如何焊接铸铁：完整指南

铸铁焊接是可能的，但由于碳含量高，因此存在问题。这种碳含量通常为 2-4%，大约是大多数钢的十倍。在焊接过程中，这种碳迁移到焊接金属和/或热影响区，导致脆性/硬度增加。这反过来又会导致焊接后出现裂纹。

铸铁由不同比例的铁和碳组成，并含有锰、硅、铬、镍、铜、钼等附加元素以改善某些性能。此外，它所含的硫和磷含量明显高于杂质，使焊接困难而不开裂。

不同类型的铸铁包括灰口铸铁、白口铸铁、球墨铸铁（球墨铸铁）和可锻铸铁，可焊性差异很大。除了白口铸铁外，所有类别的铸铁都被认为是可焊接的，但与焊接碳钢相比，焊接难度要大得多。

但是，如果没有详细的冶金分析，可能很难区分这些不同类型的铸铁。即便如此，铸铁是一种经久耐用的耐磨金属，已经使用了几个世纪。

铸铁的预焊步骤

在开始之前应采取四个关键步骤，以确保铸铁的有效焊接。其中包括：

• 确定铸铁的类型
• 清理演员表
• 选择正确的预热温度
• 选择正确的焊接技术

1。 确定铸铁的类型

这种焊接的第一步是确定它是什么类型的铸铁。种类繁多，大部分都不想焊接。

铸铁的延展性较差，因此在快速加热或冷却时会因热应力而破裂。开裂的敏感性取决于铸铁类型/类别。这意味着需要了解您使用的是哪种合金：

• 灰口铸铁： 它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。
• 球墨铸铁、球墨铸铁或可锻铸铁： 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。

确定您使用的熨斗类型的最简单方法是检查原始规格。化学和金相分析还可以帮助确定您正在使用的铸铁类别。

还有其他一些方法可以区分合金之间的区别；灰口铁会随着断裂点呈灰色，而白口铁由于含有渗碳体而沿断裂口呈较白的颜色。然而，例如，球墨铸铁也会显示出更白的断口，但更易焊接。

灰口铸铁是最常见的焊接铸铁类型，应该是您尝试熔合的唯一铸铁，除非您有铸造或焊接经验。让有经验的人帮助您是另一个不错的选择。

2。 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。

3。 预热温度

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。

铸铁焊缝需要三个步骤：

• 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。

局部加热导致 HZ 被周围较冷的金属所包含的膨胀受限。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。一般来说，较高温度的焊接方法需要较高的预热温度。

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。

冷却速率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。

4。焊接铸铁的焊接技术

理论上，任何一种常见的电弧焊工艺，如手工金属电弧焊、药芯电弧焊、金属活性气体焊、埋弧焊、钨极电弧焊等都可以使用，有利于缓慢加热和冷却的工艺是一般首选。

1.手工金属电弧焊 (MMA)

这种类型的焊接，也称为保护金属电弧焊 (SMAW)，通常被认为是铸铁焊接的最佳整体工艺——前提是使用正确的焊条。电极的选择将取决于应用、所需的颜色匹配以及焊后加工量。

手工金属电弧焊的两种主要电极类型是铁基和镍基。铁基焊条会产生高碳马氏体的焊缝金属，因此一般仅限于铸件的小修和需要配色时。

镍合金焊条是最常用的，可提供更具延展性的焊缝金属。镍电极还可以通过提供较低强度的焊接金属来帮助减少预热和 HAZ 开裂。

在所有情况下，都应注意尽量减少母金属熔化。这将最大限度地减少稀释。

2。 MAG 焊接

MAG 焊接通常使用镍耗材进行。 80% 的氩气到 20% 的二氧化碳气体混合物适用于大多数应用。虽然可以使用钎焊丝，但一般不建议使用，因为钎焊金属的强度会明显低于铸件。

3. TIG焊接

TIG 焊接可以在铸铁上提供干净的焊缝，但由于其高度局部的加热特性，通常不受欢迎。与所有 TIG 焊接一样，完成焊缝的质量很大程度上取决于焊工的技能。

4.氧乙炔焊接

氧乙炔焊接也使用电极，但不是由电流产生的电弧，而是氧乙炔焊炬为焊接提供能量。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。

