灰鑄鐵手工電弧焊工藝分析

1、1.緒 論工業(yè)中應用最早的鑄鐵就是以片狀石墨存在于金屬基體中的灰鑄鐵。由于其成本低廉，并具有鑄造性、可加工性、耐磨性及減振性均優(yōu)良的特點。迄今是工業(yè)中應用最廣泛的一種鑄鐵。20世紀80年代初，鑄鐵材料發(fā)展進入了頂峰期，隨后，世界的鑄鐵產(chǎn)量便出現(xiàn)急劇遞減，然而鑄鐵仍是當今金屬材料中應用最為廣泛的基礎材料?；诣T鐵在結晶過程中，約有w（C）為80%的碳以石墨的形式析出，這就給灰鑄鐵帶來兩方面的特點：一方面，由于石墨強度較低（Rm20N/mm2），且以片狀的形態(tài)存在，割裂了基體的連續(xù)性，因此灰鑄鐵的強度不高，脆性較大。另一方面，由于石墨的存在，灰鑄鐵具有良好的減震性、耐磨性、切削加工性和缺口敏感性。由

2、于共晶結晶過程中石墨化膨脹，還有減少縮松、縮孔的傾向。同時，灰鑄鐵還有較高的抗壓強度?；诣T鐵傳統(tǒng)的化學成分中Si/C比較低（0.400.55）。適當提高Si/C比（0.650.85），是提高鑄鐵內在質量的重要途徑之一。提高Si/C比的作用是：可使連續(xù)的初析奧氏體枝晶增加，這就像混凝土中的鋼筋一樣，對灰鑄鐵起到加固的作用，可擴大穩(wěn)定系和介穩(wěn)定系的溫度差，增加過冷度T，從而細化石墨，有效地擴大集體組織的利用率；還可降低灰鑄鐵的白口傾向，減小斷面敏感性，提高彈性模量和形變抗力。當然，Si/C比較高，會使鐵素體增加，強度和硬度有所降低。我國各種鑄鐵的年產(chǎn)量現(xiàn)約為800萬噸，有各種鑄造缺陷的鑄件約占鑄鐵

3、年產(chǎn)量的10%15%，即通常所說的廢品率為10%15%，若這些鑄件工報廢,將是極大的浪費。采用焊接方法修復這些有缺陷的鑄鐵件，由于焊接成本低，不僅可獲得巨大的經(jīng)濟效益，而且有利于及時完成生產(chǎn)任務。常用的焊既接方法有氣焊、釬焊、電弧焊等,其中手工電弧焊應用最多。但是鑄鐵件的焊補極易產(chǎn)生白口和裂縫，其中產(chǎn)生白口的主要原因是冷卻速度過快和石墨元素不足;而產(chǎn)生裂縫的原因主要是焊接應力。焊接是一種將材料永久性的連接，并成為具有給定功能結構的制造技術。幾乎所有的產(chǎn)品，從幾十萬噸巨輪到不足1克的微電子元件，在生產(chǎn)制造中都不同程度地應用到焊接技術。焊接已經(jīng)滲透到制造業(yè)的各個領域，直接影響到產(chǎn)品的質量、可靠性和

4、壽命以及生產(chǎn)的成本、效率和市場反應速度。近年來，焊接已由一個單一的加工工藝發(fā)展成為有科學基礎有廣泛應用范圍和前景的焊接工程和焊接產(chǎn)業(yè)，在這些產(chǎn)業(yè)中，焊接在其中占有重要地位，是決定其產(chǎn)品使用安全的關鍵。有些直接出焊接產(chǎn)品或在現(xiàn)場裝焊接后投入使用，有些是作成主體結構然后在其上安裝動力和機電設備后應用，有焊接結構的質量和安全保證在整體結構設計合理的情況下，主要決定與焊接聯(lián)結部位的結構、材料匹配、工藝設計、先進的焊接制造工藝及設備和準確的無損檢測技術，這些都決定了焊接聯(lián)結部位的的內在和外觀質量，形成了分布在各工業(yè)和基礎設施建設部門各具特色的焊接結構行業(yè)，同時也形成了結構焊接需要的焊接設備行業(yè)和焊接材料

5、行業(yè)。這些行業(yè)是互相關聯(lián)促進的行業(yè)。焊接結構已有日新月異的發(fā)展:在裝備制造業(yè)結構中用焊接結構局部或全部代替鑄件或鍛件結構和由局部鑄件或鍛件焊接成組合結構是大重型結構發(fā)展的方向，可大大節(jié)約大型鑄鍛車間及其設備的基本建設投資和生產(chǎn)過程的能源消費，同時還可縮短生產(chǎn)周期;在各種建筑行業(yè)廣泛采用鋼質焊接結構代替鋼筋混凝土結構，可達到大跨度、輕自重、工廠制造、設計優(yōu)、工程在建周期短、環(huán)境污染少，基礎費用省，折除后材料可循環(huán)使用，因而符合目前綠色制造和資源循環(huán)利用建設節(jié)約型社會的大潮流。目前我國微電子及IT行業(yè)中的發(fā)展，高強有色金屬、光釬、超導和復合材料及高分子材料的應用，都對焊接工藝、設備和材料提出了很多

6、新的要求，因而得到了相應發(fā)展。      2.灰鑄鐵鑄鐵是含碳量在2以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵一般含碳量為24。碳在鑄鐵中多以石墨形態(tài)存在，有時也以滲碳體形態(tài)存在。除碳外，鑄鐵中還含有13的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。在鑄鐵焊接中，應用得最多的是灰鑄鐵的焊接，球墨鑄鐵次之，可鍛鑄鐵最少。2.1.灰鑄鐵的化學成分灰鑄鐵以片狀石墨的形態(tài)存在于珠光體、鐵素體或二者按不同比例混合的基體組織中。其斷口呈灰色，且因此得名。石墨的力學性能比較低，使金屬基體承受負荷的有效截

7、面積減少，而且片狀石墨使應力集中嚴重，因而使灰鑄鐵的力學性能不高，灰鑄鐵的石墨形式是以不同的數(shù)量、長短及粗細分布于基體中，因而對灰鑄鐵的力學性能產(chǎn)生很大的影響?；诣T鐵分HT250與HT220，其密度分別為7.35g/cm;與7.2g/m灰鑄鐵按其組織可看成是碳鋼的基體加片狀石墨。按基體組織的不同灰鑄鐵分為三類：鐵素體基體灰鑄鐵、鐵素體珠光體基體灰鑄鐵、珠光體基體灰鑄鐵（F基體灰鑄鐵、F+P基灰鑄鐵、P基體灰鑄鐵）。常用灰鑄鐵的化學成分為C2.6%3.8%，Si1.2%3.0%，Mn0.4%1.2%，P0.4%，S0.15%。同一牌號的灰鑄鐵，薄壁件（壁厚<10mm）的C,Si量高于厚壁件

