淺析燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體裂紋的室外焊補(bǔ)技術(shù)

胡玉文 東營市技師學(xué)院

淺析燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體裂紋的室外焊補(bǔ)技術(shù)

胡玉文 東營市技師學(xué)院

本文主要論述了燃?xì)鈩?dòng)力機(jī)體缸蓋裂紋的維修焊補(bǔ)技術(shù)，真對(duì)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)灰鑄鐵材料的焊接性進(jìn)行了科學(xué)分析和論證，根據(jù)論證結(jié)果和生產(chǎn)急需，因地制宜制定可行的焊接工藝，運(yùn)用電弧焊現(xiàn)場焊補(bǔ)技術(shù)，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)灰鑄鐵材料的焊補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文理論依據(jù)確鑿、實(shí)踐過程翔實(shí)可行、論點(diǎn)鮮明、論據(jù)充分，謹(jǐn)供焊工和有關(guān)技術(shù)工作者參考。

燃?xì)廨啓C(jī)；鑄鐵；裂紋；屏護(hù)及發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱；冷焊法

利用石油、煤礦、焦化等行業(yè)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，如天然氣、煤層氣、煉焦煤氣、沼氣等氣體，作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，具有熱效率高、排放污染少、靈活機(jī)動(dòng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是節(jié)能減排效果更具有極其深遠(yuǎn)的意義。

勝利油田某單位是12V 190燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電機(jī)組的主要生產(chǎn)廠家。發(fā)電站遍及全國各地的煤礦、焦化廠等單位。由于燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電機(jī)組長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)和振動(dòng)，或機(jī)體鑄造過程中隱藏的缺陷，有時(shí)會(huì)在缸蓋的緊固螺栓處出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)漏氣、漏油，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和維修，就會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞，給使用單位帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，也更會(huì)影響正常的生產(chǎn)和安全。為確保機(jī)組能快速得到維修而正常運(yùn)轉(zhuǎn)，我們?cè)谑彝鉃槠洳扇×撕笚l電弧焊現(xiàn)場焊補(bǔ)的方法，收到了較好的效果，為該機(jī)組類似故障的排除，提供了成功的解決方法。

一、焊補(bǔ)前的焊接工藝性分析

之前，有的用戶單位也曾對(duì)缸蓋裂紋進(jìn)行過焊補(bǔ)，但都不太理想，不但原來的裂紋沒焊補(bǔ)好，而且，又產(chǎn)生了新的裂紋或其他焊接缺陷。

受生產(chǎn)廠家的委托，我們對(duì)所焊材料進(jìn)行了認(rèn)真的調(diào)查和分析。12V 190燃?xì)鈾C(jī)機(jī)體缸蓋是灰鑄鐵鑄造而成，材料的牌號(hào)是HT250，其抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于250M pa，硬度在190～240HBS之間。灰鑄鐵雖然有良好的鑄造性和減震耐磨性，但含碳量高、塑性和抗拉強(qiáng)度低、脆性大等因素，卻給鑄鐵帶來了較差的焊接性。

焊補(bǔ)鑄鐵的方法很多，但采用電弧焊的方法較多，原因是簡便易行，但盲目隨意的操作，是不能獲得補(bǔ)焊成功的。根據(jù)我們以往的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)得知：當(dāng)采用焊條電弧焊接灰鑄鐵時(shí)，如焊條選用不當(dāng)或無特殊工藝措施，會(huì)產(chǎn)生以下焊接缺陷：

1、焊后焊縫易產(chǎn)生白口組織（Fe3C）：表現(xiàn)為焊補(bǔ)區(qū)呈白亮一片或一圈（存在于熔合區(qū)），硬度可高達(dá)600HBW，白口組織硬而淬，不但機(jī)械加工困難，而且會(huì)使焊縫造成很大的應(yīng)力集中，是造成焊縫產(chǎn)生裂紋的原因之一。產(chǎn)生白口組織的主要原因是由于電弧焊接的特點(diǎn)所致，由于母材和近縫區(qū)在焊接時(shí)受到高溫加熱，當(dāng)受熱區(qū)溫度達(dá)900℃左右以上時(shí)，原來灰口鑄鐵中以游離狀態(tài)的石墨開始部分地熔于鐵中，溫度越高，熔于鐵中的石墨也越多，但焊接與煉鋼過程相比，焊接的冶金反應(yīng)過程太短，焊縫的冷卻速度太快，當(dāng)焊縫冷卻時(shí)，熔于鐵中的碳來不及以石墨形式析出，而呈滲碳體出現(xiàn)，即所謂的白口。從以上可以看出，在焊接操作及工藝控制過程中，要在保證熔焊的前提下，必須盡量減少對(duì)母材的熱量出入和母材的熔化量，并減緩焊縫的冷卻速度是補(bǔ)焊成功的關(guān)鍵所在。

