改进热成型尺寸恢复工艺 提高再制造产品质量

吴成武　张平彦　耿萧春

（1.中国石油集团济柴动力总厂再制造中心，河北　青县　250306；2.中国石油集团济柴动力总厂，山东　济南　250100）

改进热成型尺寸恢复工艺 提高再制造产品质量

吴成武1张平彦2耿萧春2

（1.中国石油集团济柴动力总厂再制造中心，河北青县250306；2.中国石油集团济柴动力总厂，山东济南250100）

摘要：针对再制造零部件损伤部位热成型尺寸恢复工艺进行改进，试验总结出一系列消除或减少焊补缺陷的工艺措施。提高了废旧零部件再制造成品率及产品质量。

关键词：热成形；尺寸恢复；再制造；产品质量

目前，随着国家可持续发展战略的不断实施和深化，越来越多的废旧设备通过再制造修复后重新得到了利用。为了使这些起死回生的设备在运行过程中保持较高的可靠性，需要解决的一项重要技术难题就是如何保证废旧零件磨损失效部位的修复质量。

一、再制造尺寸恢复工艺分类

目前针对磨损零件尺寸缺失部位修补工艺有热成型和冷成型两大类。热成型尺寸恢复工艺主要包括：等离子熔覆、激光熔覆、焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、脉冲冷焊等多种形式；冷成型尺寸恢复工艺主要包括冷喷涂、镶套（堵）和选配瓦（轴）等。为了制作较高结合强度的尺寸恢复层、提高零件表面耐磨性、延长零件使用寿命、提高机器修理维护时零配件的互换性，在对承受较大运转载荷的关键零部件进行修复的过程中优先选用热成型尺寸恢复工艺。

二、热成型尺寸恢复工艺改进措施

在对零件进行热成型尺寸恢复过程中，需要针对不同的零部件结构、材质及不同的损伤失效状况进行综合分析后确定再制造方案，通过在生产实践中的不断总结试验，摸索出了一系列适合的抑制零件焊补形变，减少裂纹、气孔缺陷产生的工艺措施，取得了较好的应用效果，有效控制了再制造零部件质量。现将大功率再制造发动机案例介绍如下。

1.恢复前预热及恢复后保温

对零件局部或整体进行尺寸恢复前预热及尺寸恢复后保温，在施工中要注意根据零件具体状况采取相应的工艺方法。

（1）对机体等大型箱体类零件，采用在焊补部位及邻近区域用加热板烘烤加温的方法进行预热和保温，通过减小焊补部位与周围热影响区的温差，减小热影响区发生塑性变形的程度，可有效降低焊补位置发生裂纹的几率。

（2）对泵壳、缸盖等小型零件，采用在高温热裂解炉内进行整体加温的方法，既可以完成表面去污除油工序，又可以进行预热保温。通过设计制作专用的进出料装置及高温零件专用吊具，很好的保证了操作的安全性。通过数字化炉温控制系统，加热温度数值及加温时间得到了精确控制，有利于根据不同零件的尺寸结构特点采用不同的预热保温方案。

（3）对曲轴等结构复杂的大长径比零件，采用电热石棉毯覆盖加热的方式进行整体预热和保温，可使其加热过程更加缓慢均匀，使各轴颈和曲柄都能得到几乎相同的温升曲线，解决了局部升温过快或内外表面短时温差较大容易引起裂纹、弯曲的问题。

2．锤击焊缝区域、分层焊补、分段焊补

通过用小锤按一定力度和频率锤击焊缝，可使焊补部位发生轻微变形并使应力集中重新分布。多层焊补时要分层锤击每道焊缝，待焊缝冷却至手摸不烫的状态后再进行下一层焊缝的施工。当焊缝较长时，要采取分段焊、断续焊的方法。每焊完一小段后用小锤敲击焊缝附近（图1），这样可以降低焊缝的收缩内应力，有利于防止焊缝开裂。待焊缝区域冷却到不烫手时再施焊下一段，每一段长度控制在15mm左右。

通过操作熟练的电焊工不断总结优化锤击的力度和频率，该方法在多种情况下都能取得一定的应力释放优化作用。例如在机体侧壁的人工焊条电弧焊补过程中就取得了很好的应用效果。

