液压缸修复技术

液压杆、油缸修复技术及其应用

1．前言

工程机械常见的破坏形式主要包括摩擦副的磨损和局部破坏（拉伤、电击伤、压坑等）。对于磨损件的修复，传统的修复方法包括：机械加工修理法（如修理尺寸法、附加零件法、局部更换法等）、焊接修理法（堆焊、补焊、钎焊等）和电镀修理法（低温镀铁、镀铬）等。对于结构简单的零部件也可以采用热喷涂（热喷焊）修复技术。对于重要零部件的局部破坏（如液压杆、油缸的拉伤、电击伤、压坑等），采用上述维修方法常常是费工、费时、费料，甚至无法修复。

本文主要介绍一些局部破坏的修理方法，并详细说明每种方法的优缺点，以便从事工程机械维修的技术人员针对具体问题进行可靠维修。2．焊修技术的优缺点

对于局部损伤，常用的焊修方法包括补焊、堆焊、钎焊等，每一种焊修方法都有其自身的特点和不足。

2．1 补焊

焊接技术用于修复零部件的局部缺陷时称之为补焊。补焊的最大特点是施工简便、修复成本低、时间短。补焊时应根据材质的种类选用恰当的补焊材料和补焊工艺。对于普通碳素钢，应根据材质的碳当量（而不是含碳量）确定补焊方法。对于不锈钢、铸铁、铝及铝合金应的补焊应特别注意材质的性能和工件的使用环境，做到基体问题具体分析，把握好焊前处理、施焊、焊后处理方法及施工参数。

既然补焊是焊接的一种特殊形式，在施焊过程中不可避免地会在焊修部位形成熔池（产生局部高温），从熔池到工件本体之间的不均匀加热必然造成焊区及热影响区产生热应力，导致焊修件变形、裂纹（如铸铁件、高碳钢件炸口等）、局部硬化、相组织变化、疲劳性能下降等缺陷。焊修过程中还会导致熔池及熔池附近产生气孔、相变、机械性能降低等问题。因此，用补焊方法修复局部缺陷，常常是一种不得已而为之的选择。

2．2 钎焊

为了降低焊修时的施焊温度，人们使用熔点较低的焊料进行热熔焊——人们常称之为钎焊。补焊与钎焊的最大不同之处在于钎焊时在工件上不形成熔池，在钎焊过程中熔化的只是钎料（钎料的熔点较低），基体并未真正熔化，利用钎料熔化后的浸润作用粘附基体并在钎焊部位形成修复层。如果钎料、焊剂选择恰当，钎料与基体间的微扩散有助与提高钎焊层与基体间的结合强度。因此，与熔化焊相比，钎焊时工件的热影响小，零件很少变形，机械性能也不会受到太大的影响。目前，很多人采用钎焊——电刷镀复合修复技术修补压坑，具体方法是先钎焊锡－铋合金钎料（钎料熔点135～140℃），经刮研后再刷镀一层耐磨镀层，从而实现对压坑的修复。

钎焊的最大缺点是焊层软、强度低，当钎料或助焊剂选用不当时，钎焊层与基体结合不牢。为了提高钎焊层与基体的结合力，对于铸造缺陷、易在金属表面形成氧化膜的材料（不锈钢、铝及其合金），应在钎焊之前，先刷镀铜，然后再钎焊锡－铋合金。镀铜的作用就是为了改善基材的可钎焊性。

2．3 冷焊修复技术之一（补片修复技术）

冷焊（补片）修复技术是利用电阻焊的原理开发出来的一种新型维修方法。当基体金属和补片金属之间有较高的接触电阻时，脉冲电源瞬间输出的大电流脉冲所产生的电阻热将金属片与基体粘结在一起。在单位面积上产生的电脉冲越多，粘结点越多，金属片与基体的粘结强度越高。这就如同传统的纳鞋底一样，针线越密，纳出的鞋底越结实。由于补片时只是在电极接触部位出现瞬间高温，在补片过程中工件本身不会升温，因此热影响小。

