CN112743292A - 一种铸铁部件氩弧钎焊修复方法 - Google Patents

一种铸铁部件氩弧钎焊修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于铸铁部件修复领域，特别涉及一种铸铁部件氩弧(TIG)钎焊修复方法，该方法包括如下步骤：(1)修复前尺寸测量，并记录铸铁修复件的相关尺寸；(2)铸铁修复件损伤部位的缺陷去除及清洗；(3)铸铁部件修复前需要采用氧乙炔加热的方法去除铸铁部件内部残留的水汽及油脂；(4)氩弧钎焊采用交流氩弧钎焊的方式修复进行，氩弧钎焊设备采用全数字化交直流两用氩弧焊机，焊接修复方向为左向法。(5)钎焊修复后精加工及无损探伤。本发明可实现铸铁件(如：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等)的无裂纹高效修复；修复区力学性能好(如：强度高、韧性好、耐磨性高)并具加工性；由于采用高能量密度的氩弧做为钎焊热源，修复件变形小。

Description

一种铸铁部件氩弧钎焊修复方法
技术领域
本发明属于铸铁部件(如：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等)氩弧钎焊修复领域，特别涉及一种铸铁部件氩弧(TIG)钎焊修复方法。
背景技术
铸铁与钢相比虽然强度较低，塑性较差，但却具有良好的耐磨性、吸震性、铸造性和可切削性等优点，又因制造设备简单，生产成本低，所以常用于制造机器的箱体、壳体、机身、机座等大型机件。某些受冲击不大的重要零件，如：小型柴油机曲轴等，多用球墨铸铁来制造。
但是，铸铁的焊接性差，限制了它在焊接结构中的应用。目前焊接在铸铁中主要应用是对铸铁件的焊补与修复，用于生产组合件的场合很少。
铸铁生产车间生产出的有缺陷的铸铁件，通过焊补使之成为合格品，从而可以挽回因缺陷而报废所造成的经济损失。在使用过程中发生断裂或磨损已无法继续使用的铸件，当没有备件，又不能及时得到替换的情况下，为了减少停机损失，采取焊接方法进行修复，便成为最快最好的选择。
铸铁部件常用的焊接修复方法有电弧焊和气焊，电弧焊主要是焊条电弧焊和气体保护焊。采用电弧焊对铸铁部件进行修复主要包括热焊、半热焊和冷焊三种方法，采用的焊接修复材料包括低碳钢、纯镍及镍合金、铜及铜合金等。采用上述电弧焊修复方法并选取合适的焊接修复材料，虽然可能实现铸铁部件无表面裂纹的修复，但是在结合界面普遍存在裂纹(宏观裂纹及微裂纹)，更有甚者会在修复区产生白口组织。裂纹及白口组织的存在严重影响了修复区的焊接质量，铸铁部件在以后的运行过程中，会随着裂纹的扩展，再次失效。气焊只是针对小型容易采用气焊加热到较高温度的铸铁部件进行修复，对一些大厚度大尺寸的铸铁部件无能为力。
氩弧钎焊是利用氩弧焊的电弧进行加热焊件的一种钎焊方法，与其他钎焊方式相比具有如下优点：能量密度高、钎焊质量高(采用氩气保护)、钎焊后工件变形小(局部加热)、可净化钎焊界面(采用交流氩弧)。基于氩弧钎焊的上述优点，氩弧钎焊是一种可靠、高效的铸铁部件钎焊修复方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铸铁部件氩弧(TIG)钎焊修复方法，该方法具有焊接质量高(能够保证铸铁基材及焊缝金属无裂纹)、工件变形小、焊后修复区具可加工性、修复区机械性能高的铸铁部件的特点。
本发明的技术方案如下：
一种铸铁部件氩弧钎焊修复方法，包括如下步骤：
(1)采用测量工具对需要修复的铸铁部件进行相关几何尺寸测量，为修复后的机械加工提供相关尺寸数据；
(2)采用机械加工和/或人工打磨的方法，将铸铁件存在的缺陷完全去除，需要将修复部位打磨成U形坡口，坡口角度70～90°；
