二、车用铸造铝缸体件的焊接特点
中小型发动机的缸体多采用铝合金制造,常用件大多数也采用铝合金铸件。因铸造中缩孔、组织疏松、厚薄不均、气孔、塑凹等缺陷,加上在运行中超载、道路不平等因素,常出现缸体漏油、漏水、局部开裂等现象。
从物理性能上看,铝的导热系数约为低碳钢的5倍,热容量大,线膨胀系数比低碳钢大1倍多,结晶收缩度大约两倍,熔点低,中高温时强度更低,所以必须采用能量集中的热源,以保证熔合良好。其次因为铝的塑性强而强度低,加之焊接时产生较大的焊接应力,会把焊好的铝缸体拉裂,故应采用垫板、夹具,以保证质量和防止焊接变形。铝合金由固态转变为液态时,颜色变化不大,从低温到高温时很难分清焊缝的温度色,因此可用彩色粉笔在待焊处边缘画一条线,温度升至颜色消失即可施焊。同时,铝合金的Mg、Zn、Mn均易蒸发,不仅影响焊缝性能,也影响操作。铝在高温时强度低(纯铝370℃时强度不超过9.8MPa),很容易因托不住熔池内液态金属而下坠,轻者不塌,重者烧穿,附下的铝液凝固后,形成障碍阻挡油、水道。
从化学性质上看,铝合金表面极易形成难熔的氧化膜(A1203熔点2050℃),其密度与铝的密度极其接近,不仅妨碍焊接,而且容易形成夹杂物。氢是铝焊接产生气孔的主要原因,在液铝中氢的溶解度为0.7L/100g,在660℃凝固点时氢的溶解度骤降至0.041/100g,使原来溶于液态铝中的氢大量析出,形成气泡。同时由于铝和铝合金的密度小,气泡在熔池中上升速度慢,加上铝的导热性强,熔池冷凝快,上升的气泡往往来不及逸出而残留在焊缝中成为气孔。因此,焊前清理焊丝和去除补焊处的氧化膜,对焊接质量有极其重要的影响。除了焊前采用机械、化学清理外,焊接过程中还必须加强保护,这就需要采用破坏或除去氧化膜的焊剂。焊剂由氯化物组成,对铝缸体、铝合金零件有很强的腐蚀性,焊后必须彻底清除。
三、车用铸造铝缸体件的焊修方法
目前车用气缸体的材料以铸造铝硅合金为主,铝硅合金的焊接性较差,容易产生塌陷、热裂纹、气孔、烧穿等缺陷,还会发生铝的氧化、合金元素的烧损蒸发、焊缝性能降低等问题。为了解决这些问题,应采用正确的焊接方法和较为合理的焊接工艺,以汽车铸造铝硅合金缸体出现的裂纹缺损为例的焊接方法。
焊接铝合金的方法很多,常用的是气焊和氢弧焊,气焊设备简单,操作方便,成本低,采用合理的工艺措施可以保证焊接质量。因此选用气焊方法来修补铝硅合金缸体的裂纹。
焊前准备坡口为防止焊接过程中裂纹扩展,首先在裂纹端部用φ6mm的钻头钻止裂孔,坡口形状正确,可保证填充金属与母材熔合良好,避免产生气孔、未焊透等缺陷。
焊前首先要清理气缸体内的油污,清理方法有两种:一种是用热碱水清洗;另一种是用火焰烘烤缸体内腔,然后清理缸体表面,用钢丝刷或刮刀清除工件表面上的氧化膜,使其露出金属光泽。工件经过清理后,在存放过程中会重新产生氧化膜,因此应在清理后尽快焊接。需要注意的是,在清理氧化膜时,不宜用砂纸或砂轮打磨,以防止砂粒留在金属表面,焊接时易产生夹渣等缺陷。
垫板铝合金在高温时强度很低,液态金属流动性能又很好,焊接时熔池容易下塌。为防止烧穿,在缸体内的裂纹处支撑上石棉布衬垫焊前预热。为了使接头附近达到所需要的焊接温度,以减少形变、未焊透和气孔等缺陷,焊前应进行预热。
用气焊铝合金时,焊丝的选用原则是与母材成分相近,同时考虑抗裂性、耐腐蚀性和焊接接头的力学性能的要求。焊接时金属的流动性好,焊缝金属有较高的抗裂性能,也能保证一定的力学性能。铝合金焊件在焊前虽然经过清理,其表面的氧化膜不一定清除得+分干净,而且在焊接时由于加热又产生新的氧化膜。气焊时,需要采用熔剂来清除熔池中的氧化膜和其它杂质,提高熔化金属的流动性,使焊接过程顺利进行,保证焊缝质量和成形。
