1、目錄目錄1前言31. 灰鑄鐵的性能特點及應用51.1 灰鑄鐵的性能特點51.2 灰鑄鐵的應用62. 灰鑄鐵的焊接性72.2焊接接頭易出現白口及淬硬組織72.2.1焊縫區82.2.2半熔化區92.2.3奧氏體區102.2.4重結晶區113. 灰鑄鐵的焊接工藝性113.1 電弧熱焊123.2 半熱焊123.3 電弧冷焊133.4 鎳基焊條144.灰鑄鐵同質（鑄鐵型）焊縫的熔焊164.1電弧熱焊164.2氣焊195灰鑄鐵的焊接裂紋及預防215.1冷裂紋215.1.1、冷裂紋產生的主要因素215.1.2、焊縫上的冷裂紋215.1.3熱影響比上的冷裂紋225.1.4防止冷裂紋的措施235.2熱裂紋235

2、.2.1產生熱裂紋的主要因素245.2.2熱裂紋的防止246. 灰鑄鐵的焊接檢驗24致謝29參考文獻30前言工業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良的特點。迄今是工業中應用最廣泛的一種鑄鐵。20世紀80年代初，鑄鐵材料發展進入了頂峰期，隨后，世界的鑄鐵產量便出現急劇遞減，然而鑄鐵仍是當今金屬材料中應用最為廣泛的基礎材料。灰鑄鐵在結晶過程中，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），且以片狀的形態存在，割裂了基體的連續性，因此灰鑄鐵的強度不

3、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，可擴大穩定系和介穩定系的溫度差，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

4、鐵素體增加，強度和硬度有所降低。我國各種鑄鐵的年產量現約為800萬噸，有各種鑄造缺陷的鑄件約占鑄鐵年產量的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濟效益，而且有利于及時完成生產任務。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生白口和裂縫，其中產生白口的主要原因是冷卻速度過快和石墨元素不足;而產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。幾乎所有的產品，從幾十萬噸巨輪到不足1克的微電子元件，在生

5、產制造中都不同程度地應用到焊接技術。焊接已經滲透到制造業的各個領域，直接影響到產品的質量、可靠性和壽命以及生產的成本、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業，在這些產業中，焊接在其中占有重要地位，是決定其產品使用安全的關鍵。有些直接出焊接產品或在現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結部位的的內在和外觀質量，形成了分布

6、在各工業和基礎設施建設部門各具特色的焊接結構行業，同時也形成了結構焊接需要的焊接設備行業和焊接材料行業。這些行業是互相關聯促進的行業。焊接結構已有日新月異的發展:在裝備制造業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展的方向，可大大節約大型鑄鍛車間及其設備的基本建設投資和生產過程的能源消費，同時還可縮短生產周期;在各種建筑行業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、工程在建周期短、環境污染少，基礎費用省，折除后材料可循環使用，因而符合目前綠色制造和資源循環利用建設節約型社會的大潮流。目前我國微電子及IT行業

7、中的發展，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新的要求，因而得到了相應發展。 1. 灰鑄鐵的性能特點及應用1.1 灰鑄鐵的性能特點灰鑄鐵的力學性能與基體的組織和石墨的形態有關。灰鑄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

8、較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵。故工業上較多使用的是珠光體基體的灰鑄鐵?；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)，且以片狀的形態存在，割裂了基體的連續性，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鐵傳統的化學成分中Si/C比較低(0.400.55)。鑄鐵成分分析儀器 研究表明，適當提高Si/C比(0.650.85)，是提高鑄

9、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，可擴大穩定系和介穩定系的溫度差，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。1.2 灰鑄鐵的應用灰鑄鐵現在在我國的使用上主要是缸體、缸蓋、剎車盤、機床支架等等吧，主要是根據其組織和性能來判斷的，下面附組織和性能的解釋灰鑄鐵的組織和性能。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；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵；珠光體基體灰鑄鐵。 力學性能：灰鑄鐵的力學性

10、能與基體的組織和石墨的形態有關?；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。故工業上較多使用的是珠光體基體的灰鑄鐵。 其他性能：良好的鑄造性能、良好的減振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性2. 灰鑄鐵的焊接性

