1.5ZDK20型自吸清水泵殼體的焊接

李曉華

摘 要：文章介紹了濟南市技師學院化工原理實驗設備中泵殼的故障情況，詳細闡述對該鑄鐵工件進行焊補的工藝過程，以及該零件在焊補后的使用情況。并對生產廠家提出建議，改進產品生產，以適應不同地區的生產環境。

關鍵詞：灰鑄鐵；裂紋；焊補

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

1.5ZDK20型自吸清水泵，是我校化工原理實驗設備，利用該泵吸取清水或有色溶液完成柏努利方程的演示實驗。該泵技術參數如下：揚程1～20米 ，泵壓力P≦300Kpa，流量1.5～18m3/h（規定流量8 m3/h）。由于設備生產地為廣東，生產廠地冬季不結冰，使設備在設計上存在缺陷，在北方冬季由于無法將泵體中的積水完全排出，造成2003年冬季設備積水結冰膨脹，使設備殼體產生兩處裂紋，使設備無法使用，由于設備系合資企業生產，且為特殊用途泵，故價格較貴，為不影響學生實驗，我們決定進行焊補。

1 焊前準備

（1）設備缺陷：該泵材質為HT200，壁厚約6mm。該泵殼上有兩處裂紋，其中一處為“一”字型其長度約60mm，另一處為90度旋轉的“U”字型，其長度為110mm，寬度為45mm，其形狀見圖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水孔附近，如果裂紋繼續擴展，則可能破壞出水孔和進水孔。

（2）焊前準備：首先將水泵的出水孔和進水孔連接的不銹鋼管件拆除，因為該不銹鋼管件連接處圖有樹脂密封，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，然后在裂紋的端部打上止裂孔，直徑為φ6mm，由于殼體裂紋已經通透，故止裂孔也為通孔。

沿裂紋走向用角向磨光機開U形坡口，坡口留一定的鈍邊，為便于施焊，開出的坡口上口應稍大些，以預防應力集中并便于焊接操作。

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

灰鑄鐵化學成分含量如下（質量分數）：（%）

其碳當量CE=C+Mn/6+ =2.78～4.13% 。根據經驗：當CE≤0.4%時，焊材的淬硬傾向不明顯，焊接性優良，焊接時不必預熱；當CE≤0.4～0.6%時，焊材的淬硬傾向逐漸明顯，需要采取適當預熱，控制線能量等工藝措施；當CE≥0.6%時，淬硬傾向明顯，屬于較難焊的材料，需要采取嚴格的工藝措施。灰鑄鐵的碳當量數值遠大于0.6%，所以其焊接性較差，應采取嚴格的工藝措施。

（4）焊接方法和焊接材料的選擇：綜合該泵殼材料、焊接性、裂紋分布及結構特征，認為雖然該處焊接后，對顏色和后續加工無具體要求，但是考慮到我校無對鑄鐵加熱的設備，且該處如果再次出現焊接裂紋，該設備將法修復，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，最大特點是其電弧冷焊焊接接頭的加工性優越，焊接工藝正確時其鑄鐵母材上半熔化區的白口寬度一般為0.05mm左右，比所有其他鑄鐵焊條都窄，并呈斷續分布，熱影響區的硬度≤250HBS，焊縫硬度一般位130～150HV。焊縫金屬的抗拉強度≥240Mpa，并具有一定的塑性，其灰鑄鐵焊接接頭的抗拉強度可達到147～196 Mpa，于鑄鐵HT150及HT200相當。焊縫顏色基本于母材相近。配合適當焊接工藝，焊條抗裂性好，主要用于對焊后加工型要求較高的加工面的焊補。焊條直徑為ф3.2mm，這樣焊接前不需要預熱，焊后不需要熱處理，工藝性好，采用交流焊機，手工焊條電弧焊。

2 焊接

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

（1）選擇合適的最小焊接電流。灰鑄鐵含Fe、Si、C、及有害的S、P、雜質高，焊接電流越大，與母材接觸的第一、第二層異質焊縫中熔入母材量越多，帶入焊縫中的量也隨之上升，對鎳基焊條來說，其中Si及S、P雜質提高，會明顯增大發生熱裂紋的敏感性。焊接電流越大，則焊接熱輸入越大，其結果焊接接頭應力越大，發生裂紋的敏感性增大。因此，在焊接過程中選擇90～120A焊接電流。其中第一層焊接電流選擇稍小些。

在焊補加工面的線狀缺陷時，如果只焊一層，焊道底部熔合區比較硬。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，在焊補導軌等摩擦面時，除將缺陷稍微加工深一些，使焊縫底部躲開工作面外，還可以利用這個辦法使焊縫和母材交界處變軟些，提高焊補質量。

（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，應采用較快的焊接速度，因為隨焊接速度加快，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）增高，使母材熔化寬度增加，母材熔化面積增加，故應采用短弧焊接。

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

近年來的電弧冷焊實驗研究及生產實踐證明，盡量減小焊段長度并縮短每段的焊接時間，從而使熔合區存在時間變短，熔合區石墨來不及完全溶解而保存下來，白口得以減小甚至消失。具體做法使：用小直徑焊條，不移動電弧，熔合良好（熔池濕潤母材）時立即斷弧，形成一個圓形焊點。下一個焊點與這個焊點部分重疊，逐漸焊好過渡層，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，對焊接應力及裂紋傾向會產生較大影響，在該泵殼中，由于整個泵體較薄，且裂紋數量較多，因此在焊接過程中選擇合理焊接順序顯得更為重要，在焊接過程中，先焊“一”型裂紋，然后再焊接“U”裂紋。在“U”型裂紋的焊接過程中，亦不能一次焊完，而是采用短焊，斷續先焊接橫向一道焊縫，即圖中①焊縫，然后焊②焊縫，冷卻至適溫狀態下，再焊③焊縫，以防止①、③焊縫同時產生應力，造成殼體上產生橫向脆斷。

焊接收弧時，填滿弧坑，避免產生弧坑裂紋。

3 焊后處理

（1）焊后處理及檢驗：1）焊后焊件放置24小時后，先檢查焊縫表面質量，未發現咬邊、裂紋等缺陷，然后進行密封性檢驗，選定壓力р檢=（1.2～1.5）рI條件下，未發現泵殼漏水。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，過渡圓滑，然后再涂上殼體原來顏色油漆，整個焊補過程完成。

（2）效果：焊后該泵使用至今良好，未發現任何問題，既為學校節約一筆費用，又通過對該設備焊接，提高自己技能，拓寬焊接知識面。

針對該設備出現的問題，本人對該設備生產廠家提出建議：應改變該泵安裝位置，將葉輪殼體方向改變，增加管件，使整個泵體中的水在冬季不使用時能排出，以避免該現象的再度發生。

參考文獻：

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