焊接工程基礎(chǔ)(第二篇)2合金結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵的焊接

第四章合金結(jié)構(gòu)鋼

和鑄鐵的焊接當(dāng)前第1頁\共有62頁\編于星期三\5點第一節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

一、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類

合金結(jié)構(gòu)鋼是在普通碳素鋼中添加了某些合金元素以滿足相關(guān)條件及性能的鋼種。它分為強度用鋼和特殊用鋼。

1、強度用鋼——亦稱高強鋼，其屈服強度σs≥290MPa，抗拉強度σb≥440MPa。按屈服點的高低及熱處理情況，分為：

當(dāng)前第2頁\共有62頁\編于星期三\5點

a、熱軋正火鋼——含碳量Wc＜0.2%，通過熱軋或正火依靠固溶強化、增加珠光體的數(shù)量、細化晶粒及沉淀強化提高強度。

b、低碳調(diào)質(zhì)鋼——其含碳量Wc≤0.25%，主要依靠淬火和高溫回火（調(diào)質(zhì)）來提高強度和塑韌性。

c、中碳調(diào)質(zhì)鋼——其含碳量Wc＞0.3%，屈服強度σs可達880MPa，也是依靠淬火和高溫回火（調(diào)質(zhì)）來提高強度和塑韌性。但由于含碳量較高，故其韌性較低，焊接性較差。當(dāng)前第3頁\共有62頁\編于星期三\5點

2、特殊用鋼：按使用環(huán)境和性能，特殊用鋼分為珠光體耐熱鋼、低合金耐蝕鋼和低溫鋼。a、珠光體耐熱鋼——為Wc≤0.25%，加入了Mo和Cr的亞共析鋼。其高溫強度好，高溫性能穩(wěn)定，抗氧化性好，主要用于熱動力設(shè)備和石油化工設(shè)備的高溫元件。b、低合金耐蝕鋼——在熱軋或正火狀態(tài)下使用，要求綜合力學(xué)性能和耐蝕性良好，主要為用于石油化工設(shè)備的含鋁耐蝕鋼和用于耐海水或大氣腐蝕的含磷、銅耐蝕鋼。c、低溫鋼——在正火或正火回火狀態(tài)下使用，要求低溫韌性好，常在-40~-196℃的低溫下工作，分為無鎳鋼和含鎳鋼。當(dāng)前第4頁\共有62頁\編于星期三\5點二、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性

1、合金結(jié)構(gòu)鋼常見的焊接缺陷a、結(jié)晶裂紋——在焊接凝固后期，焊縫中的低熔點共晶在晶界形成液態(tài)薄膜，在拉伸應(yīng)力作用下沿晶界開裂形成。結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生與焊縫中的雜質(zhì)如S、P、C等有關(guān)，這些元素均為結(jié)晶裂紋形成元素，故應(yīng)嚴格控制。

Mn可以脫S；隨含C量的增加，應(yīng)提高Mn/S比。當(dāng)前第5頁\共有62頁\編于星期三\5點

選用低氫型焊條或選用超低碳焊絲配合高硅高錳焊劑進行埋弧焊，在提高焊縫含錳量的同時降低碳、硫含量，均是防止結(jié)晶裂紋的有效措施。圖1焊縫中C、Mn、S含量對角焊縫結(jié)晶裂紋的影響當(dāng)前第6頁\共有62頁\編于星期三\5點

b、液化裂紋——在多層焊接情況下，由于焊接熱循環(huán)的作用，近縫區(qū)金屬晶界的低熔點共晶發(fā)生局部熔化，在拉伸應(yīng)力的作用下而產(chǎn)生。

c、冷裂紋——由于焊縫中的擴散氫含量、接頭的拘束程度以及金屬的淬硬組織的影響而導(dǎo)致焊接后焊縫中出現(xiàn)的裂紋。當(dāng)前第7頁\共有62頁\編于星期三\5點d、再熱裂紋——為降低焊接應(yīng)力，減小脆性破壞傾向，構(gòu)件在焊接后應(yīng)進行去應(yīng)力處理。但在消除焊接應(yīng)力的處理過程中，含有沉淀強化相的一些元素（Cr、Mo、V、Ni）可能會在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)產(chǎn)生再熱裂紋。為防止再熱裂紋，必須提高預(yù)熱溫度。

e、熱影響區(qū)脆化——在焊接過程中，由于大熱量的影響，導(dǎo)致焊接區(qū)在結(jié)晶時容易形成晶粒粗大且易脆化的組織。為避免熱影響區(qū)脆化，常采用小熱量輸入、降低含碳量。當(dāng)前第8頁\共有62頁\編于星期三\5點