11、2.1 鑄鐵焊接性分析 灰鑄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白口及淬硬組織。另一方面焊接接頭易出現裂紋。2.2焊接接頭易出現白口及淬硬組織以含碳為3%，含硅2.5%的常用灰鑄鐵為例，分析電弧焊焊后在焊接接頭上組織變化的規律。 2.2.1焊縫區當焊縫成分與灰鑄鐵鑄件成分相同時，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

12、+二次滲碳鐵+珠光體，即焊縫基本為白口鑄鐵組織。防止措施： 焊縫為鑄鐵 采用適當的工藝措施來減慢焊逢的冷卻速度。如：增大線能量。采用預熱或者爐中緩冷調整焊縫化學成分來增強焊縫的石墨化能力?？稍黾覥、Si、Ni等元素促進石墨化。 對焊縫石墨影響元素異質焊縫：若采用低碳鋼焊條進行焊接，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生高硬度組織的有害作用。思路是：改變C的存在狀態，

13、使焊縫不出現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。2.2.2半熔化區特點：該區被加熱到液相線與共晶轉變下限溫度之間，溫度范圍11501250。該區處于液固狀態，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為奧氏體。1）冷卻速度對半熔化區白口鑄鐵的影響冷卻很快，液態鑄鐵在共晶轉變溫度區間轉變成萊氏體，即共晶滲碳體加奧氏體。繼續冷卻則為C飽和的奧氏體析出二次滲碳體。在共析轉變溫度區間，奧氏體轉變為珠光體。由于該區冷速很快，在共析轉變溫度區間，可出現奧氏體馬氏體的過程，并產生少量殘余奧氏體。其左側為亞共晶白口鑄鐵，其中白色條狀物為滲碳體，黑

14、色點、條狀物及較大的黑色物為奧氏體轉變后形成的珠光體。右側為奧氏體快冷轉變成的竹葉狀高碳馬氏體，白色為殘余奧氏體。還可看到一些未熔化的片狀石墨。當半熔化區的液態金屬以很慢的冷卻速度冷卻時，其共晶轉變按穩定相圖轉變。最后其室溫組織由石墨+鐵素體組織組成。當該區液態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。2）化學成分對半熔化區白口鑄鐵的影響鑄鐵焊接半熔化區的化學成分對其白口組織的形成同樣有重大影響。該區的化學成分不僅取決于鑄鐵本身的化學成分，而

15、且焊逢的化學成分對該區也有重大影響。這是因為焊逢區與半熔化區緊密相連，且同時處于熔融的高溫狀態，為該兩區之間進行元素擴散提供了非常有利的條件。某元素在兩區之間向哪個方向擴散首先決定于該元素在兩區之間的含量梯度（含量變化）。元素總是從高含量區域向低含量區域擴散，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區白口的形成是有利的。用低碳鋼焊條焊鑄鐵時，半熔化區的白口帶往往較寬。這是因為半熔化區含C、Si量高于熔池，故半熔化區的C、Si反而向熔池擴散，使半熔化區C、Si有所下降，增大了該區形成較寬白口的傾向。2.2.3奧氏體區該區被加熱到

16、共晶轉變下限溫度與共析轉變上限溫度之間。該區溫度范圍約為8201150，此區無液相出現該區在共析溫度區間以上，其基體已奧氏體化，加熱溫度較高的部分（靠近半熔化區），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，奧氏體轉變為珠光體類型組織。冷卻更快時，會產生馬氏體，與殘余奧氏體。該區硬度比母材有一定提高。熔焊時，采用適當工藝使該區緩冷，可使A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。

17、2.2.4重結晶區很窄，加熱溫度范圍780820。由于電弧焊時該區加熱速度很快，只有母材中的部分原始組織可轉變為奧氏體。在隨后冷卻過程中，奧氏體轉變為珠光體類組織。冷卻很快時也可能出現一些馬氏體。3. 灰鑄鐵的焊接工藝性灰鑄鐵應用十分廣泛，在鑄造過程中也極容易出現缺陷，所以，補焊是鑄鐵業時常要做的工作。由于灰鑄鐵的化學成份和物理性質的特殊性，在實施補焊時也就不同于一般鋼材的焊接工藝。本文從分析灰鑄鐵化學成份和物理性質入手，進而介紹灰鑄鐵常用的補焊方法和補焊缺陷的預防。目前國內生產的灰鑄鐵牌號有 HT100、HT150、 HT200、 HT260、 HT300、 HT350 及HT400?；诣T鐵

