第十一章铸铁焊接.pptx

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1、焊接工艺制定与评定6.铸铁焊接Contents 目录6.1铸铁的种类及其焊接方法6.2铸铁的焊接性分析6.3铸铁的焊接材料及工艺6.1.1 铸铁的种类6.1.2 铸铁的凝固特点与石墨化6.1.3 铸铁焊接方法6.2.1 焊接接头白口及淬硬组织 6.2.2 焊接裂纹6.3.3 球墨铸铁的焊接性特点6.3.1 灰铸铁的焊接材料及工艺特点 6.3.2 球墨铸铁的焊接工艺特点6.3.3 其他铸铁的焊接特点3 纯铁铸铁wC%2.11%的铁碳合金6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.1 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺4 铸铁wC%2.11%的铁碳合金，由工业生铁、废钢等钢铁及其合金材料经过高温熔

2、融和铸造成型而得到特点6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.1 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺熔点低、液态下流动性好、结晶收缩率小 便于铸造生产形状复杂的机械零部件成本低，耐磨性、减振性和切削加工性能好等在汽车、农机和机床中获得了广泛应用工业常用铸铁：Fe-C-Si合金同时含有一定量Mn、杂质元素P、S等5 6.1.1 铸铁的种类按照碳在铸铁中存在的形式和石墨形态：白口铸铁灰铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁白口铸铁C绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形式存在 断口呈白亮色，性质脆硬，极少单独使是制造可锻铸铁的中间表层为白口铸铁的冷硬铸铁常用作轧辊6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.1 铸铁的焊

3、接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺6 l灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁中lC基本以石墨形式存在，部分存在于珠光体中l石墨形态不同性能有较大差别球墨铸铁球状球墨铸铁 团絮状 球墨铸铁蠕虫状球墨铸铁片状力学性能石墨形式6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.1 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺7 其成本低廉，铸造性、加工性、减振性及金属间 摩擦性均优良，工业中应用最广泛灰铸铁对基体严重割裂作用灰铸铁强度低、塑性差片状石墨1947年 以球化剂处理高温铁液使石墨球化 对基体割裂作用小力学性能大幅提高 应用仅次于灰铸铁由白口铸铁经长时间石墨化退火获得 塑性比灰铸铁高退火处理时间长，成本高，

4、应用受限制石墨呈蠕虫状，头部较圆 比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好、耐热疲劳性能好,在工业中属于初期推广应用阶段蠕墨铸铁球墨铸球状可锻铸铁团絮状6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.1 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺8 铸铁基体组织Q235钢：b=375460MPa，伸长率2126%灰铸铁：b=100350MPa，伸长率铸件在砂型中的冷却速度焊缝成分为铸铁，即同质焊缝时：焊缝主要由共晶渗碳体、二次渗碳体及珠光体，即具有莱氏体组织的白口组织不预热条件下，即使增大焊接热输入，仍然不能完全消除白口白口组织硬而脆，硬度高达500800HB将影响整个焊接接头的机械加工性能同时促进产生裂纹1

5、5 采用：热焊或半热焊同质焊条：碳、硅含量高防止白口灰铸铁焊接同质铸铁焊缝异质焊缝选择合适的焊接材料，调整焊缝化学成分、增强焊缝金属的石墨化能力，并配合适当的工艺措施使焊缝金属缓冷，促进碳以石墨形式析出低碳钢焊条焊接灰铸铁，尽量采用小电流，减少母材熔化量，并配合预热等措施减缓冷却速度，防止马氏体相变，以获得珠光体类型组织为主的钢焊缝或采用镍基奥氏体焊条6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺16 6.2.2 焊接裂纹铸铁焊接的常见缺陷温度：500以下出现位置：焊缝及热影响区均有较大冷裂纹敏感性不焊接仅局部加热至高温，冷却后就可能产生裂纹6.1 铸铁的种