2、合金結(jié)構(gòu)鋼的組織性能與焊接性分析a、熱軋正火鋼

熱軋正火鋼中的合金元素總量小于3%，主要為Si、Mn，該元素不僅可固溶強化鐵素體,還可使鐵—碳相圖中的共析點向低碳方向移動，從而增加珠光體的相對量，以提高鋼的強度。在冶煉時作為鎮(zhèn)靜劑加入的Al可形成AlN以細化晶粒，其室溫的組織為細晶粒鐵素體加珠光體，故可在熱軋狀態(tài)下使用。

當(dāng)前第9頁\共有62頁\編于星期三\5點Q345(16Mn)是應(yīng)用最廣的熱軋鋼。若在其中加入V、Nb等元素，能與鋼中的C、N形成碳化物和氮化物，進一步細化晶粒，提高鋼的綜合性能。

若要進一步提高熱軋鋼（σs=294—343MPa）的強度至390MPa以上時，必須在鋼中加入沉淀強化的元素（如V、Ni、Ti、Mo等），并進行正火使合金元素沉淀強化以提高強度，形成正火鋼。當(dāng)前第10頁\共有62頁\編于星期三\5點熱軋正火鋼由于含碳量較低，鋼中的Mn/S比較大，其焊接性良好，一般情況下不會生產(chǎn)結(jié)晶裂紋和液化裂紋。但如果母材中的含碳量偏高，且對S、P控制不嚴，也會產(chǎn)生結(jié)晶裂紋；在熱軋正火鋼中，隨著強度的提高和冷卻速度的加快，產(chǎn)生冷裂紋的傾向增加。故對強度較高的熱軋正火鋼，焊接時一般要求預(yù)熱；熱軋正火鋼若采用大熱量輸入焊接，由于過熱區(qū)的奧氏體晶粒粗大，冷卻時易形成粗大的魏氏組織產(chǎn)生脆化，故盡量采用小熱輸入焊接。當(dāng)前第11頁\共有62頁\編于星期三\5點魏氏組織：在含碳量小于0.6%的亞共析鋼和含碳量大于1.2%的過共析鋼中，由高溫快速冷卻時，先共析的鐵素體或滲碳體便沿著奧氏體的一定晶面呈針片狀析出，由晶界插入晶粒內(nèi)部，這種組織即為魏氏組織。圖2過共析鋼中的魏氏組織當(dāng)前第12頁\共有62頁\編于星期三\5點魏氏組織是一種過熱缺陷，過熱鋼在空冷后容易形成魏氏組織；奧氏體晶粒越粗大，越容易形成魏氏組織，其對基體的割裂作用將嚴重降低材料的韌性。一般通過退火或正火消除魏氏組織。圖3亞共析鋼中的魏氏組織當(dāng)前第13頁\共有62頁\編于星期三\5點熱軋正火鋼適合于各種焊接方法，主要采用焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護焊等。采用焊條電弧焊時，對于焊接強度較低、裂紋傾向不大的熱軋鋼，可選用鈦—鈣型焊條或低氫型焊條；對強度級別高的鋼材，宜選用低氫型焊條；采用埋弧焊時，對強度級別不高、接頭厚度不大的熱軋正火鋼，可選擇高硅高錳焊劑，并配合不含或少含Mn、Si的焊絲；對強度級別較高、接頭厚度較大的熱軋正火鋼，可選擇中硅焊劑，并配合含Mn合金焊絲，以保證足夠強度。當(dāng)前第14頁\共有62頁\編于星期三\5點熱軋鋼的焊接接頭可在焊態(tài)下直接使用，不需要進行焊后熱處理；正火鋼的焊接接頭在焊接后應(yīng)及時進行消除應(yīng)力處理，以防止裂紋。