(3)对修磨好的坡口进行渗透探伤，渗透探伤确定无缺陷后，采用清洗剂清洗，并用电热吹风机烘干；
(4)氩弧钎焊修复所用的焊材为直径0.8～1.2mm的铝青铜焊丝；
(5)铸铁部件修复前需要采用氧乙炔加热的方法去除铸铁部件内部残留的水汽及油脂，火焰加热时采用氧化焰；加热温度为150～200℃，修复区及周围50～70mm范围内也要达到该温度；
(6)铸铁部件氩弧钎焊修复所用的焊接设备为全数字化交直流两用氩弧焊机，钨极直3.2mm，钨极伸出长度5～8mm，钨极尖距钎焊位置距离3～5mm，氩气体积纯度99.95％，氩气流量8～10L/min，提前送气时间0.4～0.6s，滞后送气时间3～5s，焊接电流80～100A，焊接速度0.7～1.4mm/s；
(7)铸铁部件焊接修复时采用交流氩弧焊形式；
(8)铸铁部件的氩弧钎焊修复采用左向法；
(9)采用机械加工的方式对修复的铸铁部件进行加工使其满足尺寸要求；采用渗透探伤确保修复后的部件无裂纹气孔缺陷，合格后交付使用。
所述的铸铁部件氩弧钎焊修复方法，步骤(1)中，测量工具为内径百分表、游标卡尺和螺旋测微器之一种或两种以上。
所述的铸铁部件氩弧钎焊修复方法，步骤(2)中，机械加工为车削、铣和钻之一种或两种以上，人工打磨采用电动角向打磨机和电动直磨之一种或两种，铸铁件存在的缺陷为气孔、铸造疏松和裂纹之一种或两种以上。
所述的铸铁部件氩弧钎焊修复方法，步骤(4)中，铝青铜焊丝为铝青铜、镍铝青铜或高镍铝青铜焊丝。
所述的铸铁部件氩弧钎焊修复方法，步骤(7)中，对于壁厚为1～3mm的薄壁零件修复，采用脉冲交流氩弧焊。
所述的铸铁部件氩弧钎焊修复方法，步骤(9)中，机械加工的方式为车削、铣和磨加工之一种或两种以上。
本发明的设计思想是：
铸铁部件常规的焊接修复手段为熔焊，主要包括热焊、半热焊和冷焊三种方法，采用的焊接修复材料包括低碳钢、纯镍及镍合金、铜及铜合金等。采用上述电弧焊修复方法并选取合适的焊接修复材料虽然可能实现铸铁部件无表面裂纹的修复，但是在结合界面普遍存在裂纹(宏观裂纹及微裂纹)，更有甚者会在修复区产生白口组织。裂纹及白口组织的存在严重影响了修复区的焊接质量，铸铁部件在以后的运行过程中，会随着裂纹的扩展，再次失效。钎焊修复过程中基体材料不熔化或者微熔，只是焊接填料进行充分熔化。氩弧钎焊具有能量密度高、可以实现修复部件的快速加热，焊接修复后工件变形小；采用铝青铜焊丝作为修复填料，修复区的机械性能好，并具可加工性；修复过程中不会产生白口组织，经该方法修复的铸铁部件可长期稳定使用。
本发明与现有技术相比具有如下优点及有益效果：
1、采用本发明对铸铁部件进行高效、高质量的钎焊修复方法-氩弧钎焊，由于氩弧能量密度高，可以实现修复部件的快速加热，焊接修复后工件变形小。
2、采用本发明修复区较常规的熔焊修复相比，修复区无气孔、裂纹等焊接缺陷，焊缝质量高；采用铝青铜焊丝作为修复填料，修复区的机械性能好，并具可加工性。
3、由于结合界面不存在微裂纹，该方法尤其适合对气密性要求较高的铸铁部件的焊接修复。
4、由于修复过程中铸铁基材不熔化，修复过程中不会产生白口组织，经该方法修复的铸铁部件可长期稳定使用。
附图说明
图1为采用氩弧钎焊修复的灰铸铁金相组织。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明一种铸铁部件氩弧(TIG)钎焊修复方法如下：
(1)采用游标卡尺、螺旋测微器等测量工具对需要修复的铸铁部件进行相关几何尺寸测量，为修复后的机械加工提供相关尺寸数据；
(2)采用机械加工(如：车削、铣、钻等)和/或人工打磨(如：采用电动角向打磨机、电动直磨等)的方法，将铸铁件存在的缺陷(如：气孔、铸造疏松、裂纹等)完全去除，需要将修复部位打磨成U形坡口，坡口角度70～90°；如果为穿透性裂纹，需打磨成双边U形坡口；