6、类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺铸铁焊接接头出现裂纹承载能力大大下降整体结构也不能满足致密性要求导致焊接失败1、冷裂纹（热应力裂纹）17 1）冷裂纹产生的原因铸铁型同质焊缝出现：焊缝较长或焊补部位刚度较大时容易出现，即使焊缝没有白口或马氏体组织也可能产生6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺由于铸铁在较高温度下有一定塑性是此时焊缝承受的焊接应力也较小冷裂纹很少在500以上产生的原因原因一原因二温度：500以下伴随：脆性断裂的声音18 1）冷裂纹产生的原因铸铁焊缝冷裂纹的裂纹源：片状石墨的尖端位置原因：片状石墨减小了焊

7、缝金属的有效承载面积，且尖端会造成严重的应力集中焊接应力作用下 片状石墨尖端裂纹源将穿过F与P的基体窄桥向前扩展，焊缝止裂能力差形成尺寸较大贯穿焊缝金属脆性宏观裂纹6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺灰铸铁500以下强度低、塑性差 0平均拉伸应力t 裂纹尖端的曲率半径 a 代表内部裂纹长度的一半m 裂纹尖端处的最大应力19 1）冷裂纹产生的原因6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺不同石墨形态铸铁，裂纹敏感性不同：石墨边缘形状不同应力集中程度不同，对基体组织割裂程度不同 造成力学性能的差异 止裂能力也有较

8、大差别灰铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁片状石墨边缘非常尖锐，应力集中系数大，抗拉强度低，塑性差，止裂能力也差冷裂纹倾向大冷裂倾向比相同组织的灰铸铁低冷裂倾向处于灰铸铁和球墨铸铁之间20 焊缝冷裂纹倾向低碳钢焊条焊接灰铸铁：得到钢焊缝，容易出现马氏体或二次渗碳体，焊缝仍具有较大冷裂纹倾向实质：热应力超过其塑性变形能力时发生突然断裂行为6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺异质焊条焊接灰铸铁：连续长焊缝产生横向裂纹并发出金属断裂声Ni-Cu焊缝高钒钢焊缝铜钢焊缝收缩率高、热应力大、裂纹倾向较大横向冷裂纹抗冷裂纹能力最强21 焊缝冷裂纹倾向异质焊缝的剥离性裂纹：钢焊

9、缝、镍基焊缝力学性能比铸铁 母材好，但收缩率大，造成焊缝底部或热影响区裂纹，严重时使焊缝金属与母材分离。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺冷裂纹主要受焊接应力即热应力的影响，热应力超过焊缝及热影响区的塑性变形能力，白口和马氏体等脆硬组织通过影响焊缝及热影响区金属的力学性能和热应力而促进裂纹，氢的影响不大。总结位置断口原因熔合区、热影响区，沿焊缝与热影响区交界扩展呈脆断特征脆弱的母材、热影响区及熔合区不能承受焊接时过大的热应力引起22 2）防止冷裂纹的措施对焊补工件进行整体高温预热（600700），使焊缝金属处于塑性状态，并促进焊缝金属石墨化，改善

10、组织，充分降低焊接应力，并要求焊后在相同温度下消除应力。防止铸铁型同质焊缝出现冷裂纹最有效的措施加热减应区法：在焊前和焊接过程中，利用气体火焰加热焊件的选定位置，在焊缝冷却过程巾能使焊缝金属比较自由的收缩，有利于减少焊接热应力。既可以避免高温预热，也能有效防止冷裂纹应从减小热应力入手6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺1223 2）防止冷裂纹的措施使焊缝中石墨以球状或蠕虫状析出，提高焊缝金属的力学性能，避免片状石墨造成的应力集中和脆化。调节铸铁焊缝成分铸铁型焊缝：wC%，并 加 入 一 定 量 合 金 元 素，如 Mn(wMn=0.75%)、Mo（

11、wMo=1.17%）、Cu（wCu=1.85%）等使焊缝金属在快冷条件下高温时能析出石墨，较低温度下基体金属依次发生贝氏体相变和马氏体相变利用二次连续相变产生的应力松弛效应，可以有效地防止焊缝出现冷裂纹。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺24 镍基或铜基焊材 焊缝为塑性良好的非铁合金，对冷裂纹不敏感白口及马氏体等脆硬组织对冷裂纹的不利影响解决：6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺异质焊缝：为降低热应力，防止冷裂纹和剥离性裂纹，要求：采用屈服点较低而且有良好塑性的焊接材料焊接时，较易通过焊缝的塑性变形而

