鑄鐵是應(yīng)用較早的結(jié)構(gòu)材料，許多機(jī)械設(shè)備的零件都采用鑄鐵制造，同時鑄鐵件的補(bǔ)焊修復(fù)仍是經(jīng)常遇見的問題。

鑄鐵是含碳量大于2％的鐵碳合金，一般含有硅、錳元素及硫、磷雜質(zhì)，有時還加入不同的合金元素，以便獲得具有不同性能的鑄鐵。按碳在鑄鐵中存在的狀態(tài)及形式的不同，可將鑄鐵分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、白口鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵。

使用較多的鑄鐵有灰鑄鐵和球墨鑄鐵，如灰鑄鐵中的HT150 (HT15－33) 符合GB/T 9439－1988，球墨鑄鐵中的QT500－7 (QT50－5) 和(QT60－2) 符合GB/T 1348－1988，以上三種典型鑄鐵都是比較常見的材料，三種鑄鐵化學(xué)成分、力學(xué)性能分別見表1、表2。

表1  三種鑄鐵的化學(xué)成分  

表2  三種鑄鐵的力學(xué)性能

（1）鑄鐵焊接時的主要問題

1)焊接接頭易出現(xiàn)白口和淬硬組織。由于焊縫金屬冷卻速度快，不同于鑄鐵在型砂中的冷卻速度，并有部分鑄鐵母材熔入焊縫，使焊縫的含碳量增高，熱影響區(qū)的半熔化區(qū)和焊縫易產(chǎn)生馬氏體淬硬組織，而母材易產(chǎn)生白口組織等性能較差的組織。

當(dāng)焊縫化學(xué)成分為鑄鐵，為了保證鑄鐵中的碳以石墨形式析出，避免產(chǎn)生白口鑄鐵，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)暮盖邦A(yù)熱工藝措施，減慢焊縫的冷卻速度，調(diào)整焊縫化學(xué)成分，增強(qiáng)焊縫石墨化能力，防止母材中的碳過渡到焊縫中而產(chǎn)生馬氏體組織。在冷卻過程中鑄鐵能否析出石墨，主要取決于焊縫化學(xué)成分和冷卻條件。

2)鑄鐵焊接是地，焊接接頭易出現(xiàn)冷裂紋和熱裂紋。冷裂紋通常在400℃以下出現(xiàn)，產(chǎn)生原因是由于鑄鐵塑性差和焊接拘束應(yīng)力的共同作用。熱裂紋是因低熔點共晶和結(jié)晶過程中焊接應(yīng)力的作用產(chǎn)生的，與硫元素含量有關(guān)，多發(fā)生在采用鎳基和低碳鋼焊接材料的異質(zhì)焊縫金屬中。

（2）鑄鐵焊接的工藝特點

鑄鐵的焊接工藝一般分為熱焊、半熱焊、冷焊三種工藝，不同的焊接工藝選用的焊接材料各不相同。

1)鑄鐵熱焊工藝是將鑄鐵件整體或局部預(yù)熱至600～700℃，并在焊接過程中保持溫度，焊后趁紅熱狀態(tài)覆蓋石棉粉或其他保溫材料，緩慢冷卻，有利于石墨析出。熱焊方法的優(yōu)點是降低焊縫與母材的溫差，從而降低焊接接頭應(yīng)力水平，有利于防止裂紋產(chǎn)生，避免產(chǎn)生白口及淬硬組織。

2)鑄鐵半熱焊工藝是將鑄鐵件整體或局部預(yù)熱到300～400℃，并在焊接過程中保持溫度。半熱焊方法改善了施工條件，降低了焊接成本，但焊縫抗裂性能下降。

3)鑄鐵冷焊工藝一般焊前不進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)環(huán)境溫度較低或焊接拘束較大時，焊前可以預(yù)熱100～150℃，鑄鐵冷焊時往往要采用特殊的焊接材料和必要的工藝措施。

1)鑄鐵熱焊和鑄鐵半熱焊可以選用鑄鐵芯的同質(zhì)焊縫焊接材料，如EZC(Z248)、EZCQ(Z258)焊條；或選用低碳鋼芯的異質(zhì)焊縫焊接材料，如EZFe－2(Z100)、EZC(Z208)、EZCQ(Z238)焊條。

