变质铸铁的焊补
出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第581页（3336字）
长期在高温状态下工作的铸铁件，如钢锭模、锅炉排气缸燃烧室排气口等，以及长期在化学腐蚀、锈蚀条件下工作的铸铁件，如化工厂的酸碱铸铁容器、泵壳、阀门等，铸铁的材质会逐渐产生某种程度上的变质，使铸铁原有的强度、硬度、塑性韧性等特性降低而造成损坏，也使铸铁的焊接性变得更差。
1．变质铸铁焊补特性分析
变质铸铁的焊补比一般铸铁件困难得多，产生裂纹、剥离。白口、气孔、熔合不良等缺陷的现象更加严重，其中熔合不良是焊接的主要困难。
(1)熔合不良 变质铸铁件因表面及内部金属严重氧化，断面呈黑色，无金属光泽，组织疏松、晶粒粗糙。手工电弧焊焊补时，高温熔滴与变质铸铁不熔合，形不成熔池。有时焊条金属与母材虽然部分熔合，但由于熔合不良，在焊缝边缘母材上形成严重缺肉、咬边缺陷。
产生熔合不良的原因，是由于铸铁件在长期高温工作后，基体组织由原先的珠光体+铁素体转变为纯铁素体，石墨析出量增多，并进一步聚集长大，而石墨为非金属，熔点高，故不易与焊条金属熔合。石墨聚集长大后，形成粗大的石墨片，石墨片与基体组织的交界面成为空气进入铸件内部的通道，使金属氧化，形成熔点较高的铁、硅、锰的氧化物，从而增大了熔合的难度。补焊前去除变质铸铁的表层，采用镍基铸铁焊条(加工面焊补)或铸100氧化性药皮焊条(非加工面焊补)焊补变质铸铁，可以改善焊接性。利用镍基铸铁焊条焊接变质铸铁有利于改善熔合性，其原因是镍与铁能无限互溶，形成固溶体，且镍在高温时，可以溶解较多的碳，减少石墨的析出量，利用铸100氧化性药皮焊条，焊接变质铸铁有利于改善熔合性，其原因是焊条的强氧化性可氧化掉变质铸铁中的粗大石墨。
(2)热裂纹、热应力裂纹和剥离：
①焊缝中的热裂纹 热裂纹产生是由于母材变质金属中所含的过量硫化物较多地渗入熔池中，这些硫化物、氧化物及其他共晶物熔点低，在结晶过程中偏析于晶界，形成液膜，在应力作用下就会形成热裂纹。
②热应力裂纹和剥离 由于母材变质，金属强度、塑性均很低。当焊补过程中产生的拉应力超过母材的强度时，就会产生热应力裂纹。当焊缝金属强度和塑性超过母材时，会造成焊缝与母材沿熔合线剥离。焊缝与母材熔合不良，也会产生剥离现象。
2．变质铸铁焊补方法
变质铸铁的焊补方法及工艺应根据铸铁变质的原因和变质程度、损坏部位，在构件的位置和损坏处壁厚等条件来选择。
(1)过烧铸铁金属中含铁、碳少，含氧化物杂质多，焊补中熔池金属难以形成铁碳合金，熔合性很差，应选择氧乙炔火焰气焊的工艺焊补。
(2)结构复杂，加热受限制的铸件，厚大的变质铸铁铸件应选择手工电弧焊的冷焊工艺。
(3)母材变质较严重，手工电弧焊熔合不好的厚大铸件在加热条件允许时，应采用气焊过渡层、电焊中间焊缝的焊接工艺。
(4)表面严重变质、熔合不良、内部熔合尚好的厚大铸件，可采用电焊内部、黄铜钎焊表层的焊法。
(5)受力不大，材质严重变质的铸件，熔合性很差，可采用黄铜钎焊的方法焊补。
(6)铸件大面积变质，熔合不良，在条件允许的情况下，可采用挖补镶块的方法焊补。
3．变质铸铁焊补工艺
(1)弧焊冷焊法：
