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铸铁的焊接性较差,其焊接效果受焊接材料影响较大。现用铸铁焊条或因焊缝金属抗裂性差、颜色发亮如镍基冷焊焊材,或因能耗大、成本高如热态焊铸铁同质焊材,均无法满足高性能铸铁件的焊接(补)要求。本文依据镍元素在焊接冶金过程中既促进石墨化又扩大奥氏体相区的作用原理,设计制造了高镍球铁芯铸铁同质电焊条。研究了Ni含量对焊芯组织的影响,采用正交试验法探索了药皮组分对熔渣物化性能的影响规律,优化了高镍球铁电焊条药皮组分,研究了焊接工艺对高镍球铁同质电焊条焊缝组织及接头性能的影响规律。研究结果表明:本试验采用的CaO-CaF2-SiO2型碱性药皮渣系具有合金元素过渡系数大且工艺性能好的优点。其中,萤石及大理石对熔渣熔点具有显著的影响,随着萤石和大理石含量的增加,熔渣熔点降低;熔渣碱度随着75#硅铁含量的增大而降低,而随着大理石含量的增加而增大;熔渣表面张力主要取决于75#硅铁和大理石含量,随着75#硅铁和大理石含量的增大,熔渣表面张力趋于增大。以熔渣性能为指标,通过正交试验确定的最优药皮配方为:大理石25%、萤石18%、碳酸钡28%、75#硅铁8%、泥石墨6%、鳞石墨11%、85#锰铁1.6%、铝粉1.6%、球化剂0.8%。自行研制的高镍球铁同质电焊条稳弧性好且无药皮发红现象产生,飞溅率仅为4.9%～8.1%,脱渣率高达98%,焊缝成形性好,具有良好的焊接工艺性能。当铸铁焊芯中Ni含量从30%增大到35%时,其有益效果是,一方面,焊缝金属石墨球化率升高,石墨析出量增大,石墨球数量增多且分布均匀,晶间碳化物数量减少,熔合区宽度减小;另一方面,接头硬度降低,与母材一致性好,抗拉强度升高,接头平均抗拉强度达387MPa。采用WNi=35%的高镍球铁焊芯压涂最优药皮涂料制备的高镍球铁电焊条,焊接电流选用I=200A,在室温下施焊所形成的焊接区焊缝石墨球化率高达88.3%,石墨析出数量为8.7%,石墨球分布均匀,数量为124个/mm2。焊缝微观组织由奥氏体和少量晶间碳化物及石墨球组成,熔合区组织与焊缝组织保持一致。焊接接头抗拉强度达421MPa,硬度在HB189～HB236范围,具有良好的加工性能。用高镍球铁同质电焊条,在冷焊条件下,获得的同质焊缝基体组织由细小的奥氏体枝晶+石墨球+少量晶间碳化物组成。随着焊接电流的增加,焊缝中石墨球化率升高,焊缝性能与母材趋于一致。在焊接电流一定的情况下,随着预热温度的升高,焊缝中石墨球化率显著降低,畸变石墨数量和碳化物数量增多,接头抗拉强度降低而硬度升高。因此,采用大电流不预热焊接工艺,可以获得综合性能优良的高镍球铁同质焊缝。