關(guān)于機械零件焊修方法的探討

摘要：通過對不同類型、不同材質(zhì)的機械零件施行不同的焊修方法進行總結(jié)，提出今后在金屬類備件加工檢修時應(yīng)采取的方法。

關(guān)鍵詞：焊修 金屬類 建議

0 引言

焊修是將焊接工藝用于修理的方法。它具有工藝簡單、操作容易、修理過程短、質(zhì)量穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。

焊修可以用于零件裂紋或斷裂的修理，也可以采用堆焊工藝在零件表面補充磨損的金屬。

1 焊修特點

焊修與其他修理方法相比有如下特點：

1.1 零件容易變形和損壞 焊修中零件局部受熱，且受熱區(qū)各部的溫度變化不均勻。焊區(qū)加熱時，由于溫度很高且迅速膨脹，但在膨脹時又受到周圍較低溫度金屬組織的制約而不能自由伸展，故產(chǎn)生了壓縮塑性變形。冷卻后這部分的金屬尺寸比原先的縮短了，產(chǎn)生了拉伸內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的存在，對于塑性材料和剛度較小的零件會產(chǎn)生變形，對于脆性材料或變形受到限制的零件會產(chǎn)生裂紋。

1.2 需了解零件的材質(zhì)和使用要求 機械零件的種類很多，其性質(zhì)、使用條件和性能要求各不相同。焊修時，材質(zhì)是影響可焊性*的主要因素，而焊條和焊修工藝的選擇直接影響焊修質(zhì)量和使用性能。因此，在焊修前應(yīng)對零件的材料、工作條件、機械性能和以前的使用情況等有一逐步形成仔細的了解，以便在焊修工件中采取相應(yīng)措施，以獲得滿意的修復(fù)效果。

1.3 應(yīng)考慮焊后的加工問題 對于有尺寸精度要求的零件，焊修后需要進行機加工，但由于焊修時會引起零件金屬組織的變化，從而導(dǎo)致很難進行機加工。為了使焊修后的零件能進行機加工，焊前必須選擇合理的焊修工藝，比如采用焊前預(yù)熱，焊后緩冷或回火等工藝，選用合適的焊條也可保證焊后零件的可加性。

1.4 焊條的選用 焊條的種類很多，在焊修時應(yīng)根據(jù)焊修零件的材質(zhì)、技術(shù)要求和焊修工藝來選擇焊條，做到焊修質(zhì)量可靠且經(jīng)濟合理。

無特殊要求的碳鋼零件，選用酸性焊條，如E4301、E4303、E4310、E4311、E5001、E5011。重要的碳鋼零件焊修應(yīng)選用堿性焊條，如E4315、E4316、E5015、E5016等。

碳鋼和低合金鋼零件，可按照“等強度原則”選用相同強度等級的焊條。碳鋼的抗拉強度隨著含碳量的增加而增加，低合金鋼的強度則隨著含碳當量的增加而提高。

一般情況下，CE＜0.35%，選E43系列焊條；CE=0.4%，選E50或E55系列焊條；CE=0.5%，選E60系列焊條。

根據(jù)材料的可焊性選用焊條。實踐表明，碳鋼和合金鋼隨著含碳當量的增加可焊性降低。

當CE＜0.40%時，鋼材的淬硬傾向不明顯，焊接性能優(yōu)良，焊修時一般不需要預(yù)熱，對焊條的選用要求不嚴格。

當CE≥0.40%時，鋼材的焊接性能差，焊修時應(yīng)進行適當?shù)念A(yù)熱，同時要選用抗裂性能好的堿性焊條。

灰口鑄鐵零件的焊修，主要有兩個問題:一是易形成“白口”，二是極易產(chǎn)生裂紋。焊修時應(yīng)根據(jù)零件的重要程度選擇焊修工藝和焊條。

對于不重要的焊修件，可采用冷焊工藝。用一般鑄鐵焊條即可，如Z100、Z248、Z116等，焊后一般不易加工。

重要的灰口鑄鐵零件，可采用熱焊，即把零件整體（小的零件）或局部預(yù)熱到600℃-700℃，然補焊，焊補后要緩慢冷卻（如包石棉或放在己加溫爐溫內(nèi)，隨爐溫冷卻。）焊條用Z208即可，焊補面可機加工。

焊修后需要加工的零件，也可采用冷焊。選用鎳基鑄鐵焊條，可用于比較重要的修補，如Z308、Z408；選用銅基鑄鐵焊條，其接頭強度和加工較差，如Z508、Z607。

剛性大，焊修時難于自由伸縮的部位應(yīng)選用抗裂性能好的堿性焊條，如E4315、E4316。

堆焊用焊條，應(yīng)根據(jù)堆焊層的性能要求選用。一般磨損修復(fù)選用D102、D106、D107焊條；耐磨性修復(fù)選用D217、D227焊條；耐高溫磨損修復(fù)選用D317、D322、D327等焊條。

2 減小焊修應(yīng)力的方法

焊修應(yīng)力不僅能引起變形，而且還會影響焊后機加工的精度。并且在使用中也會由于應(yīng)力的釋放引起變形，甚至產(chǎn)生裂紋。因此，應(yīng)當在焊修進程中或在焊修后設(shè)法消除焊修應(yīng)力。

2.1 預(yù)熱和緩冷 焊修前將工件整體(小工件)或局部加熱到不定的溫度(100℃-600℃)，并在施焊過程中和焊后防止工件急速冷卻。這樣處理，可以減小焊區(qū)部分和基體金屬的溫差，達到焊區(qū)與基體金屬同時膨脹與收縮的目的，從而減小焊修內(nèi)應(yīng)力。

