浅谈电弧冷焊对轴承座的修复
——汪秀兰

介绍了轴承座的断裂情况，并对其材料的技术性能，铸电弧冷焊
对轴承座的铁的可焊性分析的基础上，确定了手工电弧冷焊修复的施
焊方案，并提出了具体的焊接工艺，顺利地完成了该工件的修复工作。
灰铸铁；断裂；手工电弧冷焊。
前言：在我们的电焊作业中，经常会接触到铸铁的焊接。铸铁因
具得到广泛的应用。在工厂常用的设备中，有80%的机床身是铸铁铸
有优良的铸造性能、切削加工性、减磨性及减震性，而在工业生产中
造的，经过长时间的使用后，这些设备经常会出现一些问题，常见的
是机床床身的一些受力部位出现裂纹，这是由于铸铁本身脆性较大，
塑性变形几乎为零的原因。处理这些问题最高的方法是采用焊接修补。
灰口铸铁是应用比较广泛的一种铸铁，它在化学修参法化学成分上的
特点是含碳量高含量杂质量高，因此增大了焊接接头对冷却速度的敏
感性。在快速冷却条件下，结晶时间很短，石墨过程不充分，甚至焊
接的碳以化合状态存在，在焊缝区和热影响区形成白口组织及淬硬组
织。此外，灰口铸铁的组织中因为有片状石墨存在，因而它的力学性
能的特点是强度低、塑性极低，加上焊接过程冷却速度快，焊件受热
不均匀而形成较大的焊接力，使灰口铸铁焊接时对冷裂纹和热裂纹至
焊接的碳以化合状态存在，在焊缝区和热影响区形成由白口组织及淬
纹的敏感性很大。
该轴承座是卷板机的重要传动装置，在工作中受力较大，载荷通
过轴承座传递给压辊，材料为HT150，因工作情况恶劣，在卷板作业
时一侧地脚螺栓处发生断裂，由于没有配件且时间紧，我与班组的同
事们就地取材及时进行了修复，具体的措施介绍如下。
1、轴承座的断裂情况及失效分析
1.1、轴承座的断裂情况
轴承座底板地脚螺栓处一侧发生断裂，位置见图1、2，断块尺寸：
长500mm、宽250mm、厚50mm。
1.2、失效分析
轴承座在使用中本身受的拘束较大，在运行过程中承受交变载荷
作用，工件制造过程中存在缺陷，在筯与底板连接处存在应力集中等。
在较大的交变载荷作用下缺陷在应力集中处形成裂纹，逐渐扩展至筋
板处，发生了断裂现象。
2.1材料的性能分析
（1）HT150的化学成分见表1（质量分数）
表ⅠHT150的化学成分C Si Mn PS
3.0～3.4 1.8～2.1 0.5～0.8＜0.2≤0.12
（2）HT150的性能参数见表2
表2HT150的性能参数抗拉强度ob（MPa）硬度（HBS）≥120
160～180
2.2灰铸铁的可焊性分析
由于铸铁的固有性质及冶金特性，其焊接性差，给电弧冷焊带来
了极大的困难，具体如下：
（1）由于采用工电弧冷焊，焊缝冷却速度快，特别是焊缝溶合区，
易出现白口组织，白口铸铁硬而脆，很难进行机械加工。
（2）极易产生冷裂纹
冷裂纹：在电弧冷焊过程中，裂纹产生时常伴随着清脆的金属开
裂声响，这是由于焊接收缩应力较大所引起的。因此，铸铁的冷裂纹
形成的钢的冷裂纹形成大不相同，当焊接头的拘束力较大时，即使不
出现渗碳体及马氏体淬硬组织，裂纹也会产生。灰铸铁焊接冷的产生，
主要与铸铁的性能和组织有关。其力学性能转启，尤其是塑性缀性差，
特别是它的内部有石墨片存在，这不仅削弱了焊缝的有效工作截面，
且相当于在焊缝中存在着许多微观小裂纹，形成焊缝裂源。在焊接过
程中，由于接头局部不均匀加热，使焊缝在冷却过程中因收缩石墨的
两端噖严重的就力集中状态。当应力值超过铸造强度极限时，就可能
会发展成为宏观裂纹，并扩大到整个截面。
