汽车发动机缸体的焊补技术

韦占江 李长喜 陈军伟 岳爱民 胡 荣

（1.中原油田采油五厂，河南 濮阳 457000；2.中原油田天然气产销厂，河南 濮阳 457000；3.中原油田工程建设总公司，河南濮阳 457000）

汽车发动机缸体是保证汽车正常行驶的关键部件， 而缸体铸造材料多为铸铁件。 虽然材料本身具有优良的耐磨性、减震性，但力学性能却较低。 因此，由于铸造工艺与材料本身杂质等不同原因，致使铸铁件往往存在不同程度的缺陷。 在生产中就会由于各种原因，使铸铁材料损坏，这就需要我们采取一定的措施对损坏部位进行焊补。

1 灰铸铁性能

灰铸铁中，碳大部分是以片状石墨的形式存在，因其断口为灰色而得名。 灰铸铁具有优良的铸造性、耐磨性、减震性及优良的切削加工和较小的缺口敏感等特点。 但同时也存在着石墨强度低，石墨片粗大，其力学性能差等缺点。 所以焊接时，控制铸铁型焊缝中石墨的数量和形态可以改善接头的性能。

2 灰铸铁的焊接方法

灰铸铁焊接，产生裂纹是由于铸铁强度低、塑性差，并在焊接应力作用下引起的。 因此，防止焊接裂纹主要是从减小或消除焊接应力着手。 在实践中根据裂纹形式不同一般可采用冷焊法、热焊法、加热减应区和不预热焊法等几种不同的焊接方法。 在焊接过程中发动机缸体由于它本身的局限性如体积较大、预热有困难、而且刚度大而缺陷又较小并往往产生于铸件的边角处，焊后又要求工件不变形和不破坏表面形状等一些特点。 而铸铁的冷焊法具有焊前不需要预热、焊后变形小、成本低、生产率高、焊工劳动条件好等特点，因此，在生产单位中常常采用此方法来焊补发动机的缸体。 但是如果在操作中，焊条选用不当或是没有采取一定的工艺措施。 则在焊接过程中会产生一系列缺陷。 这些缺陷中最严重的是白口和裂纹。

（1）白口：在焊补铸铁时，往往会在焊缝和母材交界的融合线处生成一层白口铸铁。 由于白口铸铁性硬而脆，很难进行机械加工。 所以，对于焊后需要进行机械加工的焊接头将带来很大的困难。

产生的原因：一方面是由于焊缝的冷却速度过快，特别是在融合线附近的焊接金属冷却最快。 另一方面是焊条选择不当，即焊条中的石墨化元素含量不当。

（2）裂纹：产生的裂纹有两种：热应力裂纹和热裂纹。 其中尤以热应力裂纹更为常见。

产生的原因：灰素铁的塑性接近于零，抗拉强度又低。 焊接时如果焊缝强度高于母线，则冷却时母线往往牵制不住焊缝收缩，使结合处的母材被撕裂。 此外，当结合处产生白口组织时，因白口组织又硬又脆，它的冷却收缩率又比基本金属铸铁大得多，促使焊缝开裂。

鉴于上述原因，制定出防止措置：选用塑性较好的焊接材料。 既非铸铁组织的镍基焊条或不锈钢焊条等。 在生产中大量使用的焊条是（EZNiFe—1），该焊条是在纯镍芯药皮中加入强还原性石墨。 其特点是焊缝溶解碳面不形成淬硬组织。 焊接金属较软，抗裂性较好，焊接后切削加工性较好。

灰铸铁电弧焊接电流的选用值

3 焊前准备

（1）选用ZX—400 型弧焊整流器。 采用正接法。

（2）清理缺陷：对砂眼、缩孔等缺陷应彻底清理。 对裂纹应设法查清走向、分支及其端点，不能遗漏。 在裂纹端点前方约0～6mm 处钻止裂孔， 以防止裂纹端点在开坡口时继续扩大，止裂孔孔径Φ4～Φ6mm，

（3）可选用坡口或不开坡口，如选用坡口时可用扁铲、砂轮机等工具加工成破口形式，坡口面尽可能平整圆滑。 焊前坡口及其附近表面的油污、锈等应清理干净。

（4）采用钢芯或铸铁以外的焊条时，应尽量使用小直径的焊条和较小的焊接电流，以减少内应力和热影响区的宽度。

4 操作要领

（1）采取短段断续焊，每次焊15mm 左右，立即用小锤锤击焊缝。 待焊缝冷却到50—60 摄氏度时再焊下一段，这样可防止焊接区局部过热，保持该区处于较低温度，以减小整体温度差别，从而减少焊接应力的目的。

（2）强迫冷却焊缝：可以用水或沾水棉纱，在每一段焊道焊后立即冷却焊道，把输入的热量引出来。

（3）减少热输入：采用小直径焊条，小焊接电流焊接。 一般采用Φ2.5mm 的焊条时焊接电流在60～90A，Φ3.2mm 的焊条时所用的电流为80～120A。 当采用分段退焊法时，应采用短弧快速焊以缩短高温停留时间，运条时不摆动，必要时可挑弧焊法尽量减少熔深，以减少熔入焊缝的碳和硫、磷杂质。

（4）选择合理的焊接方向及顺序：裂纹的补焊应掌握由钢度大的部位向刚度小的部位焊接的原则。 这样有助于防止裂纹的产生和延伸。

5 结论

（1）在生产中，采用电弧冷焊工艺进行了大量的汽柴油发动机的修复，均得到满意的效果，节约了生产的成本。

（2）在冷焊过程中，严禁采用大电流，否则会使熔深增大融合区白口加厚，给加工带来困难，还可能造成焊缝剥离或产生热裂纹。

[1]吴林.《焊接手册》.机械工业出版社.2001 年8 月

[2]陈祝年.《焊接工程师手册》.机械工业出版社.2001 年8月