5.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。

表面的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，焊剂还用于焊接以清洁金属表面。

无预热焊接技术

铸件的尺寸或其他情况可能需要在没有预热的情况下进行修复。在这种情况下，零件需要保持凉爽，但不要冷。

将铸造温度提高到 100 华氏度是有帮助的。如果零件在发动机上，则可以运行几分钟以获得此温度。切勿将铸件加热到无法将裸手放在上面的温度。

做短的、大约 1 英寸长的焊缝。焊接后的喷丸对于这种技术很重要。让焊缝和铸件冷却。不要用水或压缩空气加快冷却速度。

在先前的焊缝冷却时，可以在铸件的另一个区域进行焊接。所有的陨石坑都应该被填满。只要有可能，珠子应以相同的方向沉积，平行珠子的末端最好不要相互对齐。

用于铸焊的填充焊丝或焊条

如上所述，焊条的选择对于焊接铸铁很重要，尽管大多数专家建议使用镍焊条。

1. 99% 镍棒

这些电极比其他选项更昂贵，但也提供了最好的结果。 99% 的镍棒可产生可机加工的焊缝，并且在磷含量低或中等的铸件上效果最佳。这些纯镍棒产生柔软、有延展性的焊缝。

2。 55% 镍棒

比 99% 的杆便宜，它们也可加工，经常用于厚截面维修。较低的膨胀系数意味着这些产生的熔合线裂纹比 99% 的棒更少。这些镍铁棒非常适合将铸铁焊接到钢上。

可以使用较便宜的选择，例如钢棒，尽管这些不如镍棒有效：

3.钢棒

钢棒是三者中最便宜的选择，最适合小修和填充。钢电极产生硬焊缝，需要额外打磨才能完成并且不可加工。然而，尽管有这些缺点，钢棒提供了颜色匹配，并且比镍棒更能耐受不完全清洁的铸件。

4.钎焊青铜

您可以使用氧乙炔钎焊或将焊条与 TIG 焊机一起使用。这是在裂缝中或需要连接的两个部件之间提供一个据点的好方法，同时不会导致开裂和铸铁性能的变化。

清洁和喷丸焊接表面

像大多数焊接一样，表面越干净，焊接效果就越好。有时，您正在焊接的材料在整个铸造过程中都会产生终生的烟雾或油污，这会给焊接带来挑战。焊接铸铁时需要注意一些事项。

使用焊接材料，如 MG-289 铸铁焊接合金棒，专为污染铸铁设计，是确保焊缝充分的最佳方法。

喷丸是在软焊缝冷却时敲击软焊缝以防止开裂的过程。这应该谨慎进行，并且仅在焊缝可能变形时进行，但这并不总是必要的，因为导致裂纹的主要原因是组件的不规则或快速加热或冷却。预热和缓慢冷却您的项目是最重要的。

预热还是冷焊？

关于应该热焊还是冷焊，有几种不同的意见。每个人都同意预热是一个不错的选择，但也有一些人建议用最少的热量进行焊接也足够了。

在决定如何焊接铸铁时，必须采用其中一种方法，因为与大多数金属不同，铸铁很脆，通过弯曲或膨胀和收缩变形的能力非常小。热量总是会对金属产生变形作用，如果金属的某一部分加热或冷却的速度比另一部分快，那么铸铁或焊缝就会产生应力和开裂。

预热通过使焊缝的周围区域更接近焊接温度来最小化这种影响，使整个组件均匀变化。铸铁在 1400 华氏度以上会改变特性，因此不要将过多的热量放入组件中。

在没有预热和使用最少热量的情况下以冷方式焊接铸铁被认为可以通过降低整体温度来帮助实现这一点。这有利于不产生可见的裂缝，并且与没有预热的热焊相比，它的焊接强度更高。然而，内部应力仍然存在，这会在组件的使用寿命后期显现出来，并且与焊接前适当预热相比，它产生的整体焊接强度较弱。

经验丰富的铸铁焊工，他们定期维修或制造铸铁产品，并且只进行预热。这是确保焊缝内部坚固的最佳方法，而不仅仅是明显减少裂纹。