铸造缺陷修补机在发动机铸件缺陷焊补方面的应用及分析

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王宗舜，彭兴玖
(北京奥宇可鑫表面工程技术有限公司 北京101400)

摘要：通过铸造缺陷修补机在灰铁250、球铁50及铝合金101三种材质试块上焊补效果的显微分析，以及对3件HT250发动机缸体、3件ZL101发动机缸体缺陷渗漏的焊补效果检测，说明铸造缺陷修补机在灰铁、球铁、铝合金三种材质上的焊补效果满足性能要求，是一种值得推广的新技术。
说明：由于我国铸造废品率远高于日本、欧盟等发达国家，于是铸件挽救工程在我国就显得尤为重要。世界第一台专用于修复铸件缺陷的设备在1999年诞生于中国北京奥宇可鑫公司，经过近五年的长时间跟踪研究，从用户使用的宏观效果的反馈及微观的实验室分析，我们认为此项新技术已发展成熟，希望将我们的研究成果与广大铸造界朋友共同分享，为铸件挽救工程尽力。
关键词：缺陷;焊补;铸造缺陷修补机;灰铁;球铁;铝合金;发动机缸体     

Analysis and Application of Repairing The Casting Defect to The Engine With The Repairing Machine
Zong shun wang1，Xing jiu peng2
(Beijing Aoyuksin Surface Engineering Technology CO., LTD   Beijing 101400)

Keywords：defect; welding; Cast the blemish to repair the machine; Gray iron; Magnesium iron;Alumiunm metel alloy; cylinder body



1   试块的制做与分析：
1.1 灰铁试块的制做与分析
    材质：HT250、数量：1块、尺寸：长×宽×厚为80mm×20mm×10mm，在100mm×20mm平面上钻Ф2-Ф6mm、深3-6mm的孔3个，补材选择材质为HT250、厚度为0.4mm左右的车屑，设备选择铸造缺陷修补机第五代产品AKZQB-2000C型进行焊补。
    (1)宏观检测：焊补后基体温度升高≤5℃，经磨床磨削表面达粗糙度Ra0.6时目测：颜色与基体一致、无焊补痕迹、无裂纹，用手提硬度计检测硬度：基体硬度为HB165-178，焊补点硬度为HB175-187。
(2)金相分析：对焊补点进行抛光、浸蚀，制做金相分析试片3块，经250倍放大后，金相组织如图a：左边为基体HT250、右边为补材HT250，焊补点组织改变率≤8%，中间区域为过渡区，过渡区内有部分渗碳体出现，实际宽度在0.1-0.2mm之间。
(3)结论：试块在焊补过程中始终处于常温状态，焊补点与基体金相组织基本上未有变化，热影响区≤0.2mm，机械加工后焊补点颜色与基体相同，无裂纹、无焊补痕迹、无焊补硬点。


1.2 球墨铸铁试块的制做与分析：
    材质：QT50、数量：1块，尺寸：长×宽×厚为100mm×20mm×10mm，在100mm×20mm平面上钻Ф2-Ф6mm、深3-6mm的孔3个，补材选择材质为QT50、厚度为0.4mm左右的车屑，设备选择铸造缺陷修补机第五代产品AKZQB-2000C型进行焊补。
(1)宏观检测：焊补后基体温度升高≤5℃，经磨床磨削表面达粗糙度Ra0.6时目测：颜色与基体一致、无焊补痕迹、无裂纹，用手提硬度计检测硬度：基体硬度为HB170-180，焊补点硬度为HB183-195。
(2)金相分析：对焊补点进行抛光、浸蚀，制做金相分析试片3块，经250倍放大检测：金相组织如图b：左边为基体QT50、右边为补材QT50，焊补点组织改变率≤5%，中间区域为过渡区，有大量未改变的球状石墨体存在，渗碳体的出现数量很少，实际宽度在0.1-0.2mm。

(3)结论：试块在焊补过程中始终处于常温状态，焊补点与基体金相组织基本上未有变化，焊补点周围热影响区≤0.2mm，机械加工后焊补点颜色与基体相同，无裂纹、无焊补痕迹、无焊补硬点。
1.3 铝合金试板的制做与分析
材质：ZL101、数量：1块、尺寸：长×宽×厚为80mm×20mm×5mm，在80mm×20mm平面上钻Ф4mm、深4mm的孔3个，补材选择材质为Ф3mm的ZL101铝焊丝，设备选择有色金属缺陷修补机AKZQB-2000D。
(1)焊补参数：频率800HZ、弧比55%、幅度60%、转速85%，使用高纯度氩气。
(2)宏观检测：基体温度升高≤2℃，无变形、无塌陷，经铣削表面粗糙度达Ra0.8时，目测：颜色与母体一致，无焊补痕迹，二十倍放大镜检测无裂纹。
(3)金相分析：制做分析试片，用400倍显微镜观测：金相组织如图C，热影响区宽度微小，只跨越3—4个晶粒，晶粒大小与母体相近，未出现明显粗大现象，热影响区内树枝状晶粒已由母体的硅相处开始生长且细小均匀。