8、。2.2灰鑄鐵的物理性能、力學性能灰鑄鐵的牌號是由“HT”（“灰鐵”兩字漢語拼音字首）和最小抗拉強度b 值（用30mm試棒的搞拉強度）表示。例如牌號HT250表示30mm試棒的最小抗拉強度值為250MPa的灰鑄鐵。設計鑄件時，應根據(jù)鑄件受力處的主要壁厚或平均壁厚選擇鑄鐵牌號?；诣T鐵的力學性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關?；诣T鐵中的片狀石墨對基體的割裂嚴重，在石墨尖角處易造成應力集中，使灰鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌性遠低于鋼，但抗壓強度與鋼相當，也是常用鑄鐵件中力學性能最差的鑄鐵。同時，基體組織對灰鑄鐵的力學性能也有一定的影響，鐵素體基體灰鑄鐵的石墨片粗大，強度和硬度最低，故應用較少；珠光體基體灰

9、鑄鐵的石墨片細小，有較高的強度和硬度，主要用來制造較重要鑄件；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵的石墨片較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵。故工業(yè)上較多使用的是珠光體基體的灰鑄鐵?；诣T鐵幾乎無塑性及韌性。 表2-1 灰鑄鐵單鑄試棒的抗拉強度（摘自GB/T 94391988）牌號鑄件壁厚/mmMPa(kgf/mHT1002.510203010203050130(13.3)100(10.2)90(9.2)80(8.2)HT1502.510203010203050175(17.8)145(14.8)130(13.3)120(12.2)HT2002.510203010203050220(22.

10、4)195(19.9)170(17.3)160(16.3)HT2504.010203010203050270(27.5)240(24.5)220(22.4)200(20.4)HT300102030203050290(29.6)250(25.5)230(23.5)HT350102030203050340（24.7）290（29.6）260（26.5）注 1：硬度分級是規(guī)定位置的平均值。2：H235和H255所預計的硬度值相當于質量200Kg，且壁厚20mm的鑄件硬度2.3灰鑄鐵的使用性能及其所對應用途灰鑄鐵的使用性能與其化學成分和組織有密切的聯(lián)系。其主要有分為以下幾種：1.優(yōu)良的鑄造性能 由于灰

11、鑄鐵的化學成分接近共晶點，所以鐵水流動性好，可以鑄造非常復雜的零件。另外，由于石墨比容較大，使鑄件凝固時的收縮量減少，可簡化工藝，減輕鑄件的應力并可得到致密的組織。2.優(yōu)良的耐磨性和消震性石墨本身具有潤滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和儲存潤滑油，使鑄件有良好的耐磨性。此外，由于鑄件中帶有硬度很高的磷共晶，又能使抗磨能力進一步提高，這對于制備活塞環(huán)、氣缸套等受摩擦零件具有重要意義。石墨可以阻止后動的傳播，灰鑄鐵的消夸大能力是鋼的10倍，常用來制作承受振動的機床底座。3.較低的缺口敏感性和良好的切削加工性能灰鑄鐵中由于石墨的存在，相當于存在很多小的缺口時表面的缺陷、缺口等幾乎沒有敏感性，因此，表面

12、的缺陷對鑄鐵的疲勞強度影響較小，但其疲勞強度比鋼要低。由于鑄鐵中的石墨可以起斷屑作用和對刀具的潤滑起減障作用，所以其可切削加工性能是優(yōu)良的。4.灰鑄鐵的機械性能灰鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性及彈性模量都低于碳素鋼，如表所示。灰鑄鐵的抗壓強度和硬度主要取決于基體組織?；诣T鐵的抗壓強度一般比抗拉強度高出三四倍，這是灰鑄鐵的一種特性。因此，與其把灰鑄鐵用作抗拉零件還不如做耐壓零件更適合。這就是廣泛用作機床床身和支柱受耐壓零件的原因?；诣T鐵的牌號所對應的特性及應用條件如下表表2-2所示：表2-2 灰鑄鐵的牌號所對應的特性及應用條件牌號特性工作條件應用舉例HT1001.  減振性優(yōu)良2.

13、0; 鑄造性能好3.  無需熱實效1. 小載荷2. 不要求耐磨形狀簡單，不需要零件，如手柄、手輪、蓋、油盤、底板、支架等，不加工或簡單加工HT1501. 有一定強度2. 減振性良好3  .鑄造性能好4. 鑄造應力小，無需熱實效1. 中等載荷2. 摩擦面的壓力490kPa3. 較弱腐蝕介質1. 一般機械零件，如支柱、軸承座容器等2. 發(fā)動機的進、排氣管、機油殼等3. 較輕的薄壁零件，工作壓力不大的管件4. 圓周速度6-12ms的帶輪HT200HT2501. 強度、耐磨性、耐熱性良好2. 減振性良好3.

14、60;鑄造性能較好4. 一般需熱實效1. 較大載荷2. 摩擦壓力/490kPa3. 要求韌性、抗脹性4. 要求較高氣密性5. 較弱腐蝕介質1.較重要機械零件，如氣缸，襯套，齒輪，棘輪、鏈輪、飛輪，機床床身，泵殼，容器。2. 發(fā)動機缸體、缸蓋、活塞、活塞環(huán)、齒輪、齒輪室蓋等3. 汽車、拖拉機的離合器殼、左右半軸殼、剎車轂等4. 中壓油缸、閥體、泵體等5圓周速度12-15ms的帶輪HT300HT350(HT400)1.強度高，耐磨2.鑄造性能差。3.白口傾向大，需熱時效。1.高拉力和高彎曲力2. 摩擦面壓力>1960KPa，或需表面

15、淬火3. 要求高氣密性1. 重要機械零件，如齒輪、凸輪、襯套等2.機床導軌，沖床、剪床、壓力機、車床和重型機床的床身、機座、主軸箱、卡盤等3.大型發(fā)動機缸體、缸蓋、缸套等4. 高壓油缸、水缸、泵體、閥體等5. 圓周速度20-25ms 的帶輪  3.灰鑄鐵的焊接性鑄鐵焊接中灰鑄鐵的焊接最為常見?；诣T鐵在化學成分上的特點是碳高及S、P雜質高，這就增大了焊接接頭對冷卻速度變化的敏感性及冷熱裂紋的敏感性。在力學性能上的特點是強度低，基本無塑性。焊接過程具有冷速快及焊件受熱不均勻而形成焊接應力較大的特殊性。這些因素導致焊接性不良。主要問題兩方面：一方面是焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織。

16、另一方面焊接接頭易出現(xiàn)裂紋。3.1焊接接頭的白口組織灰鑄鐵焊接時，由于熔池體積小，存在時間短，加之鑄鐵內部的熱傳導作用，使得焊縫及近縫區(qū)的冷卻速度遠遠大于鑄件在砂型中的冷卻速度。因此，在焊接接頭的焊縫及半熔化區(qū)將會產(chǎn)生大量的滲碳體，形成白口鑄鐵組織。焊接接頭中產(chǎn)生白口組織的區(qū)域主要是焊縫區(qū)、半熔化區(qū)和奧氏體區(qū)?，F(xiàn)在分別予以討論。3.1.1焊縫區(qū)當焊縫成分與灰鑄鐵鑄件（即同質焊縫）成分相同時，則在一般電弧焊情況下，由于焊縫冷卻速度遠遠大于鑄件在砂型中的冷卻速度，焊縫主要為共晶滲碳體+二次滲碳鐵+珠光體，即焊縫基本為白口鑄鐵組織。焊縫為鑄鐵時我們一般采用適當?shù)墓に嚧胧﹣頊p慢焊逢的冷卻速度（如：增大