焊前预热,两把焊炬用中性焰同时预热裂纹周围各个棱面,预热要充分,均匀预热后进行补焊时。另一焊炬继续对裂纹周围加热,以保证其预热温度。焊接时,焊炬保持在一定的温度,焰芯端距工件表面3-5cm做直线前进,火焰对着熔池,焊丝在火焰保护范围内做上下跳动。下送时,焊丝带着熔滴插入熔池,并拨开熔池表面的氧化膜,随即又将焊丝从熔池内向外拉出,依靠焊丝的这种运动来破坏熔池的氧化膜,并搅动熔池使杂质浮以获得良好的焊缝,在气焊过程中焊炬的倾角可视熔化情况而改变,接近收尾时应适当减小焊炬倾角,同时加快焊接速度,并增加填充焊丝,收尾时一定要填满火口。
若缸套筋断裂,应压出两相邻缸套;若座圈筋断裂,应掉所镶两边圈座;若螺孔坏牙,应先扩约10-12mm孔。将缸体补焊处两侧约30mm范围内的油污、水份、杂物去除,用汽油清除干净。壁厚在5mm以上,最好开坡口。用焊枪或喷灯烧去残留油污、水份,用钢丝刷刷去杂物直至露出金属光泽。室温在10℃以下准备2x2m的2-3块石棉布,待用(待后保温用)。准备HO1-6型焊枪5号嘴(以下自加温至缓冷,焊枪始终采用中性焰,避免氧化焰)。将铝209φ4mm焊条,烘焙150℃约1.5h待用。若无烘箱,在火炉或电炉上离火约70mm高处,放一块比所用焊条宽一倍、长350mm、厚2mm铁皮,放上焊条后再盖上一块较薄的铁皮,焊条应经常翻动,烘烤约2h即可,随用随取。若无法购到标准焊条可自制,用L104铸成φ4-φ6mm丝,最好用ZL101或311铝硅焊丝、长度约300mm,将气剂401铝焊粉或用KC 149.5 -52,NaC 127 -30, LiC 113.5-15 , NaF7.5 -9自配药粉,用开水(最好蒸馏水)调成糊状,在焊芯上均匀敷约1.5mm厚,端头留约25mm焊钳夹位,晾干后用以上方法烘干。因铝的导电能力约为铜的一半,所以焊条制作要求不太高。把缸体、缸盖放平,用焊枪或喷灯缓慢地将缸体周围均匀预热到150℃左右,应重点加热施焊处,烧尽补焊处裂口内或缺陷内的油污,使水份蒸发,约 250℃时再迅速用钢丝刷刷去杂物,至金属光泽为止。较长焊缝应先点固后去渣,刷净。
手工电弧焊施焊时,补焊处应放水平位置(以下同),采用直流电源,反接,电流90-110A 9(用烘好的铝209焊条)焊螺孔时,焊条作圆周转动,边缘要注意焊透,一次不行去渣刷净后填二次,填至高出约1.5mm即可。若是几处筋断裂,应分段交叉焊,以免应力过大而拉裂其它部位。补焊时加热的焊枪或喷灯应在补焊对面和上面作往复均匀加热,以减小应力集中。补焊时应避免电弧划伤未焊处,特别是缸体加工面。在整个补焊中,焊条应垂直焊件表面不作摆动,直线运条,电弧应尽量采用短弧以减少氧化、飞溅、空气侵入,不留弧坑,动作应快(约为钢的3倍)以免焊漏,换焊条必须快速进行,去渣也应迅速,最好是一条焊缝一次焊完,较长焊缝应在点固处停顿。焊好后,低凹部位或弧坑应迅速补焊,焊后去渣,刷净。缸体、缸盖焊后平放在平台上,温度降至150℃后用小榔头轻击焊缝处,以减轻或消除一定应力并使组织细化,同时加热整个缸体约150℃,用准备好的石棉布覆盖缸体,使之缓慢冷却(缸盖补焊后可采用压板紧固,避免变形,以下同)。碳弧焊采用交流焊机,用φ6-φ8mm碳棒,若无可采用较粗的铝电缆线代用,有条件的最好作焊前预热,焊后缓冷,电弧约1.5mm,焊速应快。