摘要：通过对球墨铸铁焊接性的分析，确定采用异质材料的电弧冷焊工艺方法，成功地对离心式双法兰铸铁管道进行了焊接，使焊接法兰式铸管的批量生产成为可能。关键词：球墨铸铁；异质焊缝；电弧冷焊中图分类号：tg457.6文献标识码：b铸铁是机械制造业中使用最多的铸造材料，与钢相比，虽其力学性能较低，但却有优良的耐磨性、减震性、铸造性和可切削性，因此在工业生产中得到广泛应用。但是铸铁的碳含量很高，焊接性较差，使得铸铁在焊接结构中的应用受到很大的限制。随着生产技术的发展，离t7式铸铁管道在工业生产中的应用越来越广泛，为了改变以往子母口对接承受压力低的缺陷，现在普遍采用承受压力高的双法兰铸铁管道，而这种结构在铸造生产线上生产，工艺复杂，而且质量难以保证，所以采用焊接结构就成为解决这一大难题的出路，本厂长期从事铸铁管道的焊接.下面就双法兰铸铁管道的焊接工艺与过程进行分析介绍，其结构示意图如图l所示。z。么才圈1离心式双法兰铸铁管道结构示意圈21球墨铸铁焊接性分析铸铁管道及法兰均为球墨铸铁，液态铸铁在浇注前加入适量球化剂处理.使碳主要以球墨的形态存在于铸铁中。球状石墨对基体的割裂作用比团絮状小，在相同基体的情况下，其力学性能(包括抗拉强度、塑性和韧性)是所有铸铁中最高的。球墨铸铁的焊接性与常用灰铸铁的基本相同，焊接接头容收稿日期：2006—1127：修回日期：2007—06—15易产生白口、淬硬组织及焊接裂纹。但由于其化学成分和力学性能不同，因而又有其自身的特点：①球化剂的存在大大增加了铁液的过冷倾向，使焊缝和熔合区更容易形成白口和淬硬组织；②球墨铸铁有较高的强度和一定的伸长率，为了保证球墨铸铁构件可靠的工作性，一般要求焊接接头的力学性能与母材基本匹配。这就对球墨铸铁焊接提出了更高的要求。采用铸铁型焊接材料，焊后所获得的焊缝金属的化学成分、组织、性能及颜色与母材接近，这类焊缝称铸铁型焊缝，也称同质焊缝。受劳动环境及工艺条件的影响，双法兰铸铁管道主要采用异质(非铸铁型)焊缝的电弧冷焊，也就是焊前不对被焊铸铁件预热的电弧焊，这就使焊接难度大大增加，对焊接过程控制的要求也非常严格。2焊接材料殛设备的选择异质焊缝可分为钢基、铜基和镍基三类。镍是奥氏体形成元素。能和铁以任何比例互溶，不和碳形成碳化物，还是较强的石墨化元素，经试验表明，焊缝镍含量越高，白口宽度越窄。镍基铸铁焊条的最大特点是焊缝硬度较低.半熔化区白口层薄，且呈断续分布，故应用较广泛。常用的镍基焊条是z408，它是镍铁合金焊芯、石墨型药皮的铸铁焊条，适合焊接高强度球墨铸铁。我国是贫镍国，纯镍焊条价格昂贵，而z408焊条中镍仅占1／2，因而该焊条是镍基焊条中较为便宜的，这也是选用此焊条的重要原因。由于铁的固溶强化作用，该焊条熔敷金属的力学性能较高，抗拉强度可达390～540mpa，伸长率一般大于10％。但屈服强度较高，一般为340mpa，故焊接面积不宜过大，否则，会在焊缝金属与母材交界处产生剥离性裂纹。因此，选用镍基异质焊缝较合适。焊机的选用：z408焊条适合交、直流两用焊机，可选择较常见的b一300型交流弧焊机。80·焊工之友·焊接技术第36卷第4期2007年8月3异质焊缝的电弧冷焊工艺分析球墨铸铁的异质电弧冷焊除应正确选择焊接材料外.还要特别重视焊接工艺才能获得满意的焊接质量。3.1选择合适的焊接电流焊接电流过小时.电弧燃烧不稳定.焊缝与母材熔合不好。球墨铸铁中含许多杂质，焊接电流越大，与母材接触的异质焊缝熔入母材量越多，杂质也随之上升。对镍基焊缝来说，其中si，s，p杂质含量增大，会明显增大产生热裂纹的敏感性；铸铁中的fe在大电流下大量融入焊缝，fe量提高，则ni量相对下降。会增大半熔化区白13宽度。所以，这就必须严格控制母材对焊缝的稀释作用。同时，随着焊接电流的增大，焊接热输入增大，使焊接接头拉伸应力增大，产生裂纹的敏感性增大。母材处于半熔化区温度范围的宽度增大，在电弧冷焊快速冷却条件下.