若焊接組織中存在魏氏組織，必須進行正火和回火處理，以細化組織。對含Mo、V的焊接接頭進行消除應(yīng)力處理時，應(yīng)注意防止再熱裂紋的形成。當(dāng)前第15頁\共有62頁\編于星期三\5點b、低碳調(diào)質(zhì)鋼若要使鋼的屈服強度σs達到490—980MPa的水平，僅依靠固熔強化、沉淀強化已不能滿足要求，還必須通過淬火、高溫回火的調(diào)質(zhì)處理進行強化才能獲得良好的綜合性能。

低碳調(diào)質(zhì)鋼中一般都添加了提高鋼的淬透性和馬氏體回火穩(wěn)定性的合金元素如Mn、Cr、Ni、Si、V、Mo、Ti、Nb等，其結(jié)晶裂紋敏感性小，脆性傾向小，焊接性好，焊后可不經(jīng)熱處理直接使用。當(dāng)前第16頁\共有62頁\編于星期三\5點低碳調(diào)質(zhì)鋼的冷裂紋敏感性較大，但若能在低碳馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度附近（390℃）慢冷，可形成韌性較好的回火馬氏體，即可避免產(chǎn)生冷裂紋。反之，若快冷，易產(chǎn)生冷裂紋。為防止冷裂紋的產(chǎn)生，還需對焊接接頭中的氫含量進行控制，并采取預(yù)熱、控制多層焊縫層間的溫度等措施。多采用鎢極氬弧焊和熔化極氣體保護焊，并盡量減少焊接熱輸入。由于低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接后一般不需熱處理，故焊條的選擇應(yīng)盡量接近母材。焊條電弧焊時常選用低氫型焊條；埋弧焊時常采用中硅焊劑。當(dāng)前第17頁\共有62頁\編于星期三\5點c、中碳調(diào)質(zhì)鋼

欲使鋼的屈服強度高于880MPa，必須提高含碳量至0.25-0.45%，并進行淬火加回火處理。淬火后為馬氏體組織；高溫回火后為回火索氏體，低溫回火后為回火馬氏體。

中碳調(diào)質(zhì)鋼主要有Cr-Mo系、Cr-Ni-Mo系和Cr-Mn-Si系調(diào)質(zhì)鋼。其中的合金元素總量約為3-7%。由于其含碳量和合金元素量較高，故鐵素體的固熔強化和合金滲碳體的彌散強化效果優(yōu)于低碳調(diào)質(zhì)鋼，其強度也更高。

30CrMnSiA是應(yīng)用較廣的中碳調(diào)質(zhì)鋼。當(dāng)前第18頁\共有62頁\編于星期三\5點中碳調(diào)質(zhì)鋼由于含碳量和合金元素量較高，結(jié)晶區(qū)較寬，易產(chǎn)生偏析，淬硬性和產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向較大，冷裂紋的敏感性也較大，易產(chǎn)生熱影響區(qū)脆化。焊接時，應(yīng)盡量選擇碳含量低，P、S雜質(zhì)少的焊接材料；焊前應(yīng)預(yù)熱，冷卻時盡量慢冷，焊后應(yīng)及時進行回火處理，預(yù)熱溫度及焊后回火溫度均應(yīng)比母材的回火溫度低50℃以下；焊接時應(yīng)減少熱輸入，最好采用氬弧焊。當(dāng)前第19頁\共有62頁\編于星期三\5點d、珠光體耐熱鋼

