淺談鑄鐵氣焊修復(fù)的控制要點王永宏、柳曉輝(山東億和機械裝備有限公司,棗莊，277400,中國)摘要：本文研究了氣焊在鑄鐵修復(fù)上應(yīng)用的研究，并探討了焊修過程中的控制要點，同時引入了色差等級來評判氣焊最終的焊修效果。使得鑄鐵氣焊修復(fù)部位在滿足機械條件下，加工后焊修部位的外觀也能達到與母材一致的要求。關(guān)鍵詞：氣焊焊修鑄鐵DiscussionOnControlPointsOfCastIronGasWeldingRepairWangYong-hongLiuXiaohui（ShanDongYiHeMechanicsEquipmentCO.,LTDZaoZhuang277400，China）Abstract:Thisarticlestudiestheapplicationofgasweldingincastironrepair,anddiscussesthecontrolpointsintheweldingrepairprocess,andatthesametimeintroducesthecolordifferencegradetojudgethefinalweldingrepaireffectofgaswelding.Makesthecastirongasweldingrepairpartmeetsthemechanicalconditions,andtheappearanceoftheweldrepairpartafterprocessingcanalsomeettherequirementsofthebasematerial.Keywords:Gaswelding,Weldingrepair,Castiron1、引言氣焊利用氣體火焰作為熱源的一種焊接方法，生產(chǎn)中最常用的是氧乙炔火焰焊接。常用與修復(fù)鑄件的氣焊焊絲為鑄鐵材質(zhì)，與母材有想進的化學(xué)成分。在氣焊時，可以對焊接部位進行大面積加熱，同時在進行焊接的過程又不斷的熱量進行大面積輸入。這樣可以有效防止白口組織在焊接區(qū)域及焊接附近區(qū)域產(chǎn)生。再加之在氣焊焊修時，可以有效控制冷卻速度，使得石墨化過程較為充分，在焊縫處更能得到和母材相似的金相組織，且焊白口或其它淬硬組織不容易在接熱影響區(qū)產(chǎn)生。因此常用來焊接重要的鑄鐵加工部位。氣焊焊縫部位的化學(xué)成分和金相組織與母材雖然接近，但還是存在一定差。這導(dǎo)致焊接部位加工后與母材的顏色存在差異。雖然不屬于焊接缺陷，但對于特別是在一些導(dǎo)軌等外露的加工面上，顧客往往是不能接受的。而在這些方面，顧客對焊接修復(fù)后鑄件的質(zhì)量要求，已經(jīng)不僅僅停留在對力學(xué)性能滿足要求，而且對焊縫加工后的形貌，即顏色的差異有了更高的要求。顧客要求焊接后要與母材達到“真假難辨”的程度。圖1為某日本顧客反饋的焊接色差問題。其中箭頭指示部位為焊接處。母材為HT300，其硬度為186HB，焊縫為182HB。熱影響區(qū)為191HB。與母材硬度接近。同時根據(jù)焊接工藝評定的歷史數(shù)據(jù)推測，此處的抗拉強度約在285~325MPa之間，滿足母材的性能要求要求，但此件顧客判定報廢。圖1顧客反饋的焊接區(qū)域色差問題由于鑄鐵焊接修復(fù)的特殊性，以上問題，已經(jīng)超越了常規(guī)意義上對焊接質(zhì)量和性能的理解要求。為了解決以上問題，我司對鑄鐵氣焊修復(fù)進行了大量的實驗和實踐摸索，摸索出來了一套比較好的經(jīng)驗方法，本文將重點對這些經(jīng)驗和方法進行介紹。