焊补与焊接不但可以修复零件的形状、尺寸和强度，必要时还可以赋予零件表面以某种比原来更好的性能。对磨损或断裂的零件，在选用焊修方法前，应充分考虑零件材料的可焊性，零件局部焊修后可能引起其他部位变形较大或厚大件破裂焊修复位困难等。本文主要介绍应用电弧焊修复钢制零件和铸铁零件。

一、 钢制零件的焊修

    1．钢的可焊性
    金属材料在一定焊接条件下，出现焊接缺陷（尤其是裂纹）的程度和使用的可靠性，称为金属的可焊性。用钢的碳和合金元素含量评定钢的可焊性。

    2．涂药电焊条的选用
    焊缝性能除取决于接头状态和焊接工艺参数外，主要取决于焊条心和药皮过渡合金元素的组成成分。因此应根据修复零件的母材及技术要求选择焊条，一般应按以下原则选用焊条。

    ①力学性能方面一般要求如下：
    i．焊接低、中碳钢和低合金钢时，可选用同等强度的焊条；
    ii．焊接交变载荷或冲击载荷的零件，应选用涂敷金属强度稍低于母材强度的焊条；
    iii．对于可焊性差的母材，如高碳钢应用过渡层法焊接。注意高碳钢宜补焊和堆焊，不宜作结构焊接；
    iv．不同材质母材的焊接，应以低强度母材为准。
    v．母材含碳量高，S、P含量高时，应选择抗裂性和抗气性强的焊条，如低氢钠（钾）焊条。

    ②物理、化学性能方面一般要求如下：
    i．在高温或低温条件下工作零件的焊接，应选用相应耐温品种的焊条，如耐热钢焊条、高合金奥氏体型低温焊条；
    ii．选用堆焊焊条时，必须分清磨损类型和介质腐蚀类别，选用相应成分和性能（尤其是硬度）的焊条。

    ③零件焊接状态方面一般要求如下：
    i．零件形状复杂、厚大或结构刚度大的，焊后残余应力较大，易产生裂纹，必须采用抗裂性好的低氢型焊条、高韧性焊条或氧化铁型焊条。
    ii．对于焊件坡口有油污、锈迹又无法除净时，应选用氧化性强的酸性焊条，如铁钙型焊条。
   iii．对大型零件不易翻转，焊缝处于仰焊、立焊位置时，应采用全位置施焊焊条。

    3．焊修工艺要点
    机械零件焊修比钢结构件焊接困难，因为焊修零件不但要保证强度、刚度要求，而且要保证整体尺寸、形位精度和修后可加工性要求。对大型复杂零件的焊修，必须按零件的磨损，损坏情况，制定焊修工艺，并严格执行。一般情形，零件焊修工艺要点如下。

    ①焊前准备。焊前准备工作除器材准备外，主要是焊接坡口的制备和焊件预热。
    单面焊（板厚≤30mm)用Y形坡口〔图1-1 (a)〕，双面焊（板厚＞30mm)用双V形坡口［图1-1 (b)］，轴件对接焊用U形坡口［图1-1 (c)］。坡口最好用机械加工成形，也可以用气割或气刨，但一定要清除氧化皮。坡口要清洁、无油污和锈蚀。对接焊的坡口要对称，以保证定位良好。裂纹的坡口随裂纹的深度与长度而定，应保证便于施焊和尽量减少填充金属。

 
                             图1-1   Y、V、U形坡口

    焊修件的预热温度依母材含碳量确定，一般中碳钢约为150～250℃，高碳钢约为250～350℃。某些在常温下保持奥氏体组织的钢种（如高锰钢）无淬硬情况，可不预热。

   ②定位焊。在焊修对接的轴类零件或某些零件的局部已断离整体时，应保证需焊接部位对接位置准确，以防焊接中产生过大变形。为此，应先进行定位焊：用直径小于施焊的焊条进行点焊，然后再次校正位置，在若干对称点点焊定位。

    ③焊缝道数与焊条直径的选用。宽或深的焊缝需要多道焊层完成，焊道程序交错进行，可改善性能，并可施焊退火焊道，如图1-2所示。堆焊焊道要对称间隔进行，如图1-3所示。堆焊层较厚部分先用一般韧性较好的焊条或奥氏体不锈钢焊条焊到接近工作尺寸后，再用堆焊条焊到要求的尺寸，必要时留出加工余量。

     
               图1-2  多道焊层示意               图1-3  对称堆焊道示意

    多道焊接时，前1～3道选用的细径焊条可将底角焊透，然后用粗径焊条完成其余焊道。堆焊条直径应比一般焊接用焊条小些，以便控制堆焊时的零件温度。

    ④线能量的匹配。焊接淬火钢时，焊缝冷却速度超过淬火临界速度会出现淬硬组织和裂纹。线能量（焊接热源输入单位长度焊缝上有效能量）输入大，预热温度高，焊缝接头冷却速度慢，淬火倾向小，裂纹也少出现。但是提高线能量易造成熔敷金属烧损，预热温度高会扩大母材热影响区。因此，应使输入线能量与预热温度匹配，以保证焊接接头冷却速度不大于淬火临界冷却速度，同时熔敷金属又能正常熔化焊接。

