浅析无损冷焊在电力设备零部件缺陷修复方面的应用

林树疆

摘 要：我国的经济社会不断发展，工业科技技术水平不断提升，使得现代焊接技术也有了长足进步，在与工业相关的不同领域都有广泛的应用。本文通过对我国现阶段焊接技术的发展和应用进行简要介绍，并重点阐述了无损冷焊技术在电力行业设备零部件磨损后修复方面的应用，以供相关人士参考。

关键词：焊接技术、修补方法；冷焊原理特点；无损冷焊应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.153

0 引言

進入新世纪以来，我国的工业技术创新发展迅速，就我国现阶段工业化发展情况来说，焊接广泛应用于多种材料的连接和填补，而随着高新技术的不断发展，原来的传统焊接焊接方式也转化为激光、电子束焊等先进的焊接技术。可以说，无论是在建筑行业，还是车辆、机械、医疗设备等方面，离开焊接技术是根本无法运转的。而随着焊接设备的不断创新，也使得焊接技术在连接、焊补方面向着范围更广泛、质量更优良、操作更简便方向发展。

1 电力生产中焊接技术及焊接设备应用概述

电力生产使用的焊接设备是随着我国工业技术水平的提高而不断变化的，随着发展，最早使用的交流焊机逐渐淡出我们的视线，取而代之的是硅整流焊机，随着电力生产中钢材材质的多样性及焊接质量要求的提高，焊接设备随之升级，现在大部分已更换为逆变直流焊机[1]。

2 零部件缺陷的种类

零部件缺陷依据形成原因分为四种，及磨损、冲刷、腐蚀、拆卸伤。其缺陷程度各不相同，小的局部磨损、拆卸伤缺陷深度0.02-0.2mm或0.5-1.5mm，大的大面积冲刷、腐蚀缺陷深度2-10mm。修复难度可见一斑。

3 零部件缺陷的修补方法

3.1 传统焊接焊补

3.1.1 交直流焊机焊补

交流焊机只能使用酸性焊条焊补焊接低碳钢，受电压影响焊接参数不稳定，负载率低，且笨重，在电力生产中已被淘汰，基本不再使用。直流焊机可以使用各种酸性、碱性焊条，焊接电弧温度高，飞溅小，焊接参数电子调节精确度较高。但是在零部件焊补方面，直流焊机焊补产生的热能大，对焊点的焊补冲击巨大，焊后工件极易变形，且焊花飞溅造成精密工件精度降低[2]。

3.1.2 氩弧焊焊补

氩弧焊的电弧燃烧稳定，热量集中，焊弧温度高焊接效率高，热影响区窄，焊补的焊件应力、变形、裂纹倾向小，但是对于精密零部件的焊补还是存在变形的影响[3]。

3.2 激光焊机焊补

激光焊接技术属于熔融焊接，以激光束为能源。 激光焊接可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低。因不属于接触式焊接制程，焊接基件变形可降至最低。但是，激光焊接焊补工件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内，焊补工件受焊机夹具和工作台面的限制，速度较慢且补焊焊接结合度不高，焊接设备昂贵。

3.3 喷涂、刷镀修补

（1）热喷涂技术，是采用某种高温热源，将欲涂覆的涂层材料融化或至少软化，并用气体使之雾化成微细液滴或高温颗粒，高速喷射到经过预处理的基件表面形成涂层的技术。此项技术具有一定的优点，但其缺点是热喷涂涂层与基件的结合主要是物理机械结合，结合强度不高，涂层耐冲击和重载性能较差；喷涂涂层含有不同程度的孔隙，在耐腐蚀、抗氧化、绝缘等方面不如基体材料；热喷涂手工操作时劳动条件较差，有噪声、粉尘、热和弧光辐射等问题。

（2）刷镀是一种不用镀槽使用专门设备，将涂层有选择地镀到指定部位的电镀技术。专门用于修复表面损伤（如：划痕、凹陷及局部腐蚀），与传统的修复方法相比，刷镀技术具有刷镀时工件温升低，不会引起变形、残余应力及表面组织变化：对部件不会产生任何损害，且镀层种类多，结合强度高等优点。刷镀技术的缺点是速度慢，劳动强度大，不适用孔、洞、细缝沟槽、棱角、尖峰部位的修复。

3.4 无损冷焊修补

3.4.1 无损冷焊原理

无损冷焊技术采用特制的焊机实现（热输入低）放电时间（Pt=毫秒）与下一次放电间隔时间（It=毫秒）极短的周期，机器有足够的相对停止时间，热量会通过工件基本体扩散到外界，因此基件的被加工部位不会有热量的聚集。虽然基件的升温几乎停留在室温，可是由于瞬时熔化的原因，电极尖端的温度可以到达2700～3300℃左右。焊丝瞬间产生金属熔融，过渡到母材金属的接触部位，同时由于等离子电弧的高温作用，表层深处开成像生了根一样的强固的扩散层，呈现出高结合性，不会脱落。进行冷焊焊补作业该技术的焊补精度达到甚至超过激光焊接的焊补精度，同时又兼有氩弧焊的速度，灵活性。

