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鑄造鋁合金發(fā)動機(jī)缸蓋裂紋的修復(fù)

　　BJ2021型（或CA88型）發(fā)動機(jī)使用一段時間后發(fā)現(xiàn)啟動困難，功率不足、冒黑煙，沖壞氣缸墊而漏氣、漏水，機(jī)油壓力降低、發(fā)動機(jī)音響異常。經(jīng)解體檢查，發(fā)現(xiàn)鋁合金缸蓋3、4缸燃燒室間發(fā)生橫貫裂紋，不久又發(fā)現(xiàn)其它鋁合金發(fā)動機(jī)缸蓋在進(jìn)、排氣門座口之間，氣門座與燃燒室之間，缸蓋螺栓孔與水道孔之間也出現(xiàn)裂紋。鑒于該現(xiàn)象比較普遍，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查、走訪詢問，并翻閱資料，查找出原因并進(jìn)行了修復(fù)。
　　1、缸蓋的焊接
　　單獨(dú)購置鋁合金缸蓋比較困難，為了節(jié)省資金、降低維修費(fèi)、延長設(shè)備壽命、提高修理水平，決定對其進(jìn)行焊接。
　　1.1鋁合金焊接的特點(diǎn)
　　（1）易氧化。鋁合金易氧化，生成一層致密而難溶的AL2O3氧化膜，厚度約為0.1-0.2μm，其熔點(diǎn)達(dá)到2050℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋁合金的熔點(diǎn)（一般約600℃左右），比重較大，阻礙金屬溶化，容易造成焊縫金屬的夾渣，而且氧化鋁薄膜還吸附較多水分，使焊縫生成氣孔，降低機(jī)械性能。
　　（2）易吸氣。液態(tài)鋁可溶解大量氫氣，固態(tài)時幾乎不溶解氫。當(dāng)焊縫液態(tài)金屬快速冷卻凝固時，氫來不及析出，在焊縫中聚集形成氣孔。
　�。�3）熱脹冷縮。鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率約比鋼大2倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形和內(nèi)應(yīng)力，對缸蓋等剛性較大，結(jié)構(gòu)或含雜質(zhì)過多形成低熔點(diǎn)共晶時易產(chǎn)生裂紋。
　�。�4）導(dǎo)熱性高。鋁在熔化時所需熱量及焊接熱量損失大，要求采用能量集中的強(qiáng)熱源。
　�。�5）合金元素蒸發(fā)及燒損。鋁合金中低沸點(diǎn)元素在高溫電弧作用下易蒸發(fā)和燒損，從而改變焊縫金屬的化學(xué)成分，使焊縫質(zhì)量下降。
　�。�6）高溫強(qiáng)度和塑性低。鋁合金在370℃時強(qiáng)度僅為10MPa，常常不能支持液體熔池金屬的重量，容易造成焊縫金屬塌落和燒穿現(xiàn)象。
　�。�7）無色澤變化。鋁合金從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時，顏色變化不明顯，操作時難以掌握加熱溫度。
　　1.2手工鎢極氬弧焊
　　采用手工鎢極氬弧焊是依靠鎢極與焊件之間的電弧熔化基本金屬和填充焊絲，并利用噴嘴流出的氬氣在電弧和熔池周圍形成連續(xù)封閉的氣流，從而保護(hù)鎢極及熔池不被氧化的一種較先進(jìn)的熔焊方法，如圖1所示。其特點(diǎn)是采用明弧焊接，熔池可見性好，在氣體壓縮下電弧穩(wěn)定，熱量集中，熔池可見性好，在氣體壓縮下電弧穩(wěn)定，熱量集中，熔池和熱影響區(qū)較小，變形和裂紋傾向小，焊接質(zhì)量高，比較適合于鋁合金的補(bǔ)焊。氬弧焊不用焊粉，避免了焊后殘?jiān)鼘宇^的腐蝕，同時由于焊接時氬氣流對焊接區(qū)域的沖刷使接頭冷卻，防止接頭過熱，從而改善了接頭組織和性能。