补片修复技术的缺点是，当凹坑深度远高于金属片厚度时，需要多次修磨、多次补修，施工效率低下。因为补片是局部粘结，而不是整体焊接，所以金属片与基体间的结合强度不高，层间夹杂很多空隙。另外，由于补片层与基体之间无法形成一个完美的整体，所以对冷焊后的工件进行修磨时，在基体与补片部位之间不能形成平滑过渡。对于导电良好的基材（铜、铝等），由于其具有较低的表面接触电阻，无法用补片方法进行维修。

2．4 冷焊修复技术之二（气体保护熔丝焊修复技术）

气体保护熔丝焊修复技术有时也称之为微弧冷焊修复技术，它是在传统氩弧焊基础上开发出来的一类新型焊修技术。设备的主要构成部分包括脉冲电源、保护气体（氩气等惰性气体）和用来填补缺陷的金属丝。利用焊枪产生的电弧（电弧温度一般在6000℃以上）将金属丝熔化，用保护气体（惰性气体）把熔化的金属液滴吹射到工件的局部缺陷处，从而填平工件表面的凹坑。与一般意义的气体保护焊技术不同，实施气体保护熔丝焊时被熔化的金属焊丝，不会在修复部位形成焊接熔池，所以在微弧冷焊的施工过程中，工件温升小，不会产生明显的热影响。气体保护熔丝焊技术的最大特点是焊层与基体结合牢固。

气体保护熔丝焊修复技术不足之处是生产效率低，焊层多孔，有微观缺陷，表面粗糙。一般采用对焊层修磨后再刷镀一层金属镀层的方法来提高表面光洁度。

2．4焊修技术的共性问题

实际焊修实践表明，用前面提到的焊修技术（软钎焊除外）修复镀铬液压支柱（油缸），在使用过程中经常出现两类质量问题。

（1）焊区局部硬化，很难修平，焊修部位与完好部位难以实现平滑过渡，使用中焊区凸起部位很容易刮伤油封，在短期内就会出现漏油现象。

（2）即使焊修部位与完好部位能够实现平滑过渡，尺寸精度也符合要求，当时检测不出修复质量问题。但是，由于修复区（焊修区）与完好区（镀铬区）的材料性质存在差异，在使用环境中存在电偶腐蚀，导致近铬区边界（靠近镀铬层的区域）因腐蚀而下陷，使用不久便会出现渗油现象，随着使用时间的延长，漏油现象越来越严重。在阴雨、潮湿环境中工作的油缸，这种电偶腐蚀现象很常见。

3．电镀修复技术

电镀修复技术是一种在低温条件下恢复零部件尺寸的传统修复技术，与焊修技术相比，不会出现因局部高温而带来的种种问题。电镀修复技术是利用电解的原理将镀液中的金属离子还原成金属原子并沉积在金属表面形成具有较高结合力和一定厚度的修复层。虽然电镀的种类很多，但是可以用于修复的主要有两类，即低温镀铁和镀厚铬。由于镀铬时沉积速度很慢，生产效率低，人们多采用低温镀铁修复技术。为了提高镀铁层的耐腐蚀能力和耐磨性，通常在镀铁层表面再镀一层薄铬。对于液压杆、油缸这类在户外工作的部件，用低温镀铁恢复尺寸，经修磨后表面罩铬是最常用的修复方法。

电镀法修复局部压坑的一般工艺流程是：焊修法填坑→机械修磨（整体磨光）→低温镀铁→机械修磨（整体磨光）→镀铬照面→机械修磨（磨削加工至符合尺寸及光洁度要求）

电镀修复法的适合在专业化的电镀厂进行批量加工，不适合单件、异型件以及野外现场修复。

4．FJY电刷镀修复技术

电刷镀技术出现后，越来越多的维修工作者开始利用电刷镀技术修复液压杆、油缸。由于电刷镀维修技术简便易行、成本低、生产效率高、在常温下就能实现修复层与基体之间的金属键结合，因此，在众多的现代维修方法中，电刷镀修复技术已逐渐成为修复工程机械液压系统的主要方法。

特别是在西北工业大学研制成功的FJY系列环保、快速、超厚、多功能刷镀技术以后，用超厚刷镀法修复局部缺陷非常方便。大量成功修复实例证明，在液压杆、油缸领域，FJY系列电刷镀技术已表现出替代常规修复技术的潜力。