17、線能量）或調整焊縫化學成分來增強焊縫的石墨化能力。若采用低碳鋼焊條（即異質焊縫中）進行焊接，常用鑄鐵含碳為3%左右，就是采用較小焊接電流，母材在第一層焊縫中所占百分比也將為1314，其焊縫平均含碳量將為0.7%1.0%,屬于高碳鋼（C0.6%）。這種高碳鋼焊縫在快冷卻后將出現(xiàn)很多脆硬的馬氏體。采用異質金屬材料焊接時，必須要設法防止或減弱母材過渡到焊縫中的碳產(chǎn)生高硬度組織的有害作用。思路是：改變C的存在狀態(tài)，使焊縫不出現(xiàn)淬硬組織并具有一定的塑性，例如使焊縫分別成為奧氏體，鐵素體及有色金屬是一些有效的途徑。3.1.2半熔化區(qū)半熔化區(qū)的特點是該區(qū)被加熱到液相線與共晶轉變下限溫度之間，溫度范圍1150

18、1250。該區(qū)處于液固狀態(tài)，一部分鑄鐵已熔化成為液體，其它未熔部分在高溫作用下已轉變?yōu)閵W氏體。其在半熔化區(qū)對白口鑄鐵有影響的有：冷卻速度及化學成分對半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響冷卻很快，液態(tài)鑄鐵在共晶轉變溫度區(qū)間轉變成萊氏體，即共晶滲碳體加奧氏體。繼續(xù)冷卻則為碳所飽和的奧氏體析出二次滲碳體。在共析轉變溫度區(qū)間，奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w。由于該區(qū)冷速很快，在共析轉變溫度區(qū)間，可出現(xiàn)奧氏體馬氏體的過程，并產(chǎn)生少量殘余奧氏體。當半熔化區(qū)的液態(tài)金屬以很慢的冷卻速度冷卻時，其共晶轉變按穩(wěn)定相圖轉變。最后其室溫組織由石墨+鐵素體組織組成。當該區(qū)液態(tài)鑄鐵的冷卻速度介于以上兩種冷卻速度之間時，隨著冷卻速度由快到慢，或為麻

19、口鑄鐵，或為珠光體鑄鐵，或為珠光體加鐵素體鑄鐵。影響半熔化區(qū)冷卻速度的因素有：焊接方法、預熱溫度、焊接熱輸入、鑄件厚度等因素。鑄鐵焊接半熔化區(qū)的化學成分對其白口組織的形成同樣有重大影響。該區(qū)的化學成分不僅取決于鑄鐵本身的化學成分，而且焊逢的化學成分對該區(qū)也有重大影響。這是因為焊逢區(qū)與半熔化區(qū)緊密相連，且同時處于熔融的高溫狀態(tài)，為該兩區(qū)之間進行元素擴散提供了非常有利的條件。某元素在兩區(qū)之間向哪個方向擴散首先決定于該元素在兩區(qū)之間的含量梯度（含量變化）。元素總是從高含量區(qū)域向低含量區(qū)域擴散，其含量梯度越大，越有利于擴散的進行。提高熔池金屬中促進石墨化元素（C、Si、Ni等）的含量對消除或減弱半熔化

20、區(qū)白口的形成是有利的。用低碳鋼焊條焊鑄鐵時，半熔化區(qū)的白口帶往往較寬。這是因為半熔化區(qū)含C、Si量高于熔池，故半熔化區(qū)的C、Si反而向熔池擴散，使半熔化區(qū)C、Si有所下降，增大了該區(qū)形成較寬白口的傾向。3.1.3奧氏體區(qū)奧氏體區(qū)被加熱到共晶轉變下限溫度與共析轉變上限溫度之間。該區(qū)溫度范圍約為8201150，此區(qū)無液相出現(xiàn)該區(qū)在共析溫度區(qū)間以上，其基體已奧氏體化，加熱溫度較高的部分（靠近半熔化區(qū)），由于石墨片中的碳較多地向周圍奧氏體擴散，奧氏體中含碳量較高；加熱較低的部分，由于石墨片中的碳較少向周圍奧氏體擴散，奧氏體中含碳量較低，隨后冷卻時，如果冷速較快，會從奧氏體中析出一些二次滲碳體，其析出量

21、的多少與奧氏體中含碳量成直線關系。在共析轉變快時，奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w類型組織。冷卻更快時，會產(chǎn)生馬氏體，與殘余奧氏體。該區(qū)硬度比母材有一定提高。熔焊時，采用適當工藝使該區(qū)緩冷，可使奧氏體直接析出石墨而避免二次滲碳體析出，同時防止馬氏體形成。3.2 焊接接頭裂紋灰鑄鐵屬脆性金屬，抗裂性能差，在焊接應力的作用焊接接頭很容易開裂?；诣T鐵在焊補時，接頭所產(chǎn)生的裂紋多為低溫裂紋，屬冷裂紋范疇；而在某些焊接條件下也能產(chǎn)生熱裂紋，下面分別予以分析?？砂l(fā)生在焊縫或熱影響區(qū)上，其分為焊縫處冷裂紋、發(fā)生在HAZ的冷裂紋。3.2.1冷裂紋 焊縫處冷裂紋一般產(chǎn)生部位鑄鐵型焊縫當采用異質焊接材料焊接，使焊逢成為奧氏體、

22、鐵素體，銅基焊縫時，由于焊縫金屬具有較好的塑性，焊接金屬不易出現(xiàn)冷裂紋。啟裂溫度一般在400以下。原因有兩方面，一方面是鑄鐵在400以上時有一定塑性；另一方面焊縫所承受的拉應力是隨其溫度下降而增大。在400以上時焊縫所承受的拉應力較小。由于焊接過程中由于工件局部不均勻受熱，焊縫在冷卻過程中會產(chǎn)生很大的拉應力，這種拉應力隨焊縫溫度的下降而增大。當焊縫全為灰鑄鐵時，石墨呈片狀存在。當片狀石墨方向與外加應力方向基本垂直，且兩個片狀石墨的尖端又靠得很近，在外加應力增加時，石墨尖端形成較大的應力集中。鑄鐵強度低，400以下基本無塑性。當應力超過此時鑄鐵的強度極限時，即發(fā)生焊縫裂紋。當焊縫中存在白口鑄鐵時

23、，由于白口鑄鐵的收縮率比灰鑄鐵收縮率大，加以其中滲碳體性能更脆，故焊縫更易出現(xiàn)裂紋。其影響因素主要與焊縫基體組織、石墨形狀或焊補處剛度、體積大小及其長短有關。焊縫中滲碳體越多，焊縫中出現(xiàn)裂紋數(shù)量越多。當焊縫基體全為珠光體與鐵素體組成，而石墨化過程又進行得較充分時，由于石墨化過程伴隨有體積膨脹過程，可以松弛部分焊接應力，有利于改善焊縫的抗裂性。粗而長的片狀石墨容易引起應力集中，會減小抗裂性。石墨以細片狀存在時，可改善抗裂性。石墨以團絮狀存在時，焊縫具有較好的抗裂性能。焊補處剛度大，焊補體積大，焊縫越長都將增大應力狀態(tài)，促使裂紋產(chǎn)生。而防止冷裂紋產(chǎn)生的措施有兩條，一是對焊件進行整體預熱（55070

