關于機械零件焊修方法的探討

摘要：通過對不同類型、不同材質的機械零件施行不同的焊修方法進行總結，提出今后在金屬類備件加工檢修時應采取的方法。

關鍵詞：焊修 金屬類 建議

0 引言

焊修是將焊接工藝用于修理的方法。它具有工藝簡單、操作容易、修理過程短、質量穩定可靠等優點，因而得到廣泛應用。

焊修可以用于零件裂紋或斷裂的修理，也可以采用堆焊工藝在零件表面補充磨損的金屬。

1 焊修特點

焊修與其他修理方法相比有如下特點：

1.1 零件容易變形和損壞 焊修中零件局部受熱，且受熱區各部的溫度變化不均勻。焊區加熱時，由于溫度很高且迅速膨脹，但在膨脹時又受到周圍較低溫度金屬組織的制約而不能自由伸展，故產生了壓縮塑性變形。冷卻后這部分的金屬尺寸比原先的縮短了，產生了拉伸內應力。內應力的存在，對于塑性材料和剛度較小的零件會產生變形，對于脆性材料或變形受到限制的零件會產生裂紋。

1.2 需了解零件的材質和使用要求 機械零件的種類很多，其性質、使用條件和性能要求各不相同。焊修時，材質是影響可焊性*的主要因素，而焊條和焊修工藝的選擇直接影響焊修質量和使用性能。因此，在焊修前應對零件的材料、工作條件、機械性能和以前的使用情況等有一逐步形成仔細的了解，以便在焊修工件中采取相應措施，以獲得滿意的修復效果。

1.3 應考慮焊后的加工問題 對于有尺寸精度要求的零件，焊修后需要進行機加工，但由于焊修時會引起零件金屬組織的變化，從而導致很難進行機加工。為了使焊修后的零件能進行機加工，焊前必須選擇合理的焊修工藝，比如采用焊前預熱，焊后緩冷或回火等工藝，選用合適的焊條也可保證焊后零件的可加性。

1.4 焊條的選用 焊條的種類很多，在焊修時應根據焊修零件的材質、技術要求和焊修工藝來選擇焊條，做到焊修質量可靠且經濟合理。

無特殊要求的碳鋼零件，選用酸性焊條，如E4301、E4303、E4310、E4311、E5001、E5011。重要的碳鋼零件焊修應選用堿性焊條，如E4315、E4316、E5015、E5016等。

碳鋼和低合金鋼零件，可按照“等強度原則”選用相同強度等級的焊條。碳鋼的抗拉強度隨著含碳量的增加而增加，低合金鋼的強度則隨著含碳當量的增加而提高。

一般情況下，CE＜0.35%，選E43系列焊條；CE=0.4%，選E50或E55系列焊條；CE=0.5%，選E60系列焊條。

根據材料的可焊性選用焊條。實踐表明，碳鋼和合金鋼隨著含碳當量的增加可焊性降低。

當CE＜0.40%時，鋼材的淬硬傾向不明顯，焊接性能優良，焊修時一般不需要預熱，對焊條的選用要求不嚴格。

當CE≥0.40%時，鋼材的焊接性能差，焊修時應進行適當的預熱，同時要選用抗裂性能好的堿性焊條。

灰口鑄鐵零件的焊修，主要有兩個問題:一是易形成“白口”，二是極易產生裂紋。焊修時應根據零件的重要程度選擇焊修工藝和焊條。

對于不重要的焊修件，可采用冷焊工藝。用一般鑄鐵焊條即可，如Z100、Z248、Z116等，焊后一般不易加工。

重要的灰口鑄鐵零件，可采用熱焊，即把零件整體（小的零件）或局部預熱到600℃-700℃，然補焊，焊補后要緩慢冷卻（如包石棉或放在己加溫爐溫內，隨爐溫冷卻。）焊條用Z208即可，焊補面可機加工。

焊修后需要加工的零件，也可采用冷焊。選用鎳基鑄鐵焊條，可用于比較重要的修補，如Z308、Z408；選用銅基鑄鐵焊條，其接頭強度和加工較差，如Z508、Z607。

剛性大，焊修時難于自由伸縮的部位應選用抗裂性能好的堿性焊條，如E4315、E4316。

堆焊用焊條，應根據堆焊層的性能要求選用。一般磨損修復選用D102、D106、D107焊條；耐磨性修復選用D217、D227焊條；耐高溫磨損修復選用D317、D322、D327等焊條。

2 減小焊修應力的方法

焊修應力不僅能引起變形，而且還會影響焊后機加工的精度。并且在使用中也會由于應力的釋放引起變形，甚至產生裂紋。因此，應當在焊修進程中或在焊修后設法消除焊修應力。

2.1 預熱和緩冷 焊修前將工件整體(小工件)或局部加熱到不定的溫度(100℃-600℃)，并在施焊過程中和焊后防止工件急速冷卻。這樣處理，可以減小焊區部分和基體金屬的溫差，達到焊區與基體金屬同時膨脹與收縮的目的，從而減小焊修內應力。

一般情況下，預熱溫度隨著材料含碳量的增加而提高。45號鋼可預熱到250℃，局部預熱的范圍為焊區兩側150mm-200mm，緩冷的方法，如工件焊修后，包石棉或放在石棉灰中，也可以放在爐中冷卻。

