淺析無損冷焊在電力設備零部件缺陷修復方面的應用

林樹疆

摘 要：我國的經濟社會不斷發展，工業科技技術水平不斷提升，使得現代焊接技術也有了長足進步，在與工業相關的不同領域都有廣泛的應用。本文通過對我國現階段焊接技術的發展和應用進行簡要介紹，并重點闡述了無損冷焊技術在電力行業設備零部件磨損后修復方面的應用，以供相關人士參考。

關鍵詞：焊接技術、修補方法；冷焊原理特點；無損冷焊應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.153

0 引言

進入新世紀以來，我國的工業技術創新發展迅速，就我國現階段工業化發展情況來說，焊接廣泛應用于多種材料的連接和填補，而隨著高新技術的不斷發展，原來的傳統焊接焊接方式也轉化為激光、電子束焊等先進的焊接技術。可以說，無論是在建筑行業，還是車輛、機械、醫療設備等方面，離開焊接技術是根本無法運轉的。而隨著焊接設備的不斷創新，也使得焊接技術在連接、焊補方面向著范圍更廣泛、質量更優良、操作更簡便方向發展。

1 電力生產中焊接技術及焊接設備應用概述

電力生產使用的焊接設備是隨著我國工業技術水平的提高而不斷變化的，隨著發展，最早使用的交流焊機逐漸淡出我們的視線，取而代之的是硅整流焊機，隨著電力生產中鋼材材質的多樣性及焊接質量要求的提高，焊接設備隨之升級，現在大部分已更換為逆變直流焊機[1]。

2 零部件缺陷的種類

零部件缺陷依據形成原因分為四種，及磨損、沖刷、腐蝕、拆卸傷。其缺陷程度各不相同，小的局部磨損、拆卸傷缺陷深度0.02-0.2mm或0.5-1.5mm，大的大面積沖刷、腐蝕缺陷深度2-10mm。修復難度可見一斑。

3 零部件缺陷的修補方法

3.1 傳統焊接焊補

3.1.1 交直流焊機焊補

交流焊機只能使用酸性焊條焊補焊接低碳鋼，受電壓影響焊接參數不穩定，負載率低，且笨重，在電力生產中已被淘汰，基本不再使用。直流焊機可以使用各種酸性、堿性焊條，焊接電弧溫度高，飛濺小，焊接參數電子調節精確度較高。但是在零部件焊補方面，直流焊機焊補產生的熱能大，對焊點的焊補沖擊巨大，焊后工件極易變形，且焊花飛濺造成精密工件精度降低[2]。

3.1.2 氬弧焊焊補

氬弧焊的電弧燃燒穩定，熱量集中，焊弧溫度高焊接效率高，熱影響區窄，焊補的焊件應力、變形、裂紋傾向小，但是對于精密零部件的焊補還是存在變形的影響[3]。

3.2 激光焊機焊補

激光焊接技術屬于熔融焊接，以激光束為能源。 激光焊接可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區金相變化范圍小，且因熱傳導所導致的變形亦最低。因不屬于接觸式焊接制程，焊接基件變形可降至最低。但是，激光焊接焊補工件位置需非常精確，務必在激光束的聚焦范圍內，焊補工件受焊機夾具和工作臺面的限制，速度較慢且補焊焊接結合度不高，焊接設備昂貴。

3.3 噴涂、刷鍍修補

（1）熱噴涂技術，是采用某種高溫熱源，將欲涂覆的涂層材料融化或至少軟化，并用氣體使之霧化成微細液滴或高溫顆粒，高速噴射到經過預處理的基件表面形成涂層的技術。此項技術具有一定的優點，但其缺點是熱噴涂涂層與基件的結合主要是物理機械結合，結合強度不高，涂層耐沖擊和重載性能較差；噴涂涂層含有不同程度的孔隙，在耐腐蝕、抗氧化、絕緣等方面不如基體材料；熱噴涂手工操作時勞動條件較差，有噪聲、粉塵、熱和弧光輻射等問題。

（2）刷鍍是一種不用鍍槽使用專門設備，將涂層有選擇地鍍到指定部位的電鍍技術。專門用于修復表面損傷（如：劃痕、凹陷及局部腐蝕），與傳統的修復方法相比，刷鍍技術具有刷鍍時工件溫升低，不會引起變形、殘余應力及表面組織變化：對部件不會產生任何損害，且鍍層種類多，結合強度高等優點。刷鍍技術的缺點是速度慢，勞動強度大，不適用孔、洞、細縫溝槽、棱角、尖峰部位的修復。

3.4 無損冷焊修補

3.4.1 無損冷焊原理

無損冷焊技術采用特制的焊機實現（熱輸入低）放電時間（Pt=毫秒）與下一次放電間隔時間（It=毫秒）極短的周期，機器有足夠的相對停止時間，熱量會通過工件基本體擴散到外界，因此基件的被加工部位不會有熱量的聚集。雖然基件的升溫幾乎停留在室溫，可是由于瞬時熔化的原因，電極尖端的溫度可以到達2700～3300℃左右。焊絲瞬間產生金屬熔融，過渡到母材金屬的接觸部位，同時由于等離子電弧的高溫作用，表層深處開成像生了根一樣的強固的擴散層，呈現出高結合性，不會脫落。進行冷焊焊補作業該技術的焊補精度達到甚至超過激光焊接的焊補精度，同時又兼有氬弧焊的速度，靈活性。