4．1镀铬液压杆电刷镀工艺流程

机械整形（用电动磨头将缺陷处拓展至适合镀笔良好接触）→电净→水洗→去氧化膜（各种活化处理）→铬面活化→铬面底镍→水洗→高速厚铜填坑（镀厚能力3mm以上）→机械修磨（修磨至平滑过渡）→电净→水洗→铬面活化→铬面底镍→水洗→耐磨面层→水洗→机械修磨→表面抛光。

4．2修复工艺说明

均匀磨损的液压杆很容易修理，比较有效的方法是先磨去表面的电镀层（主要是磨去镀铬层。如果直接在镀铬表面电镀，结合力难以保证。虽然有人采用阳极刻蚀的办法活化镀铬层，但常常因难以确保活化效果，修复可靠性不高），然后按常规电镀修复工艺进行电镀修复。对于在工作现场出现的点坑破坏、电击伤破坏、碰伤破坏等深度大（毫米级）、面积小的局部损坏的修复（如图1所示），不适合采用电镀修复法。FJY系列快速超厚电刷镀修复技术是解决这类问题的最佳选择，其工艺说明如下：

机械整形：用电动磨头打磨待修部位至弧形平滑过渡，保证镀笔能够接触到凹坑的底部（如图2所示）。

电净：电净的作用是出去工件表面的油污。为了防止油污污染镀液，镀液可能流过的地方都应该进行电净处理。电净的面积可以大一些、次数可以两次以上，确保经过此步骤后，工件上的油污能够彻底除尽。

活化：液压杆的材质多为经调质处理的碳素结构钢。一般用2号活化和3号活化去除钢铁表面的氧化膜、渗碳体和游离碳（过饱和碳）。用FJY全能铬面活化液去除镀铬层表面的氧化膜。如果不用铬面活化液处理镀铬面，铬面上的镀层与镀铬层结合不牢，镀后修磨时难以实现平滑过渡。使用时毛糙的边界会刮伤油封。

铬面底镍：镀铬面底镍的作用是在修复部位刷镀出结合牢固的底层（其作用与盖楼房时打地基的作用相似，只有把地基打牢了，楼房才能稳固），镀铬面底镍的时间不宜太长，以施镀面呈均匀的亮白色为宜。如果底层呈灰色（或暗灰色），应磨去底层，重新进行镀前处理和镀底镍工序。

高速厚铜填坑：液压杆的局部破坏深度一般在0.5~3mm之间，用FJY系列快速超厚高堆积厚铜填坑，刷镀时间约0.5~1小时（一般情况下，1mm的深度可以在15~20分钟内填平）。图3是刷镀快速厚铜照片。

机械修磨：用仿形磨具修磨刷镀面，按照由粗到细的顺序修磨至平滑过渡并符合公差要求。

镀耐磨面层：耐磨面层是为了提高表面硬度和耐腐蚀性，一般选用镍及其合金作面层。因面层是覆盖在铜层和铬层之上的，所以在镀面层之前，仍需要进行铬面活化、铬面底镍工序。

表面抛光：表面抛光的作用时精修刷镀面，用细砂纸蘸抛光膏抛磨刷镀面，是表面达到镜面光泽。表面抛光由双重作用，其一是提高密封性能，其二是防止磨伤油封。

高效MIG/MAG焊中焊接材料熔化效率的影响因素

熔化极气体保护焊以其高效、节能、操作简单方便、便于实现机械化和自动化等特点，在实际生产中得到广泛的应用，并已成为焊条电弧焊的替代工艺。目前，西欧、美国和日本等工业发达国家的MIG/MAG焊接工艺占所有焊接工作量的60％～80％。自从20世纪90年代以来，随着工业生产的发展，高参数化、厚板、超厚板焊接金属结构的应用得越来越广泛，各生产厂家为了增强市场竞争能力，越来越强烈的要求提高焊接生产效率和降低生产成本。现有的调查结果表明，如果焊丝的熔敷速率达不到20％/min以上，则即难以满足焊接产品的生产效率要求，也不能获得预期的经济效益。因此，提高MIG/MAG焊接工艺的生产效率，是提高焊接产品市场竞争能力的一个有效途径。