24、0）能降低焊接應力。二是向鑄鐵型焊縫加入一定量的合金元素（Mn、Ni、Cu等）使焊縫金屬先發(fā)生一定量的貝氏體相變，接著又發(fā)生一定量的馬氏體相變，則利用這二次連續(xù)相變產(chǎn)生的焊縫應力松弛效應，可較有效地防止焊縫出現(xiàn)冷裂紋。在其的同時還要防止焊縫二次相變產(chǎn)生焊縫應力松弛。金屬及合金在相變過程中塑性增加，這種特性稱相變塑性。貝氏體與馬氏體的比容較奧氏體、珠光體及鐵素體都大，相變過程中的體積膨脹也有利于松弛焊縫應力。還有就是加入既能改變石墨形態(tài)又能促使石墨化的元素。例如：Ca電弧冷焊時，發(fā)現(xiàn)焊縫含一定量Ca時，既能促使焊縫石墨化，又能改變焊縫石墨狀態(tài)。焊縫中Ca為0.0027%時焊縫中C=3.89%、S

25、i=2.85%，焊縫部分球化，另有部分蠕蟲狀石墨及少量片狀石墨，焊縫中無白口鑄鐵組織。在焊條中加入一定量Ca能改善抗冷裂性能。3.2.2發(fā)生在HAZ的冷裂紋主要發(fā)生在含有較多滲碳體及馬氏體的HAZ，也可能發(fā)生在離熔合線稍遠的HAZ。其原因有三方面：一在電弧冷焊情況下，在半熔化區(qū)及奧氏體區(qū)產(chǎn)生鐵素體及馬氏體等脆硬組織（白口鑄鐵的抗拉強度為107.8166.8Mpa，馬氏體鑄鐵的抗拉強度也不超過147Mpa）。當焊接拉應力超過某區(qū)的強度時，就會在該區(qū)發(fā)生裂紋：二在半熔化區(qū)上白口鑄鐵的收縮率（1.6%2.3%）比其相應的奧氏體的收縮率（0.9%1.3%）大得多。在該二區(qū)間產(chǎn)生一定的切應力：三是在焊接

26、薄壁鑄鐵件（510mm）導熱程度比厚壁鑄件差的多，加劇了焊接接頭的拉應力。使冷裂紋可能發(fā)生在離熔合線稍遠的HAZ上。發(fā)生HAZ的冷裂紋的防止措施主要有以下三條：采取工藝措施來減弱焊接接頭的應力及防止焊接接頭出現(xiàn)滲碳體及馬氏體。如采用預熱焊。采用屈服點較低而且有良好塑性的焊接材料焊接，通過焊縫的塑性變形松弛焊接接頭的部分應力。在修復厚大件的裂紋缺陷時，可在坡口兩側進行栽絲法焊接（坡口大、焊層多、積累焊接應力大。為防止HAZ冷裂發(fā)展成剝離性裂紋。3.2.3熱裂紋 一般采用低碳鋼焊條與鎳基鑄鐵焊條冷焊時，焊縫較易出現(xiàn)屬于熱裂紋的結晶裂紋。鑄鐵型焊縫對熱裂不敏感，高溫時石墨析出過程中有體積增加，有助于

27、減低應力。產(chǎn)生原因是當用低碳鋼焊條焊鑄鐵時，即使采用小電流，第一層焊縫中的熔合比也在1314，焊縫平均含碳量可達0.71.0%，鑄鐵含S、P量高，焊縫平均含S、P也較高，焊接表層含C及S、P較低，越靠近熔合線，焊縫含C及S、P越高。C與S、P是促使碳鋼發(fā)生結晶裂紋的有害元素，故用低碳鋼焊條焊接鑄鐵時，第一層焊縫容易發(fā)生熱裂紋。這種熱裂紋往往隱藏在焊縫下部，從焊縫表面不易發(fā)覺。利用鎳基鑄鐵焊條焊接鑄鐵時，由于鑄鐵中含有較多的S、P，焊縫易生成低熔點共晶，如Ni-Ni3S2,644,Ni-Ni3P,880,故焊縫對熱裂紋有較大的敏感性。解決措施主要從兩方面著手:一冶金方面：調整焊縫化學成分，使其脆

28、性溫度區(qū)間縮小，加入稀土元素，增強脫S、P反應，使晶粒細化，以提高抗熱裂性能。二采用正確的冷焊工藝，使焊接應力減低，以及使母材是的有害雜質較少熔入焊縫。 4.灰鑄鐵的手工電弧焊焊接性分析由于灰鑄鐵的焊接性可知，灰鑄鐵在焊接中主要是容易產(chǎn)生白口組織和出現(xiàn)裂紋，故應從防止上述缺陷入手，從多方面考慮來選擇和制定合理的焊接方法及工藝。4.1 同質焊縫（鑄鐵型）的熔焊工藝與焊接材料同質焊縫就是鑄鐵型焊縫。它的焊條電弧焊工藝可分為熱焊（包括半熱焊）和冷焊（又稱不予熱焊）兩種。4.1.1 電弧熱焊與半熱焊鑄鐵焊接時，白口組織和冷裂紋的產(chǎn)生，主要由于熔池體積小而使冷卻速度過大造成的。針對這一問題，人

29、們在鑄鐵焊接時就最先應用了熱焊工藝，以達到減小鑄件溫差，降低冷卻速度的目的。將工件整體或有缺陷的局部位置預熱到600700（暗紅色），稱為熱焊，預熱溫度300400稱為半熱焊對結構復雜而焊補處拘束度又大的工件，宜采用整體預熱。若對這種件采用局部預熱焊接，可能會增大應力，有時會在焊補處再出現(xiàn)裂紋，甚至會在離焊補處有一定距離的位置上又出現(xiàn)新的裂紋。對于結構簡單而焊補處拘束度又小的工件可采用局部預熱。灰鑄鐵工件預熱到600-700，不僅有效地減少了焊接接頭上的溫差，而且鑄鐵有常溫完全無塑性改變位有一定塑性，其伸長率達2%-3%,再加以焊后緩慢冷卻，故焊接接頭應力狀態(tài)大為改善。此外由于600-700預

30、熱及焊后緩冷，可使石墨化過程進行充分，焊接接頭可完全防止白口鑄鐵，緩冷又可防止淬硬組織的產(chǎn)生，從而有效的防止裂紋的產(chǎn)生，并改善了其加工性。在合適成分的焊條配合下，焊接接頭的硬度與母材很相近，有優(yōu)良的加工性，有與母材的基本相同的力學性能，顏色與母材一致。焊后焊接接頭殘余應力很小，故熱焊的焊接質量是非常滿意。其缺點是能源消耗大，勞動條件差，生產(chǎn)率低。預熱溫度在300-400時，人們稱之為“半熱焊”。300-400可有效防止熱影響區(qū)產(chǎn)生馬氏體，改善焊接接頭的加工性。由于預熱溫度低，焊接接頭各部分溫差較大，焊接接頭已形成較大拉伸應力，對結構復雜，且焊補處拘束度大的工件來說，焊后發(fā)生冷裂紋的可能性增大。