①坡口准备 坡口应开得尽量窄而深，以坡口底部焊不穿为准。坡口形式为V形或U形。坡口面及底部要求光滑平整；用火焰烧烤的方法清除坡口两侧2～3mm以内的油污、铁锈及氧化表层，然后用钢丝刷打磨出金属光泽。长期受火焰直烧的变质铸铁，采用碳钢焊条开制坡口，有利于改善焊接时的熔合性。
②焊条的选择 长期受高温火焰烧烤的铸铁机件铸铁中铁、碳氧化严重，应选择先焊过渡层，再焊中间焊缝的多层焊补工艺。过渡层焊补选用低氢型低碳钢焊条(如J427、J507等)。碳钢焊条焊补这类铸铁的过渡层，熔合性较好，得到的焊缝金属是碳钢，容易产生严重的白口淬硬组织，但白口会在焊接中间焊缝时被退火消除。中间焊缝应选用塑性好、屈服强度低的镍基焊条，如Z308，Z408等，焊补后的焊缝塑性好，配合锤击工艺，不易产生裂纹和其他焊接缺陷。
③焊补操作要点 过渡层焊补应保证熔合良好。焊缝边缘不咬边，坡口两侧过渡层应尽量不连在一起，使其处于自由状态。严格按照冷焊工艺操作，采用短段焊接，断续焊，每焊段应比一般铸铁焊补时还要短，还可以采用点焊的方法。在补焊中，电弧不直接指向坡口未焊部分，而是指向熔池金属，使焊条倾斜一定角度，压低电弧，利用电弧吹力，将熔滴贴敷到呈熔化状态的坡口母材上。采用这样的方法得到的过渡层焊缝熔深较浅，且能保证熔合。采用下坡焊可收到同样的效果。过渡层焊补中应配合锤击，锤击力要适度，避免因母材强度、塑性降低而使其剥离。中间焊缝应覆盖两侧过渡层，但不能过宽超出过渡层，以免造成与母材新的熔合不良，焊补中要严格控制层间温度，为避免温度过高，要用较快的焊接速度，小电流，直线运条，以获得较浅的熔深和较窄的焊缝。采用断续焊接和锤击的工艺，消除焊接应力并砸实气孔。
(2)氧乙炔火焰气焊法 某些材质变质严重的铸铁，用手工电弧焊补，各种焊条都难于熔合，在加热允许的条件下，应采用氧乙炔气焊的焊补工艺，可有效地防止产生熔合不良，获得较高的焊补质量。
①焊前准备 坡口应开得较宽，以利于焊补操作。坡口形式一般为V形，角度应大于90°，深度以能熔透为准。清除坡口内及两侧油污、铁锈、夹杂物，并打磨出金属光泽。将待焊部位放在水平位置上。选择较大功率焊炬，选用含碳量、含硅量较高的焊丝或旧活塞环(应选用气环，不用油环和镀铬环)，过烧铸铁应选用低碳钢丝。焊前将焊丝打磨干净，焊粉要选用专用铸铁焊粉或硼砂。
②操作工艺要点 用中性火焰预热，弱碳化火焰施焊，焊毕用强碳化火焰补偿加热和渗碳；采用右向焊，使火焰始终笼罩熔池，因液态铸铁黏稠性大，应不断用焊丝搅动熔池，并加少量焊粉，改善液态金属的流动性，使熔池内氧化性气体充分逸出；施焊中，应不断给前面已焊好的焊缝加热，给加热减应区加热，消除因冷却造成的焊接应力。
③碳化焰的渗碳工艺 在气焊焊补中，由于变质母材所含的氧化物、硫化物和其他杂质过量地熔于熔池，熔池液态金属表面充满白色耀眼的浮渣，看不到纯净的铁水，焊丝熔滴滴入熔池，不能很好地熔融在一起，而是自成一体，界限分明，这时应用焊丝将浮渣刮拨掉，并迅速将火焰调成强碳化焰，对准熔池进行渗碳，同时加撒焊粉。当熔池金属冷却至暗红色(约500～600℃)时，再次将其加热至熔化温度进行渗碳。反复使用渗碳工艺，直至熔池内铁水变清亮，熔合良好时，开始施焊。对于氧化严重的铸铁，在渗碳后的施焊中，应适当在熔池内熔入一些低碳钢丝，增加焊缝金属的含铁量。由于氧乙炔火焰加热时间长，热量不集中，热影响区大，为防止焊后产生较大的焊接应力造成的裂纹和变形，焊补完成后，应采取必要的保温缓冷措施。