ZG45钢铸造缩孔补焊工艺优化

在工业制造领域，ZG45钢因其良好的综合力学性能、较高的强度和韧性，被广泛应用于矿山机械、重型设备、压力容器等关键部件的铸造。然而，ZG45钢在铸造过程中由于凝固收缩特性，极易在厚大部位或热节区域形成缩孔、缩松等内部缺陷，严重影响铸件的致密性和承载能力。这些缺陷若不及时处理，将导致部件在使用过程中发生应力集中、疲劳裂纹甚至断裂，带来安全隐患。因此，对缩孔缺陷进行有效补焊修复，成为保障铸件质量的重要环节。

传统补焊工艺多采用手工电弧焊（SMAW），使用J507焊条进行多层多道堆焊。虽然该方法操作简便，但在实际应用中暴露出诸多问题。首先，ZG45钢属于中碳钢，碳当量较高（约0.45%），焊接时淬硬倾向明显，若预热温度不足或层间温度控制不当，极易在热影响区产生冷裂纹。其次，补焊区域通常位于铸件厚壁部位，热积累严重，导致焊接残余应力大，焊后若不进行适当热处理，可能引发延迟裂纹。此外，传统工艺中清根不彻底、坡口设计不合理，也容易造成未焊透、夹渣等二次缺陷，降低补焊区的结构完整性。

针对上述问题，近年来在补焊工艺上进行了系统性优化。首要措施是优化焊接前的准备流程。对存在缩孔的铸件，首先采用超声波或射线探伤精准定位缺陷位置，并借助三维扫描技术对缩孔形态进行建模，从而制定个性化的坡口加工方案。坡口设计摒弃传统的V型或U型统一模式，采用“阶梯式+内凹式”复合坡口结构，既能保证焊枪可达性，又能有效分散热应力，减少熔合不良的风险。同时，采用碳弧气刨进行清根处理，配合磁粉检测确保根部缺陷彻底清除，避免残留气孔或夹渣。

焊接工艺参数方面，采用“低热输入、多层多道、分段退焊”的策略。预热温度由常规的150℃提升至200–250℃，并采用履带式加热器对补焊区域进行均匀加热，确保温度梯度平缓。焊接材料选用低氢型焊条J507RH，其扩散氢含量低于5mL/100g，显著降低氢致裂纹风险。焊条严格烘干（350–400℃×2h），并随用随取，避免吸潮。焊接电流控制在110–140A之间，电压20–24V，焊接速度控制在15–20cm/min，以控制热输入在1.0–1.5kJ/mm范围内。每道焊缝完成后，采用锤击法释放部分应力，并立即进行层间保温（200℃），防止温度骤降。

在焊接顺序上，采用“由内向外、分段退焊”方式，避免连续施焊造成局部过热。每焊完一层，使用钢丝刷清理焊渣，并用角磨机对焊道表面进行轻磨，去除氧化皮和微裂纹。对于深而窄的缩孔区域，采用“堆焊+修磨”交替进行的方式，逐层填充，每层厚度控制在3–5mm，确保熔合良好。

焊后热处理是补焊工艺中最为关键的环节。传统工艺常采用局部退火，但效果有限。优化方案采用“整体去应力退火”，将铸件整体加热至600–620℃，保温4–6小时（视厚度而定），随后随炉缓冷至300℃以下再空冷。该工艺可有效消除焊接残余应力，改善组织均匀性，降低淬硬组织比例，显著提升补焊区的塑性和韧性。

此外，引入数字化监控手段提升工艺稳定性。采用红外测温仪实时监控预热和层间温度，结合PLC控制系统实现自动控温；利用焊接参数记录仪对每道焊缝的电流、电压、速度进行全程记录，便于质量追溯。焊后采用X射线探伤和超声波复检，确保补焊区域无裂纹、未熔合等缺陷，必要时进行力学性能测试，如拉伸和冲击试验，验证补焊区性能是否达到母材水平。

通过上述工艺优化，ZG45钢缩孔补焊的一次合格率由原来的75%提升至95%以上，焊后裂纹率下降至不足1%，显著延长了铸件的使用寿命，降低了返修成本。实践表明，科学设计坡口、合理控制热输入、严格实施焊后热处理，是提升中碳钢铸件补焊质量的核心路径。未来，随着自动化焊接技术和智能检测系统的进一步融合，ZG45钢补焊工艺将向更高效、更智能的方向发展，为高端装备制造提供坚实保障。