提高焊接生产效率主要包括两个方面：一是以提高焊接速度为目的高速焊接，它的基本出发点是在提高焊接速度的同时提高焊接电流，以维持焊接热输入量大体上保持不变，主要用于薄板的焊接；二是以提高焊接材料的熔化速率为目的高熔敷率焊接，即要求在单位时间内熔化更多的焊接材料，本文主要针对第二方面进行研究讨论。

1.焊接材料的熔化效率

要想提高焊接材料的熔化效率，应该在一定的焊接规范的前提下提高焊接材料的熔化速率，因此凡是能够提高焊接材料熔化速率的方法和措施就可以提高焊接材料的熔敷效率。

熔化速率的定义是单位时间内熔化的焊接材料(填充金属和母材)的重量，它是实现高效焊接方法最重要的因素。对于熔化极气体保护焊，熔化焊接材料的能量由两部分组成，一部分是电弧产生的能量C1；另一部分是在焊丝干伸长部分产生的电阻热C1，如图1所示。

2.焊接材料熔化效率的影响因素

(1)焊接电流要想提高熔化速率，增大焊接电流是必要的，随着焊接电流的增大，焊接材料的熔化速率会明显提高。但是对于一定直径的焊丝来讲，它的电流容量是有一定限制的。当焊接电流增大到一定程度时，焊接电弧形态以及熔滴过

渡形式将发生明显变化。采用细丝时，焊接电流增大到一定程度就会进人不稳定的旋转射流过渡，此时熔滴往往是横向抛出成为飞溅，焊接过程非常不稳定。若采用粗丝大电流焊接如SAW，随着焊接电流的加大，焊丝的熔化速率提高，但是同时对工件的热输入也随之提高，焊接热输入量提高，这对于高强钢以及特殊用途材料的焊接是很不适应的。在这种情况下，要想在保证焊接质量的前提下提高焊接生产效率，必须在提高焊接电流的同时辅助其他的工艺措施。(2)焊丝干伸长度在相同的焊接电流情况下，增大焊丝的干伸长度也可以提高焊丝的熔化速率。图1中的C2表示在焊丝上产生的欧姆热与电流平方成正比，这一点对提高焊丝的熔化速率是非常重要的。因为焊丝的电阻率也会随着焊丝温度的升高而提高，随着焊接电流的增加，焊丝的电阻率也会提高。图2为三种不同干伸长度时的焊丝熔敷效率与电流之间的关系曲线。由图2可以看出，在相同的焊接电流的情况下，随着干伸长度的增加，焊丝的熔敷效率明显提高。因此在大电流焊接时，在焊丝上产生的欧姆热对焊丝的熔化速率起着至关重要的作用。

(3)极性对熔敷效率的影响采用不同的极性进行焊接时，焊丝和母材的熔敷效率是不同的。通常情况下，熔化极气体保护焊采用DCEP(直流反接)，因为DCEP可以实现较大的熔深和可以防止熔深不足的缺陷。图3和图4给出了极性与熔深以及焊丝的熔敷效率之间的关系。可以看出，直流反接可以获得较大的熔深，但焊丝的熔敷效率较小；DCEN(直流正接)可以获得较高的焊丝熔敷效率，但母材的熔深较小。

从图3和图4可以看出，可以通过改变极性来调整母材的熔化速率以及焊丝的熔敷效率，从而满足不同的焊接工艺的要求。如果要求增大母材的熔深，则可以采用DCEP；如果焊接薄板时，可以采用DCEN，从而减少母材的熔深，而增大焊丝的熔化效率，最终实现高速高效焊接。

(4)焊丝直径的影响图5说明了不同直径的焊丝在不同焊接规范参数下熔敷效率。由此可以看出，在相同的焊接电流情况下，随着焊丝直径的减小，焊接电流密度上升，焊丝的熔敷效率也上升；相反，如果保持熔敷效率一定，随着焊丝直径的减小，焊接电流减小，相应的对工件的热输入也减少，即在相同的熔敷效率的前提下，可以减少对母材的热输入，这对高强钢以及特殊用途钢的焊接是非常有利的。所以，焊接工作者在研究高效MIG/MAG焊接工艺时，大多采用细丝大电流焊接，正是利用了上述优点。如TIME焊接工艺采用1.2mm的焊丝，最高送丝速度可达50m/min。LINFAST以及双丝TANDEM等焊接工艺均采用1.2mm的细丝。采用细丝焊接的另外一个优点就是在小电流焊接时电弧的稳定性提高，对熔池的冲击力减小，从而保持熔深的均匀一致。