18、的焊接性能較差，如果焊接材料和工藝措施選用不當，會在焊縫和熱影響區產生白口、淬硬組織和裂紋三種種嚴重缺陷，影響補焊的質量。對于灰鑄鐵的補焊有電弧熱焊、半熱焊和冷焊三種工藝，下面對這三種工藝的特點和工藝方法加以介紹。3.1 電弧熱焊 焊前將灰鑄鐵件整體或局部預熱至600700，并在補焊過程中保持這一溫度，在焊后再采取緩冷措施的工藝方法，稱熱焊?；诣T鐵的熱焊有 著突出的優點，通近預熱和緩冷，使焊接部位冷卻速度減慢，可避免產生白口和淬硬組織，保證焊接處有良好的切削加工性能。由于預熱溫度較高，使母材和焊縫金屬的溫差變小，大大地降低了接頭的熱應力?；诣T鐵在600700時有一定的塑性，伸長率可達2%3%，

19、因此可有效地防止產生焊接裂紋。熱焊適用于薄壁鑄件，結構復雜、剛性較大，易產生裂紋的部件以及對補焊區硬度、顏色、密封性、承受動載荷要求高的零、部件的補焊?；诣T鐵熱焊能獲得質量最佳的焊接接頭，缺點是勞動條件惡劣、生產成本高、生產率較低。3.2 半熱焊 預熱溫度在300400時，稱為半熱焊。半熱焊由于預熱溫度低、冷卻速度較快，需要在石墨化能力更強的焊接材料配合下，才能獲得灰口組織。但能改善勞動條件、簡化補焊工藝。對于剛性較大鑄件的補焊，半熱焊還具有一定提裂紋傾向。熱焊和半熱焊要采用鑄鐵型焊接材料，使焊縫的組織、硬度和其它物理性能以及顏色等都與母材金屬接近。焊條要選用鑄鐵芯石墨化型焊條，其牌號為Z24

20、8。焊芯直徑為612mm，補焊時采用大電流，可按每毫米焊芯直徑5060A的電流選用，電源則可交、直流兩用；半熱焊選用鋼芯石墨化型焊條，其牌號為Z208，焊芯為H08A，藥皮中含有較多的碳、硅、鋁等石墨化元素。 在補焊前，鏟除缺陷至露出金屬光澤，用扁鏟、風鏟、砂輪等開坡口。坡口上緣稍大，底面應圓滑過渡。對于邊角部位及穿透性缺陷，在補焊前需要造型。造型材料的質量分配為：焦碳粉30%、耐火磚粉25%、磷片石墨粉20%、耐火土25%。預熱設備一般用焦碳地爐，小件亦可采用氧乙炔焰。補焊時，除待焊部位外，其余部位均應用石棉遮蓋。從缺陷中間引弧，逐漸移向邊緣，較小缺陷可連續填滿，較大缺陷需逐層堆焊直至填滿。

21、焊后保溫可把工件置于草木灰內緩冷，結構較復雜的大鑄件，可放在預熱爐內加熱到一定溫度后，隨爐冷卻。3.3 電弧冷焊 電弧冷焊不需專門的預熱和緩冷設備，所以勞動條件好、工藝過程簡單、生產效率高、成本低。但由于冷卻速度快，接頭的白口及裂紋問題比較突出。電弧冷焊適用于大型鑄件中存在的體積較大的缺陷的補焊，操作原則是大電流、連續焊。缺陷的體積一般在60100cm3時就要用到電弧冷焊。為了防止產生裂紋，補焊應分區分段填滿。待每區段焊縫高出母材35mm時，再向前推進一個區段，切忌電弧快速全面鋪展，亦不宜分層堆焊。有時可采用石墨板將缺陷隔為兩部分，先連續焊完一半，取出石墨板再補焊另一半。收弧時，將電弧沿焊完的

