本文研究了在不同的焊接電流和不同的預(yù)熱溫度下小直徑同質(zhì)鑄鐵焊條--鑄268焊條的焊接工藝性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鑄268焊條在適當(dāng)?shù)臈l件下均可對(duì)鑄鐵進(jìn)行焊接。其中當(dāng)焊接電流為95A，預(yù)熱溫度為270℃時(shí)，焊接接頭具有良好的力學(xué)性能和機(jī)加工性能，機(jī)加工后顏色與母材一致，并且無(wú)裂紋產(chǎn)生。
關(guān)鍵詞： 鑄鐵 鑄鐵焊接 小直徑同質(zhì)鑄鐵焊條 焊接工藝
前言
    鑄鐵是一種生產(chǎn)成本低，并具有許多良好性能的鑄造金屬材料。我國(guó)各種鑄鐵的年生產(chǎn)量現(xiàn)約8000萬(wàn)噸，有各種鑄造缺陷的鑄件約占鑄鐵年生產(chǎn)量的10%-15%，即通常所說(shuō)的廢品率為10%-15%，若這些鑄件報(bào)廢，以1997年鑄鐵價(jià)格計(jì)算，其損失每年高達(dá)10億元以上。若能用焊接的方法修復(fù)，則有利于生產(chǎn)任務(wù)的完成，也可以節(jié)約大批資金。
    我國(guó)加入WTO以后，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，已經(jīng)成為鑄鐵件生產(chǎn)的大國(guó)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上有1/3－1/4的鑄鐵件都是我國(guó)生產(chǎn)的，而且大部分的鑄鐵件都要出口，出口的鑄鐵件如果焊補(bǔ)，要求機(jī)加工后顏色與母材一致，否則不允許出口。在這種技術(shù)條件要求下體格昂貴（300～400/公斤）的鎳基焊條已無(wú)能為力。而這些出口鑄件有許多很小的缺陷，用過(guò)去的大直徑同質(zhì)性鑄鐵焊條解決出口鑄件小缺陷焊接問(wèn)題也無(wú)能為力。研制小直徑的同質(zhì)性鑄鐵的焊條是解決出口鑄件小缺陷焊接問(wèn)題的出路之一。經(jīng)過(guò)6年的研究，研究成功了φ2．5的同質(zhì)鑄鐵焊條鑄268，該焊條具有優(yōu)良的焊接工藝性能，良好的抗裂性，在合理工藝的配合下具有良好的機(jī)加工性能。解決了出口的鑄件要求焊補(bǔ)機(jī)加工后和母材顏色一致的要求。
1 試驗(yàn)方法和條件
1.1 試驗(yàn)材料和條件
    試驗(yàn)用的母材為HT200，試板規(guī)格為200mm×100mm×15mm，在試板上堆焊；焊接材料選用自制的鑄鐵焊條Z268，焊條直徑為φ2.5mm；焊接設(shè)備為JBX-60弧焊機(jī)，測(cè)溫儀表;焊接電流分別為95A，100A，105A，110A，120A.，試板的預(yù)熱溫度為230℃，240℃，250℃，260℃，270℃，室溫為20℃。

表1 灰口鑄鐵化學(xué)成分(％)

表2 焊條熔敷金屬化學(xué)成分(%)

1.2試驗(yàn)方法
    首先將鑄268焊條在250℃的溫度下烘干并且保溫1.5小時(shí),然后選定以上五種不同的焊接電流開(kāi)始在打磨好的試板上等距離焊五條焊縫，焊接速度為3.07mm/s，焊縫長(zhǎng)度為80 mm，每條焊縫焊兩層，在前道焊縫冷至室溫后再焊下一道。在每條焊縫起焊處取金相試樣，將五條焊縫制成的金相試樣通過(guò)在金相顯微鏡下觀察其組織，打硬度和做硬度曲線，可得出一個(gè)合適的焊接電流。如果結(jié)果不理想，對(duì)試板進(jìn)行預(yù)熱，分別加熱至以上五種不同的溫度，再取焊縫的金相試樣、在金相顯微鏡下觀察其組織，通過(guò)打硬度和做硬度曲線可得出一個(gè)合適的預(yù)熱溫度。
2 試驗(yàn)結(jié)果
2.1 焊條工藝性試驗(yàn)
2.1.1焊接電流對(duì)焊條工藝性的影響
焊接電流對(duì)焊條工藝性的影響如下表：

