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[摘 要]铸铁类铸造的设备和设施，在油田应用广泛，如铸铁类的阀体、泵类设备的底座等。HT250型铸铁由于其特性较为复杂，焊接工艺特殊，在现场实际应用中，根据铸铁破裂的具体情况，提出修复方案，采用合理的焊接方法进行修复。
[关键词]铸铁泵 裂纹 焊补修复
中圖分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0355-01
0 引言
铸铁类铸造的设备和设施，在油田应用广泛，如铸铁类的阀体、泵类设备的底座等，例如，一台3ZS-4.0/16注聚泵在安装过程中不慎将出口碰裂，裂纹长度为80mm，深度为10mm，材质为HT250。铸铁泵出口只是泵结构的一小部分，如购买新泵费用较高，且需要等待，不仅耽误生产同时增加成本。
1 灰铸铁的焊接性分析
灰铸铁是一种生产成本低，并具有许多良好性能的铸造金属材料。它与钢材相比虽然在力学性能方面较低，但却有良好的耐磨性、减振性、铸造性和可切削性，所以，在机械工业和生产中得到广泛应用，灰铸铁工件在安装和机械的运行中，由于振动和受力不均，对它都会产生影响，发生裂纹和断裂，导致机械不能正常运行，而影响生产。如何缩短铸铁工件修补焊接时间，恢复机械正常运行，经过对铸铁焊接性的分析，找到了铸铁焊接工艺的一些规律和特点。
灰铸铁含碳、硫、磷等杂质较高，焊接接头的机械性能强度低，基本无塑性，应力较大，热循环也不均匀，容易出现白口及淬硬组织，发生裂纹的敏感性较大，焊接中的关键问题是防止白口组织和裂纹的产生。由于灰铸铁的固有性质及冶金特性，给焊条电弧焊带来了极大的困难，具体如下：
①熔化后铸铁冷却速度快，在热影响区易出现白口组织，焊接时开裂倾向较大。
②铸铁组成成分中，碳的含量高，在焊接过程中碳易被氧化，容易产生气孔。
③铸铁强度高，塑性差，焊接时残余应力大，易产生焊接热裂纹。
④铸铁中C、S、P 等元素含量高，并在焊接过程中熔化到焊缝中，会增加金属的硬度，降低塑性和韧性，易产生裂纹，并降低可加工性。
⑤铸铁在冶炼过程中，易出现石墨粗大化，石墨与基体产生间隙，使铸件在使用过程中油、水渗入形成氧化物，严重阻碍焊接时的熔合，同时，增加产生焊接裂纹和气孔的可能性。
⑥铸铁在焊接熔化时，液态金属流动性很差，严重妨碍焊接时的熔合，熔池中熔渣和有害气体难以逸出，会在焊缝中产生严重缺陷。
2 焊接方法的选择
2.1 热焊法
焊前将工件整体或局部预热到600～700℃，补焊过程中不低于400℃，焊后缓慢冷却至室温。采用热焊法可有效减小焊接接头的温差，从而减小应力，同时还可以改善铸件的塑性，防止出现白口组织和裂纹。
常用的焊接方法是气焊和焊条电弧焊。气焊常用铸铁气焊丝，如HS401或HS402，配用焊剂CJ201，以去除氧化物。此法适用于补焊中小型薄壁零件。焊条电弧焊选用铸铁芯铸铁焊条Z248或钢芯铸铁焊条Z208，此法主要用于补焊厚度较大（大于10mm）的铸铁零件。
2.2 冷焊法
此方法是焊前不对工件进行预热，但对形状更复杂的薄形铸件，为了改善冷焊融合性能，防止裂纹产生，减少白口，冷焊前最好将铸件补焊处局部预热到80—200℃，这样不但可将补焊区域表面的油污、水分去除，还可减少焊接区的温差和焊接应力，从而改善焊接质量。常用焊条电弧焊进行铸铁冷焊。根据铸铁工件的要求，可选用不同的铸铁焊条，冷焊法的焊接设备为普通的电弧焊设备.
