焊補法應用most廣,most可靠;滲補法經濟而有效;其它修復方法還有熔補、環氧樹脂粘補、塞補、膩補、金屬噴鍍等。
1.1 鑄鋼件的焊補
焊補是鑄鋼件的基本生產工序之一。鑄鋼件上的鑄造缺陷幾乎都可以用焊補法修復。電弧焊被廣泛采用。
(1)鑄鋼的焊接性 鑄鋼的含碳量對焊接性影響極大,合金元素的影響亦相當復雜。碳鋼或低合金鋼的焊接性通常用碳當量CE估計,近似計算公式頗多,大同小異,常用公式如下:
碳當量CE<0.4%,焊接性良好;碳當量愈高,焊接性愈差。
常見合金元素對鋼焊接性的影響,其見表28。
表28 若干元素對鋼焊接性的影響
元素 |
影響規律及說明 |
C |
C<0.25%,焊接性良好,C增加,焊接性顯著下降 |
Mn |
C<0.20%,Mn<0.8%~1.0,影響不大;Mn增加,焊接性變壞 |
Cu |
Cu<0.5%,影響可不計;Cu0.5%~0.6%影響亦不大 |
Al |
加入大量Al,焊接性變壞 |
Ti,Nb |
改善焊接性 |
P |
P<0.05%,影響可不計;P增加,降低焊接性 |
S |
降低焊接性 |
碳鋼和低合金鋼的焊接性,見表29。
(2)焊補要點 為了保證焊補品質(質量),應認真清理缺陷處的粘砂、氧化皮、夾雜物等;開出坡口;并根據鋼的焊接性做好焊前預熱和焊后熱處理。
表29 一些常用鑄鋼的焊接性
鋼種 |
主要化學成分(%) |
焊接性 |
焊前預熱溫度(℃) |
焊后于560~650℃退火 |
碳鋼 |
C<0.3 |
良 |
不需 |
不需 |
C 0.3~0.4 |
可 |
100~150① |
most好退火 | |
C 0.4~0.5 |
尚可 |
150~300 |
應進行 | |
錳鋼 |
Mn1.2~1.6,C0.2~0.3 |
可 |
100~150① |
most好退火 |
Mn1.2~1.6,C0.3~0.4 |
尚可 |
150~300 |
應進行 | |
鉻鋼 |
Cr<1.0,C<0.2 |
良 |
不需 |
不需 |
Cr1.5~1.6,C<0.3 |
可 |
150~200℃① |
most好退火 | |
鎳鋼 |
Ni<2.0,C<0.2 |
良 |
不需 |
不需 |
Ni2.0~3.0,C0.15~0.30 |
可 |
100~150① |
most好退火 | |
Ni>3.0,C0.3~0.4 |
尚可 |
150~300 |
應進行 | |
鉬鋼 |
Mo0.4~0.6,C<0.25 |
可 |
100① |
most好退火 |
Mo0.4~0.6,C0.25~0.35 |
可 |
100~150① |
most好退火 | |
銅鋼 |
Cu<2.0,C<0.2 |
良 |
不需 |
不需 |
注:V和Ti在其正常含量范圍內對焊接性的影響可不考慮,Si含量在1.0%以下無明顯影響。
① 形狀簡單的中小件可不預熱。
1.2 鑄鐵件的焊補
鑄鐵件上的氣孔、砂眼、夾渣、裂紋、滲漏等缺陷,若不超過焊補的允許范圍,可以進焊補修復。但是,鑄鐵的焊接性能差,焊后常用氣孔、變形,易斷裂,難加工,因此焊補鑄鐵時,應非常慎重。 (1)焊補方法 鑄鐵的焊補方法通常按工件的預熱溫度分類:焊前不預熱或僅預熱到250℃以下,稱為冷焊;焊前預熱到250~450℃,稱為半熱焊;焊前預熱到500~700℃,稱為熱焊。
|||
鑄鐵常用焊補方法的特點及適用范圍見表30。
表30 鑄鐵的焊補方法及其適用范圍
焊補方法 |
鑄件預熱 |
焊補特點 |
適用范圍 |
焊條電弧焊 |
不預熱冷焊 |
通常采用非鑄鐵焊條。若用鎳基焊條,焊后可加工;若用其它種類焊條,焊后加工性差,且焊縫強度和顏色各不相同,有的與母材接近
采用大直徑鑄鐵芯焊條和大電流時,若能嚴格執行冷焊工藝要點,則焊后可加工,硬度、強度、顏色與母材基本相同。但若缺陷四周剛度大時,焊后易開裂 |
冷焊、半熱焊主要用于非加工面上焊補,有時也用于加工面上焊補 |
400℃左右半熱焊 |
一般采用鋼芯石墨化型鑄鐵焊條,焊后加工性不穩定,強度與母材相近 | ||
500~700℃
左右熱焊 |
