球墨铸铁的焊接

六、球墨铸铁的焊接

球墨铸铁与灰口铸铁的不同之处在于熔炼过程中前者经过加入一定量的球化剂处理，使石墨以球状存在，从而使力学性能明显提高。

1．球墨铸铁的焊接性

①球墨铸铁的白口化倾向及淬硬倾向比灰铸铁大，这是因为球化剂(当其加入量已可稳定获得球状石墨时)有阻碍石墨化及提高淬硬临界冷却速度的作用，所以，在焊接球墨铸铁时，同质焊缝及半熔化区更易形成白口，奥氏体区更易出现马氏体组织。

②由于球铁的强度、塑性与韧性比灰铸铁高，故对焊接接头的力学性能要求也相应提高，常要求与各强度等级球墨铸铁母材相匹配。

2．球墨铸铁电弧补焊

球墨铸铁电弧补焊采用同质及异质焊条，同质焊条又有钢心与铸心之分。异质焊条则采用镍基焊条(Z408)及高钒焊条，对于不重要的部位也可以采用低碳钢焊条，如J506、J422等。通常球墨铸铁应用于比较重要的场合，采用同质焊条焊接时应保证焊缝球化、力学性能达到规定的指标，应尽量降低白口倾向，提高抗裂性。

3．Z238焊条电弧热焊

Z238焊条为低碳钢焊心，药皮中加入球化剂及石墨化剂，在一定工艺条件下焊缝中的石墨可成为球状，能够得到较好的力学性能。由于电弧温度较高，球化元素氧化、蒸发严重，给焊缝的稳定球化带来困难，力学性能很难达到指标。采用Z238焊条白口倾向较大，因此，焊接时通常进行400～700℃预热，必要时焊后要进行退火或正火处理。

4．钢心石墨球化通用铸铁焊条补焊

该种类焊条采用钢心，药皮中加入球化剂、脱氧元素及孕育剂。这种焊条对水分、空气、铁锈等不敏感，球化稳定性很高，白口倾向低。焊缝的塑性及抗裂性都较好。对于刚度较小的部位，可以采用冷焊工艺补焊较长的焊缝或较大的面积，但是刚性较大的部位应进行预热或采用加热减应区法，焊缝的力学性能较好。接头正火后抗拉强度约为650MPa，伸长率约为5%，接头退火后的抗拉强度一般大于420MPa，伸长率大于10%，最高可达20%以上。

当缺陷较长而宽度较窄时，可采用图5－28所示的运条手法及逐段多层连续焊方式;当缺陷较宽时可采用图5－29所示的分段、分层方式，其目的是减少白口、提高塑性，防止裂纹的发生。采用中弧施焊，弧长与焊条直径大致相等。

图5－28　多层连续焊

5．镍铁焊条或高钒焊条补焊

可采用镍铁焊条(Z408)及高钒焊条(Z116、Z117)进行电弧冷焊球墨铸铁。镍铁焊条是一种通用性很强的焊条，焊缝金属为镍铁合金，补焊球墨铸铁时熔合区也会产生白口，焊缝产生剥离、裂纹的倾向也很大。为了防止剥离，应采用严格的电弧冷焊工艺。镍铁焊条只能补焊要求不高的球墨铸铁。高钒焊条冷焊后接头加工性较差，但如果操作工艺得当，也能得到较为理想的加工性。对球墨铸铁毛坯件应先进行热处理，消除铸造应力后再进行焊接，可以有效防止裂纹，焊后可不必进行消除应力退火。

图5－29　分段分层堆焊

6．球墨铸铁气焊

气焊时的加热速度和冷却速度比较缓慢、均匀，可有效地防止白口、裂纹。由于气焊热源温度较低，球化元素蒸发、氧化烧损较少，容易实现球化。气焊火焰通常采用中性焰或弱还原焰。为了保证焊缝具有适量的球化元素残留量以便实现焊缝石墨球化，焊丝中的球化元素应较球墨铸铁通常球化元素的残留量高一些。球墨铸铁气焊用焊丝型号以RZCQ表示，见表5－106。

表5－106　球墨铸铁气焊焊丝型号及化学成分(%)

由表5－106可以看出，RZCQ－1焊丝的Mn、S、P含量比RZCQ－2焊丝低很多，且C和Si的含量也较后者低。气焊球墨铸铁一般是在球铁清砂后发现缺陷的情况下进行的，补焊后对工件再进行退火处理，RZCQ－1焊丝的成分有利于提高焊缝的塑性和韧性。因此，该焊丝适用于铁素体球铁的焊接。球铁气焊用火焰性质及熔剂与灰铸铁气焊相同。退火处理后，整个焊接接头为铁素体组织，其力学性能可满足要求。

7．CO₂气体保护焊补焊球墨铸铁

采用细丝CO₂气体保护焊(08Mn2Si焊丝)和高钒管状焊丝焊接球墨铸铁，效果良好，并且便于实现机械化焊接。CO₂焊接时，半熔化区有白口层。采用直径1.2mm的细焊丝，当焊接参数合适时，可以使半熔化区白口层宽度减小至0.1mm，并呈断续状分布，有利于提高接头的使用性能和加工性能。采用直径1.52mm的高钒管状焊丝焊接时，白口层宽度约为0.3mm，但生产率较高。

有白口层存在时，用高钒管状焊丝进行焊接，接头强度可达410～450MPa，一般发生断裂的部位在母材和热影响区。补焊时，可在坡口表面用高钒管状焊丝先堆焊过渡层，进行高温回火，消除白口组织。退火规范如下: 920℃保温3h，720℃保温4h。退火后再用08Mn2Si焊丝进行焊接。经高温回火，过渡层－母材熔合区白口组织可完全消除，接头强度可达440～450MPa。