柴油機(jī)機(jī)體水氣腔隔板裂紋焊修

周康

摘要：16V280柴油機(jī)機(jī)體由球墨鑄鐵整體鑄造成型，在鑄造過(guò)程中容易產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致柴油機(jī)機(jī)體整體報(bào)廢，導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法交付，企業(yè)面臨巨大損失。本文針對(duì)柴油機(jī)機(jī)體水氣腔隔板穿透性裂紋的焊接修復(fù)工藝進(jìn)行探究，分析裂紋產(chǎn)生原因、優(yōu)化焊接工藝，解決裂紋問(wèn)題，通過(guò)焊補(bǔ)達(dá)到產(chǎn)品合格標(biāo)準(zhǔn)，滿足用戶使用需求。

Abstract： 16V280 diesel engine block is made of ductile iron. It is easy to crack in the casting process， which leads to the overall scrap of the diesel engine block. Thus， the product cannot be delivered and the enterprise faces huge losses. Based on the investigating of the welding repair process of crack that through the partition， in this paper， the cause of the crack was analyzed， the welding process was optimized， and the crack problem was solved. After that， the product reaches the qualified standard and meets the user's demand.

關(guān)鍵詞：16V280機(jī)體;球墨鑄鐵;鎳鐵焊條;焊修

Key words： 16V280 diesel engine block;ductile iron;nickel iron electrode;welding repair

中圖分類(lèi)號(hào)：TK428? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0128-02

1? 柴油機(jī)機(jī)體水氣腔隔板裂紋情況

一臺(tái)16V280柴油機(jī)機(jī)體在毛坯清理過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在水氣腔隔板圓凸臺(tái)附近有一處夾砂缺陷（如圖1所示）缺陷：正面約280mm×2mm，深約25-40mm。背面約160mm×2mm。16V280柴油機(jī)機(jī)體由球墨鑄鐵鑄造而成，是內(nèi)燃機(jī)的重要零部件，具有體積大、壁厚不均、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。此缺陷位于機(jī)體水氣隔腔處，由于水氣隔腔不能互通，缺陷旁邊又有較厚的凸輪孔，反面另有加強(qiáng)筋，所以該處的應(yīng)力較集中嚴(yán)重。[1]如果對(duì)該缺陷采取大電流連續(xù)焊，可能會(huì)產(chǎn)生更大的裂紋。為解決該缺陷厚薄相差大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，研究決定使用手工電弧小電流、短段焊修復(fù)，從而避免裂紋的產(chǎn)生，確保焊修質(zhì)量。

2? 焊接設(shè)備、材料和工具選擇

2.1 焊接設(shè)備

為保證焊接電弧穩(wěn)定，熔化金屬的滲透力強(qiáng)，調(diào)節(jié)精確等特點(diǎn)，選用焊機(jī)采用ZX7-500逆變直流焊機(jī)，直流反接法進(jìn)行焊接操作。

2.2 焊接材料的選擇

柴油機(jī)機(jī)體采用球墨鑄鐵QT500-7整體澆筑成型，球墨鑄鐵中碳和磷硫含量高，碳當(dāng)量約為4.3左右，焊接性差，能通過(guò)熱處理改善性能。球墨鑄鐵中石墨以球狀形式存在，在高溫鐵液中加入球化劑經(jīng)球化處理后獲得。球墨鑄鐵中的球化劑，阻礙了石墨化過(guò)程，使得鑄鐵白口化更嚴(yán)重，冷卻時(shí)易形成硫化物加共晶組織的馬氏體組織，從而使得焊縫及熔合區(qū)更容易產(chǎn)生裂紋。[2]選用有利于石墨化的純鎳焊條進(jìn)行補(bǔ)焊，使焊縫成為塑性良好的非鐵合金，對(duì)冷裂紋不敏感，提高焊縫金屬的塑性、抗裂性，可加工性。[3]

方案一：ENi-1純鎳焊條。ENi-1是鈦鈣型藥皮堿性焊條， C、S、P等有害元素低，鎳含量高，焊接電弧穩(wěn)定，飛濺小，熔渣均勻的覆蓋，焊縫成形美觀，適合堆焊，耐堿金屬腐蝕的能力強(qiáng)，抗氣孔性差（采用直流反接可以避免）。