一般采用鑄鐵芯焊條。焊后需保溫緩冷。可加工,硬度,強度、顏色與母材基本相同,即使缺陷四周剛度大,焊后亦不易開裂 | ||
氧-乙炔氣焊 |
不預熱 |
焊后可加工,硬度、強度、顏色與母材基本相同。但焊后常易開裂 |
主要用于非加工面 |
600℃左右熱焊 |
預熱后快速焊。焊后在650~700℃左右保溫緩冷。可加工,硬度、強度、顏色與母材基本相同 |
多用于加工面 | |
釬焊 |
釬料與鑄件
一同加熱 |
釬料熔化,流布鑄件的縫隙或空洞中。焊后,鑄件變形小,易加工,但不宜高溫工作 |
主要用于修補孔洞,裂縫等缺陷 |
(2)焊條的選用 焊補鑄鐵缺陷應根據母材選 用適當焊條,見表31。
表31 根據鑄鐵材質選用焊條(日本焊接協會)
母材 |
焊條種類
焊接種類 |
鎳焊條
DFC Ni |
鎳鐵焊條
DFC NiFe |
鎳銅焊條
DFCNi Cu |
銅焊條
DFC Cu |
鐵焊條
DFC Fe | |
灰鑄鐵 |
補洞 |
優 |
優 |
優 |
優 |
優 | |
焊接 |
優 |
優 |
一般 |
差 |
差 | ||
焊補裂縫 |
優 |
優 |
稍差 |
差 |
差 | ||
球墨鑄鐵 |
補洞 |
良 |
優 |
一般 |
稍差 |
稍差 | |
焊接 |
一般 |
優 |
差 |
差 |
差 | ||
焊補裂縫 |
一般 |
優 |
差 |
差 |
差 | ||
可鍛鑄鐵 |
黑心與
白心 |
補洞 |
優 |
優 |
良 |
稍差 |
良 |
焊接 |
良 |
優 |
稍差 |
差 |
差 | ||
焊補裂縫 |
一般 |
優 |
差 |
差 |
差 | ||
珠光體 |
補洞 |
優 |
優 |
一般 |
稍差 |
良 | |
焊接 |
優 |
優 |
稍差 |
差 |
差 | ||
焊補裂縫 |
優 |
優 |
差 |
差 |
差 |
注:日本JISZ3252鑄鐵焊條(下列成分是焊縫金屬成分%):
焊條名稱 |
C |
Mn |
Si |
P |
S |
Ni |
Fe |
Cu |
DFC Ni |
1.8 |
1.0 |
2.5 |
0.04 |
0.04 |
>92 |
— |
— |
DFC NiFe |
2.0 |
2.5 |
2.5 |
0.04 |
0.04 |
40~60 |
余量 |
— |
DFC NiCu |
1.7 |
2.5 |
1.0 |
0.04 |
0.04 |
>60 |
2.5 |
2.5~3.5 |
DFC Cu |
1.0~5.0 |
1.0 |
2.5~9.5 |
0.04 |
0.04 |
— |
— |
余量 |
DFC Fe |
0.15 |
0.8 |
1.0 |
0.03 |
0.04 |
— |
余量 |
— |
1.3 鑄鋁件的焊補
常用焊補方法及其應用見表32。
表32 鑄鋁件常用焊補方法及應用
方法 |
焊補要點 |
應用 |
氣焊 |
1.焊條與補焊鑄件相同
2.熔劑①(焊藥);氯化鉀30%~50%,氯化鋰0%~23%,氯化鈉0%~45%,氯化鋇0%~40%,氯化鈉0%~9%,氟化鉀0%~15%,冰晶石0%~20%。
3.鑄件預熱到300~400℃,保溫2~3h |
廣泛應用 |
金屬極電弧焊 |
1.焊條常用鋁硅合金焊條(Si4%~6%)也可用純鋁焊條(Al≥99.5%)
2.工件預熱溫度:壁厚<6mm,100~150℃;壁厚6~8mm,200℃左右;壁厚8~12mm,350~400℃
3.焊后300~350℃回火 |
適于大鑄件,重要鑄件,如缸體,缸蓋等。應用較廣 |
氬弧焊 |
1.焊條位于鎢極下方,端頭伸入熔池,在氬氣保護中,鎢極熔化金屬
2.鑄件預熱150~200℃;焊后緩冷 |
適于重要鑄件,如缸體、缸蓋等。質量好,成本高 |
① 指質量分數。
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1.4 浸滲修補
將液態材料(浸滲劑)滲透進疏松等缺陷里,硬化,堵塞孔洞,修復鑄件的方法,稱為滲浸修補。浸滲是鑄件防滲漏的有效途徑,廣泛用于各種耐氣壓或液壓的鑄件,如發動機缸體、缸蓋、進氣管,壓縮機鑄件,閥類鑄件,泵類鑄件等。
