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车工技术论文|机床导轨面缺陷修复技术的分析与探讨
【摘 要】：本文通过对机床导轨面缺陷修复的几种传统焊补方法的介绍及对各种方法不同特点的分析，确定机床导轨面缺陷修复局限性的存在原因。同时，对一种新出现的铸造缺陷修复技术及其设备—铸造缺陷修补机，进行了实践操作实验和试棒的显微组织分析，说明用铸造缺陷修补机修复机床导轨面缺陷是符合质检标准的，进一步分析证明了缺陷修补机在铸件缺陷修复方面是值得推广的一项新技术。关键词：机床导轨 缺陷 修复 喷焊（钎焊） 电弧焊 新工艺 铸造缺陷修补机
1、实验目的
通过对几种传统焊补工艺在机床导轨缺陷处的焊补结果，分析机床导轨修复结果不佳的原因。通过对铸造缺陷修补机在机床导轨面的修复结果的研究，确定一种确实可行的在机床导轨面上修复的新技术及其工艺，为国家减少能源的浪费，为企业增加效益。
2、传统焊补工艺的焊补结果及分析
2.1试验前的准备：
2.1.1缺陷导轨数量：4件，材质HT200-400,每件导轨缺陷数量≥2,每件导轨缺陷处面积S<1000mm2,深度h<8mm的缺陷数量不少于2个，S>1000mm2,深度h<8mm的缺陷数量不少于2个，热处理状态：3件未进行表面淬火，1件已表面淬火。
2.1.2喷焊设备，电弧焊设备，镍基焊粉F103（C≤0.15 8.0<Cr<12 2.5<Si<4.5 1.0<B<1.7 Fe≤8 其余Ni =,铸铁焊条：Z308,Z248.
2.2 焊补结果及分析
2.2.1 喷焊 按喷焊工艺执行，将导轨面预热至150℃以上，完成初步焊粉的喷涂后，将喷涂面加热至900℃-1200℃以上，使焊粉熔化后形成平整面。由于预热及加热时间长，工件受热面积较大，热应力较大，比电弧焊更容易产生裂纹，同时线收缩产生裂纹倾向更大。由于裂纹倾向受喷焊时间、喷层厚度等因素影响，缺陷大小受到一定限制，而且焊补的缺陷需清理干净，由于喷粉中含Fe量比例较高，形成的喷层较电弧焊与母材的颜色更相近。但因具有一定量的Ni,所以无法与母材颜色更接近，焊补后可以进行机械加工。
2.2.2电弧焊： 用铸铁焊条Z248按相应工艺进行焊补，焊补工艺分两种，第一种：焊前预热至550℃-650℃时进行焊补，焊补后保温5-8小时，第二种：工件焊前不预热，焊后保温3-4小时。两种方法的焊补质量均不容易保证，易出现裂纹、硬点，焊补后不容易进行机械加工。焊条价格便宜。
用镍基铸铁焊条Z308按相应工艺进行焊补，另加热态锤击工艺，焊层与焊层之间应停顿冷却至60℃以下，焊补区少气孔、裂纹产生，机械加工性良好，结合强度高、无脱落现象，由于机床导轨加工后吸油及焊条吹力的影响，易产生咬边、形成“焊补痕迹”,另外由于焊条中含有大量的镍元素，焊补区颜色与母材有很大区别，而且焊条价格昂贵。
2.2.3结果分析 传统的喷焊、电弧焊工艺，焊补后易产生裂纹，工件易受热变形，容易出现二次气孔，焊补处金属颜色与母材差异大是其共同的特点，这也是传统焊补工艺不能彻底解决机床导轨缺陷修复的根本原因。传统焊补工艺不适用于可见加工面的修复，适用于非加工面或不可见加工面的修复。部分焊补材料价格较高，焊补质量不容易稳定，要求操作者技术、经验丰富。
3、铸造缺陷修补机的焊补效果及分析：
3.1试棒的制作与分析
3.1.1准备一根Φ30×200的试棒，材质为HT250,表面粗糙度为Ra0.8,在表面钻4-5个Φ5mm深3-4mm的孔，用AKZQB-2000C型铸造缺陷修补机进行焊补，补材选用0.8#、厚度为0.25mm的金属片及厚度为0.4mm的HT250铁屑。
3.1.2 将焊补处进行打磨、抛光，制作金相分析试片，金相组织如图1、图2.图1左边为母材HT250,右边为0.8#补材，图2左边为母材HT250,右边为HT250铁屑补材。焊补处未见明显分界线、过渡区域微小、焊补点附近未见碳化物析出、焊补处金属组织致密，未见裂纹的产生。结论：宏观检测，焊补点附近及整个试棒常温，焊补点金属颜色与母材相同，补材为0.8#的焊补点比母材更致密，补材为同材质的焊补点与母材致密度相同，金相组织分析：无裂纹、周边金相组织未改变、无内应力，未出现硬化、软化现象。