(5)保护气体的影响针对MIG/MAG保护气体的研究已经开展许多年，保护气体在焊接过程中的作用主要表现在以下几个方面：①提高电弧稳定性。②改善熔滴过渡。③提高焊缝金属力学性能。④提高焊接生产效率。⑤减少焊接缺陷的可能性，诸如气孔、未熔合等。另外，由于不同气体的物理、化学性质不同，它在焊接过程中所起的作用也不相同，因此对保护气体的选择，应该针对不同的工艺条件、不同的应用场合而有所不同。

图6说明了不同气体的电导率随着温度变化的规律。由图6可以看出随着温度的提高，气体的分解和电离更加容易，因此使气体的电导率随着温度的提高而提高。

图7所示是气体的热导率与温度之间的关系曲线。气体的热导率是保护气体的一个非常重要的特性，它直接影响到焊接电弧的温度和形态以及焊缝成形。由图7可以看出，氢气、氧气、CO2气体在低温(大约3000K)时具有较高的热导率，而氦气和氩气在高温(大约9000K)时具有较高的热导率。

MIG/MAG焊接所采用的气体通常是在纯氚、CO2和Ar-He混合的基础上加入氧气或CO2气体，来增加气体中的氧化势。目前，焊接工作者对MIG/AG焊保护气体的研究取得了很多的成果，尤其是在高效(高熔敷率)焊接的保护气体。如TIME气体(Ar/8％CO2/0.5％O2/26.5％He)、LINFAST气体Corgon He30(10％CO2/30％He/Ar)等。

上述气体虽然成分差异，但是都实现了高熔敷效率焊接工艺。那么，保护气体对焊丝的熔敷效率有什么影响呢？为了说明这个问题W．Lucas和M．Suban以及J．Tusek对不同介质保护的情况下的焊丝熔敷效率的变化情况进行了试验研究，图8a为W．Lucas 5种不同的保护气体保护的情况下得到的焊丝熔敷效率变化情况。图8b为M．Suban和J．T usek对不同的保护气体保护的情况下得到的焊丝熔化速率变化情况。研究表明，不同成分的气体对电弧的特性、熔滴过

渡的形式以及焊接熔池的特性有较大的影响，而对焊丝的熔化速率的影响是很有限的。基于上述结果，在选择保护气体时应该根据不同的工艺要求(焊接材料的成分、材料的厚度以及焊接位置等)选择不同的保护气体。

3.结语

(1)增大焊接电流可以明显提高焊接材料的熔化效率，但是在增大焊接电流的同时应该辅助其他的工艺措施，才能保证焊接工艺良好。

(2)增大焊丝的于伸长度，对提高焊丝的熔敷效率起着至关重要的作用。

(3)选用细丝大电流焊接工艺，可以在提高焊丝熔敷效率的同时，减少对母材的热输入，有利于高强钢和有特殊用途的材料的焊接。

(4)选择DCEP可以获得较大的熔深，采用DCEN可以提高焊丝的熔敷效率，适于薄板的高速焊接。

(5)保护气体的成分对焊丝的熔敷效率的影响不大，但是，保护气体可以提高电弧的稳定性，改善熔滴过渡，拓展焊接规范的使用范围。选用少氦或者无氦的价格低廉的混合气体，取代三元或四元富氦气体，再辅助其他的工艺措施(磁场控制)，可实现在细丝大电流情况下的稳定熔滴过渡，这对低成本高效MAG焊接新工艺具有十分重要的现实意义。

熔化极气体保护焊（MIG）的工作原理是怎样的

氩弧焊又称氩气体保护焊。就是在电弧焊的周围通上氩弧保护性气体,将空气隔离在焊区之外，防止焊区的氧化。

氩弧焊按照电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种。

1．非熔化极氩弧焊的工作原理及特点

非熔化极氩弧焊是电弧在非熔化极(通常是钨极)和工件之间燃烧，在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应的惰性气体(常用氩气)，形成一个保护气罩，使钨极端头，电弧和熔池及已处于高温的金属不与空气接触，能防止氧化和吸收有害气体。从而形成致密的焊接接头，其力学性能非常好。