2)鑄鐵冷焊一般采用異質(zhì)焊縫焊接材料，即焊縫化學(xué)成分與母材成分不相同，包括鋼基、鎳基和銅基三類焊接材料。如鋼基焊條EZV(Z116、Z117)、EZFe－Fe)，鎳基焊條EZNi－1(Z308)、EZNiFe－1(Z408)，銅基焊條EZNiCu－1(Z508)。

鎳基焊條的焊縫硬度低，半熔化區(qū)白口組織薄，且呈斷續(xù)分布，鎳基焊縫的顏色與鑄鐵母材接近，使用比較廣泛，但采用鎳基焊條生產(chǎn)成本高。

EZNi－1(Z308)焊條是純鎳焊芯，石墨型藥皮，焊縫金屬具有一定的強(qiáng)度和塑性，半熔化區(qū)白口寬度僅為0.05mm，焊后可進(jìn)行切削加工，主要用于切削加工表面的焊接。

EZNiFe－1(Z408)焊條是鎳鐵合金焊芯，石墨型藥皮，焊縫金屬抗裂性能優(yōu)于純鎳和鎳銅焊條，半熔化區(qū)寬度為0.1mm，焊縫金屬抗拉強(qiáng)度高。EZNi-1(Z308)和EZNiFe－1(Z408)鎳基焊條的焊縫金屬化學(xué)成分力學(xué)性能見表3。

表3  EZNi-1、EZNiFe-1焊條的焊縫金屬化學(xué)成分、力學(xué)性能

表4. 灰鑄鐵氣焊焊絲的成分（GB/T 10044-2006）

表5. 鑄鐵焊接用鎳基焊條熔敷金屬化學(xué)成分（GB/T 10044-2006）

表6. 鑄鐵焊接用鎳基氣體保護(hù)焊焊絲化學(xué)成分（GB/T 10044-2006）

表7. 鑄鐵焊接用鎳基藥芯焊絲化學(xué)成分（GB/T 10044-2006）

（1）鑄鐵冷焊常用的工藝措施

1)采用焊條電弧焊焊接方法。

2)焊接材料選用鎳基焊條EZNi－1(Z308)或鎳鐵合金焊條EZNiFe－1(Z408)。

3)焊前可以預(yù)熱100～150℃或不預(yù)熱。

4)采用小線能量、窄焊道焊接操作，減少稀釋率，降低半熔化區(qū)白口層寬度。

5)采取短段焊、斷續(xù)焊、分散焊及焊后立即錘擊焊縫等措施，降低焊接應(yīng)力。

6)選擇合理的焊接方向和順序。應(yīng)掌握由剛度大的部位向剛度小的部位施焊原則，修復(fù)裂紋時焊接方向為從閉合的裂紋末端向裂紋的開口端進(jìn)行分段焊接。

7)可使用鑲塊補(bǔ)焊法，即在裂紋密集處或焊接填充量較大位置，可以將該部位清除，并鑲?cè)氲吞间摪寤蚱渌附有阅茌^好的材料，改變焊縫分布位置。

8)可在焊接坡口面使用栽絲法，就是在母材坡口面上鉆孔、攻絲，將低碳鋼螺釘擰入，以螺釘為中心進(jìn)行焊接，可以防止焊縫從母材上剝離，并提高承受沖擊載荷的能力，多用于厚大鑄鐵件的補(bǔ)焊。

（2）灰口鑄鐵鏜床拖板的焊接修復(fù)實例

某型移動鏜床在使用中，因意外撞擊事故將灰口鑄鐵鏜床拖板嚴(yán)重?fù)p壞，拖板出現(xiàn)大面積放射狀裂紋，裂紋分布范圍達(dá)550mm×2200mm，裂紋最長達(dá)2100mm，深度達(dá)30mm，移動軌面嚴(yán)重變形，裂縫兩側(cè)錯位達(dá)5mm。拖板材料為灰口鑄鐵HT150(HT15－33)，從恢復(fù)機(jī)床精度考慮，采用了鎳基焊條電弧冷焊工藝。