表3 第一層焊縫工藝性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 第二層焊縫工藝性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出：當(dāng)焊接試板溫度為20℃和焊接電流為95A時(shí)，焊接工藝性最好，此時(shí)的焊縫沒(méi)有裂紋，且渣的覆蓋性較好，無(wú)飛濺.而當(dāng)焊接電流為120A的焊接電流效果最差，無(wú)論是焊縫成型還是焊縫表面，且有裂紋。
2.1.2試板的預(yù)熱溫度對(duì)焊條工藝性的影響
    焊接電流為95A，改變?cè)嚢宓念A(yù)熱溫度，焊條的工藝性如下表：

表4 預(yù)熱溫度對(duì)焊條工藝性的影響

    由以上試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)焊接電流調(diào)至95A時(shí)，試板溫度預(yù)熱到270℃時(shí)的焊接效果最佳，此時(shí)焊縫成型較好，焊縫表面光滑，在顯微鏡下觀察沒(méi)有裂紋和白口組織。
2.2 焊接接頭性能和組織分析
2.2.1 焊接電流對(duì)焊接接頭的性能和組織的影響
    隨著電流值的增加，焊接接頭的性能和組織發(fā)生了一系列變化。焊接電流對(duì)焊接接頭的性能影響可以通過(guò)以下五組在不同區(qū)域的硬度曲線看出。

    由圖1，圖2，圖3，圖4，四組曲線可以看出，焊接電流越大，焊縫和熔合區(qū)的硬度呈上升的趨勢(shì)。
    當(dāng)焊接電流為95A時(shí)，焊縫上層硬度值為33.7HV，其組織為屈氏體，少量的滲碳體，球狀石墨和鐵素體。到了焊縫中部，其組織為石墨球，屈氏體和鐵素體，但隨著滲碳體的增多，其硬度值也增至38.5HV。焊縫底部的硬度值為37.6HV ，其組織為片狀石墨和回火托氏體，硬度稍有下降，而到了熔合區(qū)滲碳體組織變少，珠光體增多硬度值為30.9HV。
    當(dāng)焊接電流為100A時(shí)，焊縫上層的硬度為54.6HV，其組織為珠光體，發(fā)散狀石墨和少量滲碳體。焊縫中部硬度值為59.6HV，其組織為回火托氏體，球狀石墨和碳化物，其方向性不強(qiáng)。焊縫底部硬度為51.2HV，組織為少量珠光體，石墨球，鐵素體和滲碳體。到了熔合區(qū)，硬度變?yōu)?5.9HV，原因是出現(xiàn)了少量的白口組織，但不連續(xù)。
    當(dāng)焊接電流為105A時(shí),焊縫上層硬度為59.8HV,其組織為珠光體，長(zhǎng)棒狀的碳化物，其方向性較強(qiáng)，還有石墨球和少部分的白口組織.焊縫中部為珠光體,球形石墨和趨于長(zhǎng)塊的碳化物,但無(wú)白口組織,所以硬度下降為51.5HV。焊縫底部硬度為45.6HV，其組織為屈氏體，球狀石墨和少量的碳化物，所以硬度降低。到了熔合區(qū)其組織變?yōu)榍�氏體，石墨，滲碳體，但無(wú)白口組織的出現(xiàn)，其硬度 為33HV .
    當(dāng)焊接電流為110A時(shí)，焊縫上層的硬度為62.2HV ，其組織為少量的珠光體，球狀石墨和大量的碳化物，所以硬度較高。焊縫中部為托氏體比例增加，出現(xiàn)了網(wǎng)狀和點(diǎn)狀的少量石墨，另外還有一些硬度較低，方向性不明顯，變短的碳化物故硬度降低，硬度值為58.9HV。焊縫底部硬度為37.6HV，組織為珠光體，少量碳化物和一些點(diǎn)狀的石墨，熔合區(qū)的組織為珠光體和石墨小球，硬度值為32.4HV。
    最后，當(dāng)焊接電流增至120A時(shí)，焊縫上層硬度為99.3HV，其組織為較多的石墨球和珠光體，還有大量的共晶碳化物，所以硬度較大，焊縫中部組織為珠光體，石墨和白口組織，此時(shí)硬度下降為85.7HV。到了焊縫底部，硬度為84.4HV，是因?yàn)榻M織為亞共晶白口組織，珠光體和一些細(xì)小的共晶萊氏體，硬度為33.6HV.
    對(duì)于以上五種電流值，并不是任意的電流都能使焊接性能較好，也不是在同一溫度下，焊接電流越大越好。焊接試驗(yàn)結(jié)果表明，其組織包含的碳化物組織越多，硬度就越高；包含的石墨和珠光體組織越多，其硬度就越低。
    焊接電流值為95A時(shí)的硬度值最小。并且此時(shí)焊縫無(wú)裂紋產(chǎn)生。但焊接電流值為95A時(shí)，焊縫和熔合區(qū)的硬度值均在30 HV以上，機(jī)加工性能不理想，為了進(jìn)一步降低接頭的硬度，采取對(duì)母材進(jìn)行預(yù)熱。
2.2.2 預(yù)熱溫度對(duì)焊接接頭性能和組織的影響
    當(dāng)試板的預(yù)熱溫度分別為230℃，240℃，250℃，260℃，270℃時(shí)，其硬度曲線如下圖：

