电弧热焊与半热焊

四、电弧热焊与半热焊

将工件整体或有缺陷的局部位置预热到600～700℃(暗红色)，然后进行焊补，焊后进行缓冷的铸铁焊补工艺称为“热焊”。对结构复杂而焊补处拘束度又很大的工件，宜采用整体预热。若对这种构件采用局部预热焊，可能会增大应力，有时会在焊补处再出现裂纹，甚至会在离焊补处有一定距离的位置上出现新裂纹。

对于结构简单而焊补处拘束度又较小的工件，可采用局部预热。灰铸铁工件预热到600～700℃时，不仅有效地减少了焊接接头上的温差，而且铸铁由常温完全无塑性改变为有一定塑性，其伸长率可达2%～3%，再加以焊后缓慢冷却，因此，焊接接头应力状态大为改善。此外，由于600～700℃预热及焊后缓冷，可使石墨化过程进行比较充分，焊接接头可完全防止白口及淬硬组织的产生，从而有效地防止了裂纹的产生，并改善了其加工性。在合适成分的焊条配合下，焊接接头的硬度与母材很相近，有优良的加工性，有与母材基本相同的力学性能，颜色也与母材一致。焊后焊接接头残余应力很小，热焊的焊接质量是非常满意的。其缺点是能源消耗大，劳动条件差，生产率低。

预热温度在300～400℃时称为“半热焊”。300～400℃的预热可有效地防止热影响区产生马氏体，但要防止焊缝及半熔化区出现白口铸铁，就必须提高焊缝的石墨化能力。由于预热温度降低，焊接接头各部分的温差较大，焊接接头易形成较大的拉伸应力，对结构复杂，且焊补处拘束度很大的工件来说，焊后发生冷裂纹的可能性增大。

铸铁热焊时虽然采取了预热缓冷的措施，但是焊缝的冷却速度还是大于铸铁铁水在砂型中的冷却速度，为了保证焊缝石墨化，不产生白口组织且硬度合适，应适当增加焊缝的石墨化元素。通常电弧热焊时，焊缝C的含量应在3.0%～3.8%;Si的含量也应在3.0%～3.8%。电弧半热焊时，C和Si的总含量应提高到6.5%～8.3%。

1．低碳钢心石墨型铸铁焊条

在低碳钢心、药皮中加入适量强石墨化元素，如碳、硅、铝等，如焊条Z208。焊缝在缓冷的条件下可变成灰口铸铁。其加工性能受冷却速度影响很大，冷却过快会产生白口组织，难以加工。因此，为了减缓冷却速度，在焊接时经常采用连续堆焊。灰口铸铁焊缝的组织、性能及颜色与母材接近，但是塑性较差，不能松弛应力，因此，抗冷裂纹性能较差。对小型薄壁件、刚度小又不需要加工部位的缺陷，可以不预热补焊。通常都应预热到400℃以上，焊后缓冷，可以基本上防止白口和裂纹。如果温度不够，还可以采用焊炬补充加热，同时采用较大电流、慢速度连续堆焊工艺使温度继续升高，能有效地防止焊缝产生白口，并可减小焊缝纵向收缩应力，防止产生裂纹。铸件较厚或缺陷较大时，焊前应预热到400℃左右进行“半热焊”，如果缺陷处的刚度较大，可采用加热减应区法。Z208焊条白口倾向较大，厚大工件即使600～650℃热焊之后往往还有少量白口，如需精加工，还应进行650～700℃保温12h的退火处理。

2．焊接工艺

连续堆焊，工件边角的小缺陷一次焊成，大缺陷要连续堆焊3～4层后，迅速清理熔渣后再继续堆焊，其目的是使热量集中，焊缝缓冷。

采用中弧焊接，由于药皮中含有大量石墨，熔点较高，短弧焊接时药皮不能充分熔化，反应也不充分，起不到石墨化的作用，会形成白口。同时，电弧不能过长，以免石墨元素过量烧损，一般直径为4mm的焊条，电弧长度控制在4mm左右。

适当采用较大的电流进行补焊，目的是为了使药皮得到充分熔化及焊缝达到充分的热量，以减缓冷却速度，避免产生白口。

由于焊缝成分是铸铁，塑性较差，锤击对消除应力的效果不大，因此，一般焊后不锤击。

3．铸铁心铸铁焊条

采用铸铁心、石墨化型药皮，如Z248，焊缝在一定冷却速度下成为灰口铸铁。该焊条是同质焊条中石墨化能力最强的一种，可以采用同质焊条不预热焊工艺，如果焊接工艺正确，补焊区的加工性能较好。较厚的铸铁件应选用较大直径的焊条和较大的电流，该焊条直径可大于6mm。采用该焊条的焊缝组织、性能及颜色接近于中等强度的铸铁母材，色泽略暗。焊缝金属无塑性，抗冷裂纹性能较差，缺陷较大时应采用分段补焊，刚度大的部位应预热或加热减应区。