31、鑄鐵熱焊時雖采取了預熱緩冷的措施，但焊縫的冷速一般大于鑄鐵鐵液在砂型中的冷速，故為了保證焊縫石墨化，不產(chǎn)生白口組織且硬度合適，焊縫的C+Si總量還應大于母材。熱焊時采用大直徑鑄鐵芯焊條（6mm）配合采用大電流可加快焊補速度，縮短焊工從事熱焊時間。焊前應清除鑄件缺陷內砂子及夾渣，并用風鏟開坡口，坡口要有一定的角度，上口稍大，底面應圓滑過渡。對邊角較大缺陷的焊補常需要在缺陷周圍造型，其目的是防止焊接熔池的鐵液流出及保證焊補區(qū)焊縫的成形。熱焊法系同質鑄鐵焊接工藝。焊前對鑄件缺陷稍加修整, 再將鑄件置于爐中墊平, 整體緩慢加熱至600 650 (此時鑄件產(chǎn)生足夠大的塑性, 由于要照顧到硬度要求, 預熱

32、溫度不得超過700) , 保溫一定時間,鑄件出爐后立即施焊, 須保持鑄件在400以上焊接,填充材料為同質鑄鐵材料。常規(guī)焊接操作, 不錘擊焊道, 焊后及時修整焊縫并須保溫緩冷(重新回爐或表面加煤粉等)。該工藝本質上是在鑄件缺陷處用焊接熱造一汪鐵水“重新鑄造”。為補充有益元素燒損和促進石墨化, 要在填充材料中加入較母材內多量的合金(如碳、硅、錳及稀土等)。這種工藝較易操作, 焊接質量容易保證是其突出優(yōu)點。其缺點是勞動條件差, 焊修周期長, 設備投資大。較適合于大批量中小件鑄鐵焊接。熱焊用鑄鐵焊條典型的有“鑄248”和“鑄238”, 是較早用于生產(chǎn)中的兩種焊條。鑄248 是在母材成分基礎上添加大劑量

33、石墨化元素(如碳硅) , 多用于灰口鑄鐵焊接。鑄238 焊條是在鑄248 焊條基礎上再添加大劑量球化劑(如鎂等元素) , 適合于球墨鑄鐵件的焊接。氣焊用焊絲典型產(chǎn)品為“絲401”和“絲402”。兩者僅因石墨化元素多少分別用于灰口鑄鐵的熱氣焊和冷氣焊。以上焊接材料的不斷改進常借鑒鑄鐵熔煉原理, 主要是調整焊接材料的化學成分, 改變焊縫的石墨片形態(tài)、數(shù)量及基體類型, 不斷推出實用新型焊接材料, 如電焊條鑄238F、氣焊用釔基重稀土焊絲等。為保證“重新鑄造”順利進行, 熱焊鑄鐵在工藝上要求采用大功率焊接(如采用大電流、慢焊速, 連續(xù)焊) 。4.1.2 電弧冷焊電弧冷焊是指焊前對被焊鑄鐵件不預熱的電弧

34、焊，所以電弧冷焊可節(jié)省能源的消耗，改善勞動條件，降低焊補成本，縮短焊補周期，成為發(fā)展的主要方向。但正如前面所分析過的那樣，但焊縫為鑄鐵型時，冷焊焊接接頭易產(chǎn)生白口鑄鐵及淬硬組織，還易發(fā)冷裂紋。在冷焊條件下，首先要解決的問題是防止焊接接頭出現(xiàn)白口鑄鐵。解決途徑可從兩方面著手：一是進一步提高焊縫石墨化元素的含量，并加強孕育處理；二是提高焊接熱輸入量，如采用大直徑焊條、大電流連續(xù)焊工藝，以緩慢焊接接頭的冷速。這種工藝有助于消除或減少熱影響區(qū)出現(xiàn)馬氏體組織。焊縫的石墨化元素含量可以通過藥芯焊絲或焊條藥皮成分的變化在較大范圍內調整，在提高焊接熱輸入的配合下，使焊縫較容易避免白口鑄鐵的出現(xiàn)。而半熔化區(qū)原為

35、母材的成分，含碳、硅量都不高，而該區(qū)的一側緊靠冷金屬工件，冷速最快，故半熔化區(qū)形成白口鑄鐵的敏感性比焊縫更大。碳、硅都是強石墨化元素，研究工作表明，在冷焊條件下，焊縫含碳4.0%-5.5%、含硅3.5%-4.5%較理想?？梢钥闯?，冷焊時焊縫的（C+Si）比熱焊及半熱焊時明顯的提高了，達到7.5%-10%。過去一般都趨向于提高焊縫中含硅量，使其達到4.5%-7%，而把碳含量在3%左右。對于適當提高焊縫含碳量及適當保持焊縫含硅量較為理想。這是因為提高焊縫含碳量對減弱與消除半熔化區(qū)白口鑄鐵作用比提高硅有效，因為在液態(tài)時碳的擴散能力比硅強十倍左右。提高焊縫含碳量及延長半熔化區(qū)存在時間，通過擴散可大大提

36、高半熔化區(qū)含碳量，對減弱或消除半熔化區(qū)白口鑄鐵的形成非常有利。在碳、硅總量一定時，提高焊縫含碳量比提高焊縫含硅量更能減少焊縫收縮量，從而對降低焊縫裂紋敏感性有好處。焊縫的含硅量大于5%左右以后，由于硅對鐵素體固溶強化的結果，反而使焊縫硬度升高，而對碳來說不存在這個問題。在電弧冷焊時，僅靠調整焊縫碳與硅的含量，來提高焊縫石墨化能力，往往還不足以防止焊縫因快冷而產(chǎn)生白口鑄鐵。還必須對焊縫進行孕育處理，以加強其石墨化過程，使焊接熔池中生成適量的Ca、Ba、Al、Ti等高熔點硫化物或氧化物，它們能為異質的石墨晶核，從而促進更多石墨的生長，有助于減弱甚至消除焊縫的白口傾向。為減慢電弧冷焊時焊縫的冷速，以

37、防止焊接接頭產(chǎn)生白口鑄鐵組織，必須采用大電流、連續(xù)焊工藝。焊條直徑越粗，越有利于采用大電流。這種工藝有利于增大總的焊接熱輸入，以減慢焊縫及其熱影響區(qū)的冷速。除焊接工藝外，板厚及所焊補缺陷的體積都是影響焊接接頭冷速的重要原因。被焊補的鑄件越厚，液體焊縫及焊接熱影響區(qū)的冷速越快，焊接接頭形成白口鑄鐵及馬氏體的傾向越高?？s孔是鑄鐵件制造中常見的缺陷。對這種縮孔的焊補，即使采用大電流連續(xù)焊工藝，若縮孔體積很小，則總的焊接熱輸入不足，焊縫及熱影響區(qū)冷速很快，焊縫及半熔化區(qū)產(chǎn)生白口鑄鐵，熱影響區(qū)易出現(xiàn)馬氏體。隨著縮孔體積增大，總的焊接熱輸入量增多，焊縫及熱影響區(qū)冷速減慢，可使焊縫及熱影響區(qū)完全消除白口鑄鐵

