改進熱成型尺寸恢復工藝 提高再制造產品質量

吳成武　張平彥　耿蕭春

（1.中國石油集團濟柴動力總廠再制造中心，河北　青縣　250306；2.中國石油集團濟柴動力總廠，山東　濟南　250100）

改進熱成型尺寸恢復工藝 提高再制造產品質量

吳成武1張平彥2耿蕭春2

（1.中國石油集團濟柴動力總廠再制造中心，河北青縣250306；2.中國石油集團濟柴動力總廠，山東濟南250100）

摘要：針對再制造零部件損傷部位熱成型尺寸恢復工藝進行改進，試驗總結出一系列消除或減少焊補缺陷的工藝措施。提高了廢舊零部件再制造成品率及產品質量。

關鍵詞：熱成形；尺寸恢復；再制造；產品質量

目前，隨著國家可持續發展戰略的不斷實施和深化，越來越多的廢舊設備通過再制造修復后重新得到了利用。為了使這些起死回生的設備在運行過程中保持較高的可靠性，需要解決的一項重要技術難題就是如何保證廢舊零件磨損失效部位的修復質量。

一、再制造尺寸恢復工藝分類

目前針對磨損零件尺寸缺失部位修補工藝有熱成型和冷成型兩大類。熱成型尺寸恢復工藝主要包括：等離子熔覆、激光熔覆、焊條電弧焊、埋弧焊、氬弧焊、脈沖冷焊等多種形式；冷成型尺寸恢復工藝主要包括冷噴涂、鑲套（堵）和選配瓦（軸）等。為了制作較高結合強度的尺寸恢復層、提高零件表面耐磨性、延長零件使用壽命、提高機器修理維護時零配件的互換性，在對承受較大運轉載荷的關鍵零部件進行修復的過程中優先選用熱成型尺寸恢復工藝。

二、熱成型尺寸恢復工藝改進措施

在對零件進行熱成型尺寸恢復過程中，需要針對不同的零部件結構、材質及不同的損傷失效狀況進行綜合分析后確定再制造方案，通過在生產實踐中的不斷總結試驗，摸索出了一系列適合的抑制零件焊補形變，減少裂紋、氣孔缺陷產生的工藝措施，取得了較好的應用效果，有效控制了再制造零部件質量。現將大功率再制造發動機案例介紹如下。

1.恢復前預熱及恢復后保溫

對零件局部或整體進行尺寸恢復前預熱及尺寸恢復后保溫，在施工中要注意根據零件具體狀況采取相應的工藝方法。

（1）對機體等大型箱體類零件，采用在焊補部位及鄰近區域用加熱板烘烤加溫的方法進行預熱和保溫，通過減小焊補部位與周圍熱影響區的溫差，減小熱影響區發生塑性變形的程度，可有效降低焊補位置發生裂紋的幾率。

（2）對泵殼、缸蓋等小型零件，采用在高溫熱裂解爐內進行整體加溫的方法，既可以完成表面去污除油工序，又可以進行預熱保溫。通過設計制作專用的進出料裝置及高溫零件專用吊具，很好的保證了操作的安全性。通過數字化爐溫控制系統，加熱溫度數值及加溫時間得到了精確控制，有利于根據不同零件的尺寸結構特點采用不同的預熱保溫方案。

（3）對曲軸等結構復雜的大長徑比零件，采用電熱石棉毯覆蓋加熱的方式進行整體預熱和保溫，可使其加熱過程更加緩慢均勻，使各軸頸和曲柄都能得到幾乎相同的溫升曲線，解決了局部升溫過快或內外表面短時溫差較大容易引起裂紋、彎曲的問題。

2．錘擊焊縫區域、分層焊補、分段焊補

通過用小錘按一定力度和頻率錘擊焊縫，可使焊補部位發生輕微變形并使應力集中重新分布。多層焊補時要分層錘擊每道焊縫，待焊縫冷卻至手摸不燙的狀態后再進行下一層焊縫的施工。當焊縫較長時，要采取分段焊、斷續焊的方法。每焊完一小段后用小錘敲擊焊縫附近（圖1），這樣可以降低焊縫的收縮內應力，有利于防止焊縫開裂。待焊縫區域冷卻到不燙手時再施焊下一段，每一段長度控制在15mm左右。

通過操作熟練的電焊工不斷總結優化錘擊的力度和頻率，該方法在多種情況下都能取得一定的應力釋放優化作用。例如在機體側壁的人工焊條電弧焊補過程中就取得了很好的應用效果。