2、焊縫易產(chǎn)生裂紋：由于鑄鐵的含碳量高，焊縫金屬易產(chǎn)生無塑性和彈性的淬硬組織“高碳馬氏體”， 淬硬組織在焊接應(yīng)力作用下很容易使焊縫產(chǎn)生裂紋。如果選擇焊芯含碳量較少且含有促進(jìn)石墨化的焊條（如碳、鎳、硅、銅），對(duì)防止裂紋一定會(huì)有效，特別是鎳基焊條，不但不產(chǎn)生淬硬組織，還能在焊縫金屬中形成塑性很好奧氏體組織，其效果會(huì)更好，因此，鎳基焊條應(yīng)當(dāng)作為重要鑄鐵零部件補(bǔ)焊的最佳材料。

3、焊縫和母材熔合處產(chǎn)生裂紋或剝離：主要原因是白口組織的存在、焊接應(yīng)力集中、焊條選擇不當(dāng)、線能量大等綜合因素作用所導(dǎo)致的。

燃?xì)鈾C(jī)缸蓋的焊補(bǔ)要求非常高，焊后必須保證焊縫及其熱影響區(qū)不再產(chǎn)生裂紋，而且要求焊縫要有很好的致密性，才能使發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作?？紤]到現(xiàn)場的檢修條件，我們還是力求簡便可行的方法。經(jīng)過與相關(guān)技術(shù)人員的研究討論，共同制定了焊條電弧焊的“冷焊法”焊接方案。

所謂焊條電弧“冷焊法”，就是被焊的零部件在焊前不進(jìn)行預(yù)熱，采用非鑄鐵組織的焊條（如鎳基、銅鋼焊條），并采取短焊道（不連續(xù)施焊），每段焊道熄弧后，立即用尖錘敲擊的工藝方法，其原理是，盡量減少焊縫的稀釋率，降低焊縫中C、Si、S、P含量，控制焊縫的熱量輸入，以減少焊接熱循環(huán)的影響和焊縫的內(nèi)應(yīng)力，防止焊接區(qū)局部過熱而導(dǎo)致產(chǎn)生白口組織、焊縫裂紋、氣孔等缺陷。

考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的體積較大，“冷焊法”在焊接后因焊縫及熱影響區(qū)的冷卻速度很快，極易形成白口組織和裂紋的可能，我們選用了鎳基鑄308焊條，雖然價(jià)格較高，但把握性較大。鑄308焊條的成分為C≤2.00 Si≤2.50 Mn≤1.00 Fe≤1.00 Ni≥90，顯然含鎳量很高，鎳元素在焊接中能使焊縫形成奧氏體組織，可有效防止白口組織和脆硬組織的產(chǎn)生，并起到增加塑性降低硬度的作用，也有利于焊后機(jī)械加工。

二、補(bǔ)焊前的各項(xiàng)準(zhǔn)備

1、焊條的烘干：選用直徑3.2鎳基鑄308焊條數(shù)根，用烘干箱將焊條以150°C溫度左右烘干1～2小時(shí)，以消除焊條中的水分。并準(zhǔn)備直流焊機(jī)一臺(tái)。

2、確定裂紋的位置及長度：為容易擦拭和去除機(jī)器外殼的油污，先將機(jī)組發(fā)動(dòng)起來，當(dāng)機(jī)器外殼溫度上升至40°C左右時(shí)，停機(jī)清除及擦拭缸蓋上的油污，仔細(xì)找到裂紋位置、長度及其端點(diǎn)。

3、鉆止裂孔：先用鉆頭為5或6mm的手電鉆在裂紋的尾部約0～5mm處鉆止裂孔，深度為6～8mm，目的是防止裂紋在開坡口或焊接時(shí)繼續(xù)延長擴(kuò)展。

