韓 強(qiáng)，范成坤，楊恒遠(yuǎn)，王曉麗，王文明，顏景濱

（濰柴重機(jī)股份有限公司 大缸徑材料成型中心，山東濰坊 261001）

在大型柴油機(jī)機(jī)體、氣缸蓋等工件的鑄造生產(chǎn)加工過程中，鑄件上會(huì)出現(xiàn)許多諸如氣孔、砂眼、夾渣、冷隔、裂紋等缺陷，會(huì)影響鑄件可靠性和使用壽命。出于成本的考慮，當(dāng)缺陷出現(xiàn)在非重要部位時(shí)，常對其進(jìn)行焊補(bǔ)，焊補(bǔ)法應(yīng)用最廣、最可靠。本文主要針對不同材質(zhì)鑄鐵分別在電火花堆焊和激光熔覆兩種冷焊工藝下進(jìn)行組織分析。

1 電火花堆焊工藝及激光熔覆工藝介紹

1.1 電火花堆焊工藝

電火花堆焊技術(shù)是利用高頻電火花放電原理，將電源存儲(chǔ)的高能量電能，在金屬電極與母材間瞬間高頻釋放，通過電極材料與母材之間的空氣電離，形成通道，在母材表面產(chǎn)生瞬間高溫、高壓微區(qū)，同時(shí)離子態(tài)的電極材料在微電場作用下熔滲進(jìn)母材基體，形成冶金結(jié)合（見圖1）。

電火花堆焊特點(diǎn)：金屬制品工件經(jīng)修補(bǔ)后不變形、不退火、溶接強(qiáng)度高、抗磨，可通過金相、拉伸及硬度測試，同時(shí)焊材與基體的冶金結(jié)合保證了焊接的牢固性。

1.2 激光熔覆工藝

激光熔覆亦稱激光熔敷或激光包覆，是一種新的表面改進(jìn)技術(shù)。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成冶金結(jié)合的添料熔覆層（見圖2）。

圖2 激光熔覆

激光熔覆特點(diǎn)：熔覆層稀釋度低但結(jié)合力強(qiáng)，與基體呈冶金結(jié)合，可顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化或電氣特性，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，滿足材料表面特定性能要求的同時(shí)可節(jié)約大量的材料成本。

2 鑄鐵件冷焊組織分析

2.1 灰鐵基體鑄件冷焊組織分析

由于灰口鑄鐵的塑性接近零，抗拉強(qiáng)度又低，所以在焊接應(yīng)力及鑄件組織應(yīng)力的共同作用下，當(dāng)局部應(yīng)力大于強(qiáng)度極限時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使焊縫金屬和母材剝離。

通過灰鐵基體金相組織分析可以發(fā)現(xiàn)相較于電火花堆焊，在激光熔覆工藝下母材與焊層界面熔合線不明顯，熔合能力較好，其焊補(bǔ)質(zhì)量相較于電火花堆焊較為優(yōu)異，見圖3。

圖3 灰鐵基體冷焊金相組織

2.2 球鐵基體鑄件冷焊組織分析

球墨鑄鐵的強(qiáng)度較高，塑性和韌性比較好，焊接接頭的性能需要與母材相匹配，對焊接接頭的力學(xué)性能要求比灰鑄鐵高。其焊補(bǔ)過程中的主要問題是熔合區(qū)產(chǎn)生白口和焊縫出現(xiàn)裂紋，由于焊補(bǔ)時(shí)的冷速大，淬硬組織及硬化相的存在很難保證焊補(bǔ)區(qū)與鑄件基體硬度的一致性，給機(jī)加工和使用性能造成不利的影響。因此，焊補(bǔ)時(shí)不僅需要選擇合理的焊接方法和焊接材料，還需要制定合理的焊接工藝措施和操作措施。

通過球鐵基體金相組織分析可以發(fā)現(xiàn)，電火花堆焊焊縫處熔合不良，存在空洞類缺陷，相較于電火花堆焊，在激光熔覆工藝下母材與焊層界面熔合線不明顯，熔合能力較好，其焊補(bǔ)質(zhì)量相較于電火花堆焊較為優(yōu)異，見圖4。

圖4 球鐵基體冷焊金相組織100x

2.3 蠕鐵基體鑄件冷焊組織分析

蠕鐵中的石墨全部以不同尺寸的蠕蟲狀形態(tài)分布于基體上，由于石墨形態(tài)介于片狀和球狀之間，所以其強(qiáng)度與球墨鑄鐵接近并具有一定的韌性。

通過蠕鐵基體金相組織分析可以發(fā)現(xiàn)，電火花堆焊工藝下焊縫熔合區(qū)較寬，焊材區(qū)存在較多空洞類缺陷，相較于電火花堆焊，在激光熔覆工藝下母材與焊層界面熔合線不明顯，熔合能力較好，其焊補(bǔ)質(zhì)量相較于電火花堆焊較為優(yōu)異，見圖5。

圖5 蠕鐵基體冷焊金相組織

3 結(jié)論

通過對灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵分別在電火花堆焊和激光熔覆的焊補(bǔ)工藝下的組織性能分析，可以得出：（1）電火花堆焊和激光熔覆工藝下的熔合性：灰鑄鐵＞蠕墨鑄鐵＞球墨鑄鐵；（2）同類基體下的鑄鐵件，激光熔覆相較于電火花堆焊，母材與焊材熔合能力較好，焊補(bǔ)質(zhì)量較好。