38、及馬氏體。鑄鐵焊接熱影響區(qū)是否產(chǎn)生馬氏體，主要決定于該區(qū)加熱溫度最高區(qū)域，在800-500冷卻時10/s，可防止珠光體灰鑄鐵焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生馬氏體。應該指出的是，該值將隨灰鑄鐵的化學成分及基體組織變化而有些變化。過去焊接灰鑄鐵時，習慣于仍使焊縫成為片狀石墨的灰鑄鐵，但片狀石墨尖端會形成嚴重的應力集中，使焊縫強度較低，且基本無塑性變形能力，故在焊接拉伸應力作用下，焊縫易出現(xiàn)冷裂紋。這種使焊縫成為灰鑄鐵的焊條，在電弧冷焊情況下，只適用于缺陷處于拘束度較小的情況下的焊補。若焊補處于拘束度較大的缺陷，則焊縫易出現(xiàn)冷裂紋。4.1.3 影響灰鑄鐵焊縫組織的因素1.焊縫的冷卻速度當焊縫的冷卻速度很快且石墨化

39、能力不足時，液態(tài)鑄鐵焊縫按介穩(wěn)定系恭敬轉變后的組織為共晶滲碳體+奧氏體，繼續(xù)冷卻后，從奧氏體析出二次滲碳體，在共析轉變后，余下的奧氏體轉變?yōu)闈B碳體故快冷后最后形成的組織為共晶滲碳體+二次滲碳體+珠光體，這就是通常所說的白口鑄鐵。這種白口鑄鐵不僅硬度高，難以進行機械加工，且收縮率大又性脆，在焊接拉應力作用下，很容易形成冷裂紋，故必須防止焊縫形成白口鑄鐵。當焊縫冷卻速度很慢時，則液態(tài)焊縫按穩(wěn)定系共晶轉變后的組裝為共晶石墨+奧氏體。隨后的慢冷過程中從奧氏體析出二次石墨，在共析轉變時析出共析石墨+鐵素體，故其最后組織為石墨+鐵素體。當焊縫冷速介于以上兩種冷速之間時，其組織可分別為麻口鑄鐵，珠光體鑄鐵或

40、珠光體+鐵素體鑄鐵。麻口鑄鐵是一種白口鑄鐵到灰鑄鐵的過渡組織，既有共晶滲碳體，又有石墨，這是由于液態(tài)焊縫的共晶石墨化過程進行不充分所致。當焊縫冷卻速度減慢到足以使焊縫共晶轉變完全按穩(wěn)定系進行，則共晶石墨化過程得以充分進行，可消除共晶滲碳體。其隨后的工析轉變時的冷速，若不能使共析石墨化過程充分進行，得到珠光體+鐵素體的灰鑄鐵焊縫。若共析石墨化過程被抑制，則得到珠光體灰鑄鐵焊縫。2.焊縫的化學成分凡是促進液態(tài)鑄鐵共晶轉變石墨化的元素，均使鑄鐵穩(wěn)定系共晶溫度與介穩(wěn)定系共晶溫度的溫差擴大；而使這兩者溫差縮小的元素，則是促進共晶轉變白口化的。Fe-C相圖上穩(wěn)定系共晶溫度只比介穩(wěn)定系共晶溫度高6度，這樣小

41、的兩種共晶溫度差，很容易使鑄鐵鐵液按介穩(wěn)定系共晶轉變進行而形成白口鑄鐵。3 焊縫的孕育處理在焊條藥皮或藥芯焊絲的焊芯中加入少量具有強烈脫硫或脫氧作用的元素（Ca，Ba，Al等）通過焊接冶金反應，使焊接熔池的鑄鐵鐵液中形成較多而細小的高熔點的氧化物或硫化物，它們可作為鑄鐵鐵液的異質石墨晶核，促進焊縫石墨化過程，這就是通常所說的孕育處理。異質焊縫又稱為非鑄鐵焊縫。電弧冷焊是鑄鐵焊接中最常用的方法。因鑄件在焊接中不需要預熱，使焊接工藝過程大大簡化，不僅降低了焊接成本，而且是焊接操作者的工作條件得到改善。非鑄鐵型焊縫或異質焊縫，按其焊縫金屬的性質可分為鋼基、銅基及鎳基?；诣T鐵含碳及有害雜質S、P高，在

42、與母材接觸的第一、二層異質焊縫金屬中，必然會有鑄鐵母材過度進去一定的C、S、P，從而易使焊縫產(chǎn)生熱裂紋、冷裂紋及淬硬組織。另外，通過擴散過程，焊縫金屬的成分對木材辦融化渠道白口帶寬度有很大影響，進而影響焊接接頭的可加工性。由于灰鑄鐵的強度低塑性差，異質焊縫金屬的收縮率、膨脹系數(shù)、抗拉強度、屈服強度及塑性的高低，對裂紋的發(fā)生都有重要影響。下面分別介紹鋼基、銅基、鎳基三種焊縫的灰鑄鐵電弧冷汗焊接材料。4.2 異質（非鑄鐵型）焊縫的電弧焊焊接材料與工藝4.2.1 異質焊縫的電弧焊焊接材料1 鋼基焊縫中的電弧焊焊接材料 利用普通低碳鋼焊條焊接鑄鐵時，寒風出現(xiàn)熱裂紋、冷裂紋及淬硬組織，辦熔化區(qū)的白口寬度

43、較大，基于這種情況，普通低碳鋼焊條雖便宜易得，但用于焊接鑄鐵時，其焊接質量是難能令人滿意的。人們又是用于焊補質量要求不高的場合。另外在焊補厚大件裂紋時，先在坡口兩側用鎳基鑄鐵焊條（焊接接頭需加工）或高釩鑄鐵焊條（焊接接頭不加工）預堆二層，然后用較便宜的低碳鋼焊條分層焊接，在工業(yè)上有一定的應用，但應注意防止剝離性裂紋的發(fā)生。 EZFe-1純鐵焊條。該型號焊條（市售牌號Z100）是純鐵芯w(C)0.04%氧化性藥皮鑄鐵焊條，藥皮中含有較多赤鐵礦、大理石等強氧化性物質。其目的是通過碳的氧化反應來降低焊縫中的含碳量。但焊接冶金反應主要是在熔滴過渡過程中進行，在焊接熔池中反應較弱。而碳主要來自鑄鐵母材，

