[摘要]本文對(duì)鑄鐵汽缸蓋發(fā)生裂紋缺陷時(shí)能否焊補(bǔ)進(jìn)行了可焊性分析，并且介紹了如何獲得優(yōu)良焊補(bǔ)質(zhì)量的手段一工頻感應(yīng)加熱焊補(bǔ)。

[關(guān)鍵詞]工頻感應(yīng)加熱 感應(yīng)器

[Abstract] This paper is the ability to weld up the cast iron cylinder head crack defects weldability analysis, and means of how to get good weld up the quality of a power frequency induction heating welding repair.

[Key words] frequency induction heating sensor

中圖分類號(hào)：TH17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104(2012)

1、前言

汽輪機(jī)是熱電廠的心臟，它的正常工作決定了否能正常供熱、發(fā)電。汽缸蓋是它不可缺少的組成部分。而鑄鐵氣缸蓋在使用過程中往往發(fā)生裂紋缺陷，直按影響了它的使用壽命和正常使用，因此，能否采用一定的工藝后續(xù)修復(fù)這些缺陷，使汽缸蓋“起死回生”是廣大使用單位部門關(guān)心的。我們經(jīng)過一定的研究的摸索，提出了焊補(bǔ)修復(fù)工藝，如果可行，它將對(duì)保證氣缸蓋良好技術(shù)狀態(tài)，延長(zhǎng)使用壽命，節(jié)省資金有很大意義。

2、氣缸蓋的可焊性分析

鑄鐵汽缸蓋的材料一般為蠕墨鑄鐵和合金鑄鐵，其金相組織為細(xì)片狀石墨，基體為索氏體型珠光體或細(xì)層狀珠光體以及少量的磷共晶。

2.1、鑄鐵可焊補(bǔ)過程中，發(fā)生體積的不可逆膨脹，有以下幾個(gè)原因：

2.1.1珠光體中滲碳體分解

2.1.2隨同A1相變而弓l起的體積變化

2.1.3固溶鐵素體硅的氧化

2.1.4滲碳體分解而產(chǎn)生的微細(xì)裂紋

2.2鑄鐵中不但含有各種氧化夾雜物，而且還有H、O、S等氣體，這樣變惡化了可性。

2.3焊補(bǔ)后往往冷卻過快，激起白口化，加大收縮，增加了裂紋的產(chǎn)生。

2.4汽缸蓋的形狀復(fù)雜，壁厚薄不均，內(nèi)部的殘余應(yīng)力較大，這個(gè)不利因素加大焊補(bǔ)過程的困難。

2.5經(jīng)過長(zhǎng)期高溫、高壓工作的汽缸蓋由于工作過程被氧化腐蝕，也促使體積不可逆膨脹，組織疏松且氣體還會(huì)向金屬內(nèi)部護(hù)擴(kuò)散，生成很大的壓力和應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)將生成顯微裂紋。由于汽缸蓋本身材料和結(jié)構(gòu)原因，加上惡劣的工作條件而造成它的可焊性差，經(jīng)過長(zhǎng)期使用后的可焊性更差。

2.6我們工作中用了幾種工藝手段對(duì)汽缸蓋進(jìn)行修補(bǔ)，效果都

不理想，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)后焊補(bǔ)成功了，加工后經(jīng)水壓試驗(yàn)無滲漏現(xiàn)象，證明質(zhì)量良好。

3、加熱設(shè)備的選擇

3.1我們著先采用了冷焊對(duì)鑄鐵汽缸蓋補(bǔ)救，但效果不好，所以我們就采用了熱焊工藝。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明：采用鑄鐵熱焊工藝，雖工序較復(fù)雜，但它能得到優(yōu)良的焊補(bǔ)質(zhì)量。焊補(bǔ)金屬與熱影響具有良好的加工性、中夠的強(qiáng)度及緊密性。熱焊時(shí)予熱至7 0 O℃左右，應(yīng)用氣焊法補(bǔ)這種方法對(duì)克服鑄鐵組織的白口化傾向及減少焊補(bǔ)收縮應(yīng)力是有力的。

3.2選擇加熱方法：首先用了煤碳加熱，煤碳加熱雖能控制加熱速度和溫度，但不能保持焊補(bǔ)時(shí)的加熱溫度，焊補(bǔ)過程的勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)保證焊接質(zhì)量帶來困難。后又采用電爐熱的方法，它雖能改善焊工操作條件，提高焊補(bǔ)質(zhì)量，但在保持加熱溫度下還不夠理想，且電熱設(shè)備較復(fù)雜。因此，這兩種方法都沒采用，經(jīng)過摸索采用了工頻感應(yīng)加熱的方法。通過實(shí)驗(yàn)，感應(yīng)加熱的方法無論在控制焊補(bǔ) ， 工件的加熱溫度速度、保持一定的焊補(bǔ)溫度都是理想的，從而確保了焊補(bǔ)質(zhì)量，避免裂紋、氣孔等缺陷發(fā)生，