灰口鑄鐵鏜床拖板的焊接修復(fù)工藝要點：

1)為防止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，在每條裂紋尖端鉆止裂孔，直徑為12mm。

2)采用千斤頂和自制矯正胎具，以移動軌面為基準(zhǔn)，恢復(fù)軌面平面，并將拖板裂縫兩側(cè)頂壓平齊、合口，檢查拖板外形尺寸、形位公差。

3) 用丙酮清洗裂縫兩側(cè)及其周圍50mm范圍內(nèi)的油污、雜物。

4)采用碳弧氣刨和角向磨光機(jī)清除裂紋，并制備焊接坡口，露出金屬光澤，對坡口表面進(jìn)行檢查。

5) 采用焊條電弧焊焊接方法。

6) 焊前不預(yù)熱，控制層間溫度小于60℃。

7)拖板裂紋焊接修復(fù)選用EZNiFe－1(Z408)ф4mm焊條，軌面裂紋焊接修復(fù)選用EZNi－1(Z308)ф3.2mm焊條。

8)采用多層多道焊，焊接操作時不擺動，每次焊接10－30mm，焊后用小錘錘擊焊縫。

9)在拖板處于機(jī)械固定狀態(tài)下，先進(jìn)行側(cè)面坡口的焊接，焊后磨平焊縫，并采用補(bǔ)強(qiáng)板螺釘連接后焊接固定。然后再進(jìn)行拖板正面放射狀裂紋的逐條焊接修復(fù)，焊接到坡口深度的1/2。此時距離裂紋中心部位300mm范圍內(nèi)的裂紋不用焊接。

10)去除千斤頂和自制矯正胎具等輔助器材，并檢查軌面精度。

11)采用切削加工去中心部位ф330mm的鑄鐵金屬，形成通孔。另外加工材質(zhì)為Q235的鑲塊法蘭，板厚為30mm。

12) 拖板正面裝配鑲塊法蘭，將工件翻身，并完成反面焊縫的焊接。

13)然后再將工件翻身，并完成拖板正面坡口的焊接，將焊縫表面打磨平整。

14) 焊后進(jìn)行表面裂紋檢查。

采用以上焊接工藝完成了灰口鑄鐵鏜床拖板的焊接修復(fù)，實際使用效果良好，保證了鏜床的順利運(yùn)行。

球墨鑄鐵水泥生料磨磨盤的焊接修復(fù)工藝要點：

1)在裂紋的擴(kuò)展方向鉆制直徑為ф12mm的止裂孔。

2)用壓縮空氣和高壓水槍反復(fù)清理裂縫區(qū)的礦石、雜物。

3)采用氧－乙炔火焰加熱，利用自制門型夾具和齒輪泵，盡可能使裂縫區(qū)復(fù)位、定位，恢復(fù)零件外觀尺寸。

4)采用碳弧氣刨沿裂縫制備外側(cè)焊接坡口，坡口角度為70o，平均深度為65mm；制備內(nèi)側(cè)焊接坡口，坡口角度為40o，平均深度為35mm。并用角向磨光機(jī)清除碳弧氣刨層3mm，清除坡口周圍30mm范圍內(nèi)的銹蝕層，露出金屬光澤。

5)外側(cè)焊接坡口內(nèi)每邊栽絲兩排，呈交錯排列，間距為20mm，螺絲直徑ф10mm，深度15mm，高出坡口平面3mm。

6)準(zhǔn)備材質(zhì)為Q235、尺寸為150mm×10mm（寬度×厚度）的鋼板鑲條若干件。

7)采用焊條電弧焊接方法。

8)焊接修復(fù)選用EZNiFe－1(Z408)ф3.2mm焊條，經(jīng)200℃×1小時烘干；選用E5015(J507)ф3.2mm焊條，經(jīng)350℃×2小時烘干。

9)焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度T≥50℃，并控制層間溫度。

10)栽絲完成后，用EZNiFr－1(Z408)焊條，在外側(cè)焊接坡口內(nèi)焊接三層過渡層，每道焊縫長度不超過100mm，焊接操作時不擺動。

11)采用多層多道焊，焊縫交錯搭接，分塊跳焊，每焊一道立即錘擊焊縫。

12)外側(cè)坡口焊接到坡口深度的1/3，然后完成內(nèi)側(cè)坡口的焊接。

13)隨后在外側(cè)坡口內(nèi)立式裝配、焊接Q235鋼板鑲條，焊接材料為E5010(J507)焊條，以降低修復(fù)成本、減少焊接填充量，完成外側(cè)坡口的焊接，并將焊縫表面打磨平整。

14)焊后進(jìn)行表面裂紋檢查。

采用以上焊接工藝完成了球墨鑄鐵水泥生料磨磨盤的焊接修復(fù)，探傷檢驗合格，使用運(yùn)行平穩(wěn)，滿足了實際生產(chǎn)要求。