22、缺陷表面均勻擺動，使焊道平整，冷卻緩慢。大型鑄件中的中等缺陷體積在2050cm3之間的情況下可采用連續焊工藝一次焊完。缺陷小于20cm3時除連續一次填滿缺陷外，再向上堆高35mm，趁焊縫表面還處于紅熱狀態時，用鋼板刮去高出部分，接著再堆高35mm，反復進行三次以上，若焊件與缺陷的比例越大，則反復進行堆高的次數就越多。電弧冷焊采用的焊條一般用鑄鐵型焊條，牌號為Z248、Z208。焊件厚度、焊條直徑和焊接電流的關系見表一焊件厚度 / mm1525254040焊條直徑 / mm56810焊接電流 / A250300300360350500（表一）電弧冷焊亦可采用非鑄鐵型（異質焊縫）焊條，此類焊條分為

23、鎳基和鋼基兩大類。3.4 鎳基焊條 特點是焊縫硬度較低、熔合區白口層薄，且成斷續分布，焊縫的顏色與灰鑄鐵相近，適于加工面的補焊。鎳基焊條在下列三種：1）純鎳鑄鐵焊條（Z308） 該焊條是純鎳芯、強石墨化型藥皮的鑄鐵焊條。電源可交、直流兩用，能進行全位置焊接。施焊時，焊件不預熱，是冷焊焊條中抗裂性、切削加工性、操作工藝性及力學性能等綜合性能較好的一種焊條。廣泛用于薄件及加工面的補焊。 2）鎳鐵鑄鐵焊條（Z408） 該焊條是鎳鐵芯（Ni55%、Fe 45%）、強石墨化型藥皮的鑄鐵焊條?？山?、直流兩用，能全位置焊接。施焊時，焊件可不預熱，具有強度高、塑性好、抗裂性優良、與母材金屬熔合好等特點。熔合區

24、白口寬度為0.1mm左右。加工性比純鎳型焊條稍差，可用于重要灰鑄鐵的補焊。3）鎳銅鑄鐵焊條（Z508） 它是鎳銅合金焊芯（Ni70%、Cu 30%）、強石墨化藥皮的鑄鐵焊條。電源可交、直流兩用，能進行全位置焊接。工藝性能和加工性能接近純鎳焊條和鎳鐵焊條，但由于收縮率較大，焊縫金屬的抗拉強度低，不宜用于剛性大的鑄件補焊?？稍诔鼗虻蜏仡A熱（300）焊接。用于強度要求不高、塑性要求好的灰鑄鐵件的補焊。3.5 鋼基焊條 焊芯采用低碳鋼焊芯，焊后焊縫中易出現熱裂紋、冷裂紋和淬硬組織，熔合區白口寬度較大，焊接質量不能令人滿意，但價格便宜，目前仍有一定的應用空間。 1）低碳鋼芯氧化性藥皮焊條（Z100）

25、藥皮中含有較多赤鐵礦（Fe2O3）、大理石（CaCO3）等強氧化物質，目的是通過碳的氧化反應來降低焊縫中的含碳量。第一層焊縫碳的質量分數平均為0.8 %，屬高碳鋼，焊縫硬度達4050HRC，熔合區白口層寬約0.2mm，接頭無法加工。常用于不要求加工，致密性及受力較低的缺陷部位的補焊。 2）低碳網鐵粉型焊條（Z122Fe）藥皮這鈦鈣型，加入低碳鐵粉的目的是降低焊縫的含碳量。第一層焊縫碳的質量分數可降至0.480.56 %，屬中碳鋼上限，最高硬度可達320HBS，很難加工，常用于非加工面的補焊。 3）低碳鋼芯低氫型藥皮高釩鑄鐵焊條（Z116、Z117） 熔敷金屬中釩的質量分數達11%，最在優點是焊

26、縫具有優越的抗裂性能，致密性好、塑性高（伸長率28%36%），且抗拉強度可達558Mpa，很難加工，用于非加工件的補焊。鋼基焊縫的顏色與灰鑄鐵的顏色相差較大，當要求兩者顏色一致時，鋼焊條無法滿足。在使用非鑄鐵型（異質焊縫）焊條進行灰鑄鐵缺陷的補焊時在工藝上要注意以下幾點：1）在保證電弧穩定燃燒的前提下，采用盡可能小的焊接電流。焊接第1、2層時應采用小直徑焊條，焊接電流可按焊條直徑的2934倍選用。2）在保證焊縫正常成形及母材金屬熔合良好的前提下，采用盡可能快的焊接速度，并盡量壓低電弧，采用短弧焊。3）采用短段焊，斷續焊，分散焊及焊后立即捶擊焊縫等工藝措施，降低焊接應力，防止產生裂紋。每次焊縫長