3.4.2 無損冷焊的特點

（1）發熱量小。此焊接技術可在幾十毫秒（1秒=1000毫秒）內完成焊絲與焊接基件的熔接；相對氬弧焊（大于幾秒）來說其傳導到焊接基件的熱量相當少，所有就基件本身而言，發熱量較少，焊點以外基件區域升溫小，因此，基件不會產生退火、變色問題。又由于每個焊接脈沖產生的熔池小于2mm3。所以焊接基件應力產生的也較小。雖然一個焊點需要很多熔池產生，但焊點的應力方向分散，焊接基件受到的集中應力也較小，焊補后基件變形很小。

（2）焊補精度高。由于冷焊技術的焊機采用微電腦芯片控制輸出電流和時間，使得脈沖電流和電壓可任意調節（1-99），因此可根據不同的焊補要求，選擇合適的焊絲規格（0.2-2.5mm），設置對應的焊補參數，使得0.2mm焊絲也可以得到完美焊接，從而達到激光焊機的焊補精度。

（3）焊補結合面牢固度高。采用特制的冷焊機焊接的結合牢固度高，可以達到氬弧焊的效果，并適用于各種機加工方式的再加工，不會出現焊補處結合不牢固產生的起皮、脫落問題。

（4）焊補速度快。最快焊補速度可達到100mm3/分鐘。

3.4.3 無損冷焊適用于各種焊補部位

A、平面部位的凹陷、孔、洞的焊補。

B、細縫、溝槽和磨損后的拉痕焊補。

C、棱角、楞線、尖峰部位缺損的焊補。

D、沙眼、氣孔及氬弧焊焊后咬邊問題的焊補。

3.4.4 應用范圍廣

A、適用金屬范圍：球墨鑄鐵、灰口鑄鐵、鑄鋼、銅鋁鑄件、不銹鋼零件。

B、適用零部件范圍：軸類、齒類、閥類、液壓桿、液壓缸、葉輪葉片。

4 無損冷焊技術在零部件缺陷修復方面的應用

火力發電生產在設備檢修中經常出現軸頸磨損、端蓋內孔磨損、閥門密封面沖刷、葉輪葉片沖刷等缺陷，其修復周期要求較短，采用熱噴涂、刷鍍技術進行修復即無法在短時間內完成，又有其技術條件限制到不達零部件的技術要求。而采用無損冷焊技術進行修復，即能夠在短時間內完成，又能達到零部件基件原有的技術要求。

4.1 軸類零件缺陷修復應用

首先，用無損冷焊修復泵軸，泵軸材質為45#鋼調質處理，缺陷部位軸頸直徑60mm，長40mm，缺陷軸頸外圓磨損深度1-1.2mm，選用直徑2mm的碳鋼焊絲冷焊修補，焊補時間為45min，機床再加工時間30min，零部件缺陷累計修復時間僅需75min（以上時間不含輔助準備時間）。

4.2 盤蓋內孔類零件缺陷修復應用

其次，用無損冷焊修復電機端蓋，端蓋材質為球墨鑄鐵，缺陷部位軸承孔，直徑100mm，寬50mm，缺陷軸承孔磨損深度0.5-0.8mm，選用直徑1.2mm的鑄鐵焊絲冷焊修補，焊補時間60min，機床再加工時間40min，端蓋缺陷累計修復時間100min。（不含輔助準備時間）

4.3 葉輪葉片類部件缺陷修復應用

再次，用無損冷焊修復大型水泵葉輪，材質為不銹鋼，其葉片表面沖刷出的凹坑缺陷，直徑在10-25mm，深度在5-10mm之間大小不等30多個，選用直徑2mm的不銹鋼焊絲冷焊填補凹坑缺陷，焊補時間3.5個工作日，修復后僅需用手持角磨機打磨處理無需機床再加工。

4.4 其他異形零部件缺陷修復應用

冷焊技術可以用來對一切金屬材料進行相互連接、填補、固定焊接和密封，并且和基件金屬一樣能機床再加工。對于快速修復設備，延長設備壽命，具有重要意義。用在鐵、鋼、鋁、銅等鑄造零部件產生的裂紋、沙眼、凹坑、氣孔、磨損、缺口、劃傷等金屬表面缺陷的修補，冷焊補焊后工件不產生熱裂紋、不變形、無色差、沒有硬點、熔接強度高。更可用在曲軸磨損、閥門沖刷洞眼、氣孔沙眼等缺陷進行修復。再者某些薄壁器件連接修復用一般的焊接法時，由于焊接時溫度很高，不僅有損材料的強度，而且還容易變形，冷焊技術特別對薄型材料的焊接就不用考慮變形問題。

5 結論

冷焊技術在設備維修領域的應用正處在發展階段，但是在火電設備檢維護方面的應用還處在起步階段。運用冷焊技術可以對難以搬動的大型設備進行現場修復，可以對各種材質的零部件進行缺陷焊補修復，可以對面、棱、溝槽、曲面等各種部位進行精密焊補修復，并且不用考慮變形、焊接殘余應力，其操作方便靈活、修復工期短，投入少、修復效果好等特點非常適合在電力檢維護生產中使用。

參考文獻：

[1]姚河清，陳亞政，孟慶芹.現代焊接技術發展的現狀及展望[J].河海大學常州分校學報，2004，18（03）.

[2]鄭電文.現代焊接技術發展的現狀及展望[J].城市建設理論研究（電子版），2013（31）.

[3]車廣.現代焊接技術發展的現狀及展望[J].中文信息，2014（06）.