李 博

（華北水利水電大學(xué)機械學(xué)院， 河南 鄭州 450045）

引言

我國作為一個機械制造業(yè)大國，在進行相關(guān)的加工制造時，鑄鐵零件在機械加工中一直占據(jù)著重要的地位。但是由于其本身的特性，使得在使用時難免會出現(xiàn)各種缺陷，降低使用的有效性，而其中最有效的方法就是進行鑄鐵的修補焊接。

1 鑄鐵的修補焊接

1.1 鑄鐵的概念

鑄鐵也被稱為生鐵，是由磷、硫、硅、鐵、錳等化學(xué)元素和一些雜質(zhì)組成的物質(zhì)，是含碳量超過1.7%的鐵碳合金，是冶金生產(chǎn)過程中的初級產(chǎn)品。鑄鐵憑借其良好的性能以及較低的成本，在機器制造業(yè)中被廣泛的使用，是最常用的結(jié)構(gòu)材料之一，應(yīng)用范圍包括機座、汽缸、絞車架、氣缸和活塞等[1]。

1.2 鑄鐵修補焊接工藝的重要性

我國是制造業(yè)大國，每年的鑄鐵年產(chǎn)量約為800萬t，但是存在缺陷的鑄鐵也占據(jù)了其中的10%～15%，如果不對這些有缺陷的零件進行有效的處理，就會導(dǎo)致每年大約10億元的廢品損失。由于鑄鐵的自身特性，使得其在使用過程中受到損壞的可能性較大，這些鑄鐵零件往往是經(jīng)過層層機械加工的，如果直接對出現(xiàn)損壞或者出現(xiàn)裂紋的鑄件進行更換，成本較大，并且其中還要涉及到很長一段時間的成品鑄件的購買、運輸和調(diào)試過程，不利于企業(yè)正常業(yè)務(wù)的進行。由于鑄件修補焊接的成本較低，且時效性較快，對于減少企業(yè)的成本以及提高企業(yè)的經(jīng)濟效益具有重要的意義，使得鑄件修補工藝具有良好的發(fā)展前景。

2 鑄鐵焊接的冶金過程及工藝

2.1 鑄鐵焊接的冶金過程

鑄鐵焊接的過程中，由于其自身的可塑性較差，如果加之材料的選擇不當(dāng)?shù)?，都會出現(xiàn)白口化和裂紋，不利于焊接的開展。要注意防止出現(xiàn)白口和裂紋，要根據(jù)焊縫的冶金環(huán)境來進行，根據(jù)工藝的不同來選擇合適的冷卻溫度。采用異質(zhì)材料要從兩個方面加以控制：第一，將具有提高石墨化能力和擴大奧氏體的元素Ni加入其中，以便于切實提高相關(guān)的組織性能。例如，選用純Ni焊條（鑄308）等或者使用銅鋼焊條。在這個過程中，必須要注意到相關(guān)的電流的大小，要做到電流大小、淺熔深和白口組織的厚度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。第二，要使用直流正極性的工藝，用小電流配合多層焊，如采用同質(zhì)的鑄鐵芯焊條和鋼芯焊條，采取焊前預(yù)熱、焊后保溫等措施，將體積較小的鑄體的缺陷先進行擴大后再進行補焊，使得裂縫的問題可以得到有效解決[2]。

2.2 鑄鐵的合金組成及焊接難點

鑄鐵根據(jù)其組成的合金成分的不同又能夠呈現(xiàn)出不一樣的特性。在進行相關(guān)的補焊操作時，首先就需要對鑄鐵的合金組成進行了解，便于制定具有針對性的操作。在鑄鐵中碳的占比大于2%，并且還包括Si、Mn、S、Mg和Ce等其他的化學(xué)元素和雜質(zhì)。除了了解鑄鐵的合金組成外，還需要了解鑄鐵的焊接難點，鑄鐵具有較高的含碳量，使得在焊接過程中焊縫中容易出現(xiàn)多孔性；由于鑄鐵的可塑性較差，使得進行快速冷卻時在焊接應(yīng)力的作用下很容易發(fā)生脆裂；鑄鐵在加熱時，由于半流體狀態(tài)的缺失，加大了仰焊的難度，一般選擇的是平焊。

2.3 選擇合適的焊接工藝

在現(xiàn)階段的鑄鐵焊接方法中，根據(jù)焊接前的預(yù)熱情況，可以將其分為三類：第一，鑄鐵熱焊，即在鑄件全部或者局部加熱至650～700℃之后進行焊接；第二，半焊接，即在鑄件全部或局部加熱至400℃之后進行焊接；第三，鑄件冷焊，即不經(jīng)過預(yù)熱的焊接。

