冷焊技术及其在设备修复工艺中的应用

王 珂，王建民

(1.新疆昌吉回族自治州环境监测站，新疆 昌吉 831100；2.新疆煤矿机械有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830013）

一、概述

电阻焊是利用电流通过工件及焊接接触面间所产生的电阻热，将焊件加热至塑性或局部熔化状态，再施加压力形成焊接接头的焊接方法。在设备维修或制造业中应用的冷焊（点焊） 是电阻焊中应用较为广泛的一种。冷焊技术现已发展并应用到焊接高强度、大规模焊接等重要结构领域，同时在设备修复应用方面也越来越广泛，因为它在经济性、灵活性以及现场修复工艺中有其独特优势。

随着我国科学技术的进一步发展，大型设备在国民经济建设中发挥着不可替代的作用。据估算，高难度、精大稀设备已占我国设备总量的60%以上，随之而来的是这些设备的维修难度、维修费用在不断攀升，特别是诸如通用机床类设备的定位导轨面磨损、点蚀、拉伤等，将直接影响设备加工精度，有些甚至较难修复而遭到降低加工精度亦或报废的厄运，这些高价位的精大稀设备被判处“死刑”，无疑是对资源的极大浪费。尽管许多研究者已对修复该类设备作了大量研究与探讨，如市场上流行的各类胶粘剂等修复各类设备缺陷，但对用金属材料修复异种钢的研究报道并不多见。笔者着重介绍利用铸造缺陷修补机对机床导轨面缺陷进行修复的工艺探讨。

二、焊接工艺

1.根据不同的母材，可使用各种不同材质的补材进行焊接，低、中、高碳钢可供选择。如果补焊有防腐蚀要求，则可选用不锈钢补材。根据机床导轨面缺陷的形状（深度、宽度），补材有厚度0.05mm、0.10mm、0.20mm和0.5mm不等，以便适应缺陷深浅之需要。将补材剪切成条状（注意：依据所补槽宽，确定补材剪切的条宽），将补材在被焊槽内分段点焊初步固定，然后依次从头到尾焊接。一次不够，可n次叠加冷焊，直至将缺陷凹沟“填充”至略微高于标准轨面，以便后续有余量修平。

2.焊枪头选用导电性好的紫铜，直径宜为4～5mm，焊枪头略磨尖，顶部呈φ2.0mm圆球头状。由于铜延展性好，当焊枪头接触到补材时，通过电流产生大量热量，在0.1s内爆发火星，迅即熔化补材，从而使补材与母体冶金结合。

焊接人员要双手握住焊枪柄，以与铅垂线成45°的倾斜角，枪头不离补材，由远及近地既移动又摆动焊枪头，此时在0.1s内相继爆发火星。焊枪移动速度视补材在母体上的熔化情况，依补材必须沿焊枪头一次全部熔化为原则，遇槽宽一次不能全焊时，还应并排n次焊接，第二排焊接线路要与第一排焊接点采用搭接型式，以保证焊透性。焊后形成组织致密的焊点，表面呈密密麻麻的“微坑”，这是超薄补材在焊接熔化后的表象，无任何表面质量缺陷。

3.点焊的焊接过程是热、电、力三者综合作用的过程。当熔化区域瞬间形成，又瞬间消失，母材内热量不易扩散，从而焊接区域热变形甚微，内应力极小，达到金属材料填充母体缺陷之目的。

4.经过焊补后，基体为灰口铸铁，补材为10号低碳钢。焊接区域的硬度略高于导轨本体，这是因为在焊接过程中的冶金处理作用，产生类似冷变形强化现象，使得焊缝金属的机械性能往往优于母材，所以容易保证焊接面金属的性能不低于母材。

5.根据被焊接母材的缺陷情况，选用合适的补材厚度，缺陷较深的，选择较厚的补材，反之亦然。电流调整到8～14A（表1）。操作人员要不断地摆动焊枪头，使之产生更多火花并掌握好移动速度。

表1 点焊工艺参数

6.在焊接过程中，由于碳的析出，焊接表面具有一定的强度，这正是所期望的结果。所以焊接的磨削余量一定不得留大，一是为了提高焊接表面的硬度与其母体的硬度相接近，二是减小人工磨削工作量。

三、实例

新疆煤矿机械有限责任公司一台武汉产BJ2012A型龙门刨床，经某机床修理厂改造为龙门铣床（左右两侧及上横梁部位三个动力铣头）。由于切削方式的随之改变，切屑呈飞散型逸出。由于防范措施未跟上，加工铸件的切屑、沙粒飞入工作台与床身间的导轨面内，待发现时已出现长约1 200mm、宽约40mm、深约1.5mm的研伤面。经多方论证，该公司引进某特种修复有限公司的冷焊技术，在现场对龙门铣床导轨面研伤部位进行冶金修复。

首先用丙酮擦洗研伤面部位，清除油污杂质，露出母材本体，然后根据研伤沟槽的宽度、深度，确定补焊材料的厚度和宽度，补材是用特制的超薄型低碳钢片，即可进行点焊，焊接参数：焊接电压220V，焊接电流8～14A，电极压力150N。

采用由粗至细的油石，人工打磨，平尺检验。当用红丹粉检验研磨后的接触面积达75%以上时，基本达到修复标准。而剩余下的凹面，正好可以贮油，以弥补表面无显微孔洞而无法贮油缺陷。

四、小结

冷焊技术在设备维修领域的应用还处于探索阶段，但以其方便灵活，可现场维修的独特优势，近年来推广迅速，逐步形成一成熟的技术。运用冷焊技术可对难以搬动的大型设备进行现场修复；由于打磨量小，从而保留了焊接硬面，这与母材硬度相当；焊件自由变形，焊接残余应力可不予考虑；投入少、工期短、修复快、效果好。修复后的龙门铣床已使用1年有余，未见异常。