4、開坡口：將角向磨光機(jī)更換成薄片磨光片，延裂紋的實(shí)際方向開U型坡口，坡口不宜過大過深，寬6mm深5mm即可，磨削坡口時(shí)要做到細(xì)磨精研，以保證坡口寬度、深度及其形狀的一致性。開U型比V型坡口能減少母材的熔化量，進(jìn)而降低焊縫中C、Si、S、P含量，減少焊接熱循環(huán)的影響和焊縫的內(nèi)應(yīng)力。

5、去除坡口深處的油污：由于在開坡口作業(yè)中，不能有效去除缸蓋裂紋深處的油污和鐵銹等雜質(zhì)，因此必須想法清除干凈，以防焊接時(shí)產(chǎn)出氣孔等缺陷。建議采用氣焊火焰“分段加熱”的方法，但一定要防止加熱時(shí)引起裂紋的延長，加熱溫度不宜超過200°C，而且特別注意加熱時(shí)，升溫的速度控制不宜太快，燒盡油污至不再冒煙為宜。最后再用角向磨光機(jī)將坡口研磨到露出金屬光澤的程度，為保證焊接質(zhì)量創(chuàng)造最好的條件。

6、焊前遮擋焊接現(xiàn)場：由于焊接作用是在室外進(jìn)行，為消除風(fēng)對(duì)焊縫冷卻速度的影響，最好將焊接區(qū)2～3米的四周用非易燃物遮擋屏護(hù)起來。

三、正式焊接

1、采用直流反接法，即將焊鉗的把線，接在直流焊機(jī)輸出端的+極接線頭上，地線接在直流焊機(jī)輸出端的–極接線頭上。采用直流反接法能降低母材的熔化量，減少產(chǎn)生氣孔的傾向。2、將機(jī)器發(fā)動(dòng)起來，提高機(jī)體的溫度達(dá)40～60°C左右，用手觸摸機(jī)體感到微微有些燙手，這樣能夠使整個(gè)機(jī)體達(dá)到預(yù)熱的目的，對(duì)防止焊接過程中焊縫出現(xiàn)白口組織和焊接應(yīng)力有一定的作用。

3、可選直徑3.2的焊條，焊接電流選擇100A左右，盡量減小熔深及母材在焊縫中的熔合比。將止裂孔作為始焊端（有利于釋放焊接應(yīng)力），引弧的位置必須選在坡口內(nèi)，以防電弧對(duì)焊縫以外的母材造成電弧擦傷而產(chǎn)生應(yīng)力集中，而導(dǎo)致新的裂紋。

4、焊接時(shí)采用直線形運(yùn)條，要盡量使用短弧，以防氣孔的產(chǎn)生。采用分段倒退焊（如圖所示），即在距止裂孔10mm左右處引弧向止裂孔的方向焊接，直到止裂孔的邊緣，但不要焊補(bǔ)止裂孔，以釋放焊接應(yīng)力，熄弧時(shí)要采用反復(fù)滅弧法將弧坑填滿，立即用帶小圓弧尖錘以較高頻率錘擊焊縫，以消除焊接應(yīng)力。

5、待焊縫和熱影響區(qū)的溫度大約降到50～60°C以下時(shí)，再從第一段焊縫的起始端向后10mm左右處引弧，向止裂孔方向焊接，直至焊到第一段焊縫的起始端熄弧，并將弧坑填滿，扔立即錘擊焊縫。以后各段的焊接方法，以此類推。最后焊補(bǔ)止裂孔。

6、焊接結(jié)束，立即用角向磨光機(jī)將焊縫處打磨干凈，并將機(jī)器發(fā)動(dòng)起來，這樣可以起到焊后緩冷改善焊接質(zhì)量的作用。

四、注意事項(xiàng)

1、焊接順序很重要，一定要采取斷續(xù)和分段倒退焊的工藝。

2、耐心細(xì)致，不能急于求成，前一段焊縫的溫度降下來后，才能焊下一段，總之，控制焊縫熱量輸入是焊條電弧“冷焊法”的核心。

3、焊肉一定要與母材熔合好，如發(fā)現(xiàn)熔合不好處應(yīng)鏟去或磨掉，重新補(bǔ)焊。

結(jié)論

在室外焊補(bǔ)，運(yùn)用發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱，做到因地制宜，保持機(jī)體的整體溫度，使焊補(bǔ)區(qū)在焊接過程中能比較自由膨脹和收縮，采用合理的焊接工藝和防范措施，從而減小焊接應(yīng)力和產(chǎn)生裂紋等缺陷的可能性，使焊縫質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)要求，為類似鑄鐵補(bǔ)焊提供了好的方法。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.097