史懷玉

摘 要： HXn5型內(nèi)燃機車在檢修過程中發(fā)現(xiàn)有較多的氣缸套密封槽上圈存在缺陷，使得氣缸套報廢，大大增加了維修成本。本文介紹公司通過材料分析、工藝試驗、工件試修等方式，最終采用電火花堆焊技術(shù)對氣缸套的缺陷進行焊接修復(fù)，并摸索出一套完整的工藝流程。

關(guān)鍵詞： 電火花堆焊；機車氣缸套；缸套修復(fù)

1.前言

HXn5型內(nèi)燃機車的動力組具有其獨特的結(jié)構(gòu)，柴油機的氣缸套安裝于加強套內(nèi)部，與氣缸蓋組成氣缸組件安裝在機體的氣缸孔上。上部由氣缸蓋壓緊固定，與活塞共同組成燃燒室，外部有冷卻水冷卻。隨著HXn5型內(nèi)燃機車進入檢修周期，在拆檢過程中我們發(fā)現(xiàn)較多的氣缸套密封槽上圈存在缺陷（如圖一、圖二所示）。該處缺陷破壞了氣缸套與加強套、汽缸蓋的密封，使其在使用過程中，不能保證柴油機水循環(huán)系統(tǒng)的密封性，導(dǎo)致冷卻水泄漏，造成油水互竄等問題，影響柴油機的運行，使得這些氣缸套只能進行報廢處理，大大增加了機車的檢修成本。為此，HXn5型內(nèi)燃機車氣缸套的破損修復(fù)成為了一個重要的課題。

2.修復(fù)工藝的探索

2.1 對材料取樣檢測

氣缸套的材料為合金鑄鐵。為了解材料的組織與性能，我們在報廢的氣缸套上進行取樣，并送檢測中心進行檢測。

結(jié)果如下：

由圖三可見，基體中的石墨長度為4級，以形狀彎曲，端部鈍化的A型石墨為主。

由圖四的金相分析可知，基體組織中珠光體占98%，鐵素體不到2%，還有少量的滲碳體，鐵素體和滲碳體在基體組織中呈彌散性分布。

母材力學(xué)性能檢測結(jié)果為：抗拉強度σb≥330Mpa，硬度HB240-350。

2.2材料的焊接性能分析與工藝選擇

從母材的性能考慮：鑄鐵的碳、硫和磷等雜質(zhì)含量高，抗拉強度低，脆性大，幾乎沒有塑形變形的能力，這使得它的焊接性能很差。在焊接接頭處易產(chǎn)生白口及淬硬組織。

從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性考慮：氣缸套修復(fù)屬于成品零件修復(fù)，過大的熱輸入量不僅會造成氣缸套的尺寸及行為公差超標而無法使用，而且由于缺口部位在氣缸套外只有5mm厚圓環(huán)上，使得焊后冷卻過程中，焊縫的收縮容易在熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。

同時從經(jīng)濟方面考慮，由于氣缸套的體積較大，如果采用焊前預(yù)熱、焊后保溫等措施，將會消耗較多的能源。由此我們排除了氣焊、電弧熱焊等熱輸入量大，或者需要熱處理的焊接方式。

綜合以上幾點考慮，我們首先嘗試使用Z308電弧冷焊的方法進行了試修復(fù)，在這過程中又發(fā)現(xiàn)了如下一系列問題使得電弧冷焊的修復(fù)效果不甚滿意：

（1）密封槽的缺陷部位空間太過狹小，電焊條很難精確送達，操作難度大；

（2）鑄鐵焊條冷焊需要進行錘擊，才能達到滿意的焊接效果。而在氣缸套焊接過程中沒有合適的空間進行錘擊，甚至稍有不注意就會破壞槽口的上下圈；

（3）即使采用表面包覆、涂飛濺劑等防護措施，缸套的外表面及內(nèi)孔仍然會被飛濺粘上，造成缺陷；

（4）使用后的缸套外表面由于受到穴蝕，組織較疏松，同時修復(fù)的部位太薄，使得母材無法承受焊縫的收縮應(yīng)力，在經(jīng)過磨床加工之后，探傷發(fā)現(xiàn)缸套的修復(fù)部位仍然會有多處微小裂紋；

（5）部分缸套電弧冷焊以后經(jīng)過測量，內(nèi)孔的圓度偏差較大，超出上限值0.03mm。

汲取電弧冷焊的經(jīng)驗，結(jié)合實際焊修的情況，總結(jié)出以下3點：

（1）需要采用工藝流程更加簡單、操作更加方便的焊接方式進行修復(fù)，并且最好用焊絲作為電極進行焊接。避免在焊接過程中錘擊等操作的同時，也能夠?qū)㈦姌O方便、精準的送達缺陷處進行修復(fù)；