　　1.3焊接工藝
　　（1）氬氣的純度、干燥程度對焊接質(zhì)量影響很大。含氧、氮過多會使電弧不穩(wěn)，發(fā)生爆裂或使焊縫成型惡化；含水量過多會使焊縫發(fā)黑，電弧不穩(wěn)產(chǎn)生飛濺，要求氬氣純度大于99.9%。
　�。�2）焊接電流。裂紋深度12mm時，根據(jù)焊接規(guī)范，選擇焊接電流200-300A，焊接速度100mm/min，焊3-4層，鎢極直徑5mm，焊絲直徑4mm，氬氣流量20L/min，噴嘴直徑14mm。焊接電流過小電弧不穩(wěn)定，易造成夾渣和未焊透等缺陷；電流過大容易產(chǎn)生咬邊和燒穿等缺陷，同時飛濺增加、浪費(fèi)金屬。層數(shù)較多對提高焊縫的塑性、韌性有利。鎢極直徑太小，焊縫會產(chǎn)生夾鎢，電極嚴(yán)重?zé)龘p；若太大會造成電弧不穩(wěn)、偏弧等現(xiàn)象。
　　（3）焊絲選擇。選用鋁硅合金焊絲，絲311是一種通用焊絲，熔點(diǎn)低、焊接時金屬流動性好、易于操作、抗裂性好，焊縫金屬可以保證一定的機(jī)械性能。
　�。�4）焊機(jī)選擇。選用WSJ315-500A氬弧焊機(jī)，空載電壓75V，工作電壓15-20V，電流調(diào)節(jié)范圍55-530A。
　�。�5）電源極性。采用交流電源，當(dāng)焊件為電源負(fù)半波時，氬氣正離子沖擊焊件表面熔化破壞氧化膜，引起陰極霧化進(jìn)行清理；當(dāng)焊件為電源正半波時，焊件所受熱量增加，進(jìn)行加熱和熔化，熱效能高。
　�。�6）裂紋深度大于6mm時，電弧熱量難以使裂縫根部焊透，因此應(yīng)開坡口，以便清除熔渣，獲得較好的焊縫成型。選擇U型坡口，熔敷金屬量較少，焊件焊后變形小；用鋒利扁鏟輕開坡口，并用電動手砂輪仔細(xì)修整成型，坡口角度為70°-90°；坡口應(yīng)超過裂紋深度，底部為半徑5mm的圓弧。
　�。�7）施焊方法。
　　①使用3kW電爐對缸蓋進(jìn)行整體預(yù)熱，加熱到150-200℃，以減小焊接區(qū)和整體溫度差異，降低焊接區(qū)域的冷卻速度，減小焊接應(yīng)力。
　�、谑褂勉~絲、不銹鋼絲刷或刮刀清理焊縫表面及周圍，除去氧化膜、油脂和水分等臟物，露出金屬光澤。一般不用砂輪打磨，因砂粒留在表面可能會產(chǎn)生缺陷，清理后應(yīng)立即施焊。
　�、酆盖皺z查鎢極伸出長度為5mm左右，位置處于焊嘴中心，不偏斜。
　�、苕u極不要直接接觸熔池，以免形成鎢夾渣；焊絲不要進(jìn)入弧柱區(qū)，防止與鎢極接觸使鎢極氧化，造成焊絲熔滴飛濺，破壞穩(wěn)弧性。焊絲也不能離焊矩太遠(yuǎn)，否則不能預(yù)熱焊絲，且易卷入空氣，降低熔化區(qū)溫度。
　�、莺妇剡\(yùn)動要均勻，保持電弧長度不變；可增加或降低焊接速度，拉長或壓低電弧來控制熔池溫度，獲得高質(zhì)量焊縫。
　�、藓附訉⒔K止時，應(yīng)多填充焊絲以便填滿弧坑，一般應(yīng)在切斷電源后焊槍仍在焊縫上保持3-5s，直到鎢極和熔池冷卻后再抬起，在鎢極完全轉(zhuǎn)黑之后停止供氣，防止焊縫氧化。
　　⑦按圖2所示順序分層堆焊，每道焊縫焊后立即用圓頭小錘迅速敲擊焊縫，消除內(nèi)應(yīng)力。
　　⑧鎢極端頭磨成稍尖錐形使電弧集中，使用后呈自色、光亮，如有麻點(diǎn)、凸凹不平或帶綠色，說明鎢極已氧化或燒壞。
　　（8）焊接注意事項(xiàng)。
　　①在室內(nèi)施焊保持溫度10-20℃，引弧前5-10s送氬氣，調(diào)節(jié)氬氣流量由經(jīng)驗(yàn)確定；盡量采用短弧施焊，以增強(qiáng)氬氣保護(hù)效果，減少熱影響區(qū)，防止焊件變形。