3.2导轨缺陷的焊补效果及分析
3.2.1焊补前的准备：导轨数量：4件；材质：HT200-HT400;热处理状态：表面淬火2件，硬度HRC50—56;未进行表面淬火2件，硬度HB170-230,具有Φ1-Φ6mm;深3-4mm缺陷数个。AKZQB-2000C型铸造缺陷修补机1台，补材为0.8#、Φ0.8mm的金属丝及HT200材质的铁屑。
3.2.2焊补效果及分析：用AKZQB-2000C型铸造缺陷修补机，补材选用0.8#的Φ0.8mm的金属丝及HT200的铁屑，分别对淬火及未淬火的导轨面缺陷进行焊补，打磨、抛光后，宏观检测其焊补效果，焊补点金属颜色与母材相同，无咬边、无烧痕，焊补点附近及整个制件常温。用30倍放大镜及硬度计现场检测焊补情况，结果显示：无明显分界线，焊补点金属致密、无裂纹、无砂眼，0.8#补材焊补点硬度HB180-220,HT200补材焊补点硬度HB210-240,未淬火导轨面焊补点附近，硬度HB160-210.淬火导轨焊补点附近硬度HRC51-56,未见退火、软化现象，经探伤剂检测合格。
3.2.3焊补结论：用铸造缺陷修补机对缺陷处进行焊补，基体处于常温状态，无应力、无裂纹、无咬边、无焊补痕迹、焊补金属致密，无退火、软化现象，无硬点、无硬化，可以进行机械加工，焊补处金属颜色与母材相同是其最大特点，满足加工面缺陷修复的质量检测要求。铸造缺陷修补机利用电阻生热原理，将补材瞬间熔化在缺陷处，结合强度高，无脱落可能，焊补点直径可达Φ1.5mm,每秒钟完成焊补点次数可达25次，焊片厚度达0.4mm,适用于焊补加工面及非加工面等各类缺陷，焊补时间长短取决于缺陷的大小，成本低且缺陷大的铸件无焊补意义。补材根据焊补点性能要求可选择不同材质的丝、片、铁屑，不是专供材料，获取方便，价格低微。
4、结论：
传统的喷焊、电弧焊等工艺，对铸件的缺陷修复存在着一定的局限性，喷焊的可加工性良好，但易产生裂纹、热变形、退火等现象，颜色与母体差别太大，结合原理为机械结合，结合强度相对电弧焊低一些。电弧焊的焊补效果与选择焊条有直接关系，Z308的可加工性及裂纹的不产生性良好，但焊补痕迹及颜色与母体的差异难已消除，且价格高；Z248等普通铸铁焊条的可加工性及裂纹的不产性均不良好。传统焊补工艺中铸件的焊前升温及焊后保温也给大铸件的焊补造成了一定的不便，总体分析，传统焊补工艺中的一些问题使铸件产生的缺陷无法彻底修复，不同的部位，不同的质量要求，应根据实际情况选择应用。针对机床导轨件的缺陷修复，实验证明在非加工面上应慎重选择，加工面上应避免选用。
利用铸造缺陷修补机对铸造件的缺陷进行修复是一种新技术，铸件在修复过程中，不升温、不变形、无裂纹产生、焊补点金属致密，不产生硬点、无退火现象，可以进行任何机械加工。补材的选择不受材质的制约，通过不同材质补材的选择，可以达到焊补点性能、颜色与母体上的统一。补材与母体为冶金结合，结合强度高，不会产生脱落，焊补质量符合铸件产品的质检标准，是值得广泛推广的一种新技术，针对机床导轨的缺陷修复，实践证明可以广泛应用，能满足其质检标准的要求。但铸造缺陷修补机的焊补过程为Φ1.5-Φ1.2mm焊补点反复熔化堆积的过程，在大面积缺陷修补过程中，修复效率是制约其广泛推广应用的唯一因素。
根据铸件具体情况，一定范围内大小的缺陷可直接应用铸造缺陷修补机进行焊补，对于大缺陷，我们同时推荐传统焊补工艺与铸造缺陷修补机的复合应用，即利用铸造缺陷修补机解决传统焊补工艺中所出现的表面裂纹，表面可加工性及颜色差异等问题，使广大铸件具有可焊补的意义，最终彻底解决铸件缺陷的修复问题。总之，正确应用、推广铸造缺陷修补机修复铸件缺陷，在减少由于铸造缺陷而造成的废品重熔、为企业增加经济效益、为国家降低能源消耗方面具有现实的意义！
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