊件厚度而定，一般在10～50mm：每段焊完後，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，這樣有利於未焊部分自由收縮，並避免電弧在坡口兩側停留太久。 ② 焊後金屬溫度在800℃左右時， 應錘擊焊縫， 使其表面呈麻點狀，以鬆弛焊接應力，清除裂紋和氣孔：溫度低於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，以利於焊縫應力走向。 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」， 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)應是與其它部位聯繫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，不至於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於要求質量高、切削加工性好的鑄件最適合，焊條電弧焊冷焊法則適宜於機加工的表面及不便於預熱的大型鑄件。 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。對於中小型薄壁零件(如氣缸)採用氣焊、冷焊、熱焊均可，對於較大的零件應採用氣焊熱焊法。