    由圖5，圖6，圖 7，圖8，四組曲線可以看出，隨著母材預(yù)熱溫度的提高，焊縫與熔合區(qū)的硬度呈下降的趨勢(shì)，當(dāng)把母材預(yù)熱至270℃時(shí)，此時(shí)焊縫與熔合區(qū)的硬度最低，也就是機(jī)械加工性最好，通過(guò)顯微鏡下觀察，其組織為鐵素體，珠光體和球狀石墨，無(wú)裂紋和白口組織。
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在本試驗(yàn)的條件下，采用95A的焊接電流，預(yù)熱溫度為270℃時(shí)焊接效果最好，不僅可以防止裂紋和白口及淬硬組織的出現(xiàn)，而且焊縫表面也比較光滑，成型也比較好。
結(jié) 論
（1）采用自己研制的直徑為φ2.5mm的同質(zhì)鑄鐵焊條Z268，選用不同的焊接電流時(shí)，對(duì)焊條的工藝性的影響也是不同的。就本試驗(yàn)而言，焊接電流越大，電弧越不穩(wěn)定，渣的覆蓋性就越不好，渣殼內(nèi)部不光滑且不易脫渣，最明顯的特點(diǎn)就是在焊接過(guò)程中有裂紋產(chǎn)生，并且焊縫表面不光滑且成型不好。在本試驗(yàn)的條件下比較合適的電流為95A。
（2）在本試驗(yàn)的條件下，隨著母材預(yù)熱溫度的提高，焊縫與熔合區(qū)的硬度呈下降的趨勢(shì)，當(dāng)把母材預(yù)熱至270℃時(shí)，焊接接頭具有良好的機(jī)械加工性能。
（3）采用自己研制的直徑為φ2.5mm的同質(zhì)鑄鐵焊條Z268，采用95A的焊接電流，預(yù)熱溫度為270℃時(shí)，焊接灰口鑄鐵，不僅焊條具有優(yōu)良的焊接工藝性能，焊接接頭具有良好的抗裂性能、機(jī)械加工性能、機(jī)械加工后顏色與母材一致，而且價(jià)格低廉。解決了鑄鐵出口件焊接機(jī)械加工后顏色與母材一致的難題。