1.5ZDK20型自吸清水泵殼體的焊接

李曉華

摘 要：文章介紹了濟(jì)南市技師學(xué)院化工原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備中泵殼的故障情況，詳細(xì)闡述對(duì)該鑄鐵工件進(jìn)行焊補(bǔ)的工藝過(guò)程，以及該零件在焊補(bǔ)后的使用情況。并對(duì)生產(chǎn)廠家提出建議，改進(jìn)產(chǎn)品生產(chǎn)，以適應(yīng)不同地區(qū)的生產(chǎn)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：灰鑄鐵；裂紋；焊補(bǔ)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.007

1.5ZDK20型自吸清水泵，是我?；ぴ韺?shí)驗(yàn)設(shè)備，利用該泵吸取清水或有色溶液完成柏努利方程的演示實(shí)驗(yàn)。該泵技術(shù)參數(shù)如下：揚(yáng)程1～20米 ，泵壓力P≦300Kpa，流量1.5～18m3/h（規(guī)定流量8 m3/h）。由于設(shè)備生產(chǎn)地為廣東，生產(chǎn)廠地冬季不結(jié)冰，使設(shè)備在設(shè)計(jì)上存在缺陷，在北方冬季由于無(wú)法將泵體中的積水完全排出，造成2003年冬季設(shè)備積水結(jié)冰膨脹，使設(shè)備殼體產(chǎn)生兩處裂紋，使設(shè)備無(wú)法使用，由于設(shè)備系合資企業(yè)生產(chǎn)，且為特殊用途泵，故價(jià)格較貴，為不影響學(xué)生實(shí)驗(yàn)，我們決定進(jìn)行焊補(bǔ)。

1 焊前準(zhǔn)備

（1）設(shè)備缺陷：該泵材質(zhì)為HT200，壁厚約6mm。該泵殼上有兩處裂紋，其中一處為“一”字型其長(zhǎng)度約60mm，另一處為90度旋轉(zhuǎn)的“U”字型，其長(zhǎng)度為110mm，寬度為45mm，其形狀見(jiàn)圖1兩處裂紋分別位于泵殼前和泵殼后，靠近水泵出水孔和進(jìn)水孔附近，如果裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，則可能破壞出水孔和進(jìn)水孔。

（2）焊前準(zhǔn)備：首先將水泵的出水孔和進(jìn)水孔連接的不銹鋼管件拆除，因?yàn)樵摬讳P鋼管件連接處圖有樹(shù)脂密封，受熱容易破壞，拆除后在管螺紋孔中塞入耐熱填料，以防焊接時(shí)金屬熔融物濺入，造成螺紋破壞旋合困難。先用砂紙將殼體表面的油漆清除干凈，借助放大鏡檢查裂紋的走向、分枝和端點(diǎn)，然后在裂紋的端部打上止裂孔，直徑為φ6mm，由于殼體裂紋已經(jīng)通透，故止裂孔也為通孔。

沿裂紋走向用角向磨光機(jī)開(kāi)U形坡口，坡口留一定的鈍邊，為便于施焊，開(kāi)出的坡口上口應(yīng)稍大些，以預(yù)防應(yīng)力集中并便于焊接操作。

（3）焊接性分析：該泵殼材料為HT200，材料的力學(xué)性能如下：當(dāng)壁厚2.5～10mm時(shí)。其抗拉強(qiáng)度δb不小于220Mpa，適用于承受較大載荷的的重要零件，如汽車(chē)，拖拉機(jī)的汽缸、汽缸蓋、剎車(chē)片等。

灰鑄鐵化學(xué)成分含量如下（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：（%）

其碳當(dāng)量CE=C+Mn/6+ =2.78～4.13% 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)CE≤0.4%時(shí)，焊材的淬硬傾向不明顯，焊接性?xún)?yōu)良，焊接時(shí)不必預(yù)熱；當(dāng)CE≤0.4～0.6%時(shí)，焊材的淬硬傾向逐漸明顯，需要采取適當(dāng)預(yù)熱，控制線能量等工藝措施；當(dāng)CE≥0.6%時(shí)，淬硬傾向明顯，屬于較難焊的材料，需要采取嚴(yán)格的工藝措施。灰鑄鐵的碳當(dāng)量數(shù)值遠(yuǎn)大于0.6%，所以其焊接性較差，應(yīng)采取嚴(yán)格的工藝措施。

