冷焊技術(shù)及其在設(shè)備修復(fù)工藝中的應(yīng)用

王 珂，王建民

(1.新疆昌吉回族自治州環(huán)境監(jiān)測站，新疆 昌吉 831100；2.新疆煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830013）

一、概述

電阻焊是利用電流通過工件及焊接接觸面間所產(chǎn)生的電阻熱，將焊件加熱至塑性或局部熔化狀態(tài)，再施加壓力形成焊接接頭的焊接方法。在設(shè)備維修或制造業(yè)中應(yīng)用的冷焊（點(diǎn)焊） 是電阻焊中應(yīng)用較為廣泛的一種。冷焊技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展并應(yīng)用到焊接高強(qiáng)度、大規(guī)模焊接等重要結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，同時(shí)在設(shè)備修復(fù)應(yīng)用方面也越來越廣泛，因?yàn)樗诮?jīng)濟(jì)性、靈活性以及現(xiàn)場修復(fù)工藝中有其獨(dú)特優(yōu)勢。

隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，大型設(shè)備在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。據(jù)估算，高難度、精大稀設(shè)備已占我國設(shè)備總量的60%以上，隨之而來的是這些設(shè)備的維修難度、維修費(fèi)用在不斷攀升，特別是諸如通用機(jī)床類設(shè)備的定位導(dǎo)軌面磨損、點(diǎn)蝕、拉傷等，將直接影響設(shè)備加工精度，有些甚至較難修復(fù)而遭到降低加工精度亦或報(bào)廢的厄運(yùn)，這些高價(jià)位的精大稀設(shè)備被判處“死刑”，無疑是對資源的極大浪費(fèi)。盡管許多研究者已對修復(fù)該類設(shè)備作了大量研究與探討，如市場上流行的各類膠粘劑等修復(fù)各類設(shè)備缺陷，但對用金屬材料修復(fù)異種鋼的研究報(bào)道并不多見。筆者著重介紹利用鑄造缺陷修補(bǔ)機(jī)對機(jī)床導(dǎo)軌面缺陷進(jìn)行修復(fù)的工藝探討。

二、焊接工藝

1.根據(jù)不同的母材，可使用各種不同材質(zhì)的補(bǔ)材進(jìn)行焊接，低、中、高碳鋼可供選擇。如果補(bǔ)焊有防腐蝕要求，則可選用不銹鋼補(bǔ)材。根據(jù)機(jī)床導(dǎo)軌面缺陷的形狀（深度、寬度），補(bǔ)材有厚度0.05mm、0.10mm、0.20mm和0.5mm不等，以便適應(yīng)缺陷深淺之需要。將補(bǔ)材剪切成條狀（注意：依據(jù)所補(bǔ)槽寬，確定補(bǔ)材剪切的條寬），將補(bǔ)材在被焊槽內(nèi)分段點(diǎn)焊初步固定，然后依次從頭到尾焊接。一次不夠，可n次疊加冷焊，直至將缺陷凹溝“填充”至略微高于標(biāo)準(zhǔn)軌面，以便后續(xù)有余量修平。

2.焊槍頭選用導(dǎo)電性好的紫銅，直徑宜為4～5mm，焊槍頭略磨尖，頂部呈φ2.0mm圓球頭狀。由于銅延展性好，當(dāng)焊槍頭接觸到補(bǔ)材時(shí)，通過電流產(chǎn)生大量熱量，在0.1s內(nèi)爆發(fā)火星，迅即熔化補(bǔ)材，從而使補(bǔ)材與母體冶金結(jié)合。

焊接人員要雙手握住焊槍柄，以與鉛垂線成45°的傾斜角，槍頭不離補(bǔ)材，由遠(yuǎn)及近地既移動(dòng)又?jǐn)[動(dòng)焊槍頭，此時(shí)在0.1s內(nèi)相繼爆發(fā)火星。焊槍移動(dòng)速度視補(bǔ)材在母體上的熔化情況，依補(bǔ)材必須沿焊槍頭一次全部熔化為原則，遇槽寬一次不能全焊時(shí)，還應(yīng)并排n次焊接，第二排焊接線路要與第一排焊接點(diǎn)采用搭接型式，以保證焊透性。焊后形成組織致密的焊點(diǎn)，表面呈密密麻麻的“微坑”，這是超薄補(bǔ)材在焊接熔化后的表象，無任何表面質(zhì)量缺陷。

