本文選自北大核心級(jí)期刊《中國(guó)機(jī)械工程》， 《中國(guó)機(jī)械工程》雜志的前身是創(chuàng)刊于1979年的《湖北機(jī)械》，1983年更名為《機(jī)械工程》。經(jīng)原國(guó)家科委批準(zhǔn)，1990年主辦單位變更為中國(guó)機(jī)械工程 學(xué)會(huì)，同時(shí)成為中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)會(huì)刊，其主管單位為中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)。1992年更名為《中國(guó)機(jī)械工程》，1998年由雙月刊改為月刊，2002年改為半 月刊，自創(chuàng)刊以來，堅(jiān)持自己的辦刊方針特色，圓滿完成了報(bào)道計(jì)劃，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為行業(yè)科技創(chuàng)新和發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，在業(yè)內(nèi)形成重大影 響，深受讀者歡迎。
　　摘要：根據(jù)EBZ160掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)要求，伸縮外筒、保護(hù)筒座、導(dǎo)向塊等滑動(dòng)摩擦處需堆焊鋁青銅來達(dá)到耐磨目的。

　　關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī),截割,焊接

　　生產(chǎn)過程中由于使用焊條電弧焊、工人的技術(shù)水平有限、外部環(huán)境達(dá)不到鋁青銅焊接要求的高標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致堆焊后加工時(shí)發(fā)現(xiàn)大量氣孔及裂紋，嚴(yán)重影響了鋁青銅表面加工質(zhì)量，無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求的高標(biāo)準(zhǔn)，也影響了使用過程中所需起到的保護(hù)作用。鑒于以上問題，我們研究鋁青銅堆焊工藝，爭(zhēng)取攻破這一難關(guān)。

　　在攻克這一難關(guān)過程之前，我查閱了有關(guān)資料，對(duì)鋁青銅有所了解，從環(huán)境、材質(zhì)、焊接方法與設(shè)備等多方面入手，比較全面地進(jìn)行了分析與研究，最終得到了令人滿意的效果。

　　一實(shí)際生產(chǎn)過程

　　在試驗(yàn)初期，采用交流、移圈式焊機(jī)進(jìn)行焊條電弧焊。焊機(jī)各參數(shù)如下：

　　焊機(jī)型號(hào)：BX-400

　　重量：550千克

　　焊機(jī)容量：25.54伏安

　　初級(jí)電流：67.5安培

　　次級(jí)電流：400安培

　　電流調(diào)節(jié)范圍：60-500安培

　　初級(jí)電壓：380伏特相數(shù)：1

　　次級(jí)空載電壓：85伏特頻率：50赫茲

　　額定暫載率：65%

　　此方法設(shè)備簡(jiǎn)單、輕便、操作靈活。適用于維修及裝配中的短縫焊接，特別是可以用于難以達(dá)到的部位的焊接。堆焊材料為T237,規(guī)格5mm，母材為普通鋼圈。焊前，焊條放烘干箱內(nèi)預(yù)熱至200℃左右，保持2小時(shí)以上，堆焊件預(yù)熱至350-450℃。

　　通過使用以上方法加工后的零件在進(jìn)行金屬切削加工時(shí)發(fā)現(xiàn)，堆焊層有大量的氣孔與裂紋的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響了其表面質(zhì)量。

　　二所遇問題的分析

　　針對(duì)以上問題，我查閱了大量資料并且在現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)實(shí)踐，總結(jié)了以下幾點(diǎn)原因：

　　1焊接環(huán)境：氣體在液、固態(tài)金屬中的溶解度差造成過飽和狀態(tài)的氣體析出，這些氣體來不不及逸出而殘留在焊縫中形成氣孔。在大多數(shù)情況下由于產(chǎn)生的氣體不同，形成的氣孔形態(tài)和特征也有所不同。通常狀況下產(chǎn)生氣孔的氣體主要有氫氣和氮?dú)狻Ａ硗庠诜磻?yīng)過程中產(chǎn)生的不溶于液態(tài)金屬的CO而生成的氣體也會(huì)造成氣孔的產(chǎn)生。

　　在焊接生產(chǎn)中由于焊件或焊接材料不潔而使焊縫出現(xiàn)氣孔的現(xiàn)象也十分普遍。影響較大的是鐵銹、油類和水分等雜質(zhì)，尤其鐵銹的影響特別嚴(yán)重。

　　焊條或焊劑受潮或烘干不足而殘存的水分，以及潮濕的空氣，同樣起增加氣孔傾向的作用。

　　2焊接方法：在堆焊鋁青銅時(shí)我們采用了焊條電弧焊。由于需要堆焊的部件大多為圓筒及圓盤，直徑在350-470mm之間，厚度一般多達(dá)50-70mm，因此堆焊時(shí)，往往采用軸向多條焊肉的方法來完成。這樣，焊肉與焊肉之間銜接處容易造成焊肉質(zhì)量低。