圖1、2、3為人工焊補VOLVO發動機機體側壁裂縫時錘擊焊補區域及分段焊、分層焊的照片。

圖1　錘擊焊補區域

圖2　分段焊接順序

圖3　坡口形狀及分層焊接示意圖

3．水中冷卻焊接工藝

該方法是在焊接施工過程中總結出來的一種減小熱變形的工藝手段，其工作原理類似于冷焊，適用于抗拉強度較高的鋼質零件局部區域焊補，如：凸輪軸、增壓器轉子軸等零件的穴蝕修復。

焊補時將工件置于水槽中，并將待焊部位露出水面，用固定裝置將工件定位牢固避免焊補時發生位移。由于手弧電焊條不能夠在水中進行焊接作業，因此操作時要認真控制焊條移動路徑，避免浸水。

由于在焊補時有了冷卻水的作用，由焊縫傳遞給鄰近部位的熱量顯著減少，熱影響區變小，對相鄰結構的不利影響減弱，有利于減小變形。

通過試驗數據顯示，在兩根噴油泵凸輪軸上相同部位焊接相同深度和面積的焊縫，采用水冷方法能夠減小彎曲量2/3以上。試驗焊補狀態如圖4所示。

圖4　水中焊補凸輪軸缺陷試驗

在實施過程中，由于水的冷卻作用，會造成引弧相對常規電弧焊困難一些，因此其引弧電壓要高于大氣中的引弧電壓，其電流較大氣中焊接電流大15%～20%左右。

4.綜合運用多種焊補設備、靈活控制焊補工藝參數

公司目前具備等離子熔覆、氬弧焊、焊條電弧焊、脈沖冷焊等多種熱成型尺寸恢復工藝手段，在實際應用過程中，要根據工件失效損傷程度、工件的結構特點、材質特性等因素靈活選擇焊補設備、工藝參數和焊材種類。

例如：對于機體類零件，其材質多為灰鑄鐵，由于鑄鐵具有含碳量高、強度低、塑性差、剛性大、不易變形、對溫差極為敏感等特點，焊接時其殘余應力不易通過母材的變形來消除，因此焊接時極易產生焊接裂紋和其他缺陷。在實際施工時，如果焊補部位面積較小、深度較淺，優先選用脈沖冷焊機進行修補，這樣形成的焊縫熱影響區小，熔焊瞬間熱輸入極少，因此幾乎沒有咬邊和殘余應力。

但是，如果修補部位面積較大、深度較深，則要采用效率更高的焊條電弧焊，但選用的焊條一定要具有較好的焊接工藝性能，為改善鑄鐵焊接冶金狀態提供有利條件，而且藥皮成分要抑制二氧化硅的形成，提高焊接接頭的抗裂性，降低其他焊接缺陷產生的可能性。同時，也要通過采用與該型焊條相適應的獨特焊接工藝，才能有效控制鑄鐵焊接時的焊接應力，從而使避免出現變形、裂紋等缺陷。

三、應用推廣情況

通過在零部件再制造過程中綜合應用這些改進型技術措施，有效提高了零件修復質量和生產效率，降低了由于焊補缺陷而造成的零件報廢率。

例如，由于擔心焊補后的較大形變，原來對于凸輪軸穴蝕的焊補深度控制在2mm以內，面積不超過10%，每年約有10%～20%左右的拆機舊凸輪軸因焊接變形無法校直或出現裂紋而報廢。改進的水冷卻法及氬弧焊法應用后，本年度的拆機凸輪軸全部再制造修復成功，為企業創造了巨大的經濟效益。

據統計，本年度通過深入應用這些新研發的工藝方法，再制造廢舊零件熱成型尺寸恢復成功率達到90%以上。尤其在對廢舊發動機機體、缸蓋、凸輪軸、進氣管等零件的再制造過程中發揮了重要作用，實現了節能降耗、變廢為寶的目的。

四、結語

試驗成功的一系列改進型工藝措施在舊發動機及其他工程設備再制造過程深入應用以后，使得尺寸恢復層結合強度及抗壓、耐磨、承受交變載荷的性能指標得到優化，大幅度提高了表面磨損嚴重的廢舊零部件再制造成功率及產品質量，有效保證了整機運行的可靠性。

參考文獻：

[1]王紅光.實用焊接工藝手冊(第二版)［M］.化學工業出版社，2014.

[2]（英）諾里斯.先進焊接方法與技術［M］.機械工業出版社，2010.

中圖分類號：TG156

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）01-0068-03

收稿日期：（2015-11-30）