（4）焊接方法和焊接材料的選擇：綜合該泵殼材料、焊接性、裂紋分布及結(jié)構(gòu)特征，認(rèn)為雖然該處焊接后，對(duì)顏色和后續(xù)加工無(wú)具體要求，但是考慮到我校無(wú)對(duì)鑄鐵加熱的設(shè)備，且該處如果再次出現(xiàn)焊接裂紋，該設(shè)備將法修復(fù)，所以決定選用Z308鎳基焊條、電弧冷焊。該焊條屬于純鎳焊芯、石墨型藥皮的鑄鐵焊條，最大特點(diǎn)是其電弧冷焊焊接接頭的加工性?xún)?yōu)越，焊接工藝正確時(shí)其鑄鐵母材上半熔化區(qū)的白口寬度一般為0.05mm左右，比所有其他鑄鐵焊條都窄，并呈斷續(xù)分布，熱影響區(qū)的硬度≤250HBS，焊縫硬度一般位130～150HV。焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度≥240Mpa，并具有一定的塑性，其灰鑄鐵焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到147～196 Mpa，于鑄鐵HT150及HT200相當(dāng)。焊縫顏色基本于母材相近。配合適當(dāng)焊接工藝，焊條抗裂性好，主要用于對(duì)焊后加工型要求較高的加工面的焊補(bǔ)。焊條直徑為ф3.2mm，這樣焊接前不需要預(yù)熱，焊后不需要熱處理，工藝性好，采用交流焊機(jī)，手工焊條電弧焊。

2 焊接

焊接工藝過(guò)程：電弧冷焊的工藝主要是：“短段、斷續(xù)，分散焊，較小電流熔深淺，每段錘擊緩應(yīng)力，退火焊道前道軟”。

（1）選擇合適的最小焊接電流?；诣T鐵含F(xiàn)e、Si、C、及有害的S、P、雜質(zhì)高，焊接電流越大，與母材接觸的第一、第二層異質(zhì)焊縫中熔入母材量越多，帶入焊縫中的量也隨之上升，對(duì)鎳基焊條來(lái)說(shuō)，其中Si及S、P雜質(zhì)提高，會(huì)明顯增大發(fā)生熱裂紋的敏感性。焊接電流越大，則焊接熱輸入越大，其結(jié)果焊接接頭應(yīng)力越大，發(fā)生裂紋的敏感性增大。因此，在焊接過(guò)程中選擇90～120A焊接電流。其中第一層焊接電流選擇稍小些。

在焊補(bǔ)加工面的線狀缺陷時(shí)，如果只焊一層，焊道底部熔合區(qū)比較硬。將第一層上部鏟除一層，能使先焊的一層低部受到退火作用而變軟一些，改善加工性，在焊補(bǔ)導(dǎo)軌等摩擦面時(shí)，除將缺陷稍微加工深一些，使焊縫底部躲開(kāi)工作面外，還可以利用這個(gè)辦法使焊縫和母材交界處變軟些，提高焊補(bǔ)質(zhì)量。

（2）采用較快的焊接速度及短弧焊接。在保證焊縫正常成型及母材融合良好的情況下，應(yīng)采用較快的焊接速度，因?yàn)殡S焊接速度加快，鑄鐵母材熔深、熔寬下降，母材熔入量下降，焊接熱輸入下降。焊接電壓（弧長(zhǎng)）增高，使母材熔化寬度增加，母材熔化面積增加，故應(yīng)采用短弧焊接。