焊補(bǔ)操作條件大為改善。

3.3工頻感應(yīng)加熱的實(shí)質(zhì)就是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象一電流表面效應(yīng)與熱效應(yīng)。當(dāng)導(dǎo)體位于一匝或數(shù)匝有電通過的線圈所造成的磁場(chǎng)中時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，由于電動(dòng)勢(shì)E的作用，在導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生了感應(yīng)電流I。 I=E/Z。z=導(dǎo)體內(nèi)的總阻抗(歐姆)。這電流在導(dǎo)體內(nèi)流動(dòng)就將導(dǎo)體加熱。

3.4感應(yīng)加熱的主要設(shè)備電變壓器和感應(yīng)器二部分組成.。

3.4.1變壓器否量的估計(jì)

3.4.1 1被加熱物體本身所需的勢(shì)量：Q：Q=MC(t2一t1)

M-被加熱物體的重量(千克)，c=比熱(千卡/千克度)(t2一t1)=加熱前后的溫度差。

3.4.1.2熱量的散失包括輻射，對(duì)流和傳導(dǎo)。

3.4Л.1.3通過感應(yīng)器被水帶走的熱量 Q=0.24I2Rt所需

功率P1=Q/JXT;J=O.2 4.(熱功當(dāng)量);t=(加熱時(shí)間);

3.4.1.4電效率=η：熱效率=ηt，;總效率η=η3×ηt 輸入感應(yīng)器的功p2：p1/η：無功功率pr=p2/cosФ，CO SФ：功率因素。這樣，我們就可以根據(jù)計(jì)算的Pr來選擇變壓器。

3.4.2感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)

3.4.2.1感應(yīng)器的大小完全決定于汽缸蓋的外形尺寸而繞制的.它是用外徑14—1 8毫米，厚2毫米左右的平直紫銅管。感應(yīng)器的兩端立焊以螺紋頭以連接進(jìn)出水的橡皮管;以及連接板以接電源感應(yīng)器。做好后應(yīng)進(jìn)行2—3公斤/ 厘米2的水壓試驗(yàn)。

3.4.2.2感應(yīng)器具體尺寸：根據(jù)汽缸蓋的外形尺寸加上 2 5—3 0毫米的一層絕熱材料的厚度就是感應(yīng)器的外形內(nèi)尺 寸。例如：汽缸蓋外形尺寸：7 1 0×37 2×2 0 0(毫米)，則感應(yīng)器的輪廓內(nèi)尺寸：7 1 0×4 32 x 2 6 0(毫米)。

3.4.3絕熱材料：為了減少加熱過程的熱量散失，提高熱效率， 在汽缸蓋的整個(gè)外部也用適當(dāng)?shù)囊粚邮�棉絕熱。對(duì)于需要焊補(bǔ)的區(qū)域根據(jù)尺寸的大小開小孔，且在焊補(bǔ)前后都應(yīng)用石棉繩布蓋位，避免熱量的散失。

3.4.4冷卻裝置：線圈通電后由于電的熱效應(yīng)，紫銅管溫度很快升高，從而影響它正常工作，甚至?xí)�燒毀，所以�?yīng)該裝置冷卻設(shè)備。我們用水作為冷卻液，把橡皮管套在感應(yīng)器的兩端，其一端聯(lián)接自來水出口，另一端把輸出水送入下水送，這時(shí)，一定要保證水的流量，以保證水溫控制在5 0℃。

3.4.5操作要點(diǎn)：除焊工負(fù)責(zé)焊補(bǔ)工作外，還需要有一個(gè)普通電工負(fù)責(zé)控制整個(gè)加熱過程。

3.4.5.1在焊補(bǔ)外用熱電偶測(cè)量溫度

3.4.5.2平均升溫速度達(dá)達(dá)6℃/分，下圖是我們?cè)谝淮螌?shí)驗(yàn)中所得到的溫度曲線。

溫曲線1：鑄鐵汽缸蓋的溫度曲線

曲線II：鑄鐵汽缸蓋升溫速度曲線

3.4.5.3保溫：由于加熱過程的溫度一直比較均勻且焊補(bǔ)后溫度略有井高，所以，焊補(bǔ)一結(jié)束，電源接通十分鐘左右，待內(nèi)外溫度更均勻一些即可關(guān)閉電源，直到溫度將下到保溫溫度以下時(shí)再接通電源，使其再升高到上述溫度的上限后關(guān)閉。這樣反復(fù)進(jìn)行到該階段結(jié)束。