珠光體耐熱鋼是以Cr-Mo為基的低中合金鋼，屬亞共析鋼，其合金總量小于5%，在600℃以下具有良好的抗氧化性和熱強性，并具有一定的抗硫腐蝕性能和抗氫腐蝕性能。

珠光體耐熱鋼常采用焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護焊等焊接方法。采用焊條電弧焊時，一般用Mo或Cr-Mo耐熱鋼焊條；采用埋弧焊時，常用低錳中硅HJ250或中錳中硅HJ350作為焊劑，用H08CrMoA、H10CrMo、H08CrMoVA為焊絲。當(dāng)前第20頁\共有62頁\編于星期三\5點珠光體耐熱鋼在焊接過程中有出現(xiàn)冷裂紋和再熱裂紋的傾向，為此，應(yīng)盡可能選擇小熱輸入，并采用預(yù)熱的方法。當(dāng)前第21頁\共有62頁\編于星期三\5點e、低溫鋼低溫鋼要求在-40~-196℃的低溫工作溫度范圍內(nèi)有良好的韌性，為此，必須控制增加鋼脆性的C、P、S元素含量，增加有利于提高低溫韌性的Mn、Ni含量，并細化晶粒。低溫鋼分無Ni鋼和含Ni鋼兩類，由于無Ni鋼的碳和雜質(zhì)量較低，不易產(chǎn)生裂紋，但容易晶粒粗化降低韌性，故在選擇焊接材料時應(yīng)盡量選擇或添加含有Mn、Cu、Mo、Nb、Ti等提高韌性及細化晶粒元素的材料。在工藝上選擇小熱輸入和快速多道焊工藝。當(dāng)前第22頁\共有62頁\編于星期三\5點f、耐蝕鋼

分為含鋁低合金耐蝕鋼和含磷低合金耐蝕鋼。

含鋁低合金耐蝕鋼：第一類：WAl≤0.5%，可抗石油腐蝕；焊接性好。第二類：WAl≈1%，抗腐蝕性更優(yōu)良；第三類：WAl=2-3%，在高溫高壓下耐蝕性優(yōu)良。第二、三類鋼焊接時易產(chǎn)生鋁的分布不均及鐵素體脆化問題。為此，含鋁低的耐蝕鋼常選不含鋁的Mo-V焊條；含鋁較高的耐蝕鋼選Cr-Ni焊條或Mn-Al焊條。焊接時采用小熱輸入和多層多道焊，避免過熱，減少脆化。當(dāng)前第23頁\共有62頁\編于星期三\5點

含磷低合金耐蝕鋼：

含磷低合金耐蝕鋼常用的牌號為09MnCuPTi、09CuPCrNi，其含碳量低，焊接時的冷裂紋敏感性小，但Cu和P在晶界偏析易出現(xiàn)脆化和液化裂紋傾向，故焊接時宜采用小熱輸入。當(dāng)前第24頁\共有62頁\編于星期三\5點

三、典型合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接工藝1、Q345(16Mn)鋼的焊接工藝

Q345(16Mn)鋼是典型的熱軋鋼。板厚小于30mm的焊件，焊前一般可不預(yù)熱。Q345鋼的淬硬傾向比低碳鋼稍大，在低溫下，或在大剛度大厚度結(jié)構(gòu)上焊接時，為防止出現(xiàn)冷裂紋，仍需采取預(yù)熱措施。當(dāng)前第25頁\共有62頁\編于星期三\5點

a、焊條電弧焊工藝：可采用V形或U形坡口。

使用焊條：E5003(J502)、E5001(J503)、E5016(J506)、E5015(J507)等。

焊條烘干規(guī)范：E5003、E5001，120-150℃/1h;E5016、E5015，350-400℃/2h。

焊接工藝參數(shù)：使用φ4mm焊條時，焊接電流160-180A,電弧電壓21-22V；使用φ5mm焊條時，焊接電流210-240A,電弧電壓23-24V。

預(yù)熱溫度：使用E5003、E5001酸性焊條時，當(dāng)板厚大于20mm，應(yīng)預(yù)熱至100℃以上；使用E5015、E5016堿性焊條時，當(dāng)板厚大于32mm，應(yīng)預(yù)熱至100℃以上。當(dāng)前第26頁\共有62頁\編于星期三\5點

b、埋弧焊工藝：可采用Ⅰ形、V形或U形坡口。

適用焊絲：H08MnA、H10Mn2。

適用焊劑：HJ431、HJ350、SJ301。

焊劑烘干規(guī)范：HJ431，250-300℃/2h；SJ301，300-350℃/2h。焊接工藝參數(shù)：使用φ4mm焊絲時，焊接電流600-680A,電弧電壓34-38V，焊接速度20-30m/h；使用φ5mm焊絲時，焊接電流650-720A,電弧電壓36-40V，焊接速度25-32m/h。