热裂纹：当使用镍基焊条、氧化铁型焊条或其他一些非铸造型铸
铁焊条时，有可能在焊缝中产生热裂纹，主要是由于过多的母材溶入
焊缝金属，以致造成非铁组织的焊缝中C、S、P等成分增高；或者于
镍基焊条焊接时，Ni与S、P元素容易开成低熔点共晶，因此对热裂纹
也比较敏感。
（3）含碳量高，在焊接过程中碳易被气化，容易产生CO气孔。
（4）铸铁件在使用过程中表面的油脂，增加了产生裂纹、气忆的
可能性。
针对以上不利因素，必须从焊接工艺、操作方法、焊接程序、焊
接材料等几方面加以解决。
2.3、焊接方法，由于是突发事件现场没有合适的装备及预热设备，
所以决定采用手工电弧冷焊法焊补此轴承座裂纹，冷焊法就是焊前不
预热，焊接过程中不辅助加热，因此可以大大提高补焊生产率，降低
焊补成本，改善劳动条件，但是，冷焊法在焊接后，焊缝及热影响区
的冷却速度都快，极易形成白口组织。此外，因焊件受热不均，常形
成较大的内很应力，引起裂纹，所以在焊接中要严格执行冷焊工艺要
点。
2.4焊接材料的选择，T150的可焊性较差，且底座的下表面为加
工面，为保证焊接质量及下表面的可加工性，决定采用EZNiFe（2408）
焊条，因此焊条镍基和铁基各占一半，药皮在2308药皮的基础上加入
了强还原性石墨，焊缝溶解碳而不形成淬硬组织，焊缝强度高，塑性
也焊后可以进行加工较好，焊后较好的抗裂性能，能够满足此工件的
各项需要。
3、焊接
3.1焊前准备
（1）焊机：ZXT-400型逆变焊机。
（2）焊条：EZNiFe-1直径3.2mm，焊前150℃下烘干1～2h焊后
放入保湿桶。
（3）开坡口
用角向抛光机修磨裂纹处磨出要求的双u型坡口，修磨时要清除
所有裂纹倾向，坡口边缘要平滑过度钝边间隙以单面能焊透为准。
（4）用气焊烘烤待焊表面，温度控制在200℃以内，以消除浸入
的油、水等物质，烘烤后用酒精擦洗，待焊表面直至露出金属光泽，
防止产生裂纹及气孔。
（5）断块在画线平台上按尺寸与座体相对点焊。
（6）焊接顺序
先焊筋板侧底板、在保证焊透的基础上再清根施焊另一侧，最后
焊筋板。
3.2焊接
（1）为便于操作，焊接时焊件水平放置。
（2）焊接电流；焊接打底焊和中间层时，应尽量选择小电流，因
为焊接电流越大，与母材料接触的第一、二层异质焊缝溶入母材料越
多，对镍基焊条来说，其中Si及S、P杂质提高，会明显增大热裂纹
的敏感性。盖面焊则可以加大电流进行焊接，因为盖面焊焊缝与母材
的熔合比减小，再就是有利于焊后处理。
（3）操作时要采用小电流断续焊，分散焊，在尽量窄的坡口中采
用多层多道焊，比减少焊补区的热输入，减小与轴承整体之间的温度
差。动条速度要快，不摆条（防止横向收缩应力），每段焊道不应超过
30mm，收弧时要填满弧坑。
（4）为减小热应力，每焊完一道要马上用钝头小锤敲击整过焊道，
锤击速度要快，力量由重到轻，以释放焊接应力。
（5）严格控制层闻温度，每焊完一道必须冷却到50℃以下方可继
续施焊（以不烫手为准），以减小焊接应力。
（6）每层都要彻底清查，检查是否有裂纹，如发现缺陷应将缺陷
彻底清除后再重新焊补。
（7）焊后保温缓冷。取石棉或其他保温材料盖在焊缝周围，以减
缓焊缝区的冷却速度，降低焊缝的白口与淬硬倾向。
4、结论
通过以上焊接工艺，轴承座焊补后经检查达到了满意的效果，成
功地解决了突发情况下焊接灰铸铁多层焊的难题，为公司节约了资金，
也为以后解决类似的问题积累了经验。

二O一三年五月九日