27、度1040mm。4）采用合理的焊接順序，以減少應力。厚板多層焊時的焊接順序，應先焊坡口面焊道，再焊中間層焊道。4.灰鑄鐵同質（鑄鐵型）焊縫的熔焊4.1電弧熱焊（從有關焊接歷史文獻中可以知道，金屬極電弧焊發時后，首先是應用于鑄鐵件的焊補。當時焊接冶金還未開始系統研究，人們就用與灰鑄鐵件成分基相同的鑄鐵圓棒（沒有藥皮）作為焊接材料進行鑄鐵件缺陷的焊補嘗試，發現焊后焊縫易出現裂紋，焊縫白口嚴重，為了解決上述問題，于是人們采取了對工件進行整體預熱焊接的嘗試，發現這樣做有助于問題的解決，所以熱焊是鑄鐵焊接應用最早的一種工藝，以后焊接工作者又不斷地完善熱焊工藝。）將工件整體或有缺陷的局部位置預熱到6007

28、00（暗紅色），然后進行焊補，焊后并進行緩冷的鑄鐵焊補工藝，人們稱“熱焊”。預熱的選擇：對結構復雜（如缸體）且焊補處拘束度很大的焊件，宜采用整體預熱，采用局部預熱焊，會在焊補處產生高拉應力，而再出現裂紋。對結構簡單而焊補的地方拘束度較小的焊件，可采用局部預熱拘束度大，是指焊縫處于高拉應力狀態中，故易裂，拘束度小，是指焊補的地方有一定的自由膨脹及收縮的余地，焊縫受應力小。電弧熱焊的優點：有效地減少了焊接接頭上的溫差，而且鑄鐵由常溫完全無塑性改變為有一定塑性，灰鑄鐵在600700時，伸長率可達23%，再加以焊后緩慢冷卻，焊接應力狀態大為改善。600700預熱，石墨化過程進行比較充分，焊接接頭有完全

29、防止白口及淬硬組織的產生，從而有效地防止了裂紋。缺點：預熱溫度高，勞動條件很壞，焊補時焊工胸前高溫烤，背后涼風吹（電扇），身體前后溫差很大，工人容易得病。將焊件加熱到600700需消耗很多燃料，焊補成本高，工藝復雜，生產率低。預熱方法：一些大型拖拉機廠，汽車廠生產鑄件多，焊補量大，焊補要求高，常裝備有專門進行鑄鐵熱焊的連續式煤氣加熱爐。鑄鐵焊補前，進入裝有傳送帶的煤氣加熱爐，依次經過低溫（200350）、中溫（350600）及高溫（600700）加熱，使焊件升溫緩慢而均勻，然后出爐焊補，焊補后再把焊件送入另一傳送帶，反過來由高溫區到低溫區出爐，以消除焊接應力。一般中，小型鑄造車間及修配廠常采用

30、地爐或磚砌的明爐加熱，燃料常用焦炭、木炭，也可用煤氣火焰及氧乙炔焰加熱。焊接材料：鑄鐵熱焊時雖采取了預熱緩冷的措施，但焊縫一般還是快于鑄鐵鐵液在砂型中的冷卻速度，為了保證焊縫石墨化，不產生白口組織且硬度合適，焊縫中總的C、Si含量還應稍大于母材。經研究認為電弧熱焊時焊縫中W(C)=3%3.8%，W（Si）=3%3.8%,W(C+Si)=6%7.6%為宜。熱焊時采用大直徑鑄鐵芯焊條，配合采用大電流，可加快焊補速度，縮短焊工從事熱焊的時間，熱焊時工人愿意采用大直徑鑄鐵芯焊條。電弧熱焊主要適用于厚度大于10mm以上工件缺陷的焊補，若對10mm以下薄件的焊補，則易發生燒穿等問題。適用于鑄鐵焊接電弧焊用