預(yù)熱溫度：當(dāng)板厚大于50mm，預(yù)熱溫度為100-120℃。當(dāng)前第27頁\共有62頁\編于星期三\5點

焊后熱處理：對于低合金高強鋼結(jié)構(gòu)，接頭最大厚度超過50mm的重要承載部件，焊后需作消除應(yīng)力處理，溫度600-650℃，保溫時間2.5min/mm。對于壓力容器的預(yù)熱焊部件（壁厚大于34mm）及不預(yù)熱焊部件（壁厚大于30mm）時，要求作焊后清除應(yīng)力處理，最佳消除應(yīng)力處理溫度為600-620℃，保溫時間3min/mm，加熱速度為150-200℃/h。當(dāng)前第28頁\共有62頁\編于星期三\5點2、13MnNiMoNb鋼厚板的焊接工藝：13MnNiMoNb鋼是典型的低碳調(diào)質(zhì)鋼，是以Mn、Mo、Nb為主要合金元素的中溫厚壁壓力容器用鋼。該鋼具有較好的力學(xué)性能，可在450℃以下的各種溫度下工作。

a、焊條電弧焊工藝：

坡口選擇：可采用V形或U形坡口。

使用焊條：E6015(J607)、E6016(J606)。

焊條烘干規(guī)范：350-400℃/h。

焊接工藝參數(shù)：使用φ4mm焊條時，底層焊道焊接電流140A,電弧電壓23-24V，填充焊道焊接電流160-170A；使用φ5mm焊條時，填充焊道焊接電流220-230A,電弧電壓23-24V。當(dāng)前第29頁\共有62頁\編于星期三\5點預(yù)熱溫度：板厚大于10mm時，應(yīng)預(yù)熱至150-200℃，并保持層間溫度不低于150℃；板厚大于90mm時，焊后應(yīng)立即進行350-400℃/2h的消氫處理。焊后消除應(yīng)力處理：對于鋼結(jié)構(gòu)，厚度超過30mm的承載部件，焊后需作消除應(yīng)力處理。對于受壓容器，不預(yù)熱時，任何厚度的受壓部件焊后均需作消除應(yīng)力處理；需要預(yù)熱時，如果受壓部件的厚度大于20mm時，焊后也要作消除應(yīng)力處理，最佳的消除應(yīng)力處理溫度范圍為600-620℃。當(dāng)前第30頁\共有62頁\編于星期三\5點b、埋弧焊工藝：

坡口選擇：可采用Ⅰ形、V形或U形坡口。

適用焊絲：H08Mn2Mo。

適用焊劑：HJ350、SJ101。

焊劑烘干規(guī)范：HJ350，350-400℃/2h；SJ101，300-350℃/2h。焊接工藝參數(shù)：焊絲直徑為φ4mm，焊接電流600-650A,電弧電壓36-38V，焊接速度25-32m/h。

焊前預(yù)熱溫度：板厚大于20mm時，預(yù)熱至150-200℃，保持層間溫度不低于150℃，消氫處理和焊后消除應(yīng)力處理規(guī)范與焊條電弧焊相同。焊后應(yīng)做100%的超聲波探傷，焊縫作磁粉探傷。當(dāng)前第31頁\共有62頁\編于星期三\5點第二節(jié)鑄鐵的焊接

一、鑄鐵的種類鑄鐵是含碳量大于2%的鐵碳合金。按碳的存在形式可分為白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵，碳分別以滲碳體、片狀、團絮狀、圓球狀和蠕蟲狀形式存在。其中，球墨鑄鐵的力學(xué)性能最高，灰鑄鐵的應(yīng)用最廣。當(dāng)前第32頁\共有62頁\編于星期三\5點

二、灰鑄鐵的焊接性灰鑄鐵由于含碳量高，含P、S等雜質(zhì)多，強度低，塑性差，故其焊接性差，易出現(xiàn)冷裂紋和熱裂紋。

1、冷裂紋當(dāng)焊縫為鑄鐵時，由于焊縫中石墨片的存在，減少了焊縫的有效承載面積，石墨兩端存在著嚴重的應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過灰鑄鐵的強度極限時，就會產(chǎn)生裂紋。該裂紋常發(fā)生在400℃以下的焊縫及熱影響區(qū)上。當(dāng)前第33頁\共有62頁\編于星期三\5點