　�、诒３蛛娀∫欢ǜ叨群秃笜屢苿铀俣染鶆�，確保焊縫熔寬、熔深一致性，防止產(chǎn)生氣孔和夾渣。焊槍除作勻速直線運(yùn)動外，允許作各種橫向擺動。
　�、厶畛浜附z在熔池前、氬氣保護(hù)區(qū)內(nèi)均勻地向熔池內(nèi)加入，并注意不要擾亂氬氣流。
　�、芎附z、焊炬和工件之間應(yīng)盡可能保持如圖2所示角度進(jìn)行焊接，（但也應(yīng)當(dāng)根據(jù)焊縫深度加以調(diào)整）要求既便于操作，又能良好地保護(hù)焊接熔池，焊絲傾角盡量小。
　　⑤每焊一道后，待其冷卻到不燙手時再焊下一道，焊縫高出基體平面2-4mm，留有機(jī)加工切削余量。
　　⑥將缸蓋平放，采用平焊姿勢。
　　1.4局部低溫回火
　　將焊縫及兩側(cè)加熱到150-250℃，然后蓋上石棉布保溫不少于lh，緩慢冷卻可以部分消除焊接殘余應(yīng)力。
　　也可以將焊縫兩側(cè)用乙炔焰緩慢仔細(xì)加熱到200-250℃，隨后用冷水噴射加熱區(qū)和焊縫區(qū)，部分消除內(nèi)應(yīng)力。
　　2、焊后加工及試驗(yàn)
　　在臥式萬能銑床上以缸蓋上平面定位，先后用粗齒和細(xì)齒主銑刀加工，將焊縫銑平，然后進(jìn)行研磨。
　　磨料為鋼玉和碳化硅，粗研為60-100#，精研為0-240#，研磨劑可用潤滑油、煤油、汽油；研具用鑄鐵、夾布膠木、紫銅、青銅等。研磨余量為0.02-0.03mm。研磨不但能提高焊縫表面質(zhì)量，提高光潔度，還能夠提高缸蓋平面度，增加與缸體連接的密合性，防止漏水、漏汽。經(jīng)過修復(fù)后，對缸蓋進(jìn)行檢驗(yàn)、測量，裝配后以0.4-0.45MPa壓力進(jìn)行5min水壓試驗(yàn)無泄漏，試車發(fā)動容易，排氣聲響正常，功率充足，正常投入生產(chǎn)。
　　3、采取的措施
　　針對缸蓋裂紋現(xiàn)象采取了如下措施：
　�。�1）發(fā)動機(jī)運(yùn)行中要密切注視水溫在80~90℃，油壓保持在0.25-0.35MPa，保持冷卻水量充足，嚴(yán)禁缸水缺油運(yùn)行。
　　（2）發(fā)動機(jī)加水前應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)5min，使溫度降低，，嚴(yán)禁發(fā)動機(jī)在高溫運(yùn)行下驟然加入大量冷水。
　�。�3）發(fā)動機(jī)二級保養(yǎng)時要正確調(diào)整氣門間隙和點(diǎn)火時間，防止點(diǎn)火過早，溫度偏高。
　�。�4）發(fā)動機(jī)大修時，曲軸要進(jìn)行動平衡試驗(yàn)，發(fā)動機(jī)座墊要安放可靠，防止機(jī)器共振損壞零件。
　　（5）更換缸體、缸蓋時要采購原廠正品，選擇缸蓋鑄造鋁合金組織應(yīng)大部或全部為共晶體，可以有效防止裂紋，延長壽命。
　�。�6）發(fā)動機(jī)大修時要檢驗(yàn)校正缸體、缸蓋變形程度及平面度誤差。如缸蓋翹（拱）曲變形過大應(yīng)進(jìn)行壓力校正；平面度誤差過大應(yīng)采用刮研、銑削方法修平，并銑削掉少量金屬保持燃燒室容積不變。
　�。�7）按規(guī)定力矩?cái)Q緊缸蓋緊固螺栓，不得在高溫下拆卸氣缸蓋。

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時間:2011年04月10日 22:25:23 來源:《建筑機(jī)械》 作者:賀大元 上一篇：數(shù)控機(jī)床故障的調(diào)查與分析 下一篇：起重機(jī)械“十不吊”原則  (電腦版  手機(jī)版)

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