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【摘 要】热喷涂在铁路上的应用起步较晚，尤其在修复汽车零件中的应用较少。在修理汽车零部件的过程中，大多采用传统的焊接方法或电刷镀。
【关键词】热喷涂技术；发动机曲轴；焊接方法
1.概述
热喷涂在修复汽车零件中的应用较少。在修理汽车零部件的过程中，大多采用传统的焊接方法或电刷镀。对于发动机曲轴等采用球墨铸铁等含碳量高、受力较大的零件，用CO气体保护焊或手工电弧焊无法满足可靠性的要求，多次试验表明，焊修的曲轴在使用一个中修期（约3年）后，解体时发现均在焊接部位产生裂纹。每年人厂大修的汽车中至少有一根（价格在30万元）因存在裂纹而无法修复，大部分报废处理。而热喷涂熔敷焊修能提高曲轴的修复率和可靠性，前期我们对DF8B型汽车发动机所用材质为42CrMo钢的曲轴做过热喷涂熔敷焊修的试验，经检验各项性能指标良好，试样抗拉强度达780MPa，与母体非常接近。
2.热喷涂焊接的特点
热喷涂焊接是热喷涂与非透明物质相互作用的过程，通过热喷涂使金属粉末熔化后与所焊接部位结合。热喷涂焊接有如下特点：
（1）热喷涂焊接可使工件产生的变形极小，热影响区也很窄。
（2）可获得深度大的焊缝，焊接厚件时可不开坡口一次成形。
（3）适宜于难熔金属、热敏感性强的金属以及热物理性能差异悬殊、尺寸和体积悬殊工件问的焊接。通过对球墨铸铁曲轴和锻造曲轴的材质进行分析，先根据其材质做试棒，进行抗拉强度试验和冲击试验，用热喷涂熔敷焊接后的试棒和未焊接的试棒强度进行对比，球墨铸铁曲轴焊接后其强度达到460MPa，达到35号钢在正火加回火状态下的强度。在这种情况下消除缺陷，采用热喷涂熔敷焊对球墨铸铁曲轴进行修理，可以大大提高曲轴的修复率和可靠性。
3.热喷涂修复汽车发动机球铁曲轴技术方案
球铁曲轴的化学成分为：碳3.5%～4.0%，硅2.0%～2.8%，锰0.3%～0.6%，钼0.2%～0.4%，铜0.7%～1.O%，镁0.04%～0.1%，稀土（RxOy）≤0.012%，硫≤0.025%，磷≤0.08%。力学性能为：抗拉强度≥800MPa，延伸率≥1%，冲击韧性≥15J/cm，硬度HB269～331。金相：珠光体或回火组织，球化率≤3级，渗碳体数量<4%，铁素体数量≤3级，磷共晶≤2级。由于铸铁含碳量高，强度相对较低，对温度变化敏感，焊补时多为局部受热，温差较大，冷却速度快，给铸铁焊补带来困难，铸铁的可焊接性差，在焊补时易出现以下问题：
①铸铁含碳量高，焊补时铸铁熔化后冷却，由于冷却速度较快，易产生白口，且白VI收缩大，铸铁塑性很低，而焊补时热应力很大，铸铁中含有较多的硫、磷，不仅引起脆性，而且促进产生白口，这些都会造成焊补后零件易产生裂纹。②铸铁中的碳以球状石墨形式存在，焊补时石墨被高温氧化生成CO气体，使焊缝金属易产生气孔或咬边。③作为摩擦零件使）tJH～，铸铁组织中浸透油脂，一般难以除去，焊补时使焊缝中产生气孔。④铸铁零件在铸造时产生的气孔、缩松、砂眼等也容易造成焊补缺陷。采用热喷涂焊补能较满意地解决上述问题。
3.1选择焊材
采用Ni—Cr—B—Si—c系镍基合金粉末（单独配粉），其化学成分与硬度为：碳0.1%～0.2%，B0.3%～0.8%，硅2.0%～3.0%，铬4.0%～8.O%，铁≤5%，镍70.0%～75.0%，HRC20—25。镍基合金粉末的组织是奥氏体，能很好地溶解碳而不形成碳化铁，故焊缝有很好的加工性和承受塑性变形能力。另外，镍也是一种较好的促使石墨化元素，能减弱半熔化区白口的形成[1]。镍基粉末的熔点低于基体熔点，在重熔时，铸铁基体不熔化，没有熔覆层的稀释问题，也不存在半熔化区，所以正确地熔覆不会使焊补区产生白口组织，便于加工，而且由于基体不熔化，自然就控制了基体中所含硫、磷等杂质熔入熔覆层，有利于防止裂纹的产生，镍基粉末的膨胀系数与铸铁匹配。合金粉末中含有强烈的脱氧元素硼和硅，不仅保护了粉末中其他元素免于氧化烧损，而且基体表面的氧化物也被硼、硅元素还原，防止了气孔和夹渣。一般来讲，镍基合金底部属于平面外延生长机制，且晶粒粗i大，顶部则是较规则的枝晶组织，且组织细密。耩体因受激光热输入的影响小，只能起热传导作用，不发牛组织和相的变化。