2、氣焊焊絲的選擇氣焊在修復(fù)鑄鐵材料時，常用的鐵基焊絲有以下三種，見表1。表1常用的鐵基焊絲焊絲名稱適用范圍說明灰口鑄鐵填充焊絲（RZC）灰口鑄鐵適用于中小薄壁件的焊補合金鑄鐵填充焊絲（RZCH）合金鑄鐵焊絲中加入合金元素，性能優(yōu)于RZC球墨鑄鐵填充焊絲（RZCQ）球墨鑄鐵焊絲中加入一定的球化劑，具有良好的塑性和韌性我司通過反復(fù)試驗，采用微合金化的鑄鐵同質(zhì)焊絲，的主要成分見表2。表2焊絲主要成分（余為Fe）名稱CSiMnPS特殊灰鐵焊絲4.033.800.0250.0250.014Ca-Ni-Ti-Bi：2.6%球鐵焊絲4.103.950.0400.0150.013Ce：0.012%Ca-Ba-Bi-Al：0.47%焊絲直徑為φ5mm，在鑄態(tài)下焊絲金相組織見圖2和圖3，說明焊絲具有良好的形成石墨的能力。焊藥為CJ201焊藥。圖2灰鐵焊絲金相圖3球鐵焊絲金相3、焊接過程溫度控制如液態(tài)的熔池以非常迅速的冷卻速度進行降溫時，第一、二階段的石墨化過程被完全抑止，此時將得到的組織白口鑄鐵組織。組織相為共晶滲碳體、二次滲碳體、珠光體組織的混合組織。鐵水以很慢的速度降溫時，由于石墨是穩(wěn)定相。如果第一、二階段都進行得很充分，最后將得以純鐵素體為基體的灰口鑄鐵組織。若第一階段進行很完全，第二階段進行得不完全，則得組織為珠光體和鐵素體的灰口鑄鐵。焊接過程中溫度的控制應(yīng)保證以下原則：（1）焊接過程的熱量來源不僅僅依靠焊槍進行加熱，還要有其他可以持續(xù)供熱的設(shè)備，以保證在整個焊接過程中，焊縫處的熱量盡可能少的向非焊接區(qū)域傳遞，以減少焊縫處的溫度變化。（2）進行氣焊前，至少在焊縫周圍的一定范圍，要對鑄件進行預(yù)熱。而且要使得溫度能夠穩(wěn)定在一定范圍。（3）在焊接過程中，對于較小缺陷，盡可能使得整個熔池的溫度保持穩(wěn)定，相變過程盡可能在焊池中同步進行。對于較大缺陷應(yīng)使得焊絲的熔化速率（2~3mm/s）接近，在進行下一層焊接時，將上一次的焊道進行充分加熱熔化。（4）在焊縫處尺寸達到要求后，應(yīng)立即對焊縫區(qū)（包含焊肉、熔合區(qū)和熱影響區(qū)）進行整體加熱，使整個焊縫區(qū)處于同一較高溫度，并保持一定時間，以便使其組織有充足的時間進行轉(zhuǎn)變，同時也使焊縫區(qū)在后期的冷卻過程中具有相同的冷卻條件。（5）焊后應(yīng)該進行緩冷，或者使用保溫材料進行覆蓋，以避免產(chǎn)生裂紋。本司通過大量實驗，確定了如下的焊接溫度區(qū)控制范圍，并取得了很好地焊接效果，具體如下：（1）對鑄件整體或局部采用天然氣進行預(yù)熱，預(yù)熱至550±50℃，使用保溫材料進行覆蓋，以減少熱量散失。使用中性火焰，火焰垂直對缺陷底部進行持續(xù)加熱，溫度為1150℃-1250℃，使缺陷部處于近熔化狀態(tài)；（2）運條時應(yīng)保證焊絲在熔池中熔化，而不是滴狀進入熔池；火焰不得隨意離開熔池，應(yīng)保證對熔池均勻烘烤；（5）焊絲在熔池中不斷往復(fù)滑動，保持鏡面，不出現(xiàn)宏觀的翻騰，用焊絲端部將焊渣沾除排出；（3）對焊縫區(qū)域進行回火處理，溫度為600℃-800℃，時間5-10分鐘；緩冷到500℃。（4）天然氣持續(xù)加熱，溫度逐步降低至300℃，繼續(xù)保溫材料覆蓋至室溫。圖5為推薦的接過程溫度控制范圍。圖5推薦的焊接過程溫度控制范圍4、焊接過程加熱和測溫方法我公司在大量氣焊工作實踐中不斷摸索，總結(jié)出了一套行之有效的氣焊前預(yù)熱和焊后加熱緩冷的方法。