　　焊接電流增大能增長(zhǎng)熔池存在的時(shí)間，有利于氣體逸出，但使熔滴變細(xì)，使表面積增大，熔滴吸收的氣體較多，反而增加了氣孔傾向。電弧電壓太高，會(huì)使空氣中的氮侵入熔池因而出現(xiàn)氮?dú)饪�。焊接速度太快，往往由于增加了結(jié)晶速度，使氣泡殘留在焊縫中而出現(xiàn)氣孔。

　　在堆焊過程中，盡量小的電流、盡可能快的焊速、增加橫向擺動(dòng)頻率等，可在一定程度上提高堆焊層的性能。必要時(shí)還可堆焊過度層來減少開裂的危險(xiǎn)，過度層也可用來減小母材對(duì)堆焊層性能的不良影響。但是用這種方法焊接工件，一件大約需要用5～6天。

　　三解決問題的方法

　　上述焊接方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了生產(chǎn)的需求，針對(duì)以上發(fā)生問題的原因，我采取了適當(dāng)?shù)拇胧┮詼p少氣孔和裂紋的產(chǎn)生。具體包括：

　　將原使用T237焊條更換為φ1.2鋁青銅焊絲（ECuAl—A2），用這種方法焊接工件，完成一件大約2～3天，工作效率提高了2倍。但在焊接過程中又遇到使用保護(hù)氣體的問題。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊后焊肉不成形出現(xiàn)豆腐渣狀，而且很硬，容易劃傷其他部件。我們又選擇了混合氣作為保護(hù)氣體，經(jīng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)混合氣造成飛濺太大，易出現(xiàn)夾渣，焊不透，效果仍不理想。最后我們選擇了惰性氣體——氬氣，經(jīng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)能形成效果非常好的焊肉，并且?guī)缀鯖]有飛濺現(xiàn)象。

　　接下來選擇焊機(jī)，我們采用了型號(hào)為YD-500KRIVTA焊機(jī)，晶閘管控制氬氣，焊接直流電源。各參數(shù)如下：

　　額定輸出電流：500安培

　　額定輸出電壓：45伏特

　　額定負(fù)載持續(xù)率：60%

　　額定輸入容量：28.1千瓦

　　相數(shù)：3相

　　頻率：50/60赫茲

　　重量：156千克

　　焊接時(shí)，電流調(diào)至220安培，電壓調(diào)至21伏特。

　　另外，關(guān)于EBZ160掘進(jìn)機(jī)中需要堆焊鋁青銅的零件大部分為圓盤形零件，這也就對(duì)焊接順序提出了特殊要求，“井”字形焊接解決了焊接變形方面的問題。第一層先橫向堆焊，第二層縱向重疊堆焊在第一層上面，焊三層完成。堆焊每一道焊肉時(shí)下一道焊肉必須壓在前一道的1/2處，以保證溶合完好。

　　其次，對(duì)鋼焊件焊前應(yīng)仔細(xì)清理焊件及焊絲表面的氧化膜或鐵銹以及油污等。對(duì)于鐵銹一般采用砂輪打磨、鋼絲刷清理等機(jī)械方法。焊接材料均應(yīng)用防潮包裝、干燥環(huán)境存放。氣體保護(hù)焊時(shí)，必須防風(fēng)。焊槍噴嘴前端保護(hù)氣體流速一般為2m/s左右，風(fēng)速如超過此值，保護(hù)氣流就不能穩(wěn)定而成為紊流狀態(tài)，失去保護(hù)作用。由于銅的熱導(dǎo)率和收縮率都比較大，在焊接時(shí)除使用大功率熱源外，還得在焊前預(yù)熱和焊接過程中采取同步加熱措施，目的是使工件獲得足夠的能量，保證焊縫的良好成形及隨后的冷卻中氣體充分地析出。其預(yù)熱方法根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)而定。形狀復(fù)雜，體積較小的可在爐中整體加熱，而對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積或厚度較大的工件則可用火焰局部加熱，我們正是采取了后種方法進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱溫度200℃左右。鋁青銅堆焊時(shí)宜采用TIG填絲焊，采用較小的熱輸入，以防止熔合區(qū)在高溫的停留時(shí)間過長(zhǎng)，引起熔合線附近鋼基體的母材上出現(xiàn)滲銅裂紋。為了改善鋁青銅焊接接頭的性能，同時(shí)減小焊接應(yīng)力，焊后應(yīng)采取600℃退火處理，并以風(fēng)冷來消除其內(nèi)應(yīng)力。

　　四改進(jìn)達(dá)到的效果和解決的實(shí)際問題

　　經(jīng)過以上一系列的改進(jìn)后，我們?cè)阡X青銅的堆焊質(zhì)量方面得到了非常明顯的改善，在接下來的機(jī)械加工過程中，基本沒有出現(xiàn)裂紋和氣孔，為零件的安全使用提供了前期保障。

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