解決辦法：焊縫采用異質(zhì)焊接材料，使焊縫成為塑性較好的奧氏體、鐵素體或銅基材料。同時采用冷焊工藝，使石墨來不及形成。

當(dāng)焊縫中存在白口組織時，由于白口鑄鐵的收縮率大于灰鑄鐵，且滲碳體硬而脆，焊縫中更易出現(xiàn)裂紋。

焊縫中石墨的形狀對焊縫抗裂性有重要影響：粗而長的石墨片易引起應(yīng)力集中，使焊縫的抗裂性降低；團絮狀或球狀的石墨則有較好的抗裂性能。當(dāng)前第34頁\共有62頁\編于星期三\5點

2、熱裂紋當(dāng)灰鑄鐵焊縫采用低碳鋼焊條或鎳基鑄鐵焊條冷焊時，焊縫易出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。當(dāng)使用低碳鋼焊條時，焊縫中的含碳量常為0.7-1%，由于母材中的P、S含量高，使母材與焊縫的化學(xué)成分相差懸殊，易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋；當(dāng)使用鎳基鑄鐵焊條時，鑄鐵中較多的P、S易與焊條中的鎳形成低熔點共晶（Ni-Ni3P、Ni-Ni3S2），形成熱裂紋。當(dāng)前第35頁\共有62頁\編于星期三\5點

解決辦法：調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，縮小脆性溫度區(qū)。

1、當(dāng)采用鎳基焊條時，可適當(dāng)增加焊縫中的碳含量。研究表明，此時隨焊縫中碳含量的增加，抗熱裂紋性能逐漸提高。但超過一定量時，性能下降。

2、加入適量稀土元素釔（Y）。適量的稀土有較強的脫P、S作用，使晶界的P、S量減少，低熔點共晶減少。且稀土易使焊縫中的石墨呈球狀，提高強度及塑性，并改善抗裂性。當(dāng)前第36頁\共有62頁\編于星期三\5點三、灰鑄鐵常用的焊接法1、電弧熱焊主要適用于厚度大于10mm以上的工件補焊，即將工件整體或有缺陷的局部位置預(yù)熱到600-700℃，以減少焊接接頭的溫差，然后進行焊補，焊后緩慢冷卻，使石墨化過程能充分進行，以消除白口及防止淬硬組織的產(chǎn)生，從而防止裂紋形成。常使用的電弧熱焊焊條有兩種：大于φ6mm的鑄鐵芯加石墨藥皮（Z248）;小于φ5mm的鋼芯加石墨藥皮（Z208）。當(dāng)前第37頁\共有62頁\編于星期三\5點

預(yù)熱：對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，由于焊補區(qū)剛性大，焊縫無自由膨脹收縮的余地，故亦采用整體預(yù)熱；對于結(jié)構(gòu)簡單的鑄件，焊補處剛性小，焊縫有一定的膨脹收縮余地，如鑄件邊緣的缺陷及小塊斷裂，可采用局部預(yù)熱。

焊前清理：用砂輪等工具將缺陷中的型砂、氧化皮、鐵銹等清除干凈，直至露出金屬光澤，離缺陷10-20mm處也應(yīng)磨干凈。對有油污的，用氣焊火焰燒掉，以免焊條熔滴焊不上或產(chǎn)生氣孔。當(dāng)前第38頁\共有62頁\編于星期三\5點

造型：對邊角部位及穿透缺陷，焊前為防止熔化金屬流失，保證一定的焊縫成形，應(yīng)在待焊部位造型。造型材料可用型砂加水玻璃或黃泥，內(nèi)壁最好放置耐高溫的石墨片，并在焊前進行烘干。圖4熱焊焊補區(qū)造型示意圖a、中間缺陷焊補b、邊角缺陷焊補當(dāng)前第39頁\共有62頁\編于星期三\5點

焊接：焊接時，為保證預(yù)熱溫度，縮短高溫工作時間，要求在最短的時間內(nèi)焊完，故亦采用大電流、長弧、連續(xù)焊。焊接電流一般為焊條直徑的40-60倍，即I=(40-60)d。