(1)浸滲方法 浸滲分為局部浸滲和整體浸滲兩大類,每類又根據浸滲條件分為若干浸滲方法。分類如下:
內壓浸滲是待補鑄件只留一個開口,其余開口均封閉,然后在鑄件內腔裝滿浸滲劑,從開口處加壓,浸補。
真空浸滲是將鑄件裝入耐壓罐內,密封,抽真空,在真空條件下注入浸滲劑浸滲;壓力浸滲是使浸滲劑在壓力條件下浸滲鑄件;真空壓力浸滲是鑄件裝入耐壓罐內先真空浸滲,再進一步壓力浸滲。
真空浸滲是國內外公認的most有成效的浸滲方法,應用most多。
(2)浸滲劑 浸滲劑是在浸滲處理中用以密封鑄件微孔缺陷的液態化學物質。浸滲劑分為無機浸滲劑和有機浸滲劑兩大類,種類繁多,分類如下;
其中效果most佳者是硅酸鹽、聚酯類、厭氧型三種浸滲劑。
1)硅酸鹽浸滲劑 以水玻璃(硅酸鈉溶液Na2O·mSiO2)為主要成分,以多種金屬氧化物超細粉為固化劑等,調制而成。水玻璃模數一般2.7~3.0,密度稀釋到1.29~1.35g/cm3;氧化物一般超細到270~400目。典型配比如下:水玻璃溶液73.7~96.7%,超細無機金屬鹽2%~10%多種超細金屬氧化物(如ZnO,MgO,CaO,Al2O3,Fe2O3等)0.1%~3%。穩定劑0.5%~5%,有機增韌劑0.5%~5%,表面活性劑0.1%~1%,高分子分散劑0.1%~0.3%等。技術參數,見表33。
硅酸鹽浸滲劑耐高溫(500~800℃),成本低,但質脆,收縮大,易龜裂。可滲補0.4mm以下的微孔;若孔較大,需重復浸滲。
表33 硅酸鹽浸滲劑的技術參數
性能 |
技術參數 |
pH(25℃) |
11~12 |
粘度(25℃)m·Pa·s |
14~18 |
相對密度(25℃)g/cm3 |
1.2~1.35 |
表面張力(25℃)N/m |
0.04~0.06 |
滲補鑄件壁厚 mm |
>2 |
浸滲most大孔徑 mm |
≤0.2 |
浸滲效率 % |
90~95 |
2)聚酯類浸滲劑 通常是以苯乙烯為稀釋劑的聚酯溶液。表面張力小,浸滲效率高,收縮率低,耐介質作用,滲補件承壓大。但固化需加熱到100~135℃,作業場地需通風,價格貴。可滲補0.2mm以下的微孔,一次滲補成功率高。
3)厭氧浸滲劑 以丙烯酸酯類為主要成分,添加引發劑、促進劑、表面活性劑、阻聚劑等,配制而成。
|||
厭氧浸滲劑對氧化極敏感,在空氣中,由于氧的阻聚作用而能長期保持液態且低粘度;一旦隔絕空氣,就發生聚合反應,變為固態。特點:粘度小,浸滲效率高(>99%),固化不收縮亦不膨脹,耐腐蝕,承壓大;但不耐熱(<150℃),價格昂貴。通常滲補0.2mm以下的微孔,most大孔徑0.4~0.5mm。適用于各種鑄造合金。
(3)浸滲工藝及設備 浸滲工藝與浸滲方法和浸滲劑有關,通常分為三階段:前處理浸滲,后處理在各種浸滲工藝中,硅酸鹽真空浸滲most常用。
1)硅酸鹽真空浸滲工藝(表34)
表34 硅酸鹽真空浸滲工藝
階段 |
工藝過程及要點 |
前處理 |
1.脫脂:在有加熱裝置的脫脂容器中,一般用60~80℃的堿液或三氯乙烯蒸汽,去除鑄件表面油污。脫脂是關鍵工序
2.清洗;通常用清水沖洗
3.干燥:風干,或烘干 |
浸滲處理 |
鑄件放入浸滲罐
1.抽真空:真空壓力一般選-0.093~-0.098MPa,持續10~15min
2.注液,真空浸滲:浸滲液滲進鑄件的微孔缺陷中
3.壓力浸滲:向浸滲罐施壓,一般選0.5~0.8MPa,滲進鑄體微孔的浸滲劑,在壓力下進一步向縱深滲入真空壓力浸滲延續時間一般選10~15min
4.降壓到0.2MPa,排液 |
后處理 |
1.取出鑄件,滴干,清洗(漂洗或沖洗)干凈
2.固化:鑄件在有加熱裝置的容器或烘箱中,恒溫80~100℃,固化2~3h
3.風干:取出鑄件,風干20~24h |
2)硅酸鹽真空浸滲設備:成套設備主要有:脫脂罐,清洗罐,浸滲罐(及其貯液罐、真空泵),鈍化罐,固化罐等。
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