浅析铸铁气焊工艺与焊接区硬度控制

祖宝华

摘要：在进行工业机械制造过程中，根据设备的使用性能以及生产方式，采用不同的焊接方法。尤其是对铸铁材料制成的机械设备焊接过程中，采用铸铁气焊工艺，需要对焊接区硬度实施严格的控制措施，才能保证焊接获得良好的效果。本文围绕铸铁气焊工艺与焊接区硬度控制措施展开讨论，为铸铁气焊技术进行焊接提供参考依据。

关键词：铸铁气焊微合金化;预热;缓冷;硬度

引言

目前，铸铁材料内主要是由铸铁碳物质组成，同时含有较多的杂质，包括硫、磷等，若采用传统的焊接工艺进行焊接，极易造成焊接位置出现裂纹、白口等质量问题。所以，在对铸铁材料进行焊接时，应采用铸铁气焊工艺，既能使焊接位置通过余热有助于进行焊接操作，还能通过缓冷措施提升铸铁的硬度。

1.实验方法及条件

在对铸铁材料进行焊接时，需要对焊接时采用的焊丝成分进行分析，主要包括以下成分：C含量为3.6%-4.2%;Si含量为3.4%-4.%;Mn含量小于0.6%;S含量小于0.05%;P含量小于0.05%;Ca-Ni-Ti-Bi含量小于2.5%;剩下的成分由Fe组成。

本实验中使用的焊接材质型号为HT200，规格为200mm×70mm×25mm。同时配置型号为CJ201溶剂，与多元微合金化灰铁焊丝配合使用，在铸铁材料上完成焊接操作。焊接位置呈U型坡口，坡口规格为深10mm、长25mm。

进入到焊接实验的准备阶段，工作人员对坡口进行抛光处理，处理时使用4%的硝酸酒精，通过酒精具有的腐蚀性，溶解坡口。随后，对溶解位置进行充分的烘干处理，完成烘干操作后，使用XJL-03型号光学金相显微镜，对腐蚀位置进行观察。最后，使用型号为HB-3000的布氏硬度试验机，对焊接硬度进行测量，在测量中需要焊接位置承载750kg的重量，持续承压超过30s。

2.实验结果及分析

2.1预热温度对焊缝组织及性能的影响

通过实验对焊接坡口进行预热，在不同温度下，分为室温、T0=100℃、T0=200℃，在显微镜下观察每20μm内，该材料的焊接位置出现的组织形态各不相同。在室温状态下，组成材料的物质包括珠光体、铁素体以及石墨，而此时铁素体呈小块分布状态，并且集中在石墨组织周围。若温度上升至100℃时，尽管焊接位置内仍有上述物质组成，但是铁素体含量不断增加，相反会减少珠光体含量，此时在石墨片周围包裹小片铁素体。若温度上升至200℃时，焊缝保持在原有的状态，但是铁素体含量会明显上升，同时超过在室温状态下，此时铁素体会呈现大片状，保持在石墨和珠光体周围。

通过对预热温度不断上升可知，焊缝的硬度会不断下降。在室温状态下，焊缝金属无法与母材有效的融合，此时在焊接过程中，焊接位置会出现气孔等质量问题，同时焊缝内承受较大的应力，进而提升焊缝的硬度。在预热温度不断升高过程中，焊接材料内石墨可有效改善焊缝性能，并且会降低珠光体的含量。

2.2焊后缓冷措施对焊缝组织及性能的影响

2.2.1缓冷炉初始温度的影响

对不同实验温度下，焊缝硬度的变化可知，焊接位置需要通过缓冷处理后，将余热温度与焊缝组织保持在可控制范围内，并且在缓冷炉内，提升炉内温度后，焊接材料内白色铁素含量在增加的同时，会减少珠光体的含量，进而有效降低焊接位置的硬度。将焊接材料放置在保温炉内，工作人员需要严格控制炉内的初始温度，若升高温度会减缓焊件的冷却速度，此时焊接材料内会有效减少石墨的含量，此时珠光体含量也会减少，而铁素体含量会不断提升，进而降低焊缝的硬度。

将缓冷炉内保持在无热输入状态，可在室温状态下降低焊接的温度，同时还能加快焊缝的冷却速度，此时焊接材料内，无法析出更多的铁素体和石墨，导致珠光体含量保持在较高的状态，进而提升焊缝的硬度。若将缓冷炉保持在200℃状态进行缓冷，此时焊接材料硬度会不断降低。

2.2.2火焰烘烤时间的影响

在对焊接材料进行加热过程中，随着火焰烘烤时间不断延长，此时焊缝硬度会不断降低。所以，工作人员应控制焊接时间，避免由于时间过短，焊缝硬度保持在较高的状态。通常情况下，将焊缝位置的温度控制在2-6分钟范围内，此时焊缝硬度会逐渐降低。

通过对完成焊接的焊缝进行保温处理，可对焊缝的硬度造成较大的影响。在焊接操作过程中，采用火焰烘烤的方法，不仅使焊接过程更加简单，同时还能有效降低成本，并且有助于控制焊缝的硬度。

2.2.3焊后缓冷措施的影响

对完成焊接的材料实施缓冷措施进行分析可知，采用火焰保温的同时，增加石棉覆盖的方法，可将焊缝的硬度保持在248HB，此时硬度低于室温状态的283HB。所以，对焊缝实施缓冷措施时，通常情况下最为合适的方法为，采用火焰烘烤保温与石棉覆盖法，其次是焊后火焰持续烘烤法。

在采用火焰保温外加石棉覆盖方法时，完成焊接操作的焊缝温度，不会马上下降，可使焊缝温度持续缓慢的下降。此外，覆盖的石棉，会有效控制焊缝温度下降的速度，此时焊缝内铁素体含量增加，而石墨会不断析出，进而有效降低焊缝的硬度，避免焊缝存在较大的应力。

结语

综上所述，在对HT200型号的铸铁进行实验时，通过微合金化铸铁焊丝气焊技术，在焊接操作时通过预热、火焰保温等方法，可有效降低焊缝的硬度，同时总结出采用火焰加热配合使用石棉保温的方法，不仅操作简单，成本较低，还能降低焊缝的硬度。

參考文献：

[1] 任永明，徐锦锋，孟冬波，et al.铸铁气焊工艺与焊接区硬度控制[J].铸造技术，2010，31（8）：1069-1071.

[2] 徐锦锋，任永明，翟秋亚.手工电弧焊焊补铸铁件焊区硬度控制[C]// 2011.

（作者单位：中国石油管道局工程有限公司第一分公司）