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汽车铸铁缸体焊补漏洞 |
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作者：沈阳工业大学 安振之 张希川 马学智 |
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摘 要：灰口铸铁由于基本无塑性，强度也很低，在拘束状态下焊接时极易出现裂纹。要防止产生裂纹，就要从仔细分析焊接时拘束应力产生的条件出发，达到防止产裂纹的目的。正确设计焊接顺序和加热减应法，在拘束条件下焊接铸铁零件是有效和必要的。
关键词：拘束；铸铁；裂纹；焊接顺序
某厂一大型汽车铸铁缸体因发动机故障，其侧面被撞开一个直径大约200mm的漏洞，具体位置如图1所示。其缸体破损处厚度为8mm,需焊补。
图1漏洞位置
1 损坏处情况分析
该漏洞处于汽车发动机前部，漏洞下方有机爪，起支撑发动机的作用，因而该破损处处于受力较大的部位，缸体边缘完整。由于铸铁是脆性材。不易变形，因而漏洞处所受拘束应力较大，焊接时易产生裂纹。缸壁厚约8mm，，只要坡口适度，容易两面焊透，这是有利条件。如漏洞处有裂纹存在，应将漏洞在该处扩大以去掉裂纹，以免裂纹处产生应力集中现象。
2 焊接工艺
铸铁焊接的主要特点是，因铸铁系脆性材料，变形极小，从而在焊接过程中容易因焊缝收缩而产生冷裂纹。对铸铁进行焊接，最好的办法是将铸铁加热达600℃以上，用同种或异种材料进行焊接，这样焊缝与母材焊后温差较小，再进行同步缓慢冷却，一般情况下焊接质量就可以得到保证。
热焊虽然对焊接质量有所保证，但其焊接成本较高，加热条件及操作环境都很恶劣。焊补的缸体外形为1000mm×600mm×600mm.对这样大的缸体进行加热是困难的，所以只能采用冷焊的办法来解决问题。
铸铁缸体破损处壁厚8mm.用铸308焊条冷焊，其熔合性及成形都比较好。由于它的焊芯为纯镍，其塑性及抗裂性都很好，因而决定采用铸308焊条对缸体进行冷态焊接修补。
对破损处焊前应将周边两面修磨成30°坡口，以利于焊透。
漏洞处须用金属盖住，然后补焊周围焊缝。采用A38mm厚的钢板来作补洞盖板。A3板的机械性能优于铸铁，能够满足缸体的受力要求。同时它的塑性较好，可以化解一部分焊接所产生的内应力，有助于克服裂纹倾向。而铸308焊条对钢的焊接性是没有问题的。
焊接前，应将盖板周边修磨，使其与漏洞周边形状吻合。钢板还应稍弯曲一下，使其在洞中可与周边缸壁处于同一曲面之中。将钢板点固于漏洞中，然后再进行焊接。
原发动机漏洞处有几处用于固定其它附件的凸台。为减小内应力，将加工好的凸台在钢板点固后应按相应位置先焊好在盖板上再进行补焊环缝。这样做的目的是利用钢板的塑性使凸台焊缝充分在钢板上变形，不致于影响到铸铁环缝。
焊接时，应充分分析整个环缝的拘束应力情况。尽力减小拘束应力，使焊缝充分变形收缩。为此，应仔细设计焊缝的焊接顺序，这样才能获得满意的效果。实际设计的焊接顺序如图2所示。
图2 漏洞补顺序
焊接前，应将钢板周边两面磨出30°坡口，与缸体口成X形，以利于焊透。在图2中，应按1、2、3…交替顺序进行焊接。每一道焊缝焊接时两面焊满，以后不再补焊。焊接电压22V,焊接电流100A,铸3083.2焊条施焊。每道焊缝长约30～50mm,焊完一焊缝都要及遍时锤击，使其产生塑性变形以抵消收缩应力的影响。待焊缝冷却一段时间后再接着焊下一道焊缝。
在设计焊接顺序时主要是考虑减小拘束应力。先期焊缝主要是尽力使钢板向缸体中心部位收缩靠拢，因而这里的焊缝可以没有拘束应力，非但不会出现裂纹，焊缝内部也不会有内应力存在。
当焊接到最后接近M处时，由于该处处于缸体边缘，结构较单薄，因而可以产生一定的弹性变形，这有助于减小拘束应力。再加上锤击作用，更可进一步减小收缩产生的应力。
由于分析正确，措施得力，一直到焊接完毕，没有任何一处在焊接过程中产生裂纹，倒是在焊接初期，当从1、2、3处开始焊接时，对面点固的焊缝无一例外全部开裂。这充分证明，我们的预见是正确的。焊接时整块钢板已充分向缸体中心靠拢，因而该处内应力可以减到最小。若是一开始即按设定顺序将整个焊缝焊一，然后再用第二道焊缝充满，这样整个焊缝就会产生较大的内应力。即使当时不产生裂纹，以后由于发动机的振动也会因内应力而导致产生微裂纹。
修复后的发动机一直在正常使用，已近半年时间，未发现焊缝处有任何裂纹存在。证明我们的修复是成功的，所耗费的材料与时间也是最少的。
3 结论
铸铁焊接一直是较难的一个课题。由于铸铁含碳量高，属脆性材料，除了需采用适宜的焊接材料，主要应考虑其因不易变形而产生拘束应力，导致产生裂纹的问题。许多人因自己焊接失败而来求助。大都因焊接顺序不适宜而导致产生裂纹。所以在焊接铸铁时，除了考虑相应的材料、工艺等因素外，更应针对铸铁零部件的损坏情况来充分考虑减少以至消除焊接拘束应力的影响。为此，除了制订必要的焊接顺序外，有时还需要采用加热相应部位使其受热膨胀，然后和焊缝同步收缩以减少拘束应力。在本缸体的焊接中，如果图2的M处焊缝出现裂纹的话，就可以加热该处的缸体边缘位置使其膨胀，然后施焊。这样缸体外缘可以和焊缝一道向缸体收缩，大大减少了拘束应力，可保焊缝不裂
参考文献：
[1]印有胜。金属焊接缺陷及其防止[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1995.
[2]周振丰。金属熔焊原理及工艺[M].北京：机械工业出版社，1985.
[3]北京市技术协作委员会。实用焊接手册[M].北京：水[M]利电力出版社，1985.
[4]周振丰，张文钺。焊接冶金与金属焊接性。北京：机械工业出版社，1988.(end)
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(3/23/2008) |
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