经分析，铸铁的焊条电弧冷焊法由于焊前准备工作和焊接工艺过程的简化，大大节约生产成本和提高生产效率，并且焊前不预热或低温预热，既可改善焊工的劳动条件又降低焊工劳动强度。因此，采用焊条电弧冷焊法进行铸铁泵出口的焊接修复。
3 焊接材料的选用
灰铸铁由于含碳量高，组织不均匀，强度低，塑性极差，属于可焊性差的材料，焊接过程极易产生裂纹；焊后冷却速度快，容易产生白口组织，造成切削加工困难。铸铁的焊接和补焊，要达到较满意的效果，必须注意“三分材料、七分工艺”。 因此为了保证焊接质量及其表面的可加工性，采用焊条Z408 进行焊接。Z408是镍铁合金焊芯，强还原性石墨药皮的铸铁焊条，具有强度高、塑性好、线膨胀系数低等特点。
4 焊接前的准备
开坡口前在裂纹两端3mm—5mm处钻孔，直径4mm—6mm（图1），以防止裂纹的延伸，用角向磨光机或扁铲修出V型坡口（图2），有利于减少焊缝的熔合比，坡口的宽度要求要根据焊件的厚薄、焊条的直径而定。同时将要焊补的工件裂纹处及其周围的油渍、污物清理干净。
焊前将Z408焊条经150℃左右烘干1小时，放入保温桶中随时取用；采用ZX5-400焊机，电源选用直流反接，氧—乙炔中性焰进行局部预热，预热温度为80—200℃。
5 焊接的工艺和操作方法
5.1 焊接工艺参数表1。
5.2 打底焊时，采用短弧焊接，焊接速度稍快，运条时焊条不摆动，采用短段、断续、分段焊，每一段焊道的长度为5-15mm，每焊完一段立即用带小圆角的尖头小锤锤击焊道金属，直到焊道上出现密布的小麻点为止，，以松弛焊接应力，减少裂纹的发生。
5.3 打底焊完后，用角向磨光机或钢丝刷清根，并检查焊缝有无裂纹及其它缺陷，在确保没有缺陷时再焊下一道。
5.4 填充焊时采用多道直线排焊，并注意焊道之间及层间清理，控制层间温度，尽量避免补焊处局部温度过高，应力增大，应采用断续焊，即待焊缝附近的热影响区冷却至不烫手时（50～60℃），再焊下一道焊缝。焊后也立即用小锤锤击以消除残余应力。
5.5 盖面焊，采用直线排焊，坡口两边要熔合好，每道焊缝焊接结束或中断时，弧坑都要填满，以防止产生热裂纹，焊接过程中注意各焊道起始点应错开，每层先焊坡口两侧，后焊中间。
为防止焊后出现冷裂纹，应立即用石棉保温，时间在12小时左右，以减慢冷却速度，使焊缝中的氢逸出避免产生裂纹及气孔，然后用磨光机修磨焊缝表面余高，使其平滑过渡以减少应力集中，并用着色探伤检查有无裂纹及其它缺陷。
焊后对焊缝进行宏观检查，没有裂纹、未焊透、未熔合等焊接缺陷，焊接点符合各项技术要求。
6 结论
铸铁采取合理的焊补工艺，可使焊件获得较好的切削性和致密性.所以铸铁焊补只要焊补工艺得当， 使焊接应力尽可能的释放，能有效防止白口组织和裂纹的产生。注聚泵经过焊补处理后，经开泵试验通过一段时间的运行，无异常现象发生，运行正常，证明本次焊补是成功的。
参考文献
[1] 孙景荣，王丽华.《电焊工》.化学工业出版社，2005.12.
[2] 刘家发.《焊工手册》.机械工业出版社，2001.12.
[关键词]铸铁泵 裂纹 焊补修复
中圖分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0355-01
0 引言
铸铁类铸造的设备和设施，在油田应用广泛，如铸铁类的阀体、泵类设备的底座等，例如，一台3ZS-4.0/16注聚泵在安装过程中不慎将出口碰裂，裂纹长度为80mm，深度为10mm，材质为HT250。铸铁泵出口只是泵结构的一小部分，如购买新泵费用较高，且需要等待，不仅耽误生产同时增加成本。
1 灰铸铁的焊接性分析
灰铸铁是一种生产成本低，并具有许多良好性能的铸造金属材料。它与钢材相比虽然在力学性能方面较低，但却有良好的耐磨性、减振性、铸造性和可切削性，所以，在机械工业和生产中得到广泛应用，灰铸铁工件在安装和机械的运行中，由于振动和受力不均，对它都会产生影响，发生裂纹和断裂，导致机械不能正常运行，而影响生产。如何缩短铸铁工件修补焊接时间，恢复机械正常运行，经过对铸铁焊接性的分析，找到了铸铁焊接工艺的一些规律和特点。
灰铸铁含碳、硫、磷等杂质较高，焊接接头的机械性能强度低，基本无塑性，应力较大，热循环也不均匀，容易出现白口及淬硬组织，发生裂纹的敏感性较大，焊接中的关键问题是防止白口组织和裂纹的产生。由于灰铸铁的固有性质及冶金特性，给焊条电弧焊带来了极大的困难，具体如下：
①熔化后铸铁冷却速度快，在热影响区易出现白口组织，焊接时开裂倾向较大。
②铸铁组成成分中，碳的含量高，在焊接过程中碳易被氧化，容易产生气孔。
③铸铁强度高，塑性差，焊接时残余应力大，易产生焊接热裂纹。
④铸铁中C、S、P 等元素含量高，并在焊接过程中熔化到焊缝中，会增加金属的硬度，降低塑性和韧性，易产生裂纹，并降低可加工性。
⑤铸铁在冶炼过程中，易出现石墨粗大化，石墨与基体产生间隙，使铸件在使用过程中油、水渗入形成氧化物，严重阻碍焊接时的熔合，同时，增加产生焊接裂纹和气孔的可能性。
⑥铸铁在焊接熔化时，液态金属流动性很差，严重妨碍焊接时的熔合，熔池中熔渣和有害气体难以逸出，会在焊缝中产生严重缺陷。
2 焊接方法的选择
2.1 热焊法
焊前将工件整体或局部预热到600～700℃，补焊过程中不低于400℃，焊后缓慢冷却至室温。采用热焊法可有效减小焊接接头的温差，从而减小应力，同时还可以改善铸件的塑性，防止出现白口组织和裂纹。
常用的焊接方法是气焊和焊条电弧焊。气焊常用铸铁气焊丝，如HS401或HS402，配用焊剂CJ201，以去除氧化物。此法适用于补焊中小型薄壁零件。焊条电弧焊选用铸铁芯铸铁焊条Z248或钢芯铸铁焊条Z208，此法主要用于补焊厚度较大（大于10mm）的铸铁零件。
2.2 冷焊法
此方法是焊前不对工件进行预热，但对形状更复杂的薄形铸件，为了改善冷焊融合性能，防止裂纹产生，减少白口，冷焊前最好将铸件补焊处局部预热到80—200℃，这样不但可将补焊区域表面的油污、水分去除，还可减少焊接区的温差和焊接应力，从而改善焊接质量。常用焊条电弧焊进行铸铁冷焊。根据铸铁工件的要求，可选用不同的铸铁焊条，冷焊法的焊接设备为普通的电弧焊设备.
