关于国产装载机的发动机缸体破损修复工艺分析

关于国产装载机的发动机缸体破损修复工艺分析

赵迎

锦州港股份有限公司辽宁锦州121007

前言：由于装载机装卸速度快，生产效率高，常用于基建、港口、铁路等行业生产建设，我公司拥有数十台国产及进口装载机，每天作业于码头、库场等生产一线，承担着生产作业的重要角色。其中两台国产装载机因连续运转作业及司机的误操作等原因造成发动机连杆支出，顶破发动机缸体，造成无法正常进行作业问题。如采购安装将延误作业现场的生产进程，所以决定进行自行修复。缸体为灰铸铁浇铸而成，破损位置在没有同等材质的情况下决定采用异种金属进行填补焊接，而达到继续使用的要求。

关键词：灰铸铁，Z308焊条，焊接应力，焊接裂纹

1、焊接材料的选用

根据灰铸铁与Q235钢板在焊接性，线膨胀性和收缩性等方面都存在的差异，决定采用纯镍焊条EZNi（Z308）和电弧焊冷焊工艺较为适宜。

2、焊前准备

为了使补焊获得成功，并获得满意的焊接质量，焊前必须作好充分的各项准备。

2.1选用ZX7—400S山东奥太逆变焊机一台。

2.2EZNi（Z308）焊条，ø3.2mm适量；E4303（J422）焊条，ø3.2mm适量，保温筒一个。

2.3EZNi（Z308）焊条药皮为石墨型，焊前需经150-200℃烘干1-2h，并保温1h，然后放入保温筒，随用随取。

2.4取尺寸适当，板厚5mm的Q235钢板一块。

2.5日本牧田电动角向砂轮一台，砂轮片直径ø100mm，厚3mm。牧田电动角磨一台，角磨头为柱形小号。

2.6小锤若干把，锤头圆角尖部为2.0--3.0mm。

3、缸体破损处整形及坡口准备

3.1发动机缸体为灰铸铁，用E4303（J422）焊条、电流为130A，把破损处的裂纹和多余母材去除掉，并把缺口处大致修整成形。

3.2用电动柱形角磨头，把缺口处打磨成圆弧形，以免在焊接过程中引起应力集中，发生剥离性裂纹。

3.3用电动角向砂轮打磨母材缺口处坡口，坡口角度为30°±1°，钝边为1.5mm。

4、焊接工艺

4.1用火焊加热被焊处及四周边缘20--30mm处，去除补焊区域内的油污和水份，以防止气孔的产生，保证焊接质量。

4.2取Q235钢板按缺口大小、形状放样下料，并按缸体的具体外部形状做形，以达到修复后的最佳外观效果。

4.3用EZNi（Z308）焊条，把钢板分四点位置进行点焊，每点焊段长20mm左右，并迅速锤击焊点处。

4.4确认点焊处无裂纹后，采用EZNi（Z308）焊条进行焊接，施焊时采用短段焊，断续焊，分散焊，每段焊道应在30--40mm，每焊一段焊道后，应立即锤击焊缝，锤击焊缝时，要把焊缝表面都要锤遍，并能看到锤击的锤印。

4.5焊接时，应采用小电流，短弧操作，并快速直线焊接，不作横向摆动，ø3.2电流值100-110A，厚度在3mm左右，层间湿度控制在60℃以下。

4.6第一层焊接完毕后，用电动角向砂轮将焊道磨平，并把焊道两侧清理干净，以免出现夹沟，夹渣等现象，以免影响第二层焊接质量。

4.7第二层焊接方法与第一层相同，并让焊道保持一定的恒温。

4.8冷焊后，立即用石棉布等保温材料盖住焊口，进行保温缓冷，缓冷后的焊接接头应力状况也大为改善。

5、实践依据

5.1如果采用热焊接工艺方法，补焊区将热辅射较大（预热温度600―700℃），容易使劳动条件恶化，而影响焊接质量，所以决定采用冷焊工艺措施将是最佳方案，同时冷焊也有利于缸体处于低温状态，焊接的变形量也较小。

5.2冷焊前将缸体补焊处加热到100℃左右，这样不仅可以去除补焊区域表面的油污和水份，而且可以防止气孔的产生，同时低温预热也可减少焊接区的温差和焊接应力以及白口组织。

5.3采用EZNi（Z308）焊条是因为Z308焊条属于纯镍焊条，镍又是促进石墨化的元素，在焊接过程中焊缝中的镍向母材半熔化区扩散，对减少半熔化区的白口层宽度很有利。实践表明，焊缝含镍量越高，半熔化区白口层越小，用纯镍焊条焊接，白口层宽度仅为0.08-0.05mm，并且呈断续状分布。纯镍焊条所焊的焊缝还具有较高的塑性，其伸长率为10-20﹪，线膨胀率也很小，膨胀系数与母材相近，有利于降低焊接应力，所以焊接接头有着较好的抗裂性。

5.4采用小电流，短弧操作并快速焊接，是因为灰铸铁含Fe、Si、C及有害S、P杂质较高，硫是促进白口化的元素，磷虽然对石墨化影响不大，但多了也会形成脆硬的磷共晶，降低力学性能。所以焊接电流越大，焊缝中熔入的母材量越多，带入焊缝中的S、P量也随之上升，从而增大了热裂纹的敏感性。同时母材上处于半熔化区温度范围（1150℃-1250℃）的宽度增大，在电弧快速冷却条件下，冷却速度极快的半熔化区的白口区也相应加宽，所以采用小电流快速焊接。

5.5采用短弧焊、断续焊、分散焊，焊后立即锤击的焊缝工艺，是因为随着焊缝的增长，纵向拉应力增大，焊缝发生裂纹的倾向增大，所以采用短段焊，每段焊缝30-40mm。在焊缝处于较高温度，塑性性能异常优良时，立即用带圆角的小锤快速锤击焊缝，使金属发生塑性变形，以降低焊缝应力。据有关资料介绍，用这种方法可减少50﹪内应力。同时为避免焊补处局部温度过高应力增大，还要采用断续焊，即待焊缝附近的热影响区冷却至不烫手时（50-60℃）再焊下一道焊缝。在采用断续焊时，还要应用分散焊，即不连续在一固定部位补焊，而在焊补区的另一处补焊，这样可以更好的避免因焊补处局部温度过高，而产生焊接裂纹。

6、结论

发动机缸体修复后经跟踪调查运行一切正常，无任何异常现象。实践证明这种修复工艺方法，既简便快捷，又能保证较高的焊接质量。同时也为一线生产提供了强有力的保障。由于先后成功修复了数台装载机的发动机缸体，为企业节省了数万元的购置费用。此种焊接修复工艺方法在驻港其它装卸单位也得到了有力推广使用。（见缸体修复后的图片）

参考文献：

1.曾乐主编，现代焊接技术手册。上海：上海科学技术出版社，1993

2.葛兆祥主编，焊工技师培训教材。北京：机械工业出版社，2001

3.周振丰主编，焊接冶金学。北京：机械工业出版社，2005

4.刘廷材，铁素体+奥氏体双相不锈钢的焊接性。焊接学报，1988