2.1.1 錘擊 焊修過程中趁焊縫處在赤熱狀態下，用手錘連續擊打。擊打作用可使金屬延展而抵消冷卻收縮量，達到減小內應力的目的。

錘擊時，以焊縫金屬溫度在800℃效果最好。隨溫度降低，擊打力也應減小。當溫度下降至300℃，則不允許擊打，以免產生裂紋。

2.1.2 加熱減應區 焊修工件時，選擇工件適當部位(減應區)進行加熱使之伸長，然后對損壞進行補焊，焊后同時冷卻。這樣，焊修應力會大小減小，這種方法的關鍵是正確選擇減應區，選擇的原則是選取阻礙焊縫膨脹和收縮的部位，加熱這些部位，可使焊補區焊口擴張，焊后又能和焊補區同時收縮，減小了焊補區內應力。

2.1.3 焊后熱處理 焊后熱處理是消除焊修應力最有交效方法。對于碳鋼和低合金鋼可采取高溫回火，加熱溫度為550℃-650℃，保溫一定時間（按壁厚計算，每1mm要保溫4min-5min），然后爐冷或空冷，一般可消除80%-90%以上的焊修應力。

采用高溫回火容易引起零件變形。因此，熱處理必須放在機加工之前。此外，對于含有Cr、Ni、Mn等元素的合金鋼應采用快速冷卻的方法，以避免回火脆性。

2.2 減小和防止變形的方法 焊修可使零件的形狀和尺寸發生改變，如果變形嚴重，則會增加矯正變形的費用或使零件報廢。因此，在焊修中應當采取適當的措施來防止變形。焊修變形和內應力是有一定關系的。

2.2.1 反變形法 反變形法是最有效的防止變形的措施。這種方法是根據被焊工件的結構特點，憑借經驗估計焊修后發生變形的方向和變形量。焊修前，將工件的焊接處用機械方法進行反向預變形，從而使焊后的變形恰好和預變形抵消。

2.2.2 剛性加固法 用剛性較大的夾具緊固工件，強制其變形。采用此法，工件內殘余應力較大。因此，這種方法主要用于具有良好可塑性的低碳鋼薄板的焊接。

2.2.3 水冷法 焊接時，可將工件浸在水中，只露出焊修部位進行焊接，以降低工件基體金屬的溫度，達到增大剛度減小變形的目的。此外也可用自來水噴射工件的背面來減小變形。

2.3 采用合理焊接順序 同樣的焊接結構，如果采用不同的焊接順序，焊后產生的變形則不同。焊接順序一般應依照下述原則：收縮量大的焊縫應先焊。因收縮量大，影響變形的能力也大。一般來說，對接焊縫的收縮量比角焊縫的大。采用對稱的焊接順序能有效的減少焊接變形。長焊縫焊接時，應采用逐步退焊、跳焊等焊接順序。為逐步退焊法，把一條長焊縫分成若干段，每段長度為200mm-250mm，每段的焊接方向和總的焊接方向相反。

2.4 焊后變形的校正 當焊件的變形影響使用時，應予以校正。矯正變形的原理是使焊件產生新的變形和焊修變形相互抵消。常用的方法有機械矯正法和火焰矯正法。

2.4.1 機械矯正法 利用機械力使焊件縮短的部位延伸，恢復所需要的尺寸和形狀。此法適用于具有良好塑性的材料。常用方法有錘擊、液壓壓力機、嬌直機等。

2.4.2 火焰矯正法 火焰矯正法是利用氣焊火焰在焊件適當的部位加熱，通過加熱時產生的壓縮變形和冷卻后發生的收縮變形，矯正各種已產生的焊接變形，從而達到使焊件恢復正確形狀、尺寸的目的。火焰矯正法主要用于低碳鋼和低合金鋼，一般加熱溫度在600℃-800℃，不應超過850℃，當溫度太低時矯正的效果不顯著。

火焰矯正若第一次未能完成，可進行第二次加熱矯正。矯正時要根據焊件的結構特點和變形情況，確定加熱方式和加熱位置。常見的加熱方式有點狀、線狀、三角形加熱，為了消除薄鋼板的變形，可在凸起或凹下部位的四周進行點狀加熱，待冷卻后，由于加熱點部位的收縮，將其拉平。未消除丁字梁的變形，可在頂部沿對稱線進行線狀加熱，待冷卻后，由于加熱部位的收縮，便可使丁字梁的變形減小或消除，此為三角形加熱方式。

3 結論

經過以上對于金屬類備件的焊修方法的討論，按照不同類別材質、不同用途，采用相應的焊修方法，可延長備件使用壽命，降低成本投入和檢修工力的投入，效果明顯。

參考文獻：

[1]武維承，王葉青.《機械維修與安裝》中國礦業大學出版社.2000年1月.

[2]《液壓支架（柱）修理工》.煤礦工業出版社.1997年12月.

[3]《機械故障診斷學》.上海科學技術出版社.1986.

作者簡介：

聶丹丹，（1980-），北京通州人，現任開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業分公司機采科機電技術員，從事機電技術管理工作。