焊后緩冷：焊后采取緩冷措施，一般用保溫材料（如石棉灰等）覆蓋，最好隨爐冷卻。當(dāng)前第40頁\共有62頁\編于星期三\5點2、電弧冷焊a、同質(zhì)焊縫電弧冷焊

同質(zhì)的目的是防止焊接接頭白口組織及淬硬組織。為此：

①提高焊縫石墨化能力。通過控制焊縫中的碳含量（4.0-5.5%）和硅含量（3.5-4.5%），以防止白口。同時，加入少量的可細化石墨及促進石墨化的合金元素如Al、Ba、Ca等。

②提高焊接熱輸入。采用大直徑焊條，大電流連續(xù)焊工藝，以減慢焊接接頭冷速。當(dāng)前第41頁\共有62頁\編于星期三\5點電弧冷焊即不預(yù)熱焊法，是在提高焊縫石墨化能力的基礎(chǔ)上，采用大直徑焊條、大焊接線能量的連續(xù)焊工藝，以增加熔池存在時間，達到降低接頭冷卻速度、防止白口組織產(chǎn)生的目的。電弧冷焊用于中厚度以上鑄件的一般大缺陷焊補，基本上可以避免白口組織產(chǎn)生，獲得較好的效果。電弧冷焊焊條：由于電弧冷焊的焊縫冷卻速度較快，為防止白口組織出現(xiàn)，焊條的石墨化元素碳、硅的含量應(yīng)比熱焊焊條高。當(dāng)前第42頁\共有62頁\編于星期三\5點

焊前清理及坡口制備：焊接前應(yīng)對焊補區(qū)進行清理并制備好坡口。為防止冷焊時因熔池體積過小而冷速增大，焊補區(qū)的面積須大于8cm2，深度應(yīng)大于7mm，鏟挖出的型槽形狀應(yīng)光滑，并為上大下小呈一定的角度。圖5鑄鐵型焊條冷焊焊前準備示意圖a、缺陷狀況b、型槽形狀及尺寸當(dāng)前第43頁\共有62頁\編于星期三\5點

造型：坡口制備好后，為防止焊縫液態(tài)鐵流失和保證焊縫高于母材，應(yīng)在等焊部位造型，造型方法和材料與熱焊方法基本相同。

焊接：焊接時采用大直徑焊條、直流反接電源，進行大電流、長弧、連續(xù)施焊。當(dāng)焊條直徑為5mm時，焊接電流應(yīng)為250-350A；焊條直徑為8mm時，焊接電流為380-600A。電弧長度約為8-10mm，由中心向邊緣連續(xù)焊接。當(dāng)前第44頁\共有62頁\編于星期三\5點坡口焊滿后不要斷弧，應(yīng)將電弧沿熔池邊緣靠近砂型移動，使焊縫堆高。一般焊縫的高度要超出母材表面5-8mm，焊后立即覆蓋熔池，以保溫緩冷。圖6鑄鐵型焊條冷焊示意圖當(dāng)前第45頁\共有62頁\編于星期三\5點

由于焊縫中的灰鐵組織強度低、無塑性，且采用大電流連續(xù)焊工藝，故焊縫中的應(yīng)力一般均比較嚴重，因此，對大剛度的缺陷進行焊補時，仍容易出現(xiàn)焊縫裂紋。但對剛度較小的中、大型缺陷進行焊補時，則不易出現(xiàn)焊縫裂紋。當(dāng)前第46頁\共有62頁\編于星期三\5點

b、異質(zhì)焊縫電弧冷焊異質(zhì)焊縫即焊后形成非鑄鐵焊縫。異質(zhì)的目的是為了改變焊縫中碳的存在形式，以提高焊縫的塑性，消除裂紋。電弧冷焊由于焊前不需預(yù)熱，簡化了焊接工藝，改善了操作者工作條件，具有適應(yīng)范圍廣、可進行全位置焊接及焊接效率高的特點。當(dāng)前第47頁\共有62頁\編于星期三\5點

異質(zhì)焊縫電弧冷焊焊條：①鎳基焊條：采用純鎳、鎳鐵合金或鎳銅合金作為焊芯；②銅基焊條：銅有良好的塑性，有減少白口組織的作用，可松弛焊縫中的焊接應(yīng)力，減少裂紋；