3.2消除裂纹
采用带金刚石磨头的指状砂轮消除裂纹，消除裂纹时，消除孔应规则、圆滑过渡，不要去除未含裂纹的金属。然后用丙酮等溶剂清洗待焊修的部位。
3.3选择焊接工艺参数
焊接工艺参数为：电流270A，脉宽10ms，频率1Hz，速度3～5mm/s，保护气体为氩气，粉末厚度为1mm。焊接完成后对轴颈采用磨削的方法，达到所需的尺寸要求和表面粗糙度要求，通过着色检查焊接部位，无气孔和缩松；通过以上方法修复的曲轴在进行磁粉探伤时，无磁痕。肉眼看不出焊接部位与非焊接部位的区别[2]。所焊修的3根球铁曲轴和2根钢制曲轴经装车运用3年多以来，焊接部位未发现任何裂纹，状态良好。
4.结束语
汽车机械系统庞大复杂，不但自重大，而且还要承受很大的载荷。机械系统各零部件之间主要通过焊接联接，有些焊缝需要传递很大的力，而且焊缝的强度低于零部件母材的强度。在汽车机械系统设计过程中处理零部件与零部件之问的联接时当地使用超静定结构，一方面可以减小结构支反力和结构中的内力，降低结构的应力，增大结构的刚度；另一方面对于焊接结构可以充分利用零部件母材的承载能力，降低焊缝应力。从而达到改善结构应力分布、提高结构强度和抗振性能的目的。
参考文献：
[1]中国机械工业学会焊接学会.焊接手册[M].第2版.北京：机械工业出版社，2001.
[2]成大先.柳敲设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.
【关键词】热喷涂技术；发动机曲轴；焊接方法
1.概述
热喷涂在修复汽车零件中的应用较少。在修理汽车零部件的过程中，大多采用传统的焊接方法或电刷镀。对于发动机曲轴等采用球墨铸铁等含碳量高、受力较大的零件，用CO气体保护焊或手工电弧焊无法满足可靠性的要求，多次试验表明，焊修的曲轴在使用一个中修期（约3年）后，解体时发现均在焊接部位产生裂纹。每年人厂大修的汽车中至少有一根（价格在30万元）因存在裂纹而无法修复，大部分报废处理。而热喷涂熔敷焊修能提高曲轴的修复率和可靠性，前期我们对DF8B型汽车发动机所用材质为42CrMo钢的曲轴做过热喷涂熔敷焊修的试验，经检验各项性能指标良好，试样抗拉强度达780MPa，与母体非常接近。
2.热喷涂焊接的特点
热喷涂焊接是热喷涂与非透明物质相互作用的过程，通过热喷涂使金属粉末熔化后与所焊接部位结合。热喷涂焊接有如下特点：
（1）热喷涂焊接可使工件产生的变形极小，热影响区也很窄。
（2）可获得深度大的焊缝，焊接厚件时可不开坡口一次成形。
（3）适宜于难熔金属、热敏感性强的金属以及热物理性能差异悬殊、尺寸和体积悬殊工件问的焊接。通过对球墨铸铁曲轴和锻造曲轴的材质进行分析，先根据其材质做试棒，进行抗拉强度试验和冲击试验，用热喷涂熔敷焊接后的试棒和未焊接的试棒强度进行对比，球墨铸铁曲轴焊接后其强度达到460MPa，达到35号钢在正火加回火状态下的强度。在这种情况下消除缺陷，采用热喷涂熔敷焊对球墨铸铁曲轴进行修理，可以大大提高曲轴的修复率和可靠性。
3.热喷涂修复汽车发动机球铁曲轴技术方案