(3)对修磨好的坡口进行渗透探伤。渗透探伤确定无缺陷后，采用清洗剂清洗，并用电热吹风机烘干；
(4)氩弧钎焊修复所用的焊材为直径0.8～1.2mm的铝青铜焊丝(如：常规的铝青铜、镍铝青铜、高镍铝青铜焊丝等)；
(5)由于铸铁具有易渗水渗油脂的特性，铸铁部件修复前需要采用氧乙炔加热的方法去除铸铁部件内部残留的水汽及油脂，火焰加热时采用氧化焰，此种加热方式可同时去除表面的石墨，改善钎焊润湿性；加热温度为150～200℃，修复区及周围50～70mm范围内也要达到该温度；
(6)铸铁部件氩弧钎焊修复所用的焊接设备为全数字化交直流两用氩弧焊机，钨极直3.2mm，钨极伸出长度5～8mm，钨极尖距钎焊位置距离3～5mm，氩气体积纯度99.95％，氩气流量8～10L/min，提前送气时间0.4～0.6s，滞后送气时间3～5s，焊接电流80～100A，焊接速度0.7～1.4mm/s；
(7)铸铁部件焊接修复时采用交流氩弧钎焊形式，采用交流氩弧焊可以在焊接过程中有效去除铸铁部件的氧化物及石墨，并有效改善焊材与铸铁部件的润湿性。
(8)铸铁部件的氩弧钎焊修复采用左向法，左向法具有熔深浅的特性，可以有效避免铸铁基材的熔化。
(9)采用机械加工的方式(如：车削、铣、磨加工等)对修复的铸铁部件进行精加工使其满足尺寸要求；采用渗透探伤确保修复后的部件无裂纹气孔缺陷，合格后交付使用。
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例对因设备故障引起的大型螺杆压缩机铸铁机壳裂纹的氩弧钎焊修复，具体氩弧钎焊修复包括如下步骤：
(1)采用内径百分表及游标卡尺损伤的内孔进行相关几何尺寸测量，为修复后的机械加工提供相关尺寸数据；
(2)采用电动角向打磨机及电动直磨机，对压缩机铸铁机壳存在的裂纹等打磨成U形坡口，坡口角度85°；
(3)对修磨好的坡口进行渗透探伤。渗透探伤确定无缺陷后，采用清洗剂清洗，并用电热吹风机吹干；
(4)采用氧乙炔加热的方法去除压缩机铸铁机壳需要修复部位内部残留的水汽及油脂，火焰加热时采用氧化焰；加热温度为180℃，修复区及周围60mm范围内也要达到该温度；
(5)氩弧钎焊修复所用的焊材为直径1.2mm的高镍铝青铜焊丝，其成分为Cu-9Al-5Ni-Fe-Si；
(6)铸铁部件氩弧钎焊修复所用的焊接设备为全数字化交直流两用氩弧焊机，钨极直3.2mm，钨极伸出长度5mm，钨极尖距钎焊位置距离5mm，氩气体积纯度99.95％，氩气流量8L/min，提前送气时间0.5s，滞后送气时间5s，焊接电流90A，焊接速度0.8mm/s；
(7)压缩机铸铁机壳焊接修复时采用交流氩弧钎焊，焊接方向采用左向法，左向法具有熔深浅的特性，可以有效避免铸铁基材的熔化。
(8)焊接结束后采用保温棉对修复部位进行保温缓冷，等冷却到室温后，采用渗透探伤对修复区域进行无损探伤，确保修复区域无裂纹、气孔等缺陷。
(9)采用立式车床对焊接修复后的压缩机铸铁机壳进行机械加工，使内径尺寸达到相关尺寸要求。
如图1所示，从采用氩弧钎焊修复的灰铸铁金相组织可以看出，结合界面良好无气孔，无裂纹，而且铸铁基体只是发生轻微熔化微熔。
实施例2
本实施例为对长时间工作的制氧机铸铁隔板腐蚀损伤的氩弧钎焊修复，具体氩弧钎焊修复包括如下步骤：
(1)采用游标卡尺损伤的制氧机隔板进行相关几何尺寸测量(以隔板未腐蚀部位为基准)，为修复后的机械加工提供相关尺寸数据；
(2)采用电动角向打磨机及电动直磨机，将制氧机铸铁隔板表面的腐蚀产物打磨干净，露出金属光泽；
(3)对打磨好的表面进行渗透探伤。渗透探伤确定无缺陷后，采用清洗剂清洗，并用电热吹风机吹干；