12、松弛焊接接头的部分应力，有利于防止冷裂纹的产生。预热焊方法防止焊接接头冷裂纹冶金铸铁焊缝增加C、Si含量配以缓冷促进石墨化，异质焊缝采用塑性良好的非铁合金材料工艺25 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺铸铁焊缝l采用低碳钢焊条或镍基焊材l由于铁液凝固过程中析出石墨，体积膨胀，且流动性好，焊缝对热裂纹不敏感；l焊缝易出现属于热裂纹的结晶裂纹1）焊缝wC%高2）S、P含量高，形成FeS-Fe 低熔点共晶形成焊缝底部热裂纹甚至宏观热裂纹1）S、P含量高，形成Ni-Ni3S2 和Ni-Ni3P低熔点共晶2）镍基焊缝凝固后形成粗大的单相奥氏体柱状晶 2、热

13、裂纹低碳钢焊条焊接灰铸铁镍基焊条焊接灰铸铁26 调节焊缝金属中碳、硅、钴、稀土等合金元素含量，可得到抗热裂纹性能较佳的合金系统6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺2、热裂纹防止措施 如WC=2.38%，合金处于共晶成分，抗热裂性最佳；适量的稀土元素钇提高抗热裂纹性能钇具有较强脱S、脱P作用 使奥氏体晶间低熔点共晶物减少细化晶粒、促使石墨呈球状析出27 总之，灰铸铁焊接时，焊接接头中裂纹倾向比较大，这主要与铸铁本身的性能、焊接应力、接头组织及其化学成分有关。为防止铸铁焊接时产生裂纹，在生产中主要采取减小焊接应力，改变焊缝合金系统以及限制母材中杂质熔入

14、焊缝等措施。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺28 6.2.3 球墨铸铁的焊接性特点1）球化剂有增大铁液结晶过冷度、阻碍石墨化和促进AM的作用，铸铁焊缝及半熔化区更容易出现白口铸铁，奥氏体区则更容易出马氏体M组织，从而容易产生冷裂纹；2）由于球墨铸铁的力学性能远比灰铸铁好，特别是以铁素体为基体的球墨铸铁，塑性和韧性很好，对焊接接头的力学性能要求相应提高。焊接接头中白口铸 铁，使冲击韧度值大幅度下降对强度和塑性有较大不良影响。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺球墨铸铁的焊接性特点Contents 目录

15、6.1铸铁的种类及其焊接方法6.2铸铁的焊接性分析6.3铸铁的焊接材料及工艺6.1.1 铸铁的种类6.1.2 铸铁的凝固特点与石墨化6.1.3 铸铁焊接方法6.2.1 焊接接头白口及淬硬组织 6.2.2 焊接裂纹6.3.3 球墨铸铁的焊接性特点6.3.1 灰铸铁的焊接材料及工艺特点 6.3.2 球墨铸铁的焊接工艺特点6.3.3 其他铸铁的焊接特点30 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺6.3 铸铁的焊接材料及工艺铸铁焊接方法焊条电弧焊、气焊、CO2，气体保护电弧焊、手工电渣焊、气体火焰钎焊以及气体火焰粉末喷焊等球墨铸铁件之间、球墨铸铁与各种钢件或

16、有色金属件之间，采用细丝、CO2，焊、摩擦焊、激光焊、电子束焊、电阻对焊、扩散焊等焊接材料铁基合金镍基合金铜基合金焊条铜基钎料镍基或铁基喷焊粉31 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺6.3.1 灰铸铁的焊接材料及工艺特点将铸铁件预热到600700，然后在塑性状态下进行焊接，焊接温度不低于500400，为防止焊接过程中开裂，焊后立即进行消除应力处理及缓冷的铸铁焊补工艺。电弧热焊适用于10mm以上的中厚铸件的大缺陷补焊。预热整体预热结构复杂且焊补处拘束度大大范围局部预热结构简单、拘束度较小1、同质焊缝电弧热焊和半热焊32 6.1 铸铁的种类及其焊接方