31、的藥芯焊絲。外皮由低碳鋼帶制成，內裝有石墨、硅鐵、鋁粉等石墨化劑。優點：可以用較大焊接電流，熔敷率達519kg/h，15mm以上大中厚型缺陷焊接修復。4.2氣焊應用：氧乙炔火焰溫度（<3400）比電弧溫度（60008000）低很多，而且熱量不集中，很適于薄壁鑄件的焊補。優點：氣焊時需用較長時間才能將焊補處加熱到焊補溫度，而且其加熱面積又較大，實際上相當于焊補處先局部預熱再進行焊接的過程。在采用適當成分的鑄鐵焊芯對薄壁件的缺陷進行氣焊焊補時，由于冷速較慢，有利于石墨化過程的進行。焊縫易得到灰鑄鐵組織，而HAZ也不易產生白口或其他淬硬組織。缺點：工件受熱面積大，焊接熱應力較大，焊補剛度較大的

32、缺陷時比熱焊更生冷裂紋。4.3焊縫為鑄鐵型的電弧冷焊電弧冷焊優點：焊前對被焊補的工件不預熱，焊工勞動條件好，焊補成本低，焊補過程短，焊補效率高。對于預熱很困難的大型鑄件或不能預熱的已加工面等情況更適于采用。易出現的問題：鑄鐵型焊縫的焊接熔池及其HAZ冷卻速度很快，易產生白口及馬氏體。焊件上的溫度場很不均勻，使焊縫產生較高的拉應力，而灰鑄鐵的焊縫強度較低，基本無塑性，焊后很容易產生冷裂紋。解決措施：1、提高焊縫石墨化的能力。冷焊條件下焊縫中W(C)=4.0%5.5%,Si=3.5%4.5%,C+Si=7.510%，比較合適。過去一般都趨向于提高焊縫含硅量（4.5%7%）.把C控制在3%左右，通過

33、近年來大量研究工作表明，適當提高焊縫含C量及適當保持焊縫含Si量較為理想。原因：提高焊縫含C量對減弱與消除半熔化區白口作用比提高Si有效，因為液態時，C的擴散能力比Si強十倍左右。在C、Si總量一定時，提高焊縫含C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。焊縫含Si量>7.5%時，Si對鐵素體固溶強化，使焊縫硬度升高，C不存在這一問題。2、焊縫中加入Ca、Ba、Al等，這些微量元素的加入，可形成高熔點的硫化物、氧化物等，成為石墨形核的異質核心，加速焊縫石墨化過程。3、為了防止焊接接頭上出現白口及淬硬組織，采取大的焊接熱輸入工藝，即采用大電流、連續焊工藝來降低焊

34、縫冷卻速度。4、（過去電弧冷焊灰鑄鐵，受傳統觀念束縛，一直使焊縫也成為灰鑄鐵，但灰鑄鐵石墨為片狀，片狀石墨的尖端是高應力集中區，加以鑄鐵焊縫強度低，無塑性，又采用大電流連續工藝，工件局部受熱較嚴重，焊縫應力狀態較嚴重，很易形成冷裂紋。）近期，通過冶金處理，改變焊縫石墨的形態，甚至使石墨成為球狀，并控制基體為鐵素體+珠光體，使焊縫的抗冷裂能力獲得提高。鑄鐵型焊縫電弧冷焊存在很多局限性：焊縫強度低、塑性差，焊補較大剛度缺陷時易出現裂紋。焊縫為鑄鐵型，由于冷速快，焊縫易出現白口。由于工藝要求采用大電流、連續焊，對于薄壁件缺陷的焊補有困難。5灰鑄鐵的焊接裂紋及預防鑄鐵焊接時很容易產生裂紋。裂紋的組要類

35、型是冷裂紋，其次是熱裂紋。5.1冷裂紋焊接時產生這種裂紋的溫度一般在攝氏度以下，多發生在焊縫和熱影響區影響區以上。5.1.1、冷裂紋產生的主要因素a灰鑄鐵強度低，塑性幾乎為零，無塑性變形能力；b焊件上受到不均勻的加熱和冷卻，產生熱應力和收縮應力。焊件上溫差大，這些應力也愈大。、c焊接接頭上產生了白口組織和淬硬組織，這些組織比灰鑄鐵還脆，尤其白口組織，不能塑性變形，最易開裂。5.1.2、焊縫上的冷裂紋主要決定于焊縫金屬的性質a鑄鐵型（同質）焊縫是否產生冷裂紋決定于焊縫的組織。當焊縫中有白口鑄鐵時容易開裂，因白口鑄鐵的收縮率大于母材的收縮率，憨厚產生較大的收縮應力，白口鑄鐵無法承受大的收縮應力。焊