半熔化区白口宽度加宽。因此.异质焊缝电弧冷焊时宜选用小直径焊条，选用较小焊接电流.特别是焊接与母材接触的第1.2层焊缝时更应注意。焊接电流参考值见表1。裹lz4惦焊条电弧冷焊焊接电流参考值焊条直径／roan3.24050焊接电流『a90110l2o一150l60一l9o3.2采用较大焊速及短弧焊接焊速过快，焊缝成形不良，与母材熔合不好，但在保证焊缝正常成形及与母材熔合良好的前提下，应采用较快的焊接速度。这主要是由于随着焊速加快，铸铁母材的熔深、熔宽减小，母材熔入焊缝量随之减少，焊接热输入也随之减小，这与降低焊接电流效果相同。电弧电压(弧长)增大，使母材熔宽增宽.母材熔化面积增大，故应采用短弧焊。3.3.选择合理的焊接方向及顺序焊接方向及顺序合理与否对焊接应力的大小及裂纹是否产生有重要影响。对离心式双法兰铸管来说焊接方向就是沿法兰的圆周方向顺时针断续施焊。3.4采用短段焊、断续焊、分散焊及焊后立即锤击焊缝工艺随着焊缝的增长，纵向应力增大，产生裂纹的倾向增大，故宜采用短段焊。采用异质焊接材料进行铸铁电弧冷焊，一般每次焊缝长度为1040nun。当焊缝仍处于较高温度，塑性性能异常优良时，立即用带圆角的小锤快速锤击焊缝，使焊缝金属产生塑性变形，以降低焊缝中的应力。为了尽量避免焊接处局部温度过高，应力增大，应采用断续焊，待焊缝附近的热影响区冷却至5o60℃时再焊下一道焊缝。必要时可采用分散焊，也就是不连续在一固定部位施焊.这样可更好地避免焊接处局部温度过高，从而避免产生裂纹。短段焊、断续焊、分散焊工艺对焊工的操作技能要求较高，操作不好可能会带来焊缝中接头明显、连续性差的问题，如图2所示。图2焊缝接头4生产过程4.1装配法兰与管道为搭接接头，连接形式为过盈配合，如图3所示，采用此形式可有效地抵消焊接应力.减小冷裂纹的发生率。装配前将管道放置在可调速的托轮架上，利用角磨机将外径表面的油漆、铁锈等杂质清理干净。再将法兰放置在烘炉中加热至600～650oc，使法兰内径增大，当大于管道外径时将其取出.迅速装配在管道上.利用工装找正后，用z408镍基焊条进行点固。图3搭接接头4.2焊接选用4,4mm焊条，焊接电流120～150a，焊接速度80—120era／rain。焊条在使用前经150℃烘干1h，然后放在保温简内随用随取。采用电弧冷焊法，铸铁管道不需预热，法兰要降至较低温度，以防热裂纹的产生。当法兰温度降至150—200℃，未焊焊缝形成过盈配合后开始焊接。焊接位置保持在平焊位置，焊条角度横向保持在45。，纵向保持在90。。焊接过程中焊条不摆动，以获得较小的稀释率，并保持80—120cm／min的焊接速度。法兰内yl,2条焊缝要由2名焊工同时施焊。4.3焊后缓冷焊后一定要采取保温措施，使之缓冷至室温，为此可用保温材料将焊缝包起来。4.4检验(1)外观检查无气孔、裂纹、未熔合等缺陷。(2)水压试验将冷却至室温的铸管以2.5mpa压力进行水压试验，没有发现渗漏现象，管件合格。参考文献：5结论经过装配、焊接、冷却、水压试验系列工序.得到1件合格的承受压力较高的双法兰铸铁管道，可采用此工艺进行批量生产，这拓宽了离心式铸管的使用范围，大大提高了产品的市场竞争力。z408焊条在焊后形成的组织为塑性高、硬度低的奥氏体组织，不发生相变。金属抗拉强度达到400mpa，焊缝金属的硬度为hv160210，半熔化区白口宽度为0.1mm，热影响区最高硬度≤hb300，接头有较好的抗裂性。【1】中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(第2卷)【m】.北京：机械工业出版社。1992.【2】周振丰.焊接冶金学(金属焊接性)【m].北京：机械工业出版社，1995.【3】张应立，张梅.新编焊工实用手册【m】，北京：中国人民解放军总后勤部金盾出版社，2004.1【4】葛兆祥.焊工技师
培训教材【m】.北京：机械工业出版社，2001.