17、法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺高温预热作用高温预热+焊后缓冷1）减小了焊接区域的温差2）使母材从常温无塑性状态变为具有一定塑性使焊缝和半熔化区石墨化较为充分焊接接头可以完全避免白口及淬硬组织产生大大减小了热应力，避免开裂同质焊缝电弧热焊33 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺同质焊缝电弧半热焊预热温度在300400时称为半热焊1）改善焊工劳动条件，降低焊补成本2）较有效地防止焊接热影响区出现M及熔合区白口 改善接头加工性铸件结构复杂、焊补处刚度较大时局部半热焊会增大热应力，促使产生裂纹适用于补焊区刚度较小或铸件形状较简单的

18、情况优点不利34 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺为保证焊缝石墨化，防止白口：电弧热焊焊缝中C、Si总量应稍高于母材wC%=3.0%3.8%wSi%=3.0%3.8%半热焊wC%=3.5%4.5%wSi%=3.0%3.8%6.3.1 灰铸铁的焊接材料及工艺特点焊条类型：EZCZ248：铸铁焊芯外涂石墨型药皮Z208：H08低碳钢焊芯外涂强石墨型药皮1、同质焊缝电弧热焊和半热焊35 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺类别名称型号焊条及药芯焊丝熔敷金属或焊丝主要化学成分（质量分数）（%）备注CSiMn

19、SPFeNiCu铸铁同质焊条灰铸铁焊条EZC2.04.02.56.50.750.100.15余球墨铸铁焊条EZCQ3.24.23.24.00.80球化剂0.040.15%镍基铸铁焊条纯镍铸铁焊条EZNi-12.02.51.00.038.090EZNi-24.02.5852.5Al1.0%EZNi-3Al 1.0%3.0%镍铁铸铁焊条EZNiFe-1余4560Al1.0%EZNiFe-2Al 1.0%3.0%EZNiFeMn1.010143545Al1.0%镍铜铸铁焊条EZNiCu-10.350.550.752.30.0253.06.060702535EZNiCu-250603545镍铁铜铸铁焊

20、条EZNiFeCu2.02.01.50.03余4560410表6-4 铸铁焊条及焊丝（GB/T 10044-2006）36 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺类别名称型号焊条及药芯焊丝熔敷金属或焊丝主要化学成分（质量分数）（%）备注CSiMnSPFeNiCu其他铸铁焊条纯铁及碳钢焊条EZFe-10.040.100.60.0100.015余焊芯成分EZFe-20.100.030.0300.030高钒焊条EZV0.250.701.500.040.04V 8%13%铸铁同质焊丝灰铸铁焊丝RZC-13.23.52.73.00.600.750.100.50

21、0.75RZC-23.54.53.03.80.300.800.50RZCH3.23.52.02.50.500.700.200.401.21.6Mo0.250.45%球墨铸铁焊丝RZCQ-13.24.03.23.80.100.400.0150.050.5Ce 0.20球化剂0.04%0.10%RZCQ-23.54.23.54.20.500.800.030.10镍基药芯焊丝ET3ZNiFe2.01.03.05.00.0345602.5Al1.0%镍基气体保护焊焊丝ERZNi1.00.752.50.030.4904.0ERZNiFeMn0.501.01014余34452.5Al1.0%37 6.1

22、铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺焊前准备、预热、焊接、焊后缓冷及加工等过程图6-7 缺陷造型示意图a)较大缺陷 b)边角缺陷造型材料：型砂加水玻璃或黄泥，内壁放置耐高温的石墨片电弧热焊工艺焊前准备预热焊接焊后缓冷加工清理、开坡口对于较大缺陷或边角缺陷，防止熔化金属流失，保证 原定的焊缝成型，需焊前造型。38 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺结构复杂的焊件，宜采用整体加热预热温度一般600700，不超过铸铁的共析温度，具体根据铸铁件体积、壁厚、结构复杂程度、缺陷位置及加热条件等因素来确定。焊前准备预热焊接

23、焊后缓冷加工注意控制加热速度使铸铁件温度均匀，减小热应力 防止加热过程中出现裂纹结构简单的焊件，宜采用局部加热39 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺缺陷中心引弧，逐渐向外扩展，连续焊接将缺陷焊满焊补过程中为保持预热温度，要求在最短的时间内焊完，故宜采用大电流、长弧、连续焊常用保温材料覆盖，最好随炉冷却重要铸件焊补后马上入炉进行消除应力热处理，保温一段时间后随炉冷却焊接电流与焊条直径经验公式：I=（4050）d 式中 d焊条直径（mm）焊前准备预热焊接焊后缓冷加工40 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及