③高釩焊條：釩是碳化物及鐵素體形成元素，釩可與碳形成彌散分布的碳化釩，其鐵素體基體可抑制裂紋產(chǎn)生。當(dāng)前第48頁\共有62頁\編于星期三\5點

焊前清理：焊前應(yīng)將鑄件缺陷周圍的型砂、油污清除干凈。鑄鐵組織疏松，晶粒間隙大，尤其是舊鑄件，在長期使用過程中會滲入油污、水分和雜質(zhì)，若不清理干凈，會使焊縫產(chǎn)生氣孔。此外，由于焊縫中油質(zhì)碳化，會使接頭熔化金屬間潤濕不良，影響焊縫與母材的熔合，使接頭質(zhì)量下降。清理方法和要求與同質(zhì)焊縫的焊條電弧焊相同。當(dāng)前第49頁\共有62頁\編于星期三\5點

坡口制備：電弧冷焊焊補裂紋缺陷時，坡口常用U形，也可用V形。開坡口前應(yīng)先在裂紋兩端鉆孔，以免裂紋擴展。坡口表面在機加工時要盡量平整，以減少基本金屬的熔入量。圖7裂紋缺陷的坡口a、未裂透缺陷坡口b、裂透缺陷坡口當(dāng)前第50頁\共有62頁\編于星期三\5點

焊接：采用短段、斷續(xù)施焊。焊接鑄鐵時易開裂，為減少熱應(yīng)力和防止冷裂紋，必須減少焊接區(qū)與母材的溫差。冷焊不是通過預(yù)熱而是通過降低焊接區(qū)溫度來達到降低焊接區(qū)與母材溫差的目的，故焊接電流應(yīng)盡可能小。焊接過程中，每焊一小段后，應(yīng)立即采用帶圓角的尖頭小錘快速錘擊焊縫，既可松弛焊接應(yīng)力，防止裂紋，又可錘緊焊縫微孔，增加焊縫致密性。電弧冷焊對溫度比較敏感，難焊的鑄件應(yīng)在室內(nèi)進行，防止風(fēng)吹；此外，可將工件放置爐旁，稍許提高其整體溫度；要求更高時，可將工件整體預(yù)熱200-250℃。當(dāng)前第51頁\共有62頁\編于星期三\5點對于深坡口（壁厚15-20mm），因焊縫體積大，不能一次焊滿，否則焊后應(yīng)力增大，易引起焊后剝離?？刹扇∫韵麓胧?/p>

①多層焊，采取適當(dāng)?shù)暮附禹樞蚩蓽p少焊接應(yīng)力。圖8鑄鐵多層焊順序當(dāng)前第52頁\共有62頁\編于星期三\5點

②當(dāng)母材材質(zhì)差、焊縫強度高時，或工件受力大、要求強度高時，可采用栽釘焊法。即在鑄件坡口上鉆孔攻螺紋，然后擰入鋼質(zhì)螺釘（可用M8螺釘，間距20-30mm）。圖9栽釘焊法示意圖當(dāng)前第53頁\共有62頁\編于星期三\5點③坡口內(nèi)裝加強筋條，可承受巨大應(yīng)力，提高焊補接頭的強度和剛度，且可大大減少焊縫金屬，減少焊接應(yīng)力，可更有效防止焊縫剝離。圖10裝加強筋焊法當(dāng)前第54頁\共有62頁\編于星期三\5點④當(dāng)焊補較大的缺陷時，為節(jié)約價格昂貴的鎳基焊條或高釩焊條，可在第一、二層采用鎳基焊條或高釩焊條，以后各層用低碳鋼焊條焊滿，即組合焊接法。圖11組合焊接法當(dāng)前第55頁\共有62頁\編于星期三\5點

三、氣焊

灰鑄鐵采用氣焊時，氣焊的火焰溫度一般低于3400℃，比電弧焊低得多。且由于火焰分散，熱量不集中，焊接加熱時間長，加熱面積大，冷卻慢，有利于石墨化過程的進行，故焊縫易得灰鐵組織，焊接熱影響區(qū)不易產(chǎn)生白口及淬硬組織。