（2）選用較焊條電弧焊更加小熱輸入量的焊接方式，減少氣缸套的變形量；

（3）需要選用熔池范圍小，焊縫的收縮小，飛濺少的焊接方式，防止焊后出現(xiàn)裂紋、飛濺等焊接缺陷。

綜合以上，為此我們決定選用電弧火花堆焊的焊接方式進行焊接修復(fù)。

3.電弧火花堆焊介紹及工藝試驗

3.1電弧火花堆焊的技術(shù)原理

電火花堆焊是利用電極在工作表面旋轉(zhuǎn)，在相互接觸的微小區(qū)域瞬時（～s）流過高密度的電流（～A/），由于放電能量在時間和空間上的高度集中，在微小的放電區(qū)域產(chǎn)生了5000～25000K的高溫，使電機和工件接觸部分的金屬熔化并且形成熔池，加上電極的往復(fù)運動過程中的壓合作用，使熔池中熔化的金屬沉積到基體的表面，此過程將使表面產(chǎn)生微小的融化區(qū)，并且發(fā)生了冶金反應(yīng)。同時在沉積過程中使用氬氣進行保護，有了氣體保護就可以使在電火花放電的同時，陰陽兩極間的氬氣被電離擊穿并形成微小的電弧，致使沉積層又擁有了脈沖氬弧焊的強化效果。

3.2電火花堆焊的優(yōu)點

與普通焊接修復(fù)技術(shù)相比，電火花堆焊的有如下優(yōu)點：火花放電對基體的熱輸入量極低，幾乎不會使工件造成變形；焊前只需進行簡單的預(yù)處理，焊后也不需要再對工件進行熱處理；電極選擇的范圍廣，理論上，任何導(dǎo)電的材料都可以作為電極；可以堆焊窄而長的區(qū)域和內(nèi)孔表面；電火花堆焊后加工余量很小，小面積的焊接只需要采用油石、銼刀等手工工具進行鉗工修理即可。

3.3電火花堆焊工藝試驗

為了驗證焊接工藝的可行性，焊接材料的選用是否正確，焊接工藝參數(shù)是否合適，需要進行焊接工藝試驗。通過檢測試樣的性能來確定焊接產(chǎn)品能否滿足使用的要求。

3.3.1試樣制備

從報廢缸套上取料，制作大小250mm*12mm*12mm的試樣兩塊，中間開X型破口，破口角度60°。

3.3.2試驗焊材

采用自制的鎳基焊絲，焊絲材料近似于AWS A5.11 ENiCu-7，焊絲直徑3.2mm。

3.3.3焊絲參數(shù)

3.3.4試驗結(jié)果

將焊接后的試樣送上海材料研究所進行力學(xué)性能檢測，其檢測結(jié)果如下：

3.3.5結(jié)果分析

由檢測數(shù)據(jù)可知，焊縫與母材的結(jié)合性好；焊縫強度高于母材；熱影響區(qū)的硬度與母材接近，沒有產(chǎn)生白口組織和淬硬現(xiàn)象；焊縫硬度低于母材，但不影響缸套的使用性能；探傷未發(fā)現(xiàn)裂紋，焊縫的可靠性較高。

綜上，以電火花堆焊為焊接手段，配以合適的工藝參數(shù)與焊材修復(fù)出的氣缸套是能夠滿足使用要求的。

4. 電火花堆焊工藝的實施過程及要點

4.1電火花堆焊工藝的實施過程

依據(jù)焊接工藝試驗，制定出如下一套完整的氣缸套修復(fù)工藝，對氣缸套進行試修復(fù)。

焊接的作業(yè)流程：修前檢查→打磨、消除缺陷→電火花堆焊→磨修→探傷檢查→整體檢測→清洗防護→存放或交付

4.2電火花堆焊工藝的實施要點

4.2.1在缺陷修補之前，可用火焰將缺陷周圍加熱至200℃左右去除工件表面油污和氧化物。再用手持微型精密打磨機打磨缺陷部位，去除周邊疲勞層。并再次滲透探傷檢查，確認缺陷已完全消除。同時缺陷底部應(yīng)打磨平滑，呈圓弧過渡。之后還需使用丙酮清洗干凈待修復(fù)部位，丙酮自然揮發(fā)，使工件表面干燥。

4.2.2焊接過程中，需要時刻觀察焊縫的表面狀態(tài)，如果出現(xiàn)氣孔、起皮等焊接缺陷，需要先將缺陷打磨消除，并且填補后，再在整體進行焊接。焊接同時觀察焊縫顏色，氣體保護效果好，焊接密實的焊縫一般表面呈銀白色。

4.2.3如果缺陷為很小的部分脫落，可以直接使用油石、銼刀進行磨修。缺陷過大，則需要使用磨床研磨，以保證外圓和密封槽的尺寸。磨修后焊縫部位的外圓尺寸可以略小于標準尺寸，但是密封槽的寬度必須大于或等于規(guī)定寬度，這樣有利于氣缸套的安裝以及密封圈的放置。

5. 電火花堆焊工藝產(chǎn)生的效果

修復(fù)以后的氣缸套狀態(tài)如下圖所示：滲透探傷沒有密集性的氣孔以及線狀缺陷。缸套經(jīng)過清洗以后，焊縫的部位的顏色與母材差別不明顯。

到目前為止，已經(jīng)修復(fù)完成了200余只氣缸套，并且大部分已經(jīng)裝車使用，使用期間沒有出現(xiàn)過產(chǎn)品的質(zhì)量問題，說明產(chǎn)品修復(fù)的質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

6. 電火花堆焊工藝的應(yīng)用與推廣

實踐證明，電火花堆焊修復(fù)的產(chǎn)品能夠滿足機車的使用要求?？梢詫⑵渥鳛橐环N特殊的修復(fù)手段，推廣到汽缸蓋、加強套等機車重要配件的修復(fù)中，減少由于碰傷、劃傷等缺陷造成的零件報廢。擴大修復(fù)的市場，大大降低了資源的浪費，同時也為公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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