24、工艺同质焊条不预热焊采用灰铸铁芯焊条（如Z248）焊接材料加入孕育作用的合金元素，如Ca、Al、Ba等促进石墨化，防止白口焊接工艺大电流、慢速、往复运条连续焊，降低焊缝冷却速度采用：分段焊或加热减应区法 减小热应力优点成本低，焊接条件改善，焊补周期短不足容易产生白口及淬硬组织，裂纹倾向较大41 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺6.3.1 灰铸铁的焊接材料及工艺特点电弧热焊及半热焊主要适用于10mm以上的中厚铸件 的大缺陷补焊。薄壁铸件的焊补适合气焊氧乙炔火焰温度比电弧温度低很多，需要很长时间才 能将焊补处加热到熔化温度，使得受热面积较大，相当于

25、局部预热焊接条件，很适合薄壁铸件的焊补。2、气焊42 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺气焊的特点：冷却速度慢，有利于石墨化过程的进行，焊缝易获得灰铸铁组织，HAZ区也不易产生白口及淬硬组织；加热时间长，被焊件受热面积大，焊接热应力较大，有一定裂纹倾向。适用于：拘束度小的薄壁件缺陷的焊补拘束度大时宜采用整体预热的气焊热焊法预热温度为600700，焊后缓冷43 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺类别名称型号焊条及药芯焊丝熔敷金属或焊丝主要化学成分（质量分数）（%）备注CSiMnSPFeNiCu铸铁同质

26、焊丝灰铸铁焊丝RZC-13.23.52.73.00.600.750.100.500.75余RZC-23.54.53.03.80.300.800.50RZCH3.23.52.02.50.500.700.200.401.21.6Mo0.250.45%气焊焊接材料：气焊过程中焊丝的Si和C都有一些氧化烧损，为提高焊缝石墨化能力，保证焊缝有合适的组织和硬度，焊丝中的Si、C含量较热焊时应高一些。w（C+Si）%=6.0%适用于热焊气焊 w（C+Si）%=7.0%普通气焊44 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺焊缝夹渣：铸铁气焊焊接时，Si易氧化，形成Si

27、O2酸性氧化物，熔点高(1713)，粘度较大，流动性不好。成因去除加入以碱性氧化物(Na2CO3、K2CO3、NaHCO3)为主要组成的熔剂，使其互相结合成为低熔点的熔渣，浮到熔池表面，便于清除。2Na2CO3+SiO2=2（Na2O）SiO2+2CO245 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺气焊焊接工艺：焊前清理与准备工作与焊条电弧焊相同较小的边角缺陷或刚度较小时，可用冷焊。在焊件上选定一处或几处加热后可使应力减小的部位，作为所谓“减应区”，焊前及焊接过程中，对其进行加热和保温，以降低或转移焊接接头拘束应力；焊后同步冷却，加热部位与焊接处一起收

28、缩，从而减小焊接应力，防止裂纹。拘束度较大部位裂纹的焊补：加热减应区法：46 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺焊前对减应区加热能使缺陷位置获得最大张开位移，加热温度不应超过铸铁的相变温度焊后使减应区与焊补区域同步冷却加热减应区法：关键：正确选择“减应区”，以及对其加热、保温和冷却的控制选择原则：使减应区主变形方向与焊缝金属冷却收缩向一致47 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺焊补位焊前：A、B、C三处同步加热T600：对C 继续加热使之熔化并形成坡口以保证焊透A、B 两处T650：开始对C 处焊接

29、焊后：三处同步冷却1234加热减应区气焊法修复发动机缸盖裂纹48 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺电弧冷焊：焊前不预热4、电弧冷焊问题解决途径焊接接头易产生白口及淬硬组织1）适当提高焊缝中的C、Si含量，有利于石墨化；2）提高焊接热输入，采用大直径焊条、大电流连续焊工艺，以减慢焊接接头的冷却速度，有助于消除或减少M组织。l焊工工作条件好，工艺简便，焊接成本较低。l是铸铁焊接的发展方向优点（1）铸铁型焊缝的电弧冷焊49 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺（2）异质焊缝（非铸铁型）电弧冷焊电弧冷焊焊接