4.1整體加熱。本辦法適用于小型鑄件，同時鑄件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，局部加熱后容易產(chǎn)生裂紋的鑄件。在氣焊前，如圖6，將鑄件放置在支撐加上，從底部采用天然氣進行烘烤，鑄件上使用硅酸鋁板進行覆蓋，用于保溫，待鑄件達到預(yù)定溫度時開始焊接。整個焊接過程溫度，依靠熱電偶進行測量，焊接前在焊接部位附近放置熱電偶，用于焊接過程溫度顯示和控制。并連接記錄儀，對整個焊接過程中溫度的控制進行記錄。焊接完畢，使用天然氣持續(xù)對鑄件進行加熱，已達到減緩溫度降低速度和回火的目的。焊炬；2-焊絲；3-熱電偶；4-記錄儀；5-溫度顯示面板；6-鑄件；7-支撐架；8-天然氣管；9-燃燒加熱管圖6氣焊裝置示意圖4.2局部加熱。本辦法適用于中大型鑄件。在氣焊前，對焊接部位采用自制燃燒加熱管進行焊接，并使用硅酸鋁板進行覆蓋，用于保溫，待鑄件達到預(yù)定溫度時開始焊接。同時在焊接過程和焊后持續(xù)使用燃燒加熱管對焊接部位進行加熱，以保證焊接所需要的溫度。圖7為現(xiàn)場焊接圖片。自制焊接支架和自制燃燒加熱管見圖8和9,。圖7使用熱電偶測溫的焊接現(xiàn)場圖8自制焊接支架圖9自制燃燒加熱管5、焊縫色差評級5.1焊機部位預(yù)處理：采取加工的方法（車、銑、刨）對表面進行處理；不允許使用打磨、拋丸等清理辦法；加工后表面粗糙度≤Ra6.3。加工深度不小于2mm，加工范圍距離焊縫50mm以上，以便對比色差。5.2色等級評定：對于焊后需要加工的鑄件表面，焊縫處與母材之間的顏色差異，我公司通過對比法進行等級評定。1級：加工后外觀形貌見圖10（箭頭為焊接部位），次色差等級完全滿足外露重要導(dǎo)軌面和加工面的焊修，加工后不僅外觀與母材接近（一致），同時焊接部位也可以進行淬火處理。圖101級色差加工后對比形貌1級色差焊后HT300硬度在165~195HB之間，抗拉強度在280~310MPa之間，母材與焊縫處金相見圖11和12，焊縫處基體為珠光體加鐵素體基體，石墨為A和C型石墨。QT400硬度在130~185HB，抗拉強度在350~450MPa之間。圖11母材進行（×50）圖12焊縫金相（×50）2級：加工后外觀形貌見圖13（箭頭為焊接部位），焊縫加工后與母材有一定色差，可適用于非外露和淬火面的焊接結(jié)果判定。圖132級色差加工后對比形貌2級色差焊后，硬度雖然在標準范圍內(nèi)，但母材與焊縫處金相見差異加大，見圖14和15，焊縫處基體有少量的珠光體，石墨為F型石墨。石墨為A和C型石墨。圖14母材進行（×50）圖15焊縫金相（×50）3級：加工后外觀形貌見圖16（箭頭為焊接部位）加工后色差較為明顯，焊接出性能較差，可用于非加工面或非重要面的焊修結(jié)果判定。圖163級色差加工后對比形貌3級色差母材與焊縫處金相見圖17和18，焊縫處基體夾雜大量滲碳體，同時又與在焊接過程中過冷度大，第一階段石墨化不充分，集體中存在低溫萊氏體結(jié)構(gòu)，石墨為E型石墨。圖17母材進行（×50）圖18焊縫金相（×50）七、結(jié)束語本文介紹鑄鐵氣焊的控制要點，并介紹了焊材的選擇和焊接過程中溫度的控制要求和方法，并使得焊接過程的變化可以直觀的觀察，并可以監(jiān)控。對焊接部位加工后的外觀形貌，引入了對比色差的對比評級辦法，并根據(jù)本公司經(jīng)驗，只做了各評級對比照片，使得焊接部位在加工后不僅能夠滿足機械性能，還能滿足顧客對外觀形貌的特殊要求。參考文獻[1] 王永宏.鑄鐵同質(zhì)焊材焊接工藝研究[D].[蘭州理工大學(xué)碩士論文]，2016，7