3.4.2 无损冷焊的特点

（1）发热量小。此焊接技术可在几十毫秒（1秒=1000毫秒）内完成焊丝与焊接基件的熔接；相对氩弧焊（大于几秒）来说其传导到焊接基件的热量相当少，所有就基件本身而言，发热量较少，焊点以外基件区域升温小，因此，基件不会产生退火、变色问题。又由于每个焊接脉冲产生的熔池小于2mm3。所以焊接基件应力产生的也较小。虽然一个焊点需要很多熔池产生，但焊点的应力方向分散，焊接基件受到的集中应力也较小，焊补后基件变形很小。

（2）焊补精度高。由于冷焊技术的焊机采用微电脑芯片控制输出电流和时间，使得脉冲电流和电压可任意调节（1-99），因此可根据不同的焊补要求，选择合适的焊丝规格（0.2-2.5mm），设置对应的焊补参数，使得0.2mm焊丝也可以得到完美焊接，从而达到激光焊机的焊补精度。

（3）焊补结合面牢固度高。采用特制的冷焊机焊接的结合牢固度高，可以达到氩弧焊的效果，并适用于各种机加工方式的再加工，不会出现焊补处结合不牢固产生的起皮、脱落问题。

（4）焊补速度快。最快焊补速度可达到100mm3/分钟。

3.4.3 无损冷焊适用于各种焊补部位

A、平面部位的凹陷、孔、洞的焊补。

B、细缝、沟槽和磨损后的拉痕焊补。

C、棱角、楞线、尖峰部位缺损的焊补。

D、沙眼、气孔及氩弧焊焊后咬边问题的焊补。

3.4.4 应用范围广

A、适用金属范围：球墨铸铁、灰口铸铁、铸钢、铜铝铸件、不锈钢零件。

B、适用零部件范围：轴类、齿类、阀类、液压杆、液压缸、叶轮叶片。

4 无损冷焊技术在零部件缺陷修复方面的应用

火力发电生产在设备检修中经常出现轴颈磨损、端盖内孔磨损、阀门密封面冲刷、叶轮叶片冲刷等缺陷，其修复周期要求较短，采用热喷涂、刷镀技术进行修复即无法在短时间内完成，又有其技术条件限制到不达零部件的技术要求。而采用无损冷焊技术进行修复，即能够在短时间内完成，又能达到零部件基件原有的技术要求。

4.1 轴类零件缺陷修复应用

首先，用无损冷焊修复泵轴，泵轴材质为45#钢调质处理，缺陷部位轴颈直径60mm，长40mm，缺陷轴颈外圆磨损深度1-1.2mm，选用直径2mm的碳钢焊丝冷焊修补，焊补时间为45min，机床再加工时间30min，零部件缺陷累计修复时间仅需75min（以上时间不含辅助准备时间）。

4.2 盘盖内孔类零件缺陷修复应用

其次，用无损冷焊修复电机端盖，端盖材质为球墨铸铁，缺陷部位轴承孔，直径100mm，宽50mm，缺陷轴承孔磨损深度0.5-0.8mm，选用直径1.2mm的铸铁焊丝冷焊修补，焊补时间60min，机床再加工时间40min，端盖缺陷累计修复时间100min。（不含辅助准备时间）

4.3 叶轮叶片类部件缺陷修复应用

再次，用无损冷焊修复大型水泵叶轮，材质为不锈钢，其叶片表面冲刷出的凹坑缺陷，直径在10-25mm，深度在5-10mm之间大小不等30多个，选用直径2mm的不锈钢焊丝冷焊填补凹坑缺陷，焊补时间3.5个工作日，修复后仅需用手持角磨机打磨处理无需机床再加工。

4.4 其他异形零部件缺陷修复应用

冷焊技术可以用来对一切金属材料进行相互连接、填补、固定焊接和密封，并且和基件金属一样能机床再加工。对于快速修复设备，延长设备寿命，具有重要意义。用在铁、钢、铝、铜等铸造零部件产生的裂纹、沙眼、凹坑、气孔、磨损、缺口、划伤等金属表面缺陷的修补，冷焊补焊后工件不产生热裂纹、不变形、无色差、没有硬点、熔接强度高。更可用在曲轴磨损、阀门冲刷洞眼、气孔沙眼等缺陷进行修复。再者某些薄壁器件连接修复用一般的焊接法时，由于焊接时温度很高，不仅有損材料的强度，而且还容易变形，冷焊技术特别对薄型材料的焊接就不用考虑变形问题。

5 结论

冷焊技术在设备维修领域的应用正处在发展阶段，但是在火电设备检维护方面的应用还处在起步阶段。运用冷焊技术可以对难以搬动的大型设备进行现场修复，可以对各种材质的零部件进行缺陷焊补修复，可以对面、棱、沟槽、曲面等各种部位进行精密焊补修复，并且不用考虑变形、焊接残余应力，其操作方便灵活、修复工期短，投入少、修复效果好等特点非常适合在电力检维护生产中使用。

参考文献：

[1]姚河清，陈亚政，孟庆芹.现代焊接技术发展的现状及展望[J].河海大学常州分校学报，2004，18（03）.

[2]郑电文.现代焊接技术发展的现状及展望[J].城市建设理论研究（电子版），2013（31）.

[3]车广.现代焊接技术发展的现状及展望[J].中文信息，2014（06）.