经分析，铸铁的焊条电弧冷焊法由于焊前准备工作和焊接工艺过程的简化，大大节约生产成本和提高生产效率，并且焊前不预热或低温预热，既可改善焊工的劳动条件又降低焊工劳动强度。因此，采用焊条电弧冷焊法进行铸铁泵出口的焊接修复。
3 焊接材料的选用
灰铸铁由于含碳量高，组织不均匀，强度低，塑性极差，属于可焊性差的材料，焊接过程极易产生裂纹；焊后冷却速度快，容易产生白口组织，造成切削加工困难。铸铁的焊接和补焊，要达到较满意的效果，必须注意“三分材料、七分工艺”。 因此为了保证焊接质量及其表面的可加工性，采用焊条Z408 进行焊接。Z408是镍铁合金焊芯，强还原性石墨药皮的铸铁焊条，具有强度高、塑性好、线膨胀系数低等特点。
4 焊接前的准备
开坡口前在裂纹两端3mm—5mm处钻孔，直径4mm—6mm（图1），以防止裂纹的延伸，用角向磨光机或扁铲修出V型坡口（图2），有利于减少焊缝的熔合比，坡口的宽度要求要根据焊件的厚薄、焊条的直径而定。同时将要焊补的工件裂纹处及其周围的油渍、污物清理干净。
焊前将Z408焊条经150℃左右烘干1小时，放入保温桶中随时取用；采用ZX5-400焊机，电源选用直流反接，氧—乙炔中性焰进行局部预热，预热温度为80—200℃。
5 焊接的工艺和操作方法
5.1 焊接工艺参数表1。
5.2 打底焊时，采用短弧焊接，焊接速度稍快，运条时焊条不摆动，采用短段、断续、分段焊，每一段焊道的长度为5-15mm，每焊完一段立即用带小圆角的尖头小锤锤击焊道金属，直到焊道上出现密布的小麻点为止，，以松弛焊接应力，减少裂纹的发生。
5.3 打底焊完后，用角向磨光机或钢丝刷清根，并检查焊缝有无裂纹及其它缺陷，在确保没有缺陷时再焊下一道。
5.4 填充焊时采用多道直线排焊，并注意焊道之间及层间清理，控制层间温度，尽量避免补焊处局部温度过高，应力增大，应采用断续焊，即待焊缝附近的热影响区冷却至不烫手时（50～60℃），再焊下一道焊缝。焊后也立即用小锤锤击以消除残余应力。
5.5 盖面焊，采用直线排焊，坡口两边要熔合好，每道焊缝焊接结束或中断时，弧坑都要填满，以防止产生热裂纹，焊接过程中注意各焊道起始点应错开，每层先焊坡口两侧，后焊中间。
为防止焊后出现冷裂纹，应立即用石棉保温，时间在12小时左右，以减慢冷却速度，使焊缝中的氢逸出避免产生裂纹及气孔，然后用磨光机修磨焊缝表面余高，使其平滑过渡以减少应力集中，并用着色探伤检查有无裂纹及其它缺陷。
焊后对焊缝进行宏观检查，没有裂纹、未焊透、未熔合等焊接缺陷，焊接点符合各项技术要求。
6 结论
铸铁采取合理的焊补工艺，可使焊件获得较好的切削性和致密性.所以铸铁焊补只要焊补工艺得当， 使焊接应力尽可能的释放，能有效防止白口组织和裂纹的产生。注聚泵经过焊补处理后，经开泵试验通过一段时间的运行，无异常现象发生，运行正常，证明本次焊补是成功的。
参考文献
[1] 孙景荣，王丽华.《电焊工》.化学工业出版社，2005.12.
[2] 刘家发.《焊工手册》.机械工业出版社，2001.12.