灰口铸铁的焊接性
出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第567页（1681字）
灰口铸铁碳成片状石墨形态分布，硫、磷杂质高，增大了焊缝对冷却速度的敏感性。在快速冷却条件下，焊缝结晶时间短，石墨化过程不充分，致使熔合区和焊缝中碳以Fe3C状态存在，形成白口及淬硬组织。此外，灰口铸铁强度低，塑性极低，焊接过程冷却速度快、焊件受热不均而形成较大的焊接应力，使灰口铸铁焊接时对冷裂纹和热裂纹的敏感性很大。灰口铸铁焊接时的主要问题：一是焊接接头易出现白口及淬硬组织，二是焊接接头易出现裂纹［2］。
1．白口及淬硬组织
灰口铸铁电弧焊时接头的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度。在快速冷却下，石墨化难以进行，会产生大量的渗碳体，形成白口组织。在焊接接头不同部位，产生白口组织的几率不同。铸铁焊接接头的区域划分及组织特征见表2－5－8所示。
表2－5－8 铸铁焊接接头的区域划分及组织特征
采用熔化焊时，焊缝区的化学成分对半熔化区的组织及宽度有重要影响。二区紧密相连，能进行一定的扩散。提高熔池金属中石墨化元素(C、Si、Ni等)的含量，对消除或减弱半熔化区白口的形成是有利的。用低碳钢焊条焊接铸铁时，半熔化区的白口带较宽，这是由于熔池中含碳、硅量低，而半熔化区含碳、硅量高于熔池，半熔化区的碳、硅向熔池扩散，使半熔化区碳、硅有所下降，增大了该区形成较宽白口的倾向。镍是促进石墨化元素，其扩散能力在液态时很强，故采用镍基焊条对于减弱半熔化区白口倾向是有利的。
2．灰口铸铁焊接出现的裂纹
(1)冷裂纹 当焊缝金属为铸铁型(同质)时，焊接灰口铸铁容易出现冷裂纹。冷裂纹可发生在焊缝上或热影响区上，多在400℃以下温度产生，多以横向分布。冷裂纹的产生与铸铁的性能和组织有关［3］。灰口铸铁存在片状石墨，削弱了基体组织的连续性，而片状石墨的尖端极易成为裂纹。焊接时，因接头局部不均匀的加热和冷却，焊缝在冷却过程中产生很大的拉应力，温度越低，产生的拉应力越大，在拉应力的作用下，石墨片的尖端呈严重的应力集中，当应力超过焊缝金属的强度时，使微裂纹发展成宏观裂纹，并可能扩展到整个焊缝横截面。焊缝石墨化程度也影响冷裂纹的产生。石墨化不充分，存在白口层时，由于白口铸铁的收缩率比灰口铸铁大，也易产生裂纹。
焊补处的刚度、焊缝体积和焊缝长度，对焊缝裂纹的敏感性有明显的影响。刚度大、焊缝体积大、焊缝越长都将使焊接应力增大，促使裂纹的产生。
当采用异质焊缝金属(如采用低碳钢或某些合金钢焊条)时，容易在近缝区产生冷裂纹，这主要是由于母材与焊缝金属性能的差别较大以及焊接工艺的影响，熔合区和热影响区产生较多的渗碳体和马氏体造成的。裂纹主要出现在熔合区和热影响区交界处，沿熔合区开裂，多纵向分布，也有横向或斜向分布。
(2)热裂纹 采用低碳钢焊条或镍基铸铁焊条时，焊缝易出现结晶裂纹，常见的热裂纹有火口裂纹、焊缝横向裂纹及沿熔合线焊缝内侧的纵向裂纹。采用镍基焊条焊接含碳及硫、磷杂质较高的铸铁时，硫、磷易与镍形成低熔点共晶体，会增加焊缝对热裂纹的敏感性。若采用氧化铁型焊条焊接灰铸铁，由于熔合比增大，母材中的碳、硫和磷大量溶入焊缝金属，形成大量铁的低熔点共晶体，同样易产生热裂纹。
防止焊缝产生热裂纹的措施有：调整焊缝金属的化学成分，使其脆性温度区间缩小；加入稀土元素，增强焊缝的脱硫、脱磷冶金反应；加入适量的细化晶粒元素，使焊缝晶粒细化。采用正确的冷焊工艺，降低焊接应力，使母材的有害杂质较少熔入焊缝中等方法，都能提高焊缝的抗热裂性能。