3.點(diǎn)焊的焊接過程是熱、電、力三者綜合作用的過程。當(dāng)熔化區(qū)域瞬間形成，又瞬間消失，母材內(nèi)熱量不易擴(kuò)散，從而焊接區(qū)域熱變形甚微，內(nèi)應(yīng)力極小，達(dá)到金屬材料填充母體缺陷之目的。

4.經(jīng)過焊補(bǔ)后，基體為灰口鑄鐵，補(bǔ)材為10號(hào)低碳鋼。焊接區(qū)域的硬度略高于導(dǎo)軌本體，這是因?yàn)樵诤附舆^程中的冶金處理作用，產(chǎn)生類似冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象，使得焊縫金屬的機(jī)械性能往往優(yōu)于母材，所以容易保證焊接面金屬的性能不低于母材。

5.根據(jù)被焊接母材的缺陷情況，選用合適的補(bǔ)材厚度，缺陷較深的，選擇較厚的補(bǔ)材，反之亦然。電流調(diào)整到8～14A（表1）。操作人員要不斷地?cái)[動(dòng)焊槍頭，使之產(chǎn)生更多火花并掌握好移動(dòng)速度。

表1 點(diǎn)焊工藝參數(shù)

6.在焊接過程中，由于碳的析出，焊接表面具有一定的強(qiáng)度，這正是所期望的結(jié)果。所以焊接的磨削余量一定不得留大，一是為了提高焊接表面的硬度與其母體的硬度相接近，二是減小人工磨削工作量。

三、實(shí)例

新疆煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司一臺(tái)武漢產(chǎn)BJ2012A型龍門刨床，經(jīng)某機(jī)床修理廠改造為龍門銑床（左右兩側(cè)及上橫梁部位三個(gè)動(dòng)力銑頭）。由于切削方式的隨之改變，切屑呈飛散型逸出。由于防范措施未跟上，加工鑄件的切屑、沙粒飛入工作臺(tái)與床身間的導(dǎo)軌面內(nèi)，待發(fā)現(xiàn)時(shí)已出現(xiàn)長約1 200mm、寬約40mm、深約1.5mm的研傷面。經(jīng)多方論證，該公司引進(jìn)某特種修復(fù)有限公司的冷焊技術(shù)，在現(xiàn)場對龍門銑床導(dǎo)軌面研傷部位進(jìn)行冶金修復(fù)。

首先用丙酮擦洗研傷面部位，清除油污雜質(zhì)，露出母材本體，然后根據(jù)研傷溝槽的寬度、深度，確定補(bǔ)焊材料的厚度和寬度，補(bǔ)材是用特制的超薄型低碳鋼片，即可進(jìn)行點(diǎn)焊，焊接參數(shù)：焊接電壓220V，焊接電流8～14A，電極壓力150N。

采用由粗至細(xì)的油石，人工打磨，平尺檢驗(yàn)。當(dāng)用紅丹粉檢驗(yàn)研磨后的接觸面積達(dá)75%以上時(shí)，基本達(dá)到修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)。而剩余下的凹面，正好可以貯油，以彌補(bǔ)表面無顯微孔洞而無法貯油缺陷。

四、小結(jié)

冷焊技術(shù)在設(shè)備維修領(lǐng)域的應(yīng)用還處于探索階段，但以其方便靈活，可現(xiàn)場維修的獨(dú)特優(yōu)勢，近年來推廣迅速，逐步形成一成熟的技術(shù)。運(yùn)用冷焊技術(shù)可對難以搬動(dòng)的大型設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場修復(fù)；由于打磨量小，從而保留了焊接硬面，這與母材硬度相當(dāng)；焊件自由變形，焊接殘余應(yīng)力可不予考慮；投入少、工期短、修復(fù)快、效果好。修復(fù)后的龍門銑床已使用1年有余，未見異常。