倾翻风缸焊补工艺的研究

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1、倾翻风缸焊补工艺的研究冯福庆1，张微2，关世武1，高阳3，曹明娟1，申庆海1(1鞍钢集团铁路运输设备制造公司；2鞍钢股份有限公司设备保障部；3鞍山科德轧辊表面处理有限公司；鞍山114021)摘要：该文介绍了采用CO2+O2混合气体保护焊对倾翻风缸进行补焊的工艺过程。通过对灰口铸铁部件的实际补焊操作，总结出合理的焊接工艺。关键词：倾翻风缸；焊接；铸铁1前言倾翻风缸是铁路自翻车上的重要组成部件。其主要是实现自动卸货的功能。倾翻风缸主要由风缸外套、外活塞和内活塞组成。这三种工件的材质是HT200珠光体型灰铸铁，其最低抗拉强度为200MPa。工件的特点是壁薄、

2、形状复杂、外形尺寸大。在北方冬季由于气候寒冷、型砂烘干不到位和铁水冷却速度较快，经常产生各种铸造缺陷，废品率比较高。特别是那些经过半精加工后才发现内部铸造缺陷，而形成废品的这一问题具有普遍性，解决这一问题具有重要的经济意义。2焊接性分析铸铁是含碳量大于2％的铁碳合金，其中还含有一定量的硅、锰元素及硫、磷杂质。灰口铸铁中的碳以片状石墨存在于基体中，灰铸铁几乎没有塑性和韧性，凝固过程中对冷却速度很敏感，而且强度低，灰铸铁补焊(冷焊)时在熔合线处易产生白口组织(Fe3C)，这种组织硬而脆，在应力作用下常在白口区产生裂纹，甚至焊缝剥离现象[1]。因此，灰铸铁的

3、可焊性是比较差的。修复倾翻风缸缺陷时，一般采取冷焊法，使用Z308纯镍焊条施焊。焊接过程中，还要采取“短段、断续、分散焊”的措施来避免焊接区过热、产生应力和裂纹。如果电流过小，容易造成熔合不良，如加大电流，则使焊缝中熔入母材过多而无法进行机械加工。在这种情况下，由于加热时间短，对焊补处进行快速加热、快速冷却、容易在热影响区形成白口组织[2]。如果是热焊法，还须焊前预热焊件至约650℃，焊后保温缓冷。用焊条电弧焊法补焊铸铁不但程序繁琐，费时费力，效率低，而且焊接质量难以保证。焊条Z308的焊芯为纯镍，焊条价格昂贵(约300元／kg)，造成维修成本很高[3

4、]。为此尝试用CO2+O2混合气体保护焊的方法来补焊灰铸铁。3焊接材料及焊前准备3．1焊接设备及材料采用NBC—320型半自动CO2保护焊机，GH—1型混合气体配比器，焊丝为H08Mn2SiA，直径为1．0mm；氧气及二氧化碳气体各一瓶，氧气纯度大于98．5％，二氧化碳气体的纯度为99．8％。3．2焊前清理(1)清理缺陷。用砂轮、钢丝刷等工具认真清除铸件及缺陷上的粘砂、氧化铁等杂质，否则补焊时易出现气孔、裂纹等缺陷。(2)坡口准备。正确观察缺陷的情况及用扁铲或角磨开坡口将缺陷制成适当的坡口以备焊接。为了防止在焊补过程中裂纹扩展，应在裂纹端部3～5mm处

5、钻止裂孔，孔径为5～8mm。4焊接工艺参数及操作焊接参数对焊接质量起着非常重要的作用。补焊前对焊接电流、电压、焊接速度、气体流量以及混合气比例等进行了反复的试验，最终选用如表1所示参数进行实际补焊。采用直流反接，熔滴过渡形式为短路过渡。焊接前用氧乙炔火焰对补焊部位及附近区域进行适当的加热，温度在50～60℃为宜。焊接时采用多层多道方式焊接，根部第一道焊接时不做摆动，尽量降低母材在焊缝中的熔合比，以降低铸铁中的硫、碳等元素进入到焊缝中的含量，有利于提高焊缝的质量；每层焊接时，先焊坡口两边，再焊中间，这样有利于减少焊接应力及变形，中间焊道可以做适当的摆动，

6、每层焊道厚度一般以3~4mm为宜。焊接背面时，应先用角向砂轮清根，以保证整个断面焊透。用小锤敲击焊道，以改善焊缝的应力分布，焊后用石棉布覆盖保温缓冷。焊接过程中观察到电弧燃烧稳定，熔滴过渡正常，熔池中没有剧烈的物理反应发生。此现象表明填充物与母材并不排斥，较为亲和。施焊完毕后，发现焊缝成形尚可，亦无焊条补焊法经常出现的裂纹、未熔合等缺陷。5焊后检验及分析5．1焊后检验(1)外观检查：用五倍的放大镜检查焊缝表面未发现裂纹。(2)硬度检查：母材、焊缝及熔合区布氏硬度分别为161，193，235HB。(3)金相检查：焊后切取试块，磨削试块后经抛光处理，再用4

7、％硝酸酒精腐蚀，在450倍显微镜下观察，其结果是母材区金相组织为高于98％珠光体+细小的A型石墨；融合区金相组织为粒状珠光体+铁素体+少量碳化物；焊缝区金相组织为粒状珠光体+铁素体+少量渗碳体。由此可见，焊补区金相组织合格。5．2分析讨论根据CO2气体保护焊的特点以及多年焊接经验，得出以下几点结论：(1)CO2气体保护焊采用小电流、低电压焊接且属于短路过渡过程，有利于减少母材熔深，降低焊缝含碳量。同时在焊接过程中，焊丝熔化速度快，使其熔敷效率很高，熔池中的金属主要是焊丝熔化后的填充物，大大降低了高碳高杂质母材的熔入量，从而使焊缝性能得到保证。(2)CO

8、2+O2保护气体具有氧化性。在高温时，可以氧化一部分碳[4]，能将熔池中的碳部分烧损，可使焊缝