一般情況下，預(yù)熱溫度隨著材料含碳量的增加而提高。45號鋼可預(yù)熱到250℃，局部預(yù)熱的范圍為焊區(qū)兩側(cè)150mm-200mm，緩冷的方法，如工件焊修后，包石棉或放在石棉灰中，也可以放在爐中冷卻。

2.1.1 錘擊 焊修過程中趁焊縫處在赤熱狀態(tài)下，用手錘連續(xù)擊打。擊打作用可使金屬延展而抵消冷卻收縮量，達到減小內(nèi)應(yīng)力的目的。

錘擊時，以焊縫金屬溫度在800℃效果最好。隨溫度降低，擊打力也應(yīng)減小。當溫度下降至300℃，則不允許擊打，以免產(chǎn)生裂紋。

2.1.2 加熱減應(yīng)區(qū) 焊修工件時，選擇工件適當部位(減應(yīng)區(qū))進行加熱使之伸長，然后對損壞進行補焊，焊后同時冷卻。這樣，焊修應(yīng)力會大小減小，這種方法的關(guān)鍵是正確選擇減應(yīng)區(qū)，選擇的原則是選取阻礙焊縫膨脹和收縮的部位，加熱這些部位，可使焊補區(qū)焊口擴張，焊后又能和焊補區(qū)同時收縮，減小了焊補區(qū)內(nèi)應(yīng)力。

2.1.3 焊后熱處理 焊后熱處理是消除焊修應(yīng)力最有交效方法。對于碳鋼和低合金鋼可采取高溫回火，加熱溫度為550℃-650℃，保溫一定時間（按壁厚計算，每1mm要保溫4min-5min），然后爐冷或空冷，一般可消除80%-90%以上的焊修應(yīng)力。

采用高溫回火容易引起零件變形。因此，熱處理必須放在機加工之前。此外，對于含有Cr、Ni、Mn等元素的合金鋼應(yīng)采用快速冷卻的方法，以避免回火脆性。

2.2 減小和防止變形的方法 焊修可使零件的形狀和尺寸發(fā)生改變，如果變形嚴重，則會增加矯正變形的費用或使零件報廢。因此，在焊修中應(yīng)當采取適當?shù)拇胧﹣矸乐棺冃?。焊修變形和?nèi)應(yīng)力是有一定關(guān)系的。

2.2.1 反變形法 反變形法是最有效的防止變形的措施。這種方法是根據(jù)被焊工件的結(jié)構(gòu)特點，憑借經(jīng)驗估計焊修后發(fā)生變形的方向和變形量。焊修前，將工件的焊接處用機械方法進行反向預(yù)變形，從而使焊后的變形恰好和預(yù)變形抵消。

2.2.2 剛性加固法 用剛性較大的夾具緊固工件，強制其變形。采用此法，工件內(nèi)殘余應(yīng)力較大。因此，這種方法主要用于具有良好可塑性的低碳鋼薄板的焊接。

2.2.3 水冷法 焊接時，可將工件浸在水中，只露出焊修部位進行焊接，以降低工件基體金屬的溫度，達到增大剛度減小變形的目的。此外也可用自來水噴射工件的背面來減小變形。

2.3 采用合理焊接順序 同樣的焊接結(jié)構(gòu)，如果采用不同的焊接順序，焊后產(chǎn)生的變形則不同。焊接順序一般應(yīng)依照下述原則：收縮量大的焊縫應(yīng)先焊。因收縮量大，影響變形的能力也大。一般來說，對接焊縫的收縮量比角焊縫的大。采用對稱的焊接順序能有效的減少焊接變形。長焊縫焊接時，應(yīng)采用逐步退焊、跳焊等焊接順序。為逐步退焊法，把一條長焊縫分成若干段，每段長度為200mm-250mm，每段的焊接方向和總的焊接方向相反。

2.4 焊后變形的校正 當焊件的變形影響使用時，應(yīng)予以校正。矯正變形的原理是使焊件產(chǎn)生新的變形和焊修變形相互抵消。常用的方法有機械矯正法和火焰矯正法。

2.4.1 機械矯正法 利用機械力使焊件縮短的部位延伸，恢復(fù)所需要的尺寸和形狀。此法適用于具有良好塑性的材料。常用方法有錘擊、液壓壓力機、嬌直機等。

2.4.2 火焰矯正法 火焰矯正法是利用氣焊火焰在焊件適當?shù)牟课患訜?，通過加熱時產(chǎn)生的壓縮變形和冷卻后發(fā)生的收縮變形，矯正各種已產(chǎn)生的焊接變形，從而達到使焊件恢復(fù)正確形狀、尺寸的目的。火焰矯正法主要用于低碳鋼和低合金鋼，一般加熱溫度在600℃-800℃，不應(yīng)超過850℃，當溫度太低時矯正的效果不顯著。

火焰矯正若第一次未能完成，可進行第二次加熱矯正。矯正時要根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)特點和變形情況，確定加熱方式和加熱位置。常見的加熱方式有點狀、線狀、三角形加熱，為了消除薄鋼板的變形，可在凸起或凹下部位的四周進行點狀加熱，待冷卻后，由于加熱點部位的收縮，將其拉平。未消除丁字梁的變形，可在頂部沿對稱線進行線狀加熱，待冷卻后，由于加熱部位的收縮，便可使丁字梁的變形減小或消除，此為三角形加熱方式。

3 結(jié)論

經(jīng)過以上對于金屬類備件的焊修方法的討論，按照不同類別材質(zhì)、不同用途，采用相應(yīng)的焊修方法，可延長備件使用壽命，降低成本投入和檢修工力的投入，效果明顯。

參考文獻：

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作者簡介：

聶丹丹，（1980-），北京通州人，現(xiàn)任開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業(yè)分公司機采科機電技術(shù)員，從事機電技術(shù)管理工作。