发动机缸体、变速器壳体、液压油缸等零件的特点是质量大,形状复杂,造价高,当其发生裂纹或其它损坏时,若不及时修理,将会使整个总成报废,造成极大的浪费。另有一些零件,如销子、齿轮等,由于单价不高,当它们磨损失效时,往往直接更换新件,长此以往,必然消耗巨大,其实它们也是可以修复再利用的。表面堆焊技术是零件表面修复技术的一种,就是利用手工电弧焊对受损零件的表面加以堆焊或修补,或经过机床加工,恢复零件的原有尺寸,必要时通过热处理改善其性能。
评定修复层的主要指标为:
(1)修复层与基体金属的结合强度;
(2)修复层的耐磨性和耐腐蚀性;
(3)修复层对零件疲劳强度的影响。
上述3项指标中结合强度是评定修复层质量的首要指标。
一、铸铁件的修复
发动机缸体属于非易损基础件,一般寿命较长,除遇意外事故,都能用至机器报废。但有时也会发生破损、裂纹或曲轴主轴承座孔失圆变形等情形,在这种情况下更换整个缸体无疑会造成巨大浪费,因此必须想办法加以修复。
实例1:一台上海产6135发动机,由于冬季在室外停放时忘记放水,缸体气缸套处开裂一道长约4cm的裂纹,运用手工电弧焊修复工艺如下:
(1)焊条:选用铸612铜铁焊条,焊条直径3.2mm,焊后不进行机械加工。
(2)清除污物:将裂纹周围清洗干净,包括油污、铁锈,裂纹深处的油污和水用氧——乙炔火焰加热,直到不冒烟为止。
(3)修整裂纹;在裂纹两端钻φ3mm的止裂孔。为了增大结合强度,沿裂纹方向用手砂轮开出U形坡口,坡口开度120°,深4~6mm。坡口两侧25mm以内用钢丝刷打光,露出金属表面。
(4)施焊:使缸体裂纹咸水平位置放置,运条方向由两端向中间进行,待整条裂纹焊补完毕后,再焊两端的止裂孔。焊接速度为3.2~3.5mm/S,电流为80-110A。
实例2:一台康明斯发动机,缸体曲轴主轴承第二、三座孔同轴度误差达0.13mm。由于轴承座孔上有轴瓦覆盖,仅起支承及散热作用,焊接强度要求不高,但精度需达到一定标准,考虑采用钎焊修复轴承座孔,然后在搪瓦机上加工成型。
(1)钎料:由于曲轴主轴承处是受力部位,黄铜的结合强度在200mpa以上,因此选用黄铜。
(2)清除污物:用油洗去或用火焰吹去座孔表面的污物,用砂布打磨,露出金属表面,焊补过程中用硼砂清除焊层表面的氧化膜。可增加黄铜溶液侵入被焊金属间隙的能力,保护焊层钎料和工件表面免受氧化。
(3)施焊:如果座孔变形区较大,应分区施焊,每个区段的熔池力争一次填满。堆焊层要离出座孔基面3mm以上,留出充裕的机械加工余量。
(4)机械加工:按规定力矩上好轴承盖,在搪瓦机上按标准加工成型。
此外,我们曾用黄铜作轩料,用火焰加热,修复过挖掘机门斗油缸盖油封槽,6135发动机缸体两缸套间的裂纹,两缸套间下陷等,均取得良好效果。
二、合金件的修复
实例3:变速器齿轮由于齿面表层局部损坏,堆焊后用手砂轮和油石进行修整,无须进行复杂的热处理,基本达到原机械性能。工艺和要求如下:
(1)焊条:选择山东“齐鲁”Fe-Cr-C系列耐磨焊条中的DEZCr55~10高铬合金耐磨堆焊焊条,焊层硬度达HRC55,并有较高的冲击韧性,焊条直径为3.2mm。
(2)清除污物:用油洗或火焰将齿轮表面的油污处理干净。
(3)施焊:将齿轮预热至200~250℃,电弧长度与焊条直径相当,焊接电源110~150A,焊条与齿轮堆焊表面接近垂直,焊后缓冷。
此外,用上海“堆212”焊条修复五十铃CXZl87和三菱FV415型汽车中、后桥平衡悬架心轴;用锡铅合金作钎枓,火焰加热堆焊发动机曲轴止推片,从而调整曲轴的轴向间隙,也都是成功的。此钎料熔点低,结合强度不超过70MPa,多用于受力不大的场合。
三、铝合金的修复
有些车型的气缸盖、气缸体、气泵等用铝合金制造,使用中表面出现裂纹等,可考虑用氢弧焊修复。
例如,用氢弧焊修复492系列发动机缸体水套处裂纹,焊接质量高,外形美观,变形质量小,焊后不需加工,效果好。
四、其它零部件的修复
ZL系列装载机的举升大杆销孔,由于种种原因常发生套磨损后,损伤基础件的现象,更换大杆是不现实的。选用结442焊条,手工电弧焊对大杆销孔堆焊,由于销孔的精度要求不高,通过手工錾削使销孔复圆,此工艺在生产中大量应用。
结论:①零部件的常用表面堆焊修复技术,手段有二:a手工电弧焊;b钎焊,分为软、硬钎焊,主要以钎料的不同来区分。②手工电弧焊修复工件的质量较高,但对零部件的疲劳强度有一定影响,制定工艺时要注意;钎焊则相反。③多数零部件焊后需进行机械加工或手工加工,以恢复到原有尺寸,堆焊时应注意有充裕的加工量。
五、在焊接中要考虑的因素
(1)零件设计。取决于自动焊接中心和变位机的选型,变位机决定零件相对于自动焊接中心的焊接位置。有些零件要求多轴运动的变位机以协调焊接:有些零件在焊接时则要求单轴的变位机来重复定位;还有零件不需配置变位机。
(2)焊缝接头设计。自动焊接需要优先考虑的是焊缝设计。在零件设计(或工艺设计)阶段,需要对焊缝接头进行评价,目的是保证焊缝接头容易重复和容易焊接。例如,搭接接头和角焊缝是较多的焊缝形式,因为这样焊缝和熔滴易控制。外角焊则较困难,因为产生裂缝或零件产生滑动。开坡口的焊接较少考虑,因为零件的定位、焊接量的变化和焊缝等不易控制。
(2)重复精度。零件和焊缝接头的重复精度是重要的因素。零件的重复精度的变化会明显放大焊缝接头的重复精度的变化。典型的焊缝接头重复精度可节约一半的焊丝。φ1.2的焊丝是自动焊接中心常用的焊丝,焊接接头的重复精度要求是±0.584mm,重复精度的变化要求自动焊接中心控制或改变焊接工艺来适应。适应性包括焊丝导嘴探测、焊缝跟踪、起弧或断弧缺陷或使用先进的夹具进行多步焊接。
(4)焊接机头连接。焊接中心尽可能地考虑交替使用焊接机头进行焊接,焊接臂上的焊接机头不一定能焊接所有的零件的所有位置。