方案二：CHC408純鎳焊條。CHC408純鎳焊芯石墨型藥皮的鑄鐵焊條，電弧穩(wěn)定，焊縫為奧氏體+點(diǎn)狀石墨，成型美觀，具有優(yōu)良的小電流操作工藝性能，機(jī)械加工性能好且價(jià)格便宜。

由于ENi-1焊條價(jià)格較高且對(duì)焊工技能有一定要求，故在選用價(jià)格低廉且工藝性好、易推廣的CHC408鎳鐵焊條進(jìn)行焊接。

3? 修復(fù)工藝

3.1 工藝流程（見(jiàn)圖2）

3.2 焊條準(zhǔn)備

取適量直徑3.2mm的CHC408純鎳焊條放置電烘箱內(nèi)加熱至150°C，保溫2小時(shí)，放置保溫桶，隨用隨取。

3.3 焊前準(zhǔn)備

①用砂磨輪或金屬磨輪或化學(xué)法方法將正反兩面缺陷表面清理干凈，并制備單邊30-40°、長(zhǎng)度適中的喇叭狀坡口（當(dāng)鑄件厚度或缺陷深度大于5mm時(shí)，應(yīng)開(kāi)坡口進(jìn)行補(bǔ)焊）。然后用丙酮、甲醇等有機(jī)溶劑清理坡口，去除口兩側(cè)的油污及有機(jī)物等。

②正面在距裂紋端部3～5mm處鉆止裂孔（？準(zhǔn)5～？準(zhǔn)8mm），使應(yīng)力有散發(fā)的余地，減小應(yīng)力集中，防止產(chǎn)生裂紋。

③正反兩面著色探傷，確認(rèn)表面無(wú)缺陷。

④防止鑄鐵型焊縫冷裂紋最有效的方法是對(duì)焊件進(jìn)行整體預(yù)熱，使溫差減小，降低焊接應(yīng)力，同時(shí)促進(jìn)焊縫金屬石墨化，并要求焊后在通過(guò)整理熱處理消除應(yīng)力。將機(jī)體進(jìn)爐加熱至450℃，保溫4小時(shí)，出爐。

3.4 焊接電流

采用小電流焊接工藝，降低焊接應(yīng)力、減少母材中的有害雜質(zhì)熔入焊縫等，均有助于防止焊接熱裂紋的產(chǎn)生。根據(jù)所選用焊條待焊部位的空間位置以及熱傳導(dǎo)情況，選用80-110A的焊接電流，這是因?yàn)楹附与娏魈r(shí)，不易引弧，電弧不穩(wěn)定，不易焊透，而電流太大時(shí)又容易產(chǎn)生白口和裂紋，增加焊條的飛濺和燒損。

3.5 技術(shù)要點(diǎn)

①采用“短段焊”、“斷續(xù)焊”。鑄鐵補(bǔ)焊時(shí)，常采用“短段焊”、“斷續(xù)焊”等工藝措施，以減小和消除焊接應(yīng)力。也可采用小面積焊接，不連續(xù)在同一固定位置焊接（換另一側(cè)），減小熱輸入的同時(shí)，又可減小熔合區(qū)白口及淬硬層寬度，從而減小焊接應(yīng)力，有利于防止裂紋。

②焊條擺動(dòng)幅度適中。焊條橫向擺動(dòng)時(shí)保證一定寬度，在兩側(cè)停留足夠時(shí)間，保證熔合，焊條移動(dòng)速度適中，太快則電弧來(lái)不及熔化足夠的焊條和母材，太慢則熔化金屬堆積過(guò)多，降低焊縫強(qiáng)度，增大熱輸入。

③反面焊接。為了減少應(yīng)力，補(bǔ)焊時(shí)先選擇焊接結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的反面先進(jìn)行施焊，施焊結(jié)束后進(jìn)行著色探傷，確認(rèn)無(wú)缺陷后再對(duì)正面進(jìn)行補(bǔ)焊。

④正面焊接。正面第1、2層焊后，用低倍放大鏡仔細(xì)觀察焊縫兩側(cè)邊緣熔合狀況，有無(wú)夾渣、裂紋、未熔合等缺陷，若有應(yīng)立即消除再焊。[2]并且每層焊完都應(yīng)用低倍放大鏡進(jìn)行檢查，如有氣孔或夾渣等缺陷，必須打磨干凈重新施焊。

