铸造铝合金发动机缸盖裂纹的修复

铸造铝合金发动机缸盖裂纹的修复

BJ2021型（或CA88型）发动机使用一段时间后发现启动困难，功率不足、冒黑烟，冲坏气缸垫而漏气、漏水，机油压力降低、发动机音响异常。经解体检查，发现铝合金缸盖3、4缸燃烧室间发生横贯裂纹，不久又发现其它铝合金发动机缸盖在进、排气门座口之间，气门座与燃烧室之间，缸盖螺栓孔与水道孔之间也出现裂纹。鉴于该现象比较普遍，经过现场调查、走访询问，并翻阅资料，查找出原因并进行了修复。

1、缸盖的焊接

单独购置铝合金缸盖比较困难，为了节省资金、降低维修费、延长设备寿命、提高修理水平，决定对其进行焊接。

1.1铝合金焊接的特点

（1）易氧化。铝合金易氧化，生成一层致密而难溶的AL2O3氧化膜，厚度约为0.1-0.2μm，其熔点达到2050℃，远远超过铝合金的熔点（一般约600℃左右），比重较大，阻碍金属溶化，容易造成焊缝金属的夹渣，而且氧化铝薄膜还吸附较多水分，使焊缝生成气孔，降低机械性能。

（2）易吸气。液态铝可溶解大量氢气，固态时几乎不溶解氢。当焊缝液态金属快速冷却凝固时，氢来不及析出，在焊缝中聚集形成气孔。

（3）热胀冷缩。铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大2倍，易产生较大的焊接变形和内应力，对缸盖等刚性较大，结构或含杂质过多形成低熔点共晶时易产生裂纹。

（4）导热性高。铝在熔化时所需热量及焊接热量损失大，要求采用能量集中的强热源。

（5）合金元素蒸发及烧损。铝合金中低沸点元素在高温电弧作用下易蒸发和烧损，从而改变焊缝金属的化学成分，使焊缝质量下降。

（6）高温强度和塑性低。铝合金在370℃时强度仅为10MPa，常常不能支持液体熔池金属的重量，容易造成焊缝金属塌落和烧穿现象。

（7）无色泽变化。铝合金从固态转变为液态时，颜色变化不明显，操作时难以掌握加热温度。

1.2手工钨极氩弧焊

采用手工钨极氩弧焊是依靠钨极与焊件之间的电弧熔化基本金属和填充焊丝，并利用喷嘴流出的氩气在电弧和熔池周围形成连续封闭的气流，从而保护钨极及熔池不被氧化的一种较先进的熔焊方法，如图1所示。其特点是采用明弧焊接，熔池可见性好，在气体压缩下电弧稳定，热量集中，熔池可见性好，在气体压缩下电弧稳定，热量集中，熔池和热影响区较小，变形和裂纹倾向小，焊接质量高，比较适合于铝合金的补焊。氩弧焊不用焊粉，避免了焊后残渣对接头的腐蚀，同时由于焊接时氩气流对焊接区域的冲刷使接头冷却，防止接头过热，从而改善了接头组织和性能。

1.3焊接工艺

（1）氩气的纯度、干燥程度对焊接质量影响很大。含氧、氮过多会使电弧不稳，发生爆裂或使焊缝成型恶化；含水量过多会使焊缝发黑，电弧不稳产生飞溅，要求氩气纯度大于99.9%。

（2）焊接电流。裂纹深度12mm时，根据焊接规范，选择焊接电流200-300A，焊接速度100mm/min，焊3-4层，钨极直径5mm，焊丝直径4mm，氩气流量20L/min，喷嘴直径14mm。焊接电流过小电弧不稳定，易造成夹渣和未焊透等缺陷；电流过大容易产生咬边和烧穿等缺陷，同时飞溅增加、浪费金属。层数较多对提高焊缝的塑性、韧性有利。钨极直径太小，焊缝会产生夹钨，电极严重烧损；若太大会造成电弧不稳、偏弧等现象。

（3）焊丝选择。选用铝硅合金焊丝，丝311是一种通用焊丝，熔点低、焊接时金属流动性好、易于操作、抗裂性好，焊缝金属可以保证一定的机械性能。（4）焊机选择。选用WSJ315-500A氩弧焊机，空载电压75V，工作电压15-20V，电流调节范围55-530A。

（5）电源极性。采用交流电源，当焊件为电源负半波时，氩气正离子冲击焊件表面熔化破坏氧化膜，引起阴极雾化进行清理；当焊件为电源正半波时，焊件所受热量增加，进行加热和熔化，热效能高。

（6）裂纹深度大于6mm时，电弧热量难以使裂缝根部焊透，因此应开坡口，以便清除熔渣，获得较好的焊缝成型。选择U型坡口，熔敷金属量较少，焊件焊后

变形小；用锋利扁铲轻开坡口，并用电动手砂轮仔细修整成型，坡口角度为70°-90°；坡口应超过裂纹深度，底部为半径5mm的圆弧。

（7）施焊方法。

①使用3kW电炉对缸盖进行整体预热，加热到150-200℃，以减小焊接区和整体温度差异，降低焊接区域的冷却速度，减小焊接应力。

②使用铜丝、不锈钢丝刷或刮刀清理焊缝表面及周围，除去氧化膜、油脂和水分等脏物，露出金属光泽。一般不用砂轮打磨，因砂粒留在表面可能会产生缺陷，清理后应立即施焊。

③焊前检查钨极伸出长度为5mm左右，位置处于焊嘴中心，不偏斜。

④钨极不要直接接触熔池，以免形成钨夹渣；焊丝不要进入弧柱区，防止与钨极接触使钨极氧化，造成焊丝熔滴飞溅，破坏稳弧性。焊丝也不能离焊矩太远，否则不能预热焊丝，且易卷入空气，降低熔化区温度。

⑤焊矩运动要均匀，保持电弧长度不变；可增加或降低焊接速度，拉长或压低电弧来控制熔池温度，获得高质量焊缝。