30、铸铁异质焊缝是最常用的焊接方法异质焊缝冷焊主要是通过调整焊缝化学成分的方法，以改善接头的组织和性能。异质焊缝50 1）钢基焊缝及焊接材料钢基铸铁焊条：降低含C量，以获得钢焊缝类别名称型号焊条及药芯焊丝熔敷金属或焊丝主要化学成分（质量分数）（%）备注CSiMnSPFeNiCu其他铸铁焊条纯铁及碳钢焊条EZFe-10.040.100.60.0100.015余焊芯成分EZFe-20.100.030.0300.030高钒焊条EZV0.250.701.500.040.04V 8%13%EZFe-1：纯铁焊芯氧化性药皮铸铁焊条EZFe-2：低碳钢焊芯铁粉型铸铁焊条焊接接头的白口、淬硬组织和裂纹问题没有解决

31、51 利用V具有较强的形成碳化物能力，使C和V形成高度弥散分布的VC质点，分布于铁素体基体中。由于焊缝中C的存在形式得到改变，增加了焊缝的塑性，可避免白口组织和淬硬组织的产生，提高了抗裂能力。焊缝：b=558588 MPa，=2836%，满足要求6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺低碳钢焊芯、低氢型药皮高钒铸铁焊条EZV加V目的不足焊缝底部形成一条主要由碳化钒颗粒组成的高硬度带状组织，半熔化区白口较宽焊接接头加工性差用于：只能用于非加工面缺陷的焊补52 H08Mn2SiA细丝CO2气体保护焊：不足：接头加工性不好用于：非加工面缺陷的焊补焊丝：H08

32、Mn2SiA细丝（0.81.0mm）气体：CO2或CO2+O2气体工艺：小电流（85A）、低电压（1820V）和较快焊接速度（1012m/h）减少母材熔化量，降低焊缝含碳量和焊接应力6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺53 2）镍基焊缝及焊接材料石墨化元素，高温下可溶解较多CT部分过饱和碳以石墨形式析出石墨析出伴随体积膨胀降低焊接应力，防止焊接热影响区冷裂纹Ni向半熔化区扩散缩小白口宽度、改善焊接接头加工性，适 用于加工面缺陷的焊补奥氏体形成元素，与铁完全互溶wNi%30%：得到硬度较低单相奥氏体组织较强石墨化元素，对减弱半熔化区白口层很有利6.1

33、 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺Ni镍基焊缝应用非常广泛54 类别名称型号焊条及药芯焊丝熔敷金属或焊丝主要化学成分（质量分数）（%）备注CSiMnSPFeNiCu镍基铸铁焊条纯镍铸铁焊条EZNi-12.02.51.00.038.090EZNi-24.02.5852.5Al1.0%EZNi-3Al 1.0%3.0%镍铁铸铁焊条EZNiFe-1余4560Al1.0%EZNiFe-2Al 1.0%3.0%EZNiFeMn1.010143545Al1.0%镍铜铸铁焊条EZNiCu-10.350.550.752.30.0253.06.06070 2535EZN

34、iCu-25060 3545镍铁铜铸铁焊条EZNiFeCu2.02.01.50.03余45604106.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺55 纯镍铸铁焊条 EZNi-1（Z308），焊芯为纯镍6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺镍基焊条采用小电流焊接时，接头半熔化区的白口层最小，并呈断续分布，机械加工性好。焊缝为奥氏体加点状石墨，硬度低，塑性较好，抗热裂纹性能较好。含镍量最高，价格贵(约为低碳钢焊条的30倍),不适合大量使用。优点缺点56 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸

