灰口铸铁与碳钢的焊接详细介绍

灰口铸铁与碳钢的焊接

（1）灰口铸铁与碳钢的焊接特点

灰口铸铁与碳钢的焊接，在机床床身、底座、机架、齿轮箱及发动机缸体上应用较多，主要焊接特点如下。

① 灰口铸铁与碳钢焊接时，铸铁中的碳以片状石墨形式存在，分布在铁素体、珠光体或珠光体 铁素体基体上。石墨片相当于孔洞和裂纹，割裂基体的连续性，降低了接头的力学性能。

② 焊接接头承受拉伸应力时，容易在片状石墨尖角处产生应力集中，因而裂纹倾向增加，并容易产生气孔。

③ 当焊接接头承受压缩应力时，石墨割裂基体和造成的应力集中很小。因此具有较高的抗压强度。

④ 灰口铸铁与碳钢的焊缝中石墨数量越多、越粗大、片状分布越明显，割裂基体作用越大，力学性能也越差。

⑤ 由于铸铁中含碳量高、杂质多，焊接接头容易产生白口组织，在焊接应力作用下极易发生裂纹和断裂。

⑥ 灰口铸铁与碳钢的焊接性差，必须选择合适的焊接方法及填充材料，采取特殊的焊接工艺措施，才能获得优良的焊接接头。

（2）灰口铸铁与碳钢的焊接工艺

灰口铸铁与碳钢焊接时，所采用的焊接方法主要是手工电弧焊（包括热焊法、冷焊法）。此外，还可以采用CO2气体保护焊、氩弧焊（TIG、MIG）、等离子弧焊、钎焊和扩散焊等方法。

1) 灰口铸铁与碳钢的电弧热焊

所谓电弧热焊，就是焊前将铸铁母材被焊部位预热到400～700℃（暗红色），然后进行焊接，焊后再进行缓冷的焊接方法。施焊前去除铸铁和钢表面的氧化皮、油脂、水分。焊条可选用Z208、Z408或结构钢焊条J422、J507。

电弧热焊的工艺过程如下。

① 焊前将铸铁件被焊部位加热到400～600℃，此时铸铁的屈服点很大，内应力很小，可以大大减少裂纹倾向，防止出现白口组织。

② 选用铸铁芯焊条（在焊芯外面涂石墨化药皮），通过焊芯和药皮向焊缝过渡碳、硅等石墨化元素。也可选用钢芯石墨化药皮焊条（Z208），通过药皮向焊缝过渡石墨化元素。

③ 热焊时，电弧稍倾向铸铁母材金属侧，焊接过程中两种母材金属温度不低于400℃，否则易出现裂纹。采用直径为4mm的Z208焊条焊接时，电弧长度为3～5mm；采用直径为10mm的铸铁芯焊接时，电弧长度为8～10mm。

④ 焊接电流的选择可参考单独焊接灰口铸铁的工艺参数。焊接电流过大，两种母材金属熔化量过金我，对焊缝石墨化不利。

⑤ 焊接坡口根部和边缘时，不要用电弧直接加热，通过熔池金属将热量传至坡口使之熔化，这样既可保证焊缝的熔合比，又能避免咬边或熔合不等缺陷。

⑥ 焊后进行消除应力热处理，将冷却至100～200℃的焊接接头加热到600～620℃，每25.4mm保温1h，

然后缓冷（冷却速度28℃/h），以防止产生裂纹，降低硬度。也可采用石棉垫或草木灰覆盖缓冷至常温。

2) 灰口铸铁与碳钢的电弧冷焊

所谓电弧冷焊，就是焊前对铸铁被焊部位不预热，或低温预热（400℃以下）再进行焊接的方法。电弧冷焊与电弧热焊相比，焊前母材金属不预热，减少了工艺过程，节省焊接时间，具有一定的推广价值，焊接生产中应用较多，焊件形状和大小不受限制，易于大批量生产。电弧冷焊的工艺过程如下。

① 焊前认真清理灰口铸铁与碳钢的接头表面，露出纯净的基体金属。焊接坡口参照碳钢的坡口形式及尺寸。采用对接接头时，灰口铸铁一侧开35°～45°的单面V形坡口；碳钢一侧开15°～25°的V形坡口。搭接时，灰口铸铁一侧开20°～25°的V形坡口。

② 灰口铸铁与碳钢装配时，装配间隙要尽量小，通常为0.5～2.0mm。为了提高焊接接头的强度，可在坡口上钻孔、攻丝及拧上螺钉，螺钉可装在坡口一侧或两侧。

③ 焊接有白口倾向的铸铁和刚度大的碳素钢时，先对被焊接头进行退火或回火处理，以便消除残余应力。

④ 当用电弧冷焊法对灰口铸铁与碳钢进行焊接时，宜选用高镍、镍铁等焊机。电弧冷焊焊条的选择见表10。填充材料必须进行150～200℃烘干，保温时间为1～2h。

⑤ 电弧冷焊时，通常先在铸铁一侧坡口中堆焊过渡层，在过渡层上堆焊一层中间层，以利于碳素钢的连接。然后用碳钢焊条将中间层与碳钢连接起来。

⑥ 施焊过程中应采用小电流、短弧、小线能、窄道焊、锤击焊道松驰应力等工艺措施。电弧冷焊过程中，灰口铸铁一侧的热量应占20%，碳钢一侧的热量应占25%,焊条热量占30%，电弧热量占25%。

⑦ 电弧冷焊后的焊接接头必须缓慢冷却，出现裂纹等缺陷时用电弧吹掉，重新焊接。

⑧ 钎焊

采用钎焊方法时，在450～510℃催化的熔融盐池中清除石墨、表面氧化物等，以改善钎料在铸铁表面的润湿性。钎焊时母材不熔化，不参与冶金反应，这时铸铁焊接非常有利。

灰口铸铁与碳钢的钎焊工艺要点。

① 灰口铸铁与Q235低碳钢钎焊，多采用氧－乙炔焰作热源，有时也采用氩弧（TIG）作为热源。  ② 多采用铜基钎料，一般铜为52%～56%，其余为锌。这种钎料接头强度低（117.6～147MPa），焊后钎缝颜色为黄色，与铸铁颜色相差很大。若要求钎缝颜色与铸铁、钢表面颜色相近，可以采用如下钎料：Cu 48％～50%，Mn 9.5%～10.5%，Ni 3.5%～4.5%，Sn 0.3%～0.7%，Al 0.2％～0.4%，其余为Z。

③ 一般采用硼砂作为钎剂。

④ 钎焊前清理工件表面，利用喷砂或火焰清除灰口铸铁表面上的石墨。

⑤ 为提高钎焊缝的强度，钎焊后可在700～750℃退火处理20min，以利于增强钎料与母材互相扩散。