铸件缺陷补焊机的性能与应用

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　　1 前言

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　　铸铁铸钢类型的零件在铸造、机械加工以及使用的过程中经常出现表面砂眼、气孔和划伤等缺陷。在现场高温预热难以实施的情况下，采用一般的焊接方法(如手工焊、氩弧焊)进行补焊，往往会造成热影响区硬化(或白口化)，甚至产生开裂现象。能否采用比较简便的方法补焊这一类型的表面缺陷；一直是困惑有关焊接工程技术人员的一个难题。

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　　日本电火花沉积焊机的出现，为解决这一问题提供了全新的思路。电火花沉积焊机的最大特点是热输入极小，因而对母材的损伤也极小。采用电火花沉积焊机补焊铸件表面缺陷，热影响区硬化(或白口化)以及开裂的倾向都会极大的降低。但是，日本产的电火花沉积焊机在我国的零售价高达20多万元人民币，很难推广和应用。鉴于国内铸件普遍存在缺陷的现状，非常有必要研制出一种价廉物美的铸件缺陷补焊机。

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　　2 新型铸件缺陷补焊机简介

　　2.1 补焊机的组成

　　补焊机主要由电源和焊枪两部分构成。

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　　电源包括充放电电路、控制电路和脉冲触发电路。

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　　焊枪包括普通焊枪和内孔焊枪。

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　　2.2补焊机工作原理

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　　在氩气的保护下，电源部分将高频脉冲电送至旋转着的电极材料，当旋转电极的端部与工件的表面接触时，便会产生放电。在电极与工件接触产生电火花的瞬间，电极接触区的温度高达7000-10000℃，电极材料熔融并向工件的表面沉积。

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　　2.3 主要特性

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　　由于采用了电火花沉积的原理，与常见的焊接方法相比，这一补焊机在补焊铸件的表面缺陷方面具备了优异的特性。

　　(1)基体抗变形能力以及抗裂性

　　补焊机在进行电火花放电时，虽然在放电的瞬间能产生7000。10000℃的高温，以使电极材料端部产生熔化和气化，但是，由于放电的时间很短，大约是0.1～0.2ms，放电的面积又很小，因此放电热作用只发生在工件表面的微小区域。就整个工件而言，仍处于常温状态或温度略有上升，工件不会因此而退火和变形。

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　　与常规的焊接方法相比，由于每一次放电沉积的金属和热输入都极小，相应地在工件表面造成的热影响区必然极薄，在热影响区形成的残余应力就会很低。再加上电极接触时的滚压作用，使得热影响区组织和应力分布有所改善。因此，采用补焊机进行补焊时，即使不预热，铸件的表面也不会开裂。曾采用补焊机在常温状态下补焊高铬白口铸铁缺口，缺口的外形尺寸为长18mm、宽5mm、深2.5mm，补焊后，未发现铸件有任何裂纹。而采用手工焊(焊条为Z308)的方法，一接触起弧，很快就会听到清脆的开裂声，根本就无法进行焊接。

　　(2)沉积层与基体的结合方式

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　　沉积层与基体的结合方式，取决于沉积时的反应以及反应产物。电火花沉积时放电区间温度高达7000-10000℃，足以使电极材料的端部以及基体的表面产生熔化和气化，冷凝所得到的沉积层必然是电极材料与基体材料重新合金化而形成的新的合金层。因此，沉积层与基体的结合方式为冶金结合，沉积层也可以称为堆焊层。

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　　既然是冶金结合，那么电极材料与基体材料就存在相互匹配的问题。如果两种材料之间的冶金反应很弱，既不能形成固液体，又不能形成化合物，那么将很难获得沉积层。

　　(3)沉积效率

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　　补焊机输入功率达1400W，放电频率达400～500Hz。在一般情况下，像绿豆大小的砂眼仅需要3-5min即可以焊接完毕。沉积效率能较好的满足铸件表面缺陷补焊的要求。

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　　(4)操作与灵活性

　　补焊机操作方法容易，不需要焊接技术等级较高的操作人员。

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　　3常规补焊工艺

　　先将待修铸件表面的氧化皮、铁锈、油渍以及污渍等去除干净，若铸件表面缺陷比较深时还应该开坡口。

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　　焊枪的选择：若缺陷裸露在外边时，应尽可能选用普通的焊枪；若缺陷位于内孔时，或缺陷特别细小时，应选用小型的焊枪。

　　将氩气的流量设置在5～lOL／min。

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　　选择合适的堆焊电极，夹紧在焊枪上，电极伸出喷嘴的长度可以控制在20mm以内。

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　　堆焊时，用电极的端部轻触铸件表面并移动。首先以较小的输出功率进行堆焊。一定要保证氩气连续不断地从喷嘴中喷出，以避免电极和堆焊层氧化。

　　增加输出功率进行堆焊，此时火花比较多，堆焊的金属应呈现出明亮的金属光泽。

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　　铸件表面太粗糙时，用锉刀修平后再堆焊。

　　选用机加工或钳工的方法均可加工堆焊的表面。

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　　4 典型应用实例

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　　为外贸加工的一批灰口铸铁平板，在精磨前发现有的平板表面存在砂眼。选用Z308焊条进行手工焊修补时，精磨后发现焊点的周围出现了一圈白亮的光环，灰口铸铁平板被判报废。究其原因，主要是热影响区在焊接的过程中产生了明显的硬化，硬化区的硬度比母材以及焊缝高出很多，在精磨时硬化区的磨削量比母材和焊缝都小，相当于对其在进行研磨，使得该处的光洁度明显的高于母材和焊缝。

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　　选用补焊机进行补焊砂眼时，材料选用镍基焊丝，执行常规的补焊工艺，很容易地完成了灰口铸铁平板表面砂眼的修补。精磨结果表明，铸铁平板的表面无任何亮点，补焊处的致密性优于铸铁的基体。

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　　5 结论

　　研制的铸件缺陷补焊机选用电火花沉积的原理，在补焊铸件表面的缺陷时，铸件不会退火和产生变形，即使不预热，铸件一般情况下也不会开裂。沉积层与基体的结合方式为冶金结合。 6 T! O8 X: l) h% u: x/ G2 l: x8 w

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