(4)结论：补材与母体在焊缝区内已相互结晶、连续生长、互相渗透、无明显分界区域，母体组织未出现破坏现象。

2 实物铸件的缺陷焊补效果与分析
2.1 铸铁发动机缸体渗漏缺陷的焊补效果及分析
    材质：HT250，数量：3件，新品发动机在质检过程中发现水腔壁、油腔壁及配合面上有气孔、砂眼，并伴有渗漏现象，缺陷直径大约在Ф1-Ф10mm左右，缺陷所在位置壁厚4—12mm，补材选择08#、厚度为0.2mm的金属片及厚度为0.4mm左右的HT250车屑，设备选择铸造缺陷修补机第五代产品AKZQB-2000C型。
    (1)焊补工艺：首先用电钻或电磨头将＜Ф3mm的气孔、砂眼扩大到Ф3mm以上，扩孔深度根据要求决定，一般5-6mm的深度即可承受足够大的压力（250MPa），焊补非加工面上的缺陷时，当焊补层与基体相平齐时，将频率改变为16-20HZ进行平整焊补，其焊补后的表面可不用进行喷丸处理，焊补加工面上的缺陷时，可不用进行最后的平整焊补而直接进行机械加工。
    (2)焊补效果检测：目测焊补点无焊补痕迹、PT剂着色探伤无裂纹、250Mpa试压无渗漏、满足质检要求。
2.2 铝合金发动机缸体的焊补效果及分析
    材质：ZL101，数量：3件，缸体在加工过程中加工面及非加工面出现气孔、砂眼，缺陷位置：孔壁及配合面；缺陷数量：每件2—3个，缺陷大小：Ф2mm—Ф10 mm，补材：直径为Ф3mm的ZL101铝焊丝，设备选择有色金属修补机AKZQB—2000D型。
    2-1焊补工艺：首先用电钻或电磨头将小于Ф3mm的气孔、砂眼扩大到Ф3mm以上，扩孔深度根据要求决定，一般5—6mm深度即可承受足够大压力（200Mpa），设备参数如下：频率850HZ、弧比60%、幅度65%、转速80%，未使用氩气保护。
    2-2焊补效果检测：已加工到标准尺寸的面上的缺陷，采用铝合金专用电磨头打磨加工，未到标准尺寸的加工面上的缺陷，通过铣削加工达到标准尺寸，目测：焊补点致密、无焊补痕迹、无色差，用二十倍放大镜检测无裂纹，经200 Mpa试压无渗漏。
3、结论：
（1）、通过对灰铁、球铁试块焊补效果的金相分析，及对灰铁发动机缸体的实物焊补，我们可以认为用铸造缺陷修补机第五代产品AKZQB-2000C型设备对铸铁缺陷进行焊补，补材选择同材质的车屑，经后序机械加工后，颜色与基体一致，无焊补痕迹、无裂纹，可以满足焊补后要求无色差的加工表面上的缺陷焊补；铸件在焊补过程中始终处于常温状态，无组织变化、无内应力，故制件在工作运行中，不会因为长期的振动、温度变化等原因释放内应力而出现微裂纹，所以铸造缺陷修补机不但满足机床导轨、曲轴、刹车盘等普通铸铁缺陷的焊补要求，而且应用其对发动机缸体、缸盖、箱体、壳体、油缸、泵、阀等渗漏缺陷进行焊补是也安全、可靠的。
（2）、通过对ZL101铝合金试板的金相分析，及其发动机缸体实物的缺陷焊补，可以认为用有色金属铸造缺陷修补机AKZQB-2000D型设备对铝合金进行焊补，制件始终处于常温状态，热影响区小（0.1mm—0.2 mm），热影响区晶粒未出现粗大现象，强度削弱程度微小，无热变形、无塌陷、无渗漏，可以很好地满足铝质发动机缸体、缸盖及其它铝质铸件的缺陷修补。
    （3）、由于铸造缺陷修补机的焊补过程是一个高频脉冲焊补点的反复熔化堆积过程，对于小于Ф20mm的缺陷焊补有其广扩的应用范围；对于较大缺陷的焊补，其焊补效率是其选用时所需考虑的首要因素，大缺陷铸件的焊补应与传统工艺复合应用，其创造的经济效益还是巨大的。
    （4）、铸造缺陷修补机在我国（北京奥宇可鑫公司）诞生已有六年的时间，技术、服务完成了从发展到完善的初级阶段，AKZQB-2000C、AKZQB-2000D两代产品所具有的常温同材质焊补、组织致密、无裂纹、颜色与基体相同等特点，使其能很好地满足铸铁、铸钢、不锈钢、铸铝、铸铜等金属的缺陷焊补要求。通过长时间对其理论与实践的研究，我们认为此种新的技术已趋成熟，它的大范围应用必将直接为我国铸造企业创造效益。