2．熔化极氩弧焊的工作原理及特点

焊丝通过丝轮送进，导电嘴导电，在母材与焊丝之间产生电弧，使焊丝和母材熔化，并用惰性气体氩气保护电弧和熔融金属来进行焊接的。它和钨极氩弧焊的区别：一个是焊丝作电极，并被不断熔化填入熔池，冷凝后形成焊缝；另一个是采用保护气体，随着熔化极氩弧焊的技术应用，保护气体已由单一的氩气发展出多种混合气体的广泛应用，如Ar 80％＋CO220％的富氩保护气。通常前者称为MIG，后者称为MAG。从其操作方式看，目前应用最广的是半自动熔化极氩弧焊和富氩混合气保护焊，其次是自动熔化极氩弧焊。

熔化极氩弧焊与钨极氩弧焊相比，有如下特点。

(1)效率高因为它电流密度大，热量集中，熔敷率高，焊接速度快。另外，容易引弧。

(2)需加强防护因弧光强烈，烟气大，所以要加强防护。

3．保护气体

(1)最常用的惰性气体是氩气。它是一种无色无味的气体，在空气的含量为0.935％(按体积计算)，氩的沸点为－186℃，介于氧和氦的沸点之间。氩气是氧气厂分馏液态空气制取氧气时的副产品。

我国均采用瓶装氩气用于焊接，在室温时，其充装压力为15MPa。钢瓶涂灰色漆，并标有“氩气”字样。纯氩的化学成分要求为：Ar≥99.99％；He≤0.01％；O2≤0.0015％；H2≤0.0005％；总碳量≤0.001％；水分≤30mg／m3。

氩气是一种比较理想的保护气体，比空气密度大25％，在平焊时有利于对焊接电弧进行保护，降低了保护气体的消耗。氩气是一种化学性质非常不活泼的气体，即使在高温下也不和金属发生化学反应，从而没有了合金元素氧化烧损及由此带来的一系列问题。氩气也不溶于液态的金属，因而不会引起气孔。氩是一种单原子气体，以原子状态存在，在高温下

没有分子分解或原子吸热的现象。氩气的比热容和热传导能力小，即本身吸收量小，向外传热也少，电弧中的热量不易散失，使焊接电弧燃烧稳定，热量集中，有利于焊接的进行。

氩气的缺点是电离势较高。当电弧空间充满氩气时，电弧的引燃较为困难，但电弧一旦引燃后就非常稳定。

4. 氩弧焊的缺点：

（1）氩弧焊因为热影响区域大，工件在修补后常常会造成变形、硬度降低、砂眼、局部退火、开裂、针孔、磨损、划伤、咬边、或者是结合力不够及内应力损伤等缺点。尤其在精密铸造件细小缺陷的修补过程在表面突出。在精密铸件缺陷的修补领域可以使用冷焊机来替代氩弧焊，由于冷焊机放热量小，较好的克服了氩弧焊的缺点，弥补了精密铸件的修复难题。

（2）氩弧焊与焊条电弧焊相比对人身体的伤害程度要高一些，氩弧焊的电流密度大，发出的光比较强烈，它的电弧产生的紫外线辐射，约为普通焊条电弧焊的5～30倍，红外线约为焊条电弧焊的1～1.5倍，在焊接时产生的臭氧含量较高，因此，尽量选择空气流通较好的地方施工,不然对身体有很大的伤害。

氩弧焊的应用：

氩弧焊适用于焊接易氧化的有色金属和合金钢（目前主要用Al、Mg、Ti及其合金和不锈钢的焊接）；适用于单面焊双面成形，如打底焊和管子焊接；钨极氩弧焊还适用于薄板焊接。

右图即为氩弧焊结构示意图

1—填充细棒2—喷嘴3—导电嘴4—焊枪5—钨极6—焊枪手柄

7—氩气流8—焊接电弧9—金属熔池10—焊丝盘11—送丝机构12—焊丝