3.4.5.4降溫：由于汽缸蓋邊都包有石棉層，所以要

經(jīng)過1 2小時(shí)以上才把溫度下降到室溫，這時(shí)消除缸蓋內(nèi)部存在的各種應(yīng)力極有利。

4、予熱溫度及填充金屬的選擇：

鑄鐵汽缸蓋裂縫焊補(bǔ)質(zhì)量要求高，焊補(bǔ)后不能有任何新的裂紋產(chǎn)生，也不允許存在氣孔，我們從以下三方面試驗(yàn)：

4.1加熱溫度：

鑄鐵熱焊預(yù)熱溫度一般在4 00-6 00 ℃左右，它隨著鑄件大小、壁厚、焊補(bǔ)部位剛性大小，鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜選取。汽缸蓋形狀復(fù)雜、壁薄、剛性大、選用偏高的溫度是合理�？紤]到鑄鐵長(zhǎng)時(shí)間在高溫下，珠光體分解，鐵素體增多，使鑄件硬度下降、強(qiáng)度下降、確立了預(yù)熱溫度6 00—6 5 O℃，施焊發(fā)現(xiàn)此時(shí)溶池熔融金屬流動(dòng)差，溶渣不易去除，焊后加工有氣孔缺陷存在。為了提高焊補(bǔ)工藝性，我們將預(yù)熱溫度提高到7 0 0℃，焊補(bǔ)后質(zhì)量較好，氣孔狀況改善很大，所以我們選用了這個(gè)溫度規(guī)范。

4.2填充金屬的選擇：

經(jīng)各種焊梆的試驗(yàn)及實(shí)踐應(yīng)用，一般溶融金屬流動(dòng)性較佳的填充金屬其s’含量偏低些，不超過3%，我們用了2.3%左右的填充棒，含磷量取偏上限是有利的，我們選用了0.5 9%左右。

4.3熔劑的應(yīng)用：

鑄鐵焊補(bǔ)時(shí)形成si02，熔點(diǎn)較高，這種難溶的氧化物薄膜妨礙接正常進(jìn)行，應(yīng)用熔劑能使其稀釋，降低熔點(diǎn)，我們常用硼砂(脫化)作熔劑。

5.焊補(bǔ)工藝

5.1焊前仔細(xì)檢查裂紋缺陷延情況，并將缺陷金屬排

除，焊穴開作成7 0—8 0。V型坡口(見圖二)：

5.2汽缸蓋包扎石棉層厚約2 5—3 O毫米，可用相應(yīng)直徑的石棉捆繞，最大可用石棉布縫好，在焊補(bǔ)處預(yù)開口。

5.3將汽缸蓋擱置平穩(wěn)，用感應(yīng)器將其均勻加熱，(見圖三)

圖三：汽缸蓋感應(yīng)加熱準(zhǔn)備圖三：汽缸蓋感應(yīng)加熱準(zhǔn)備

5.4切險(xiǎn)加熱電源進(jìn)行焊補(bǔ)，露出焊補(bǔ)部位焊補(bǔ)工作還應(yīng)尺可能在室內(nèi)進(jìn)行，室外焊補(bǔ)需要擋風(fēng)板遮擋。

5.5焊補(bǔ)采用5 0 0—1 O 0 0號(hào)焊嘴，為控制加熱溫度，可 輔助焊炬一把， 協(xié)助外區(qū)預(yù)熱，焊補(bǔ)火焰應(yīng)調(diào)查成中性火焰。

5.6焊補(bǔ)結(jié)束后，在原地進(jìn)行保溫和冷卻。

5.7焊補(bǔ)外加工后，表面檢查不應(yīng)有裂紋及氣孔存在，合格后按工作要求做水壓試驗(yàn)。

6.采用工頻感應(yīng)加熱焊補(bǔ)鑄鐵汽缸蓋不但能獲得優(yōu)良 焊補(bǔ)質(zhì)量， 而且生產(chǎn)成本低，修復(fù)周期短，大約是新制一個(gè)汽缸蓋成本的六分之一。

7、結(jié)束語

由于設(shè)備限制，所選擇的焊補(bǔ)溫度規(guī)范是否會(huì)影響缸蓋的機(jī)械物理理性能尚有待今后探討。其次，焊接試棒的可焊性與經(jīng)過長(zhǎng)期工作后缸蓋的可焊性兩者也有很大的不同，所以也不能用前者來說明后者，并有待今后進(jìn)一步研究。

雖然如此，汽缸蓋缺陷利用工頻感應(yīng)加熱焊補(bǔ)已經(jīng)初步實(shí)踐證明，為大量修復(fù)制造費(fèi)用大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)的各種缸蓋提供了一個(gè)新的途徑。

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