35、铁的焊接材料及工艺镍基焊条 镍铁铸铁焊条EZNiFe-1（Z408），焊芯为镍铁合金（Ni55%,Fe45）镍铁焊缝具有较高的强度，塑性较好，适合焊接强度较高的铸铁，线膨胀系数小，抗裂性能好.在镍基焊条中价格最便宜，应用最多。含镍量较低，半熔化区的白口比纯镍焊条宽，接头硬度也较高，机械加工性能稍差，但仍能加工。优点缺点57 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺镍基焊条 镍铜铸铁焊条EZNiCu-1（Z508），焊芯为镍铜合金（Ni70%,Cu30）焊缝强度在镍基焊条中最低，接头加工性与纯镍焊条相近。但是镍铜合金的收缩率大，焊缝的裂纹倾向较大，镍铜焊

36、条在镍基焊条中性能最差，成本比镍铁焊条高，逐渐被镍铁焊条所取代。特点58 铜芯铁粉焊条（Z607):Cu：Fe80:20，药皮为低氢型铜芯铁皮焊条（Z612）：铜包钢芯、钛钙型药皮铸铁焊条。铜与碳不形成碳化物，也不溶解碳，而且铜的强度低、塑性很好，铜基焊缝金属的固相线温度低，这些特性对防止焊接接头冷裂纹及熔合区剥离性裂纹很有利。加Fe可细化铜晶粒，进一步提高抗热裂纹性能。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺铜基焊条59 (4)异质焊缝电弧冷焊工艺 使用异种焊接材料进行铸铁电弧冷焊时，在保证焊缝金属成形与母材熔合良好的前提下，尽量用小规格焊条和小规范

37、施焊，并采用短弧焊、短段焊、断续焊、分散焊及焊后立即锤击焊缝等工艺措施，适当提高焊接速度，不作横向摆动，并注意选择合理的焊接方向和顺序，来降低焊接应力，减小半熔化区和热影响区宽度，改善接头的加工性及防止裂纹产生，并采用退火焊道降低焊缝的淬硬性开裂倾向。“短段断续分散焊，较小电流熔深浅，每锤击消应力，退火焊道前段软”焊接方向和顺序：应本着从拘束度大的部位拘束度小的部位焊接的原则。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺60 当铸铁件的缺陷尺寸较大、情况复杂、焊补难度大时，可以采用镶块焊补法、栽丝焊补法及垫板焊补法等特殊焊补技术。图6-11 灰铸铁缸体侧壁

38、裂纹的焊补缺陷3由多个交叉裂纹组成，如逐个焊补，则难以避免出现焊接裂纹。图6-12 镶块焊补法 a)凹形低碳钢板镶块 b)平板低碳钢板镶块可以将该缺陷整体加工掉，按尺寸准备一块厚度较薄的低碳钢板。焊前将低碳钢板冲压成凹形。用平板在其中间切割一条窄缝，目的是降低拘束度。焊补时低碳钢板容易变形，利于缓解焊接应力，防止焊接裂纹，此即镶块焊补法。按顺序分段焊接，最后焊好中间的切缝，保证缸体壁的水密性。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺61 图6-13 栽丝焊补法栽丝焊补法问题：厚壁铸铁件大尺寸缺陷焊补时，需要开坡口进行多层焊，这样将导致焊接应力积累。由于

39、焊补量大，为了降低成本采用钢基焊缝时，焊缝金属强度高，收缩率大，容易产生剥离性裂纹，使焊补失败。解决措施：先在母材坡口表面钻螺纹，拧入钢质螺钉，露出部分与焊缝金属成一体，将焊缝金属与铸铁母材连接起来，通过螺钉分担部分应力，既防止焊接裂纹，又提高了焊补区域的承载能力。要领先绕螺钉焊接，再焊螺钉之间；螺钉根部与母材要焊住，螺钉尽可能少熔化6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺62 垫板焊补法坡口尺寸更大时，甚至可以在坡口内放入低碳钢板，用焊缝强度高、抗裂性好的铸铁焊条（如EZNiFe、EZV焊条）将铸铁母材和低碳钢板焊接起来，称之为垫板焊补法。优点：大大