图1、2、3为人工焊补VOLVO发动机机体侧壁裂缝时锤击焊补区域及分段焊、分层焊的照片。

图1　锤击焊补区域

图2　分段焊接顺序

图3　坡口形状及分层焊接示意图

3．水中冷却焊接工艺

该方法是在焊接施工过程中总结出来的一种减小热变形的工艺手段，其工作原理类似于冷焊，适用于抗拉强度较高的钢质零件局部区域焊补，如：凸轮轴、增压器转子轴等零件的穴蚀修复。

焊补时将工件置于水槽中，并将待焊部位露出水面，用固定装置将工件定位牢固避免焊补时发生位移。由于手弧电焊条不能够在水中进行焊接作业，因此操作时要认真控制焊条移动路径，避免浸水。

由于在焊补时有了冷却水的作用，由焊缝传递给邻近部位的热量显著减少，热影响区变小，对相邻结构的不利影响减弱，有利于减小变形。

通过试验数据显示，在两根喷油泵凸轮轴上相同部位焊接相同深度和面积的焊缝，采用水冷方法能够减小弯曲量2/3以上。试验焊补状态如图4所示。

图4　水中焊补凸轮轴缺陷试验

在实施过程中，由于水的冷却作用，会造成引弧相对常规电弧焊困难一些，因此其引弧电压要高于大气中的引弧电压，其电流较大气中焊接电流大15%～20%左右。

4.综合运用多种焊补设备、灵活控制焊补工艺参数

公司目前具备等离子熔覆、氩弧焊、焊条电弧焊、脉冲冷焊等多种热成型尺寸恢复工艺手段，在实际应用过程中，要根据工件失效损伤程度、工件的结构特点、材质特性等因素灵活选择焊补设备、工艺参数和焊材种类。

例如：对于机体类零件，其材质多为灰铸铁，由于铸铁具有含碳量高、强度低、塑性差、刚性大、不易变形、对温差极为敏感等特点，焊接时其残余应力不易通过母材的变形来消除，因此焊接时极易产生焊接裂纹和其他缺陷。在实际施工时，如果焊补部位面积较小、深度较浅，优先选用脉冲冷焊机进行修补，这样形成的焊缝热影响区小，熔焊瞬间热输入极少，因此几乎没有咬边和残余应力。

但是，如果修补部位面积较大、深度较深，则要采用效率更高的焊条电弧焊，但选用的焊条一定要具有较好的焊接工艺性能，为改善铸铁焊接冶金状态提供有利条件，而且药皮成分要抑制二氧化硅的形成，提高焊接接头的抗裂性，降低其他焊接缺陷产生的可能性。同时，也要通过采用与该型焊条相适应的独特焊接工艺，才能有效控制铸铁焊接时的焊接应力，从而使避免出现变形、裂纹等缺陷。

三、应用推广情况

通过在零部件再制造过程中综合应用这些改进型技术措施，有效提高了零件修复质量和生产效率，降低了由于焊补缺陷而造成的零件报废率。

例如，由于担心焊补后的较大形变，原来对于凸轮轴穴蚀的焊补深度控制在2mm以内，面积不超过10%，每年约有10%～20%左右的拆机旧凸轮轴因焊接变形无法校直或出现裂纹而报废。改进的水冷却法及氩弧焊法应用后，本年度的拆机凸轮轴全部再制造修复成功，为企业创造了巨大的经济效益。

据统计，本年度通过深入应用这些新研发的工艺方法，再制造废旧零件热成型尺寸恢复成功率达到90%以上。尤其在对废旧发动机机体、缸盖、凸轮轴、进气管等零件的再制造过程中发挥了重要作用，实现了节能降耗、变废为宝的目的。

四、结语

试验成功的一系列改进型工艺措施在旧发动机及其他工程设备再制造过程深入应用以后，使得尺寸恢复层结合强度及抗压、耐磨、承受交变载荷的性能指标得到优化，大幅度提高了表面磨损严重的废旧零部件再制造成功率及产品质量，有效保证了整机运行的可靠性。

参考文献：

[1]王红光.实用焊接工艺手册(第二版)［M］.化学工业出版社，2014.

[2]（英）诺里斯.先进焊接方法与技术［M］.机械工业出版社，2010.

中图分类号：TG156

文献标识码：B

文章编号：1671-0711（2016）01-0068-03

收稿日期：（2015-11-30）