在具體的焊接工藝中，熱焊和半熱焊的工藝一致且使用較為普遍，所以本文主要就鑄鐵的熱焊與半熱焊補焊工藝進行介紹。

首先要做的就是清理鑄件缺陷處的氣孔和夾渣，在清理到出現(xiàn)純凈金屬之后再按照原有的標準在缺陷處按照焊接的需求打造“V”型坡口或者“U”型坡口。在做好相應(yīng)的坡口準備后，就需要做好造型工作。在進行熱焊時，考慮到由于烤化狀態(tài)的鐵水?dāng)?shù)量較大且冷卻速度較慢，在進行焊補時需要做好相關(guān)的造型工作來保證融化金屬冷卻后也可以保持一定的形狀。在完成造型工作后，就可以進行預(yù)熱處理，這是鑄鐵熱焊的重要步驟之一，要根據(jù)鑄件的材質(zhì)、重量以及修補特征、焊接的電流大小等來決定預(yù)熱溫度。鑄件的全局預(yù)熱一般采用特殊的加熱爐裝置，溫度控制在400～750℃左右。在做好加熱準備后，就需要進行相關(guān)的補焊的準備，首先需要準備好相關(guān)的焊接電流機，便于操作。在焊接時，焊接的速度、焊接應(yīng)力以及焊后的變形程度都與電流的大小有關(guān)，因此要根據(jù)電流的大小適當(dāng)采取針對性的操作。最后的步驟就是進行冷卻，一般是根據(jù)鑄件的外形來確定冷卻的時間，一般為5～8個晝夜。

3 鑄鐵修補焊接工藝實例研究

本文將對火電廠汽輪機機座的修補焊接進行研究。

3.1 研究意義

火電廠的汽輪機機座在使用過程中承受著較大的離心力、沖擊力以及震動力等，很容易受到損傷，機座表面經(jīng)常會有缺口，對有缺口的機座進行修補焊接，可以有效降低受損機座的更換率，提高相關(guān)的生產(chǎn)效率，促進企業(yè)經(jīng)營效益的提升。

3.2 過程分析

要選擇合適的材料，E410--15(G217)的焊條中的化學(xué)成分與焊接的鑄鐵性質(zhì)接近，可以以直流反接的方式進行全位置焊接，可以有效改變焊接性能，減少裂紋的產(chǎn)生，提高焊縫金屬中的塑性。保證接頭焊接的穩(wěn)定性。要采取熱焊的方式，進行合理的預(yù)熱處理，對焊接熱量和冷卻速度進行控制。

3.3 焊接過程

根據(jù)機座的受損情況，將受損的機座部位進行打磨和切除處理，并在材質(zhì)相同的新機座上選取同樣的形狀尺寸；根據(jù)機座的情況，選取V型坡口，并且破口的角度隨著機座厚度的增加逐漸減小，一般在30°～35°之間，在焊接前要將坡口的周圍打磨干凈。在進行焊接前，為了防止出現(xiàn)裂紋和氣孔，要采取預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度控制在200～250℃之間，采用氧-乙塊火焰進行緩慢預(yù)熱。預(yù)熱完成后，就采用E410-15（G217）焊條進行補焊，將機座水平放置，焊接電流為50～70A，烘干時間為1h，烘干溫度為350℃。要注意采用多層焊接方式，控制層間溫度，保持在250℃以內(nèi)，要對單面坡口的根部背面進行焊透，及時進行打磨補焊處理。焊接完成后，要及時進行機座的冷卻，在焊縫中心溫度降至100°左右時采用電阻加熱的方式進行熱處理，在經(jīng)過大約10 min之后便可拆除相關(guān)保溫裝置，使得焊接物體自然冷卻。在冷卻后邊可以采用手動打磨的方式將焊接的部分打磨光滑，使其保持原有的形狀，并對焊縫有無夾渣、氣孔以及裂紋等進行檢查，要注意如果經(jīng)過補焊后經(jīng)檢查仍舊不合格的則不能再次進行返修[3]。

4 結(jié)語

鑄鐵件被廣泛運用在各行各業(yè)中，由于鑄鐵本身的特性，在進行相關(guān)的焊接時很容易受損，要對這些易損部位、特殊用途部位以及應(yīng)力集中的部位重點關(guān)注，采用適合的鑄鐵件修補焊接方式，有效提高產(chǎn)品的使用壽命，降低相關(guān)的成本，提高企業(yè)的經(jīng)營效益。