改進熱成型尺寸恢復工藝 提高再制造產(chǎn)品質(zhì)量

吳成武　張平彥　耿蕭春

（1.中國石油集團濟柴動力總廠再制造中心，河北　青縣　250306；2.中國石油集團濟柴動力總廠，山東　濟南　250100）

改進熱成型尺寸恢復工藝 提高再制造產(chǎn)品質(zhì)量

吳成武1張平彥2耿蕭春2

（1.中國石油集團濟柴動力總廠再制造中心，河北青縣250306；2.中國石油集團濟柴動力總廠，山東濟南250100）

摘要：針對再制造零部件損傷部位熱成型尺寸恢復工藝進行改進，試驗總結(jié)出一系列消除或減少焊補缺陷的工藝措施。提高了廢舊零部件再制造成品率及產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：熱成形；尺寸恢復；再制造；產(chǎn)品質(zhì)量

目前，隨著國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷實施和深化，越來越多的廢舊設(shè)備通過再制造修復后重新得到了利用。為了使這些起死回生的設(shè)備在運行過程中保持較高的可靠性，需要解決的一項重要技術(shù)難題就是如何保證廢舊零件磨損失效部位的修復質(zhì)量。

一、再制造尺寸恢復工藝分類

目前針對磨損零件尺寸缺失部位修補工藝有熱成型和冷成型兩大類。熱成型尺寸恢復工藝主要包括：等離子熔覆、激光熔覆、焊條電弧焊、埋弧焊、氬弧焊、脈沖冷焊等多種形式；冷成型尺寸恢復工藝主要包括冷噴涂、鑲套（堵）和選配瓦（軸）等。為了制作較高結(jié)合強度的尺寸恢復層、提高零件表面耐磨性、延長零件使用壽命、提高機器修理維護時零配件的互換性，在對承受較大運轉(zhuǎn)載荷的關(guān)鍵零部件進行修復的過程中優(yōu)先選用熱成型尺寸恢復工藝。

二、熱成型尺寸恢復工藝改進措施

在對零件進行熱成型尺寸恢復過程中，需要針對不同的零部件結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及不同的損傷失效狀況進行綜合分析后確定再制造方案，通過在生產(chǎn)實踐中的不斷總結(jié)試驗，摸索出了一系列適合的抑制零件焊補形變，減少裂紋、氣孔缺陷產(chǎn)生的工藝措施，取得了較好的應(yīng)用效果，有效控制了再制造零部件質(zhì)量?，F(xiàn)將大功率再制造發(fā)動機案例介紹如下。

1.恢復前預熱及恢復后保溫

對零件局部或整體進行尺寸恢復前預熱及尺寸恢復后保溫，在施工中要注意根據(jù)零件具體狀況采取相應(yīng)的工藝方法。

（1）對機體等大型箱體類零件，采用在焊補部位及鄰近區(qū)域用加熱板烘烤加溫的方法進行預熱和保溫，通過減小焊補部位與周圍熱影響區(qū)的溫差，減小熱影響區(qū)發(fā)生塑性變形的程度，可有效降低焊補位置發(fā)生裂紋的幾率。

（2）對泵殼、缸蓋等小型零件，采用在高溫熱裂解爐內(nèi)進行整體加溫的方法，既可以完成表面去污除油工序，又可以進行預熱保溫。通過設(shè)計制作專用的進出料裝置及高溫零件專用吊具，很好的保證了操作的安全性。通過數(shù)字化爐溫控制系統(tǒng)，加熱溫度數(shù)值及加溫時間得到了精確控制，有利于根據(jù)不同零件的尺寸結(jié)構(gòu)特點采用不同的預熱保溫方案。

（3）對曲軸等結(jié)構(gòu)復雜的大長徑比零件，采用電熱石棉毯覆蓋加熱的方式進行整體預熱和保溫，可使其加熱過程更加緩慢均勻，使各軸頸和曲柄都能得到幾乎相同的溫升曲線，解決了局部升溫過快或內(nèi)外表面短時溫差較大容易引起裂紋、彎曲的問題。

2．錘擊焊縫區(qū)域、分層焊補、分段焊補

通過用小錘按一定力度和頻率錘擊焊縫，可使焊補部位發(fā)生輕微變形并使應(yīng)力集中重新分布。多層焊補時要分層錘擊每道焊縫，待焊縫冷卻至手摸不燙的狀態(tài)后再進行下一層焊縫的施工。當焊縫較長時，要采取分段焊、斷續(xù)焊的方法。每焊完一小段后用小錘敲擊焊縫附近（圖1），這樣可以降低焊縫的收縮內(nèi)應(yīng)力，有利于防止焊縫開裂。待焊縫區(qū)域冷卻到不燙手時再施焊下一段，每一段長度控制在15mm左右。

通過操作熟練的電焊工不斷總結(jié)優(yōu)化錘擊的力度和頻率，該方法在多種情況下都能取得一定的應(yīng)力釋放優(yōu)化作用。例如在機體側(cè)壁的人工焊條電弧焊補過程中就取得了很好的應(yīng)用效果。