（3）采用短段焊、斷續(xù)焊、分散焊及焊后立即錘擊焊縫的工藝，以降低焊接應(yīng)力，防止裂紋發(fā)生。隨著焊縫長(zhǎng)度的增加，縱向應(yīng)力增大，焊縫發(fā)生裂紋的傾向增大，故宜采用短段焊，焊接過(guò)程中，由于考慮到泵殼為薄璧件，散熱慢，每次焊縫長(zhǎng)度均為10～20㎜ 。當(dāng)焊縫處于較高溫度時(shí)，塑性性能異常優(yōu)良，立即用帶圓角的小錘快速敲擊焊縫，直到焊道上出現(xiàn)密布的麻點(diǎn)并已冷卻為止，這樣使焊縫金屬承受塑性變形，細(xì)化晶粒，改善組織，以降低焊縫應(yīng)力。焊道底部錘擊不便，可用圓刃扁鏟輕捻。錘擊必須適當(dāng)用力，否則焊縫不能產(chǎn)生塑性變形消除應(yīng)力。為了避免補(bǔ)焊局部溫度過(guò)高，應(yīng)力增大，應(yīng)采用斷續(xù)焊，即待焊縫附近的熱影響后區(qū)冷卻至不燙手時(shí)（約50～60℃），再焊下一道焊縫。

近年來(lái)的電弧冷焊實(shí)驗(yàn)研究及生產(chǎn)實(shí)踐證明，盡量減小焊段長(zhǎng)度并縮短每段的焊接時(shí)間，從而使熔合區(qū)存在時(shí)間變短，熔合區(qū)石墨來(lái)不及完全溶解而保存下來(lái)，白口得以減小甚至消失。具體做法使：用小直徑焊條，不移動(dòng)電弧，熔合良好（熔池濕潤(rùn)母材）時(shí)立即斷弧，形成一個(gè)圓形焊點(diǎn)。下一個(gè)焊點(diǎn)與這個(gè)焊點(diǎn)部分重疊，逐漸焊好過(guò)渡層，再焊退火焊道。

（4）選擇合理的焊接方向及順序，焊接方向及順序是否合理，對(duì)焊接應(yīng)力及裂紋傾向會(huì)產(chǎn)生較大影響，在該泵殼中，由于整個(gè)泵體較薄，且裂紋數(shù)量較多，因此在焊接過(guò)程中選擇合理焊接順序顯得更為重要，在焊接過(guò)程中，先焊“一”型裂紋，然后再焊接“U”裂紋。在“U”型裂紋的焊接過(guò)程中，亦不能一次焊完，而是采用短焊，斷續(xù)先焊接橫向一道焊縫，即圖中①焊縫，然后焊②焊縫，冷卻至適溫狀態(tài)下，再焊③焊縫，以防止①、③焊縫同時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，造成殼體上產(chǎn)生橫向脆斷。

焊接收弧時(shí)，填滿(mǎn)弧坑，避免產(chǎn)生弧坑裂紋。

3 焊后處理

（1）焊后處理及檢驗(yàn)：1）焊后焊件放置24小時(shí)后，先檢查焊縫表面質(zhì)量，未發(fā)現(xiàn)咬邊、裂紋等缺陷，然后進(jìn)行密封性檢驗(yàn)，選定壓力р檢=（1.2～1.5）рI條件下，未發(fā)現(xiàn)泵殼漏水。2）用砂輪將殼體表面焊縫打磨平整和母村銜接處打磨光潔，過(guò)渡圓滑，然后再涂上殼體原來(lái)顏色油漆，整個(gè)焊補(bǔ)過(guò)程完成。

（2）效果：焊后該泵使用至今良好，未發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，既為學(xué)校節(jié)約一筆費(fèi)用，又通過(guò)對(duì)該設(shè)備焊接，提高自己技能，拓寬焊接知識(shí)面。

針對(duì)該設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題，本人對(duì)該設(shè)備生產(chǎn)廠家提出建議：應(yīng)改變?cè)摫冒惭b位置，將葉輪殼體方向改變，增加管件，使整個(gè)泵體中的水在冬季不使用時(shí)能排出，以避免該現(xiàn)象的再度發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]電焊工工藝學(xué)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)出版社.

[2]焊工技師培訓(xùn)教材[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]焊工手冊(cè)[M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]俞尚知.焊接工藝人員手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.

[5]周崢.工程材料于熱處理[M].山東：山東大學(xué)出版社.