⑤孔洞焊接。正面孔洞要焊成斜坡，為最后孔洞焊接留余地，避免孔洞處由于結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。孔洞焊接時(shí)，采用單面焊雙面成形的焊接方法打底焊，在焊接時(shí)壓低電弧，停留適當(dāng)時(shí)間，保證焊透。

⑥氣動(dòng)錘去應(yīng)力。焊接時(shí)及時(shí)錘擊焊縫，使焊縫金屬發(fā)生塑性變形，降低焊接應(yīng)力。每焊30mm左右時(shí)，熄弧，用氣動(dòng)錘敲擊處于紅熱狀態(tài)的焊縫金屬，直至凹坑均勻分布。敲擊時(shí)注意速度要快，讓焊縫金屬均勻受力。[2]在第一層焊完時(shí)，由于熔覆金屬較少，敲擊焊縫是注意不要用力過(guò)重。敲擊后用低倍放大鏡檢查有無(wú)缺陷，確認(rèn)無(wú)缺陷后再進(jìn)行下一步焊接，直到將施焊處焊完。[5]在此過(guò)程中，如果焊工用手工錘擊焊縫來(lái)減少應(yīng)力，那么將無(wú)法準(zhǔn)確掌握錘擊時(shí)機(jī)，去應(yīng)力效果也不能達(dá)到預(yù)期，且勞動(dòng)強(qiáng)度較大。故選擇采用氣動(dòng)錘代替手工錘進(jìn)行去應(yīng)力處理，既能夠達(dá)到去應(yīng)力的預(yù)期效果，又能夠減少焊工工作強(qiáng)度，縮短工作時(shí)間，提高工作效率。[4]

3.6 著色探傷

每個(gè)部分焊接完成后，都要對(duì)其進(jìn)行著色探傷。具體步驟：預(yù)清洗后將滲透劑均勻噴涂在補(bǔ)焊部位，等待10分鐘后，用清洗劑清洗，并擦拭干凈表面殘留，最后將顯像劑充分搖勻，噴涂在焊縫表面，干燥后觀察有無(wú)缺陷，如果有缺陷，則磨去重新施焊。

3.7 熱處理

焊接接頭在補(bǔ)焊后存在很大的焊接殘余應(yīng)力，如果不及時(shí)消除，不僅會(huì)引起冷裂紋，還會(huì)增大接頭對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感性，因此為了完全消除內(nèi)應(yīng)力并能保證較高的強(qiáng)度，焊后須進(jìn)行熱處理。為防止工件表面氧化，熱處理應(yīng)在真空或惰性氣氛中進(jìn)行機(jī)體進(jìn)爐后升溫至550℃進(jìn)行時(shí)效處理去應(yīng)力。

4? 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)16V280柴油機(jī)機(jī)體水氣腔隔板裂紋進(jìn)行焊修，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)技術(shù)要求采用純Ni焊條、小電流、短道焊、多層多道焊接方法，通過(guò)著色探傷復(fù)探無(wú)任何裂紋缺陷（見(jiàn)圖3），達(dá)到了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，焊修效果明顯。在焊修過(guò)程中焊縫金屬的錘擊，放大鏡檢查和探傷檢查貫穿整個(gè)補(bǔ)焊過(guò)程中，確保了焊縫質(zhì)量，避免了返工，挽回了機(jī)體報(bào)廢帶來(lái)的二十多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失，焊修后的16V280機(jī)體已投入使用，狀態(tài)良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳小文，王建榮.16V280柴油機(jī)氣缸蓋的生產(chǎn)及質(zhì)量控制[J].鑄造工程，2020，44（04）：19-21.

[2]賀大松，嚴(yán)平.16V280柴油機(jī)機(jī)體下缸孔慣穿性裂紋的焊修工藝研究[J].煤礦機(jī)械，2011，32（03）：126-128.

[3]韓彬如.磨損鑄鐵件的修復(fù)[J].中國(guó)造紙，1993（05）：64-65.

[4]藺亞琳，李志翔，曹菊艷.淺析球墨鑄鐵件缺陷產(chǎn)生原因及防止措施[J].鑄造，2010，59（6）：591-593.

[5]彭恂軍，劉偉，朱寧.柴油機(jī)體球墨鑄鐵鑲塊焊接修復(fù)工藝[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（16）：116-117.