球铁曲轴的化学成分为：碳3.5%～4.0%，硅2.0%～2.8%，锰0.3%～0.6%，钼0.2%～0.4%，铜0.7%～1.O%，镁0.04%～0.1%，稀土（RxOy）≤0.012%，硫≤0.025%，磷≤0.08%。力学性能为：抗拉强度≥800MPa，延伸率≥1%，冲击韧性≥15J/cm，硬度HB269～331。金相：珠光体或回火组织，球化率≤3级，渗碳体数量<4%，铁素体数量≤3级，磷共晶≤2级。由于铸铁含碳量高，强度相对较低，对温度变化敏感，焊补时多为局部受热，温差较大，冷却速度快，给铸铁焊补带来困难，铸铁的可焊接性差，在焊补时易出现以下问题：
①铸铁含碳量高，焊补时铸铁熔化后冷却，由于冷却速度较快，易产生白口，且白VI收缩大，铸铁塑性很低，而焊补时热应力很大，铸铁中含有较多的硫、磷，不仅引起脆性，而且促进产生白口，这些都会造成焊补后零件易产生裂纹。②铸铁中的碳以球状石墨形式存在，焊补时石墨被高温氧化生成CO气体，使焊缝金属易产生气孔或咬边。③作为摩擦零件使）tJH～，铸铁组织中浸透油脂，一般难以除去，焊补时使焊缝中产生气孔。④铸铁零件在铸造时产生的气孔、缩松、砂眼等也容易造成焊补缺陷。采用热喷涂焊补能较满意地解决上述问题。
3.1选择焊材
采用Ni—Cr—B—Si—c系镍基合金粉末（单独配粉），其化学成分与硬度为：碳0.1%～0.2%，B0.3%～0.8%，硅2.0%～3.0%，铬4.0%～8.O%，铁≤5%，镍70.0%～75.0%，HRC20—25。镍基合金粉末的组织是奥氏体，能很好地溶解碳而不形成碳化铁，故焊缝有很好的加工性和承受塑性变形能力。另外，镍也是一种较好的促使石墨化元素，能减弱半熔化区白口的形成[1]。镍基粉末的熔点低于基体熔点，在重熔时，铸铁基体不熔化，没有熔覆层的稀释问题，也不存在半熔化区，所以正确地熔覆不会使焊补区产生白口组织，便于加工，而且由于基体不熔化，自然就控制了基体中所含硫、磷等杂质熔入熔覆层，有利于防止裂纹的产生，镍基粉末的膨胀系数与铸铁匹配。合金粉末中含有强烈的脱氧元素硼和硅，不仅保护了粉末中其他元素免于氧化烧损，而且基体表面的氧化物也被硼、硅元素还原，防止了气孔和夹渣。一般来讲，镍基合金底部属于平面外延生长机制，且晶粒粗i大，顶部则是较规则的枝晶组织，且组织细密。耩体因受激光热输入的影响小，只能起热传导作用，不发牛组织和相的变化。
3.2消除裂纹
采用带金刚石磨头的指状砂轮消除裂纹，消除裂纹时，消除孔应规则、圆滑过渡，不要去除未含裂纹的金属。然后用丙酮等溶剂清洗待焊修的部位。
3.3选择焊接工艺参数
焊接工艺参数为：电流270A，脉宽10ms，频率1Hz，速度3～5mm/s，保护气体为氩气，粉末厚度为1mm。焊接完成后对轴颈采用磨削的方法，达到所需的尺寸要求和表面粗糙度要求，通过着色检查焊接部位，无气孔和缩松；通过以上方法修复的曲轴在进行磁粉探伤时，无磁痕。肉眼看不出焊接部位与非焊接部位的区别[2]。所焊修的3根球铁曲轴和2根钢制曲轴经装车运用3年多以来，焊接部位未发现任何裂纹，状态良好。
4.结束语
汽车机械系统庞大复杂，不但自重大，而且还要承受很大的载荷。机械系统各零部件之间主要通过焊接联接，有些焊缝需要传递很大的力，而且焊缝的强度低于零部件母材的强度。在汽车机械系统设计过程中处理零部件与零部件之问的联接时当地使用超静定结构，一方面可以减小结构支反力和结构中的内力，降低结构的应力，增大结构的刚度；另一方面对于焊接结构可以充分利用零部件母材的承载能力，降低焊缝应力。从而达到改善结构应力分布、提高结构强度和抗振性能的目的。
参考文献：
[1]中国机械工业学会焊接学会.焊接手册[M].第2版.北京：机械工业出版社，2001.
[2]成大先.柳敲设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.