圖1、2、3為人工焊補VOLVO發(fā)動機機體側(cè)壁裂縫時錘擊焊補區(qū)域及分段焊、分層焊的照片。

圖1　錘擊焊補區(qū)域

圖2　分段焊接順序

圖3　坡口形狀及分層焊接示意圖

3．水中冷卻焊接工藝

該方法是在焊接施工過程中總結(jié)出來的一種減小熱變形的工藝手段，其工作原理類似于冷焊，適用于抗拉強度較高的鋼質(zhì)零件局部區(qū)域焊補，如：凸輪軸、增壓器轉(zhuǎn)子軸等零件的穴蝕修復。

焊補時將工件置于水槽中，并將待焊部位露出水面，用固定裝置將工件定位牢固避免焊補時發(fā)生位移。由于手弧電焊條不能夠在水中進行焊接作業(yè)，因此操作時要認真控制焊條移動路徑，避免浸水。

由于在焊補時有了冷卻水的作用，由焊縫傳遞給鄰近部位的熱量顯著減少，熱影響區(qū)變小，對相鄰結(jié)構(gòu)的不利影響減弱，有利于減小變形。

通過試驗數(shù)據(jù)顯示，在兩根噴油泵凸輪軸上相同部位焊接相同深度和面積的焊縫，采用水冷方法能夠減小彎曲量2/3以上。試驗焊補狀態(tài)如圖4所示。

圖4　水中焊補凸輪軸缺陷試驗

在實施過程中，由于水的冷卻作用，會造成引弧相對常規(guī)電弧焊困難一些，因此其引弧電壓要高于大氣中的引弧電壓，其電流較大氣中焊接電流大15%～20%左右。

4.綜合運用多種焊補設(shè)備、靈活控制焊補工藝參數(shù)

公司目前具備等離子熔覆、氬弧焊、焊條電弧焊、脈沖冷焊等多種熱成型尺寸恢復工藝手段，在實際應(yīng)用過程中，要根據(jù)工件失效損傷程度、工件的結(jié)構(gòu)特點、材質(zhì)特性等因素靈活選擇焊補設(shè)備、工藝參數(shù)和焊材種類。

例如：對于機體類零件，其材質(zhì)多為灰鑄鐵，由于鑄鐵具有含碳量高、強度低、塑性差、剛性大、不易變形、對溫差極為敏感等特點，焊接時其殘余應(yīng)力不易通過母材的變形來消除，因此焊接時極易產(chǎn)生焊接裂紋和其他缺陷。在實際施工時，如果焊補部位面積較小、深度較淺，優(yōu)先選用脈沖冷焊機進行修補，這樣形成的焊縫熱影響區(qū)小，熔焊瞬間熱輸入極少，因此幾乎沒有咬邊和殘余應(yīng)力。

但是，如果修補部位面積較大、深度較深，則要采用效率更高的焊條電弧焊，但選用的焊條一定要具有較好的焊接工藝性能，為改善鑄鐵焊接冶金狀態(tài)提供有利條件，而且藥皮成分要抑制二氧化硅的形成，提高焊接接頭的抗裂性，降低其他焊接缺陷產(chǎn)生的可能性。同時，也要通過采用與該型焊條相適應(yīng)的獨特焊接工藝，才能有效控制鑄鐵焊接時的焊接應(yīng)力，從而使避免出現(xiàn)變形、裂紋等缺陷。

三、應(yīng)用推廣情況

通過在零部件再制造過程中綜合應(yīng)用這些改進型技術(shù)措施，有效提高了零件修復質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了由于焊補缺陷而造成的零件報廢率。

例如，由于擔心焊補后的較大形變，原來對于凸輪軸穴蝕的焊補深度控制在2mm以內(nèi)，面積不超過10%，每年約有10%～20%左右的拆機舊凸輪軸因焊接變形無法校直或出現(xiàn)裂紋而報廢。改進的水冷卻法及氬弧焊法應(yīng)用后，本年度的拆機凸輪軸全部再制造修復成功，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。

據(jù)統(tǒng)計，本年度通過深入應(yīng)用這些新研發(fā)的工藝方法，再制造廢舊零件熱成型尺寸恢復成功率達到90%以上。尤其在對廢舊發(fā)動機機體、缸蓋、凸輪軸、進氣管等零件的再制造過程中發(fā)揮了重要作用，實現(xiàn)了節(jié)能降耗、變廢為寶的目的。

四、結(jié)語

試驗成功的一系列改進型工藝措施在舊發(fā)動機及其他工程設(shè)備再制造過程深入應(yīng)用以后，使得尺寸恢復層結(jié)合強度及抗壓、耐磨、承受交變載荷的性能指標得到優(yōu)化，大幅度提高了表面磨損嚴重的廢舊零部件再制造成功率及產(chǎn)品質(zhì)量，有效保證了整機運行的可靠性。

參考文獻：

[1]王紅光.實用焊接工藝手冊(第二版)［M］.化學工業(yè)出版社，2014.

[2]（英）諾里斯.先進焊接方法與技術(shù)［M］.機械工業(yè)出版社，2010.

中圖分類號：TG156

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）01-0068-03

收稿日期：（2015-11-30）