40、减少焊缝金属量，有利于降低焊接应力，防止裂纹，还节省了大量焊接材料，缩短焊补工期。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺63 采用钎焊方法焊补铸铁缺陷，母材不熔化，故对避免灰铸铁焊接接头出现白口是非常有利的，使接头具有优良的加工性能。此外，钎焊温度较低，焊接接头应力较小，而接头上又无白口组织，对发生裂纹的敏感性也较小。使用铜基钎料，氧乙炔火焰作热源，对加工面铸造缺陷进行焊补。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺5、灰铸铁的钎焊与喷焊钎焊64 5.灰铸铁的钎焊与喷焊钎料：1)铜锌钎料BCu62ZnNiMnS

41、i-R（HL104）少量硅在弱氧化焰作用下很快生成SiO2，与钎剂形成低熔点的硅酸盐，覆盖在液态钎料表面，阻碍锌的蒸发，减小对人体的危害。焊接接头强度偏低，焊缝硬度低，颜色与母材差别大，钎焊时加热温度900，超过灰铸铁的共析温度，快冷下热影响区会出现M或B，影响接头加工性。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺钎料：65 2)Cu-Zn-Mn-Ni钎料 为了改善铜锌钎料钎焊灰铸铁的接头性能，大幅度增加Mn和Ni的含量，发展了Cu-Zn-Mn-Ni钎料。l利用这两种元素在Cu和Fe中的固溶度均较大的性质，可以提高液态钎料在灰铸铁表面的润湿性，促进钎料成

42、分向灰铸铁中扩散，从而提高接头强度。另外，还可以降低钎焊温度，有助于防止热影响区高硬度组织，并使钎缝变灰白色，接近灰铸铁颜色。l用Cu-Zn-Mn-Ni钎料钎焊灰铸铁HT200，接头最高硬度230HBW,b600MPa。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺加Mn和Ni66 采用氧乙炔火焰粉末喷焊可修复铸铁件在机械加工中出现的小缺陷。喷焊6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺F103为镍基喷焊粉，喷焊层硬度为2030HRC，加工性良好，颜色接近母材。F302为铁基喷焊粉，可用于已淬火机床床身导轨面缺陷的 修

43、复，喷焊层与导轨面硬度相当。喷焊粉67 6.3.2 球墨铸铁的焊接工艺特点气焊、电弧焊球墨铸铁由于含有球化剂，加剧了焊缝和半熔化区液相金属的过冷倾向，促进形成白口铸铁。球化剂元素还增加奥氏体的稳定性，促进奥氏体区形成马氏体组织。因此，球墨铸铁的焊接性比灰铸铁差。球墨铸铁的力学性能远比灰铸铁好，对焊接接头的力学性能要求相应提高。6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺01020368 1气焊 l气焊具有火焰温度低、焊接区加热及冷却缓慢的特点，l对降低焊接接头的白口及淬硬组织形成倾向有利。l另外，可以减少球化剂的蒸发，有利于保证焊缝获得球墨铸铁组织。焊丝R

44、ZCQ-1RZCQ-2均含球化剂轻稀土镁合金Y基重稀土合金6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺69 Z258：铸铁焊芯外涂强石墨化药皮EZCQZ238：低碳钢焊芯外涂强石墨化药皮工艺：500以上预热，焊后保温缓冷6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺2.电弧焊1）同质焊缝（球墨铸铁型）球墨铸铁焊条球墨铸铁焊条：1）很难获得石墨稳定球化的焊缝；电弧温度很高，球化元素容易蒸发、氧化，难以过渡到熔池中2）球化剂都有增大白口倾向，在石墨球化的同时促进焊缝白口。冶金：焊条中加入采用C、Si、Al、Ca、Ba、Ce等 强脱氧或脱硫元素，既可稳定球化，白口倾向也大大降低。70 2）异质焊缝（非球墨铸铁型）电弧焊 6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.2 铸铁的焊接性分析6.3 铸铁的焊接材料及工艺l球墨铸铁同质焊缝电弧焊时，焊接材料价格较低，但一般要求高温预热。l可以将一些力学性能好的灰铸铁异质焊接材料用于球墨铸铁电弧冷焊，例如镍铁铸铁焊条和高钒铸铁焊条。高钒铸铁焊条镍铁铸铁焊条细小的碳化钒起到弥散强化作用，提高焊缝金属的力 学性能，但白口铸铁层较宽，接头加工性能较差抗热裂纹性能较好，但力学性能不足