黃銅集成塊的焊補工藝分析

潘蛟亮

摘 要：黃銅集成塊的焊接性較差，焊補修復有一定的難度，但是具有良好的經濟性。該文制定了黃銅集成塊的修復方案，對焊補工藝做了詳細分析和闡述，再現了黃銅集成塊的整個焊補過程，文章同時也講述了焊補時操作要點。該文對黃銅件焊補有一定的指導作用，為今后類似的焊補作業提供參考依據。

關鍵詞：集成塊 鎢極氬弧焊 裂紋 焊補

中圖分類號：TQ051 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（c）-0107-02

黃銅板集成塊是很多設備中的核心部件，某企業加工生產一批氣路集成塊后，發現在軸孔處出現多處裂紋，無法使用。油路集成塊的特點是重量大、結構復雜、加工工藝難度大。一塊集成塊的成本極高，如果報廢處理，損失很大。為了減少損失，我們決定采取鎢極氬弧焊方法對裂紋進行焊補。

1 修復方案

此集成塊的材料為鑄造黃銅，除了銅、鋅元素外，還有少量的錳、硅元素。集成塊通過鑄造成型后，機加工完成。但是，通過肉眼發現在軸孔表面處出現了細微的裂紋。采用滲透檢測的方式，發現氣路集成塊的表面缺陷主要是裂紋和少量的氣孔。

由于集成塊的材料和加工成本原因，產品價格比較昂貴，為了減少損失，決定先將表面缺陷清除，再采用焊補方式，修補黃銅集成塊，最后再通過機加工平整表面。

2 缺陷清除

首先，采用滲透檢測中的著色探傷方法，找出所有的各種表面缺陷。著色探傷方法操作簡單，所受限制少，可以方便地檢查出表面缺陷所在的位置，然后在缺陷處用記號標出。

采用角向磨光機打磨缺陷標記處，將缺陷去除掉，然后再用滲透探傷檢驗缺陷（特別是裂紋）是否完全清除。通過反復檢驗和打磨，直至徹底清除缺陷。如果缺陷清理不徹底，焊補時或焊補后殘留的裂紋就會擴大，甚至產生貫穿性裂紋。圖1為缺陷清除后的集成塊圖貌。缺陷清理后，我們發現凹坑深度在5～6 mm，需要焊補的區域面積較大。

3 焊補工藝分析

黃銅的焊接性比較差，焊接時本身容易出現裂紋、氣孔、鋅蒸發等問題或缺陷。黃銅的導熱性和導熱系數比鋼鐵要高很多，且此集成塊尺寸大（100 cm×60 cm×25 cm），焊接時熱量散發非常快，集成塊焊補區域不易形成熔池，焊材也不容易與母材熔合，不但給焊接造成困難，而且會產生未熔合等問題。所以在采用熱輸入量大、熱量集中的熱源的基礎上，還要采取預熱措施。

在黃銅的焊補區域容易出現熱裂紋。黃銅本身的晶粒比較粗，焊縫熔池結晶后，晶粒度不但沒有改善反而更加粗大，導致力學性能變差；熔池凝結過程中，容易產生低熔點的Cu2O+Cu共晶物和雜質偏析。另外，銅及銅合金的線膨脹系數大，散熱又快，加熱冷卻后收縮劇烈，導致應力大。這些因素會導致焊補后極易產生熱裂紋。所以，焊補后必須保溫或緩冷。

黃銅焊補時，氫、氧等空氣元素容易在黃銅熔池中存儲，高溫下，熔池劇烈化學反應也會產生二氧化碳等氣體。熱源移走后，銅導熱快，熱量快速散發，熔池瞬時凝固，導致這些氣體從熔池中來不及析出而存留在焊縫中，從而造成氣孔。

4 焊補工藝

能夠焊接黃銅的焊接方法中，鎢極氬弧焊熱源集中、焊接質量好，是焊補的首選方法。黃銅焊接電源種類可以選擇交流或直流正接的方式，2種方法各有利弊：交流可以減少鋅的蒸發，直流正接使得熔池熱量輸入多，容易形成焊接接頭。我們在同種黃銅的母材上，運用2種不同的電源方式進行焊補試驗。直流正接的方式焊接時，黃銅飛濺較大、焊絲熔滴偏離焊補區域較遠，很難讓焊絲形成的熔滴過渡到正確位置。而且，焊補后表面質量差、凹凸不平。分析原因，可能是直流正接法的極性不變所造成的。選用交流焊接，焊接時比較平穩，焊工操作難度小，質量容易得到保證，并且還可以減少鋅的蒸發，減輕對人體的危害。

焊絲材料選擇上，采用與集成塊母材成分相近的鋁青銅焊絲HSCuAl。其中，Al元素的加入，可以有脫氧的作用，還可以細化晶粒，提高塑性，從而避免應力作用產生裂紋。焊前，需要對焊絲表面打磨。焊接時，可以加氣焊粉CJ301，作用是保護熔池，去除氧化膜。

焊前，將集成塊需要焊補處及其周邊都進行清理，去掉油污、水分。利用電熱板對集成塊整體進行預熱，溫度一般為200 ℃，預熱溫度過高，不利于焊工操作。預熱時，用石棉布將整個黃銅集成塊包裹住，防止熱量散失。焊后也需用石棉布保溫處理，一直冷卻至室溫。

焊接時具體的手工鎢極氬弧焊焊接工藝參數見表1。

清理強度和氬氣流量要適當，如果清理強度或者氬氣流量較低，保護效果不好，太高則焊絲熔滴容易被吹開。具體的鎢極氬弧焊焊補工藝參數，都是通過資料、經驗的基礎上，經過反復試驗得到的。

5 焊補操作要點

黃銅集成塊焊接難度大，焊補過程中要注意幾個要點。在清除缺陷時，需要焊補的凹坑周邊必須打磨出一定的斜坡，角度越大越好，特別是不能出現小于90°的凹角。這樣便于焊接，也不容易出現未熔合；鎢棒不需要打磨，可以直接使用，因為即使打磨后，也會產生一定的燒損，鎢棒頭“變圓”。焊接時，鎢棒不要伸出太長，3 mm左右即可；焊補時，要沿著原先裂紋的方向進行焊補，讓焊縫沿著晶粒方向，這樣減少應力集中，避免熱裂紋產生；焊補時，由于氣流吹力達到20～25 L/min，清理強度有30，黃銅焊絲熔化后的熔滴會受到氣流的影響不能過渡到目標位置，所以要讓焊絲和鎢極位于需要焊補處的略微前置的方位；每焊接一小部分后，要及時錘擊焊補處和其周圍區域，以便釋放應力，防止焊后裂紋，錘擊時間長些，應力釋放也充分；焊補后在表面產生的氣孔，立即用錘擊敲打，可將氣孔消除。

焊完后，采用機加工方式將集成塊焊補處的表面切削平整，然后滲透檢測檢驗是否還有焊接裂紋，如果還有則要重新修復焊補，沒有則焊補成功。

6 結語

我們經過著色探傷檢查后發現，通過鎢極氬弧焊焊補方法，采用合適的焊接工藝，是可以獲得質量合格的焊縫（焊補區域），黃銅集成塊是可以被修補使用的。此次焊補操作，也為類似的黃銅結構件的焊補提供了借鑒和幫助。

參考文獻

[1] 李榮雪.金屬材料焊接工藝[M].機械工業出版社，2011.

[2] 張士相.焊工[M].中國勞動社會保障出版社，2002.