    ⑤焊后热处理。为了消除焊接部位的残余应力和减少焊后裂纹的产生，焊后必须进行热处理。一般中、高碳钢零件焊后先采取缓冷措施，然后进行高温回火，推荐回火温度为600～650℃。低合金钢零件回火温度应在600℃以下，耐热钢12CrMo的回火温度应在680-720℃。

二、 焊接的本质及分类

    焊接是利用加热或加压等手段，使分离的两部分金属，借助于原子的扩散与结合而形成原子间永久性连接的工艺方法。

    焊接方法的种类很多，根据实现金属原子间结合的方式不同，可分为熔化焊、压力焊和钎焊3大类。

    焊接方法具有如下优点：

  （1）成形方便：焊接方法灵活多样，工艺简便；在制造大型、复杂结构和零件时，可采用铸焊、锻焊方法，化大为小，化复杂为简单，再逐次装配焊接而成。

  （2）适应性强：采用相应的焊接方法，不仅可生产微型、大型和复杂的金属构件，也能生产气密性好的高温、高压设备和化工设备；此外，采用焊接方法，还能实现异种金属或非金属的连接。

  （3）生产成本低：与铆接相比，焊接结构可节省材料10%～20%，并可减少划线、钻孔、装配等工序。另外，采用焊接结构能够按使用要求选用材料。在结构的不同部位，按强度、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温等要求选用不同材料，具有更好的经济性。

   三、 铸铁零件的焊修

    铸铁零件在设备零件中所占比重较大，且有些铸铁零件是设备的重要基础件。铸铁件的失效形式除磨损外，常见的还有裂纹、局部损坏等较严重的现象。小型铸铁件失效后，可以更换。大型复杂铸铁件一旦损坏，如更换新件，是很不经济的。因此，修复大型铸铁件有重要意义。

    铸铁含碳量高、组织不均匀、脆性大，因而可焊性差。焊修铸铁件有以下难点：①焊缝熔合区易产生白口；②焊缝易产生裂纹和气孔；③焊缝和母材熔合处产生裂纹或剥离；④零件变形。采用电弧冷焊法可以较好地解决上述问题。因此，下面着重介绍用电弧冷焊法修复铸铁件裂纹，局部损坏等缺损。至于用电弧冷焊法维修铸铁导轨拉伤，经不少企业实践结果证明仍难避免出现白口，宜采用其他维修方法。

    电弧冷焊法就是零件焊前不预热，并采取短焊道（不连续施焊）。每段焊道熄弧后立即用尖锤敲击等工艺方法，防止焊区局部过热，控制母材温度，以减少零件变形和焊缝裂纹与气孔等缺陷。电弧冷焊法适用于大型零件或精度要求较高的零件。

    铸铁冷焊法的原则是：尽量减少焊缝的稀释率，降低C、Si、S、P含量，控制焊缝温度，减少焊接热循环的影响，消除或减少焊缝的内应力，防止裂纹。其工艺要点如下。

    (1)制备坡口

    坡口的形状、尺寸按零件结构和缺陷情况而定。未穿透的裂纹可开单面坡口，厚壁单面坡口为U形，薄壁单面坡口为V形；已穿透的裂纹应开双面坡口，开坡口前应在裂纹终点钻止裂孔。开坡口的方法以机械加工法为主，坡口的形状和尺寸应力求符合要求。当坡口过大，焊层多或要求强度高的焊缝，可用坡口栽小螺栓的方法，提高结合强度。任何坡口焊前必须保持清洁，必要时可以用乙炔氧焰烘烤坡口表面，除去油污和水分。

    (2)焊条的使用

    焊条使用前应按说明书规定烘干，一般烘干温度为150～250℃，保温2h,结构复杂件或薄壁件，选用φ2.5mm或φ3.2 mm焊条，结构简单或厚大件用φ4mm焊条。

    (3)直流电源应用

    直流电源两极的电弧温度不同，正极为4200℃，负极为3500℃。为减少母材熔深，采用直流反接，即焊条接正极。

    (4)施焊

    引弧点应在始焊点前20mm处设引弧板，以防焊点形成白口、气孔等缺陷。焊条要快速直线移动，不作摆动。采用短焊道，壁厚5～l0mm的零件，焊道长10～15mm；壁厚＞15mm，焊道长＜30～50mm。

    多焊道是先打底层后再焊其他层。控制弧长也是控制熔深的一种手段，铸铁冷焊采用长弧；背弧焊法，以减少稀释率。收弧时要将弧坑填满，迅速断弧会使弧坑产生缩孔和裂纹。每焊段熄弧后，立即用尖头小锤敲击，用力应稍轻，使焊缝表面遍布麻点，以消除应力，防止裂纹。然后用钢刷消除焊皮残渣，当焊缝温度＜60℃时，方可继续施焊。