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氩弧焊对球墨铸铁件稳压箱的焊接应用

摘要：本文通过对球墨铸铁稳压箱的焊接性能进行分析、介绍了焊前准备情况、焊材和焊接参数的确定、焊接方法、焊后处理等关键要点的控制，采用合理的焊接工艺方法，使得焊修后的稳压箱质量达到了产品设计技术要求。
关键词：球墨铸铁；氩弧焊；焊修工艺
Abstract:This article  introduces operation preparatory work before welding、determination of welding materials and welding parameters、welding process、postwelding treatment control of these key points through the analysis of nodular cast iron pressure stabilizing box weld performance。We adopt reasonable welding process to make the quality of the pressure stabilizing box after welding meet the technical requirements of product design。
Key words: nodular cast iron; argon arc welding; welding repair process
一、概述
16V280稳压箱是大型内燃机车上的重要部件，材质为QT500-7，在铸造过程中难免会产生各种缺陷，需进行焊补修复。
16V280稳压箱在法兰面缩孔缺陷（见图1），缺陷：长约30-50mm，深约25-40mm，宽约15-25mm。法兰面已粗加工到位，距离精加只有1mm余量，采用氩弧焊方法具有操作方便、变形小、劳动强度小等优点，非常适合该部位缺陷的焊修操作。

图1
2. 对策措施
3. 2.1焊修工艺分析
2.1.1 稳压箱的材料成分性能及焊接性

表1 稳压箱的化学成分（%）
C
Si
Mn
Mg
Re
S
P
3.4-3.9
2.5-3.0
0.30-0.65
0.02-0.06
0.02-0.04
≤0.02
≤0.07

表2 稳压箱的力学性能
抗拉强度Rm（≥） (N/mm²)
屈服强度Rp0.2（≥） (N/mm²)
伸长率A（≥）(%)
硬度HBS
500
320
7
170-230
该稳压箱采用球墨铸铁整体浇注而成，在熔炼过程中加入了镁等球化剂元素(见表1)，石墨呈球状存在，大大降低了石墨割裂基体的作用。球墨铸铁具有较高的强度和韧性，并能通过热处理显著改善力学性能（见表2）。但球化剂的加入有阻碍铸铁石墨化和提高球墨铸铁淬透性的作用。焊接球墨铸铁时，焊缝及半熔合区更易形成白口组织，奥氏体更易转变成马氏体，裂纹倾向加大。因此，该球墨铸铁稳压箱的焊接性较差。
2.1.2缺陷部位焊修工艺分析
由于焊接处的刚度及焊缝体积与焊缝长度对焊接应力峰值大小有重要影响，刚度增大，焊缝体积增大，会增大收缩应力峰值，连续焊缝越长，收缩应力和体积应力就会累积叠加，促使应力峰值提高，从而使裂纹的形成倾向增加。
根据焊缝热胀冷缩的原理和考虑收缩应力的变化确定合理的焊接顺序，焊接过程中应先保持焊缝对接的中间空隙，避免焊缝过于集中，使焊缝根据焊缝热胀冷缩的原理和考虑收缩应力的变化确定合理的焊接顺序，焊接过程中应先保持焊缝对接的中间空隙，避免焊缝过于集中，使焊缝能有自由收缩的余地，释放一部分应力，从而能在很大程度上减小形成裂纹的风险。根据长期的焊修实践经验积累，采用以下焊接顺序方法（见图2），就能有效化解收缩应力和体积应力的集中累积，在焊接过程中大大降低裂纹的形成倾向。

图2
2.2 焊接材料选择
根据冶金上Ni-Fe无限互溶的原理，也由于镍是较强的石墨化元素，有利于消除熔合区的白口，使焊缝有一定塑性，具有良好抗裂性和加工性能，现采用美国泰克罗伊公司生产的ENi-1纯镍焊条。由于镍含量较高，无法拉成较细焊丝，所以将焊条去药皮抛光使用。
表3 ENi-1焊条化学成分（%）
C
Fe
Ni
Mn
Ti
Nb
S
P
≈0.04
≈3
≥92
≈1.5
≈0.5
≈1
≤0.015
≤0.015
注：ENi-1符合美国标准AWS A5.11《镍及镍合金焊条规范》，等同于国家标准GB/T13814-92。
2.3 焊修工艺
2.3.1 焊前准备
（1）用砂磨轮或金属磨轮将缺陷打磨消除并使露出金属本色，用丙酮将缺陷周围20毫米范围内的油污杂质等清除干净。
（2）将缺陷加工成单边30-40°的坡口呈喇叭状（如图3），便于焊补及减少对母材的熔化量，最后进行着色探伤，确认无缺陷。

图3
2.3.2 焊丝参数、使用规范及焊机要求
焊条采用ENi-1纯镍焊丝，焊丝直径3mm，焊接电流115-125A，99.99%纯氩气体，气体流量7-8L/min，钨棒直径2.4mm，6#瓷管。
焊机采用WS-400逆变直流氩弧焊焊机，并采用直流正接法。
2.3.3 焊接方法
焊前预热能均衡焊接区域的温度，有利于控制白口层，减少焊接热应力，进一步清理坡口内的油污及水分等杂质，可有效减小气孔产生，并对焊缝熔合大有好处。但预热温度不能过高，以防止稳压箱的尺寸变形。具体方法用氧-乙炔火焰将缺陷及其两侧100mm区域均匀加热至80-120°C。
焊接时，采用短焊道、断续焊、分层分散焊接，每段长30-40mm，每段焊缝焊完应立即用手工锤敲击，力度适中，且要锤遍整个焊缝，能看到清晰锤印，使焊缝产生一定塑性变形，以抵消焊缝的一部分收缩量，达到松弛应力防止裂纹产生的作用。焊补操作过程中控制层间温度80°C左右；在保证焊缝与母材熔合良好的前提下，应采用较快的焊接速度，防止因电弧停留时间过长造成局部过烧而增宽白口区，增大裂纹产生的几率。
堆焊过程中，每层焊完都应用低倍放大镜仔细检查焊缝，如发现气孔、裂纹等缺陷应及时清除干净，重新焊补，确保下一层无缺陷焊接。
收弧时注意必须填满弧坑，采用电流衰减法或反复灭弧法可有效防止产生弧坑裂纹。
盖面焊时焊缝金属应稍高于工件表面不超过2mm，与母材之间平缓过渡，防止咬边在焊趾处产生应力集中。
焊后立即将焊补区及周围用保温材料覆盖缓冷，以减少应力及改善切削加工性能。24小时后将焊缝打磨平滑光洁，先自检焊补质量，然后进行着色探伤检查。
2.3.4焊修效果验证
该16V280稳压箱通过上述工艺和方法焊修完成，经着色探伤无任何裂纹缺陷（如图4），焊修质量良好，达到了产品的设计技术要求。现经焊修的16V280稳压箱均已装车使用，使用状态较好。

图4
三、 结 论
采用氩弧焊方法，Ni1焊丝、短道焊、多层多道、分散焊接方法针对性强，所采取的工艺措施正确得当，焊修效果明显。
参考文献：
1.陈祝年编著《焊接工程师手册》，机械工业出版社，2010.2
2.张兆智等编著《高抗热裂纹性能纯镍型的铸铁焊条》，吉林工业大学，1994.2
姓名，陈杰 （1980年2月）性别：男，职称：高级技师。1998年毕业江苏省常州市铁路机械学校（焊接方向），现在江苏常州中车戚墅堰机车有限公司铸锻分公司从事电焊工作。

-全文完-