如何焊接铸铁
在特定条件下可以在室内焊接铸铁
铸铁零件的有效内部焊接可以节省时间和金钱，但也存在挑战。焊接失败通常会导致开裂或其他损坏。如果涉及到关键部件，明智的做法是寻求具有经验丰富的焊工的焊接设施的工艺，以确保获得成功的结果。
如果在内部进行焊接，那么研究有效生产焊接零件所需的步骤至关重要。开始前应采取四个关键步骤：
- 识别合金
- 彻底清洁铸件
- 选择预热温度
- 选择合适的焊接技术
识别合金
铸铁是铁碳合金家族。它们的高碳含量（通常为 2-4%）赋予铸铁以特有的硬度。然而，这种硬度是以牺牲延展性为代价的。与钢或锻铁相比，它的延展性较差。焊接过程中的加热和冷却循环会导致金属膨胀和收缩，从而产生拉伸应力。铸铁在加热或受压时不会拉伸或变形——相反，它们会开裂——使它们极难焊接。这种特性可以通过添加不同的合金来改善。
一些铸铁合金比其他合金更容易焊接：
- 灰口铸铁
灰口铸铁是最常见的铸铁形式。碳在制造过程中沉淀成石墨薄片，形成珠光体或铁素体晶体微结构。它比白口铸铁更具延展性和可焊性。然而，由于灰口铸铁中的石墨片会进入熔池，导致焊缝金属脆化，这对准焊工来说仍然是一个挑战。
- 白口铸铁
白口铸铁将碳保留为碳化铁，而不会以石墨的形式沉淀出来。渗碳体结晶微观结构非常硬且脆。白口铸铁通常被认为是不可焊接的。 - 延展性、结节性或延展性 铁
由于制造过程中的微观结构差异，这些铸铁都不太脆。这三款产品都具有由其独特的制造工艺制成的球形碳微结构。
确定您是否有白铁或灰铁的最佳方法是检查原始规格。光谱化学分析可以在事后提供此规范。当这些精确的方法不可行时，有几种方法可以在商店中检查。
由于其微观结构中的石墨，灰口铸铁沿断裂点呈灰色。由于渗碳体，白铁沿断裂处更白。不幸的是，只有当焊工知道材料是灰色或白色时，断裂测试才有用。这些是更古老、更传统的铸铁形式。它们在某些类别的商品中也更常见。然而，相对较新的球墨铸铁在断口处也很白，而且更易焊接。
经验丰富的冶金学家也可以使用火花测试来尝试确定铁的类型。
清理铸件
无论合金是什么，所有铸件在焊接前都必须进行适当的准备。在准备焊接铸件时，去除所有表面材料至关重要。铸件在焊缝区域必须完全清洁。清除焊接区的油漆、油脂、油和其他异物。最好对焊缝区域进行短时间小心缓慢地加热，以去除母材焊缝区域的夹带气体。
测试铸铁表面准备情况的一种简单技术是在金属上沉积焊道——如果存在任何杂质，它将是多孔的。这道口可以磨掉，重复几次，直到气孔消失。
预热
所有铸铁在压力下都容易开裂。热量控制是避免裂纹的最重要因素。
铸铁焊接需要三个步骤：
- 预热
- 低热量输入
- 缓慢冷却
热控制的主要原因是热膨胀。当金属加热时，它会膨胀。当整个物体以相同的速度升温和膨胀时不会产生应力，但是当热量集中在一个小的热影响区（HZ）时会产生应力。
局部加热会导致膨胀受限——HZ 被周围较冷的金属包围。产生的应力程度取决于 HZ 和铸件之间的热梯度。在钢和其他韧性金属中，因受限制的膨胀和收缩而产生的应力通过拉伸得到缓解。不幸的是，这会在收缩期间导致开裂，因为铸铁的延展性相对较差。预热降低了铸体和HZ之间的热梯度，从而最大限度地减少了焊接引起的拉应力。通常，较高温度的焊接方法需要较高温度的预热。当无法进行充分预热时，最好的策略是尽量减少热输入——选择低温焊接工艺和低熔点焊条或焊丝。
冷却速度是另一个对焊接处产生的应力有直接影响的因素。快速冷却会导致收缩，从而产生易碎、容易破裂的焊缝。相比之下，低温冷却降低了硬化和收缩应力。
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焊前预热
所有铸铁在压力下都容易开裂，但这可以通过预热来防止。观看视频，了解焊接前如何对金属施加热量。
焊接技术
焊接技术的选择应基于它们对被焊接铸铁合金的适用性。最常见的焊接工艺是棒焊、氧乙炔焊和钎焊。
棒焊
棒焊，也称为保护金属电弧焊或 MMA，使用覆盖有助焊剂的自耗电极。可根据用途、所需颜色匹配以及焊接后的加工量使用不同类型的焊条。
三种主要的填料类型适用于铸铁棒焊：
- 铸铁覆盖电极
- 铜合金电极
- 镍合金电极
镍合金电极是最流行的铸铁焊接。据 New Hampshire Materials Laboratory Inc. 称，镍铁焊缝强度更高，热膨胀系数更低，可降低焊接应力并提高抗开裂性。
电极和焊接区域之间的电弧熔化金属并导致熔合。电弧应指向熔池，而不是母材，因为这样可以最大限度地减少稀释。建议使用制造商批准的最低电流设置，以尽量减少热应力。在使用铸铁或铜电极进行焊接之前，将工件预热至至少 250°F。镍电极无需预热即可使用。
氧乙炔焊
氧乙炔焊接也使用电极，但不是由电流产生的电弧，而是氧乙炔焊炬提供焊接能量。铸铁焊条和铜锌焊条均适用于铸铁的氧乙炔焊。
必须注意不要在乙炔焊接过程中氧化铸铁，因为这会导致硅损失和焊缝中形成白口铁。焊条应在熔池中熔化，而不是直接被火焰熔化，以尽量减少温度梯度。
钎焊
由于对母材本身的影响最小，钎焊是连接铸铁零件的常用方法。焊条提供了粘附在铸铁表面上的填料。由于填料的熔点比铸铁低，填料不会被铸铁稀释，而是附着在表面。
表面清洁度对于这种焊接技术至关重要，因为连接取决于润湿母材表面的填料的质量。根据机器设计，在钎焊过程中使用助焊剂来防止氧化物的形成是很常见的。它是一种促进润湿的液体，使填料流过要连接的金属部件。它还可以清洁氧化物部分，使填料更紧密地与金属部件结合。此外，焊接时还使用助焊剂清洁金属表面。
整理
开裂通常发生在热收缩阶段——当焊缝冷却和收缩时会产生拉伸应力。如果应力达到临界点，焊缝就会开裂。
通过在冷却过程中施加压缩应力来对抗拉伸应力，可以减少开裂的机会。焊工使用一种称为喷丸的技术（用球头锤适度敲击）到可变形的焊道上，而焊缝仍然很软。喷丸降低了焊缝和 HZ 开裂的风险，但只有在使用相对延展的焊缝金属时才应尝试。
焊接的最后一步是冷却控制。该工艺尽可能使用绝缘材料减缓冷却，或对焊缝进行周期性加热以减缓自然冷却过程。
内部焊接
虽然将铸铁焊接承包给专业人员可以保证焊接质量，但可以通过精心准备在内部完成焊接修复。遵循识别合金、准备材料和选择最合适的焊接技术的步骤。
来源
- 材料总量。 “焊接铸铁和其他铸铁。”
- 新罕布什尔州材料实验室。 “焊接铸铁的技巧。”
- 焊接研究所。 “材料的可焊性：铸铁。”
金属