36、縫中滲碳體量越多，越容易產生裂紋；但焊縫的基體為鐵索體或珠光體，而石墨化過程進行的較充分時，焊縫就不易產生裂紋。因為石墨化過程伴隨著體積膨脹，可以松弛部分收縮應力。這是能導致開裂的原因主要是石墨的形態及其分布，粗而長的片狀石墨筆細而短的片狀石墨容易開裂，如果焊縫中的石墨呈團絮狀或球狀，則具有較好的抗裂性能。b、非鑄鐵型（異質）焊縫是否產生冷裂紋決定于焊縫金屬的塑性和焊接工藝的合理配合。當焊縫為奧氏體、鐵素體或鎳基、銅基的焊縫時，由于較好的塑形而不易產生冷裂紋；當采用低碳鋼或其他合金焊條做鑄鐵電弧冷汗時，第一層焊縫因母材（灰鑄鐵）的熔入而變成高碳鋼，快速冷卻時就會產生淬硬組織高低馬氏體，容易產生

37、冷裂紋。5.1.3熱影響比上的冷裂紋在電弧冷焊灰鑄鐵時，影響區上容易產生冷裂紋。前已述及熱影響區內的半熔化區（溫度范圍為1150-1250）及奧氏體區（溫度范圍為820-1150）在快速冷卻時就容易產生滲碳體和馬氏體淬硬組織，當焊接應力超過了它們的強度時就會產生裂紋。裂紋多為縱向分布，且常出現在半熔化區與奧氏體交界處，沿界面開裂，會造成整個焊縫金屬剝離下來。焊縫為碳鋼時，半熔合區為白口組織，奧氏體區位石墨化不完全的半白口組織或馬氏體組織。焊縫的收速率約為2.17%，半熔化區約為2.3%，奧氏體區約為1.1%，冷卻過程中收縮率不同的三個部分之間，必然產生很大的剪切應力，當超過材料的抗剪強的時，就

38、會沿界面裂開，嚴重時發生整個焊縫剝離。厚壁鑄件冷卻時，由于坡口深，須多層焊，積累的焊接應力也容易產生焊縫剝離；對于同質焊縫，如果焊縫強度高，如采用高釩鑄鐵焊條，焊接時不采取減少焊接應力的措施的話，也容易產生焊縫的剝離。5.1.4防止冷裂紋的措施減小焊接接頭的應力和避免焊接接頭出現滲碳體和馬氏體是防止灰鑄鐵冷裂紋的基本措施。a鑄鐵型焊縫時，焊前預熱，焊后緩冷。這樣既可減小焊接應力又能避免白口等脆性組織的產生。b非鑄鐵型焊縫時，選用好焊縫具有良好塑性的焊接材料，這樣可以松弛焊接應力。c再焊補厚大鑄鐵件時，采取開窄坡口、內填板等措施以減小焊縫體積，減小焊接應力；也可以焊前在坡口內載絲，以分散焊接應力

39、。d在工藝上采用短段焊、斷續分散焊和焊后錘擊焊縫等手段可以減小焊接應力。5.2熱裂紋灰鑄鐵的焊接熱裂紋主要出現在焊縫上。鑄鐵型焊縫對熱裂紋不敏感，因為焊縫高溫時石墨析出，使體積增加，有助于減小焊接應力，在非鑄鐵型焊縫中，如果用碳鋼焊條，則焊縫極易產生熱裂紋，用鎳基焊條時也有一定的熱裂傾向。5.2.1產生熱裂紋的主要因素用低碳鋼焊條焊接灰鑄鐵的第一層焊縫最容易發生熱裂紋，因為作為母材的灰鑄鐵其碳、硫和磷含量高，熔入第一層焊縫的量較多使鋼質焊縫平均含碳、硫和磷增加，而碳、硫和磷是碳鋼發生結晶裂紋的有害元素。所以第一層焊縫產生熱裂紋機率最大。用鎳基焊條焊接時，也因母材熔入焊縫使硫、磷有害元素增加，易