(4)采用氧乙炔加热的方法去除制氧机隔板需要修复部位内部残留的水汽及油脂，火焰加热时采用氧化焰；加热温度为200℃，修复区及周围60mm范围内也要达到该温度；
(5)氩弧钎焊修复所用的焊材为直径1.2mm的铝青铜焊丝，其成分为Cu-10Al-Fe；
(6)制氧机铸铁隔板氩弧钎焊修复所用的焊接设备为全数字化交直流两用氩弧焊机，钨极直3.2mm，钨极伸出长度8mm，钨极尖距钎焊位置距离4mm，氩气体积纯度99.95％，氩气流量10L/min，提前送气时间0.5s，滞后送气时间5s，焊接电流100A，焊接速度1.0mm/s；
(7)制氧机铸铁隔板焊接修复时采用交流氩弧钎焊，焊接方向采用左向法。
(8)焊接结束后采用保温棉对修复部位进行保温缓冷，等冷却到室温后，采用渗透探伤对修复区域进行无损探伤，确保修复区域无裂纹、气孔等缺陷。
(9)采用立式车床对焊接修复后的制氧机铸铁隔板进行机械加工，使修复区几何尺寸达到使用要求。
实施例结果表明，本发明可实现铸铁件(如：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等)的无裂纹高效修复；修复区力学性能好(如：强度高、韧性好、耐磨性高)并具加工性；由于采用高能量密度的氩弧做为钎焊热源，修复件变形小。

Claims (6)

1.一种铸铁部件氩弧钎焊修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采用测量工具对需要修复的铸铁部件进行相关几何尺寸测量，为修复后的机械加工提供相关尺寸数据；
(2)采用机械加工和/或人工打磨的方法，将铸铁件存在的缺陷完全去除，需要将修复部位打磨成U形坡口，坡口角度70～90°；
(3)对修磨好的坡口进行渗透探伤，渗透探伤确定无缺陷后，采用清洗剂清洗，并用电热吹风机烘干；
(4)氩弧钎焊修复所用的焊材为直径0.8～1.2mm的铝青铜焊丝；
(5)铸铁部件修复前需要采用氧乙炔加热的方法去除铸铁部件内部残留的水汽及油脂，火焰加热时采用氧化焰；加热温度为150～200℃，修复区及周围50～70mm范围内也要达到该温度；
(6)铸铁部件氩弧钎焊修复所用的焊接设备为全数字化交直流两用氩弧焊机，钨极直3.2mm，钨极伸出长度5～8mm，钨极尖距钎焊位置距离3～5mm，氩气体积纯度99.95％，氩气流量8～10L/min，提前送气时间0.4～0.6s，滞后送气时间3～5s，焊接电流80～100A，焊接速度0.7～1.4mm/s；
(7)铸铁部件焊接修复时采用交流氩弧焊形式；
(8)铸铁部件的氩弧钎焊修复采用左向法；
(9)采用机械加工的方式对修复的铸铁部件进行加工使其满足尺寸要求；采用渗透探伤确保修复后的部件无裂纹气孔缺陷，合格后交付使用。
2.按照权利要求1所述的铸铁部件氩弧钎焊修复方法，其特征在于，步骤(1)中，测量工具为内径百分表、游标卡尺和螺旋测微器之一种或两种以上。
3.按照权利要求1所述的铸铁部件氩弧钎焊修复方法，其特征在于，步骤(2)中，机械加工为车削、铣和钻之一种或两种以上，人工打磨采用电动角向打磨机和电动直磨之一种或两种，铸铁件存在的缺陷为气孔、铸造疏松和裂纹之一种或两种以上。
4.按照权利要求1所述的铸铁部件氩弧钎焊修复方法，其特征在于，步骤(4)中，铝青铜焊丝为铝青铜、镍铝青铜或高镍铝青铜焊丝。
5.按照权利要求1所述的铸铁部件氩弧钎焊修复方法，其特征在于，步骤(7)中，对于壁厚为1～3mm的薄壁零件修复，采用脉冲交流氩弧焊。
6.按照权利要求1所述的铸铁部件氩弧钎焊修复方法，其特征在于，步骤(9)中，机械加工的方式为车削、铣和磨加工之一种或两种以上。
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