44、純鐵芯含碳量甚低。且在熔池中進行碳的氧化反應是放熱反應，易使熔深有所增加。故采用此種焊條焊接鑄鐵時，第一層焊縫含碳量雖有所降低，在小熱輸入焊接時w（C）平均為0.7%左右，焊縫仍屬于高碳鋼，第一層焊縫硬度可達4050HRC。半熔化白口較寬，一般為0.2mm，故焊接接頭無法加工。焊縫仍以發(fā)生熱裂紋及冷裂紋。該焊條多層焊時脫渣困難。這種焊條在修復經(jīng)常在高溫工作的灰鑄鐵鋼錠模出現(xiàn)的缺陷上有所應用，有時也用于不要求加工、致密性及受力較低的缺陷部位焊補。 EZFe-2碳鋼焊條。該型號焊條（市售牌號Z122Fe）是低碳鋼芯鐵粉型焊條，藥皮為低氫型。藥皮中加入了一定的低碳鐵粉。加入鐵粉的目的，仍然是為了降低

45、焊縫的含碳量。通過藥皮加入一定的低碳鐵粉，不僅可使第一層寒風中焊條融入量相對增加，有利于降低焊縫平均含碳量，而且使電弧熱更多地用于熔化焊條，用于熔化鑄鐵母材的熱量相對有所減少，加之焊條藥皮含一定鐵粉量后，藥皮也能導電，并與工件間產(chǎn)生電弧，使電弧熱比較分散，這二點均為減少母材熔深有一定作用。利用此種焊條焊接灰鑄鐵，在采用小焊接熱輸入情況下，可使單層焊縫的w（C）=0.46%0.56%，屬于中碳鋼上限范圍。焊縫硬度仍高，母材半熔化區(qū)白口層較寬，難于加工。故該種焊條只能用于鑄鐵件非加工面焊補。雖焊縫含碳量有所降低，但消除裂紋仍然是困難的。 EZV型高釩焊條。該型號焊條（市售牌號有Z116、Z117）

46、是低碳鋼芯、低氫型藥皮的高釩鑄鐵焊條。焊條的熔敷金屬中含w（V）為11%左右，加入釩的目的仍然是為了消除焊縫中碳的有害作用。釩是強烈碳化物形成元素，與碳結合后生成碳化物。當VC比例合適時，焊縫中的碳幾乎完全與釩結合而生成彌散狀分布的碳化釩，焊縫基體組織則為鐵素體。這種焊條的最大優(yōu)點是焊縫具有優(yōu)越的抗熱裂紋及冷裂紋性能。單層焊縫的硬度低（230HBS），焊縫金屬具有很高的塑性性能，其伸縮率可達28%36%，其焊縫抗拉強度可達558MPa左右。其焊縫屈服強度也高，可達343MPa，比灰鑄鐵焊接強度高很多。當焊補面積較大時，往往在焊縫與母材交界處出現(xiàn)裂紋。由于釩是強烈碳化物形成元素，故釩從焊縫一側而

47、碳從焊縫一側各自向熔合線擴散過來，形成了主要由碳化釩顆粒組成的一條非常窄的帶，該帶硬度較高，加之利用該種焊條焊接灰鑄鐵時，半熔化區(qū)的白口帶仍較寬，故焊接接頭加工性不及鎳基焊條。多層焊時，接頭加工性有一定改善，這種焊條仍主要用于鑄鐵非加工面焊補。Z117需用直流焊接電源，Z116可用交、直流焊接電源，用交流時，空載電壓要高一些。2 銅基焊縫的電弧焊焊條銅與碳不形成碳化物，也不溶解碳，彼此之間不形成高硬度組織，銅的Ts及屈服極限低，且塑性特別好，在灰鑄鐵焊接時銅基焊縫對防止焊縫發(fā)生冷裂紋及防治焊接接頭發(fā)生剝離性裂紋會起著有利的作用。鐵在銅中的溶解度情況如下：1083（銅的熔點）時為4%，650為0

48、.2%，室溫時溶解度更低，故室溫時，銅與鐵形成機械混合物。用純銅電焊條焊接灰鑄鐵的結果并不理想，主要存在下列兩個問題。一是焊接頭抗拉強度低，一般只達到7898MPa，相當于灰鑄鐵的一半；二是純銅焊縫為單相組織，形成粗大柱晶，焊縫對熱裂紋較敏感，在銅基焊縫中含有一定量的鐵有利于上述二個問題的解決。例如當銅基焊縫中的銅鐵比為80：20時，灰鑄鐵焊接接頭的抗拉強度可達147196 MPa，基本與母材接近。純銅焊縫的抗熱裂紋性能差，發(fā)生熱裂紋的臨界變形速度為10mmmin，而當焊縫金屬的銅鐵比為80：20時，發(fā)生熱烈紋的臨界變形速度可提高到745 mmmin。但若進一步增大焊縫的鐵含量，焊縫塑性下降，

49、易發(fā)生冷裂紋?；谏鲜龅脑?，我國目前生產(chǎn)的銅鐵鑄鐵焊條的銅鐵比一般均為80：20。銅基焊縫加入一定量的鐵能提高焊縫抗熱裂紋性能的原因是因為銅的熔點低（1083），而鐵的熔點高（1530），故熔池結晶時先析出鐵的相，這樣當溫度下降銅開始結晶時，焊縫為雙相組織，故有利于提高其抗熱裂紋性能。銅基焊縫中機械混合著一定量的高硬度富鐵相，增大了焊縫變形抗力，故抗拉強度有所上升，我國目前生產(chǎn)的銅鐵鑄鐵焊條有下列三種。雖國標GBT 100442006新標準未將它們列入，但生產(chǎn)上一直在應用，應予以介紹，故只能用市售牌號予以介紹。 Z607焊條。Z607是以純銅為焊芯，藥皮為低氫型，藥皮中含有較多的低碳鐵粉，所

50、以有時簡稱銅芯鐵粉焊條。熔敷金屬中銅鐵比一般為80：20。該焊條具有較高的抗熱裂紋及抗冷裂紋性能。由于銅基焊縫的Ts低于灰鑄鐵的Ts，故焊補較大缺陷時也不易在焊接接頭融合區(qū)出現(xiàn)剝離性裂紋。由于在常溫下鐵在銅中的溶解度極小，故焊縫中銅與鐵是以機械混合物存在。在第一層焊縫中，即使采用小電流，鑄鐵母材在焊縫中所占比例也在13左右，母材中的鐵及碳較多地熔入焊縫中。由于銅不溶解碳，也不與碳形成碳化物，故碳全部與母材及焊條熔化后的鐵結合，在焊接快速冷卻下，形成了銅基焊縫中機械混合著馬氏體，托氏體等高硬度組織。焊縫加工性不良。由于銅是弱石墨化元素，半熔化區(qū)白口仍較寬，故整個焊接接頭加工性不良，主要用于拘束度

51、較大部位的缺陷焊補，例如透孔焊補等。 Z612焊條。Z612系銅包鋼芯，鈦鈣型藥皮鑄鐵焊條，熔敷金屬中含銅大于70%，余為鐵。該焊條特性基本如上述的Z607焊條。主要用于非加工面焊補?；谏鲜龈拍?，有的工廠簡單地自制銅鋼焊條，即將一定厚度及寬度的純銅帶螺旋式遞進緊緊纏在E5015或E5016低碳鋼焊條上，并使該種焊條的銅鋼比保證在70%以上。 T227焊條。T227焊條是錫磷青銅為焊芯、藥皮為低氫型的銅合金電焊條，該焊條原來主要用于堆焊磷青銅耐磨件。熔敷金屬的化學成為（Sn）=7.0%9.0%，（P）0.3%，余量為銅，熔敷金屬的抗拉強度270 MPa，伸長率20%。該焊條的特點是熔點低（10