40、生成低熔共晶物，如NiNi3S5的共晶溫度為644，NiNi3P的共晶溫度為880，故鎳基焊縫也有熱裂傾向。5.2.2熱裂紋的防止防止焊縫金屬產生熱裂紋的途徑是從冶金處理和焊接工藝兩方面采取措施。在冶金方面，通過調整焊縫化學成分，使其脆性溫度區間縮?。患尤胂⊥猎?，增強脫硫、去磷能力以減少晶間低溶物質；是晶粒細化等。在工藝方面要正確制定冷焊操作工藝使焊接應力降低和使母材熔入焊縫中的比例（既熔合比）盡可能小。6. 灰鑄鐵的焊接檢驗焊接質量檢驗貫穿整個焊接過程，包括焊前、焊接過程中和焊后成品檢驗三個階段。6.1 焊接質量檢驗的內容和要求（1）焊前檢驗焊前檢驗是指焊件投產前應進行的檢驗工作，是焊接檢

41、驗的第一階段，其目的是預先防止和減少焊接時產生缺陷的可能性。包括的項目有： 檢驗焊接基本金屬、焊絲、焊條的型號和材質是否符合設計或規定的要求； 檢驗其他焊接材料，如埋弧自動焊劑的牌號、氣體保護焊保護氣體的純度和配比等是否符合工藝規程的要求 對焊接工藝措施進行檢驗，以保證焊接能順利進行； 檢驗焊接坡口的加工質量和焊接接頭的裝配質量是否符合圖樣要求； 檢驗焊接設備及其輔助工具是否完好，接線和管道聯接是否合乎要求； 檢驗焊接材料是否按照工藝要求進行去銹、烘干、預熱等； 對焊工操作技術水平進行鑒定； 檢驗焊接產品圖樣和焊接工藝規程等技術文件是否齊備。（2）焊接生產過程中的檢驗焊接過程中的檢驗是焊接檢驗

42、的第二階段，由焊工在操作過程中，其目的是為了防止由于操作原因或其他特殊因索的影響而產生的焊接缺陷，便于及時發現問題并加以解決。包括：檢驗在焊接過程中焊接設備的運行情況是否正常；對焊接工藝規程和規范規定的執行情況；焊接夾具在焊接過程中的夾緊情況是否牢固；操作過程中可能出現的未焊透、夾渣、氣孔、燒穿等焊接缺陷等； 焊接接頭質量的中間檢驗，如厚壁焊件的中間檢驗等。焊前檢驗和焊接過程中檢驗，是防止產生缺陷、避免返修的重要環節。盡管多數焊接缺陷可以通過返修來消除，但返修要消耗材料、能源、工時、增加產品成本。通常返修要求采取更嚴格的工藝措施，造成工作的麻煩，而返修處可能產生更為復雜的應力狀態，成為新的影響

43、結構安全運行的隱患。（3）成品檢驗成品檢驗是焊接檢驗的最后階段，需按產品的設計要求逐項檢驗。包括的項目主要有：檢驗焊縫尺寸、外觀及探傷情況是否合格；產品的外觀尺寸是否符合設計要求；變形是否控制在允許范圍內；產品是否在規定的時間內進行了熱處理等。成品檢驗方法有破壞性和非破壞性兩大類，有多種方法和手段，具體采用哪種方法，主要根據產品標準、有關技術條件和用戶的要求來確定。6.2 焊接質量檢驗的方法焊接質量的檢驗方法分為非破壞性和破壞性兩類，見表。表二 焊接檢驗方法6.2.1 非破壞性檢驗  主要是對產品進行檢驗。（1）外觀檢查（2）無損檢驗 表面檢查：磁粉探傷（MT）；滲透探傷（PT），包括：著色和熒光檢驗 內部檢查：超聲探傷（UT），射線探傷（RT），包括，X射線、射線和高能射線。（3）接頭的強度試驗：水壓試驗；氣壓試驗（4）致密性檢驗：氣密性試驗；氨滲漏試驗等。（5）硬度檢驗。6.2.2 破壞檢驗  主要是對試樣進行檢驗。（1）機械性能試驗：拉伸（室溫、高溫）試驗，彎曲試驗；硬度試驗，沖擊試驗，斷裂韌性試驗，疲勞試驗；其它試驗。 （2）化學分析試驗：化學成分分析試驗；腐蝕試驗；含