52、27），焊接工藝適當時，母材熔深較淺，焊縫是由錫青銅為基體，其中機械混合少量硬度較高的富鐵相組成，白口區(qū)較窄，焊接接頭可以進行加工，但仍不如鎳基焊條，焊縫有較高的抗裂紋性能。銅基焊縫的顏色與灰鑄鐵相差很大，故對焊補區(qū)有顏色一致或相近要求時，不宜采用。3 鎳基焊縫的電弧焊焊條鎳是奧氏體形成元素，它擴大相區(qū)，鎳和鐵能以任何比例相互固溶。當鐵鎳合金中（Ni）30%時，相區(qū)可以擴展到室溫而不發(fā)生相變，從高溫到室溫一直保持相（奧氏體）組織，且硬度較低，鎳和碳不形成碳化物。在高溫時，鎳及鎳基合金可以溶解一定量的碳，隨溫度下降，一部分過飽和碳以石墨析出，碳的析出過程伴隨著體積膨脹，有利于降低焊接應力。鎳是較

53、強的石墨化元素，而且高溫時，擴散系數(shù)大，高溫時鎳的擴散系數(shù)隨鎳基合金中含鎳量增加而增大，這對鎳基焊縫中的鎳向鑄鐵母材半熔化區(qū)擴散，縮小白口區(qū)寬度，改善焊接接頭加工性會起著非常有利的作用。焊縫含鎳量越高，白口寬度越窄，因此對鎳基鑄鐵焊接材料的應用受到人們的重視。 我國新修訂的國家標準GBT 100442006鑄鐵焊條及焊絲，參考美國ANSIAWSA5.151990鑄鐵焊接用焊條和焊絲規(guī)程，增加了鑄鐵焊接用鎳基焊條的品種，.按熔敷金屬中主要元素分類，可分為EZNi、EZNiFe、EZNiFeCu、EZNiCu及EZNiFeMn五種類型，有些類型的焊條最后還用數(shù)字表示細分類，如EZNi-1、EZNi

54、-2及EZNi-3等，其熔敷金屬化學成分有一些變化，但上述我國新標準與美國規(guī)程均未對熔敷金屬化學成分一些變化的目的加以說明，使用戶選用帶來困難。參考其他國家資料，其目的主要是調整熔敷金屬的力學性能。所有鎳基鑄鐵焊條均采用石墨型藥皮，也就是說，藥皮中含有較多的石墨，鎳基鑄鐵焊條采用石墨型藥皮是基于以下幾點理由： 石墨是強脫氧劑，藥皮中含有適量石墨，可防止焊縫發(fā)生氣孔。 析Ni-Fe-C相圖可知，在Ni-Fe-C三元合金中，適當?shù)奶伎梢钥s小液-固線結晶區(qū)間，也就是縮小高溫脆性溫度區(qū)間，從而有利于提高焊縫抗裂紋能力。 碳的析出，降低了焊縫的收縮應力，有利于降低熱影響區(qū)熔合線附近發(fā)生冷裂紋的傾向。 有

55、利于降低半熔化區(qū)中的碳向焊縫擴散程度，進一步降低該區(qū)白口寬度。鎳基鑄鐵焊條的最大特點是焊縫硬度較低，半熔化區(qū)白口層薄，且呈斷續(xù)分布故適用于加工面焊補，鎳基焊縫的顏色與灰鑄鐵母材相接近，是其另一特點。基鑄鐵焊條對熱裂紋較敏感。當鎳基焊縫中含有適量的碳、稀土及細化晶粒時，可明顯提案高其抗裂紋能力。要使鎳基鑄鐵焊條的熔敷金屬的石墨不成片狀，而成球狀才能使熔敷金屬的力學性能大為提高，也需要熔敷金屬中含有微量稀土作為石墨球化劑。鎳基焊條價格貴，應主要用于加工面焊補。工件厚時或缺陷面積較大時，可先用鎳基焊條在坡口上堆焊二層作過渡層，中間熔敷金屬可采用其他較便宜的焊條，以節(jié)約焊補費用。我國目前生產(chǎn)的鎳基鑄鐵

56、焊條主要有以下幾種， EZNi型焊條：該號焊條（市售牌號為Z308）是純鎳（Ni） 85%焊芯、石墨型藥皮的鑄鐵焊條。這種焊條的最大特點是其電弧冷焊焊接接頭的可加共性優(yōu)異，焊接工藝正確時其鑄鐵母材上半熔化區(qū)的白口帶寬度一般為 0.05mm左右，比所有其他鑄鐵焊條都窄，并呈斷續(xù)分布，熱影響區(qū)的硬度 250HBW，硬度焊縫一般為130170 HBW。焊縫金屬抗拉強度240MPa，并具有一定的塑性性能，其灰鑄鐵焊接接頭的抗拉強度可達147196 MPa，與灰鑄鐵HT150及HT200相當，焊縫顏色基本與母材接近，配合適當焊接工藝，焊條抗裂性能好。適當調整焊縫化學成分，可使熔敷金屬抗拉強度達426 M

57、Pa，伸長率可達12.4%，可以滿足鑄態(tài)鐵素體球鐵焊接的要求，但這種焊條也是鑄鐵焊條中最貴的焊條，應該在其他鑄鐵焊條不能滿足要求時才選用。主要用于對焊補后加工性要求高的加工面焊補。 EZNiFe型焊條：該型號焊條市售牌號為Z408，是鎳鐵合金（Ni）=45%60%焊芯、石墨型藥皮的鑄鐵焊條。由于鐵的固溶強化作用，故該焊條的熔敷金屬力學性能較高，其抗拉強度可達390540 MPa，伸長率一般大于10%。焊接灰鑄鐵時，焊接接頭均斷在母材上，焊接球鐵時焊接接頭抗拉強度可達400 MPa左右。故該焊條主要用于高強度灰鑄鐵及鐵素體或鐵素體加珠光體基體球墨鑄鐵焊接。通過對焊縫加入微量Nb、Ti等，形成NbC、TiC等對焊縫金屬的彌散強化及細晶強化，可使焊縫金屬的抗拉強度達632 MPa，屈服強度達415 MPa，伸長率達7.35%。可滿足以珠光體加鐵素體為基體的QT600-3球鐵力學性能的要求。該焊條焊縫金屬抗裂性能優(yōu)于純鎳及鎳銅鑄鐵焊條。這是由于NI55、Fe45的鎳鐵合金的膨脹系數(shù)與鑄鐵相近，有利于降低焊接應力，焊縫的硬度為160210 HBW。由于焊縫金屬含鎳量不及純鎳焊條高，在合適焊接工藝下，其半熔化區(qū)白口寬度一般為0.1mm左右，熱影響區(qū)最高硬度300 HBW，故焊接接頭