发动机缸体一些缺陷的修复工艺

发动机气缸体一些缺陷的修复工艺 The repair process of some defect of Engine cylinder block

机制0903 苑庆超 学号[1**********]20

摘要：本文主要介绍在发动机使用一段时间后针对汽缸体经常出现的一些问题、缺陷所采用的一些修复工艺。如缸体上表面的螺栓滑扣采用镶螺套法进行修复、缸体上平面的裂纹与边角缺损采用加热减应气焊进行修复、缸体水套壁的裂纹与破损采用手工电弧冷焊或手工电弧焊挖补法进行修复、气门弹簧座和气门导管壁的裂纹以及气缸套壁渗漏缺陷采用厌氧胶粘补法进行修复、轴承座的磨损失圆和不同轴度采用电刷镀修复。

Abstract: This paper introduces some repair process of the problems and defects that often appear in the engine cylinder block when it is used for a period .For example the sliding of the bolt on the surface of cylinder block can be repaired by the method of setting bolt sleeve.The cracks and corner defects on the surface of the cylinder block can be repaired by the method of gas welding.The cracks and damage of the cylinder block water jacket can be repaired by the method of manual arc cold welding .The cracks of valve spring retainer and valve guide wall and the leakage of the cylinder sleeve wall can be repaired by the method of anaerobic adhesive filling.Bearing pedestal grinding loss of round and loss of axiality can be repaired by the method of electro-brush plating.

关键词：镶螺套；加热减应气焊；手工电弧冷焊；厌氧胶粘补；电刷镀修复

Keywords: setting bolt sleeve; gas welding; manual arc cold welding ；anaerobic adhesive filling; electro-brush plating

引言

气缸体是发动机机体组的主要组成部分，在气缸盖和曲轴箱之间，水冷式发动机气缸体常和曲轴箱铸成一体，称为气缸体-曲轴箱，风冷式发动机常将气缸体与曲轴箱分开制造在用螺栓连接起来。缸体的汽缸是可燃气体压缩、燃烧和膨胀的空间，工作条件非常恶劣。做功的燃烧过程中，燃气的最高温度可达2200~2800k，压强可达3~10MPa，它的内壁直接受到高温高压气体的作用，而外壁又受到风(或水) 的冷却，使缸体承受较大的机械应力和热应力，因此要求气缸套要有足够的强度和刚度，且工作时变形小。此外，气缸体对活塞的运动起导向作用，气缸内壁除受活塞的侧压力外，还受由于活塞的高速运动而产生的强烈的摩擦作用，是发动机磨损最严重的表面之一，处于这样恶劣的工作条件下汽缸体难免产生一些裂纹、破损、螺栓滑扣、拉缸等缺陷。

图1

1、汽缸体常见的问题

气缸体是发动机组成中技术要求较高的基础件, 一般为灰口铸铁。常见的气缸体缺陷有:螺纹滑扣、裂纹、渗漏、局部磨损和缺损, 如不及时修复, 将会影响发动机的使用性能和寿命。在修理时, 首先要详细分析缸体缺陷的性质、缺陷所在位置的刚性, 几何形状的复杂程度、有无自由热胀冷缩的可能性以及修复质量要求等, 然后针对缺陷采取相应的措施进行修复。修复之前正确的选用修复工艺是非常必要的, 如果选择的不合适可能会导致修复质量不高, 甚至将本来很易修复的缸体修坏、报废。为此提出了气缸体缺陷的综合修复工艺, 供修复缸体时参考。各种缺陷的维修分类和推荐修复工艺见下表:

气缸体缺陷分类与推荐修复工艺 表1

序号

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缺陷部位 缸体上的表面 缸体水套壁 气门弹簧座 气门导管壁 气缸套壁 轴承座 干式气缸套 缺陷种类 螺栓滑扣 裂纹 边角缺损 裂纹 破损 裂纹 渗漏 磨损失圆，不同轴度 拉缸 推荐修复工艺 镶螺套 加热减应气焊 手工电弧冷焊 手工电弧焊挖补 厌氧胶粘补 电刷镀修复 拉缸需要镗缸，换活塞，换活塞环

2. 汽缸体常见问题的修复方法

详细介绍表中所列的气缸体缺陷修复的一些修复工艺。

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发动机气缸体图 图2

2. 1 镶螺套法

将滑扣的螺孔用钻头扩孔, 然后攻丝, 拧入螺塞, 主要用于修复损坏的螺孔。再在螺塞上钻孔, 攻丝即可。例如原螺孔为万M12, 拧入的螺塞取M18（见图3），螺塞要稍带锥度, 大端为直径为18.5mm, 拧入后即能自行栓紧, 经钻孔直径为10.1mm 后, 攻丝M12即能使用。镶套法简便易行, 不会产生焊补时出现的开裂现象,

所以应用较广泛。

图3 镶螺套

2.2 加热减应气焊法

主要用于修复缸体上平面的裂纹与边角缺损。在用氧乙块焰气焊缸体时, 同时对减应区加热, 能够消减焊接应力, 防止缸体开裂。此法的优点在于焊缝能够进行机械加工, 可焊补大块的缺损, 与整体预热气焊相比, 焊补质量较好, 工人的劳动条件也得到改善。

1、焊前准备

（1）清洁

先用碱水清洗缸体, 然后用氧乙炔焰对缸体略加烘烤, 再用钢丝刷或砂布除掉缺陷表面

锈污和杂质, 使其露出金属光泽。

（2）检查裂纹

采用白粉渗油探伤法、着色探伤法或水压试验, 探明裂纹位置, 然后用冲头沿裂纹冲出标记。

（3）开坡口

气焊铸铁必须焊透, 开坡口有利于焊透。开坡口可用钻头先沿裂纹钻孔, 再用凿子凿通, 也可用角向磨光机磨出合适的坡口。能提高焊接速度, 减少输入焊缝的热量, 从而减少焊接应力。如果裂纹裂至螺孔, 则需将螺孔扩大以便焊接。

（4）选用焊炬

加热减应需要较多的热量, 一般采用2号射吸式焊炬H01-12配直径2mm 的焊嘴, 使火

焰能率大一些。

（5）焊接材料

焊条可用QHT-1型铸铁气焊条, 焊粉型号为粉201。

2、操作技术

先用中性焰往复加热坡口, 当加热至坡口底部和坡口两侧开始熔化时, 将焊条一端加

热, 蘸上少许焊粉, 在熔化的坡口“摩擦”或搅拌, 使焊条熔滴金属与基体金属熔合。如果熔池内出现杂质（白色透明圆点）、气孔或咬边等缺陷时, 应提高熔池温度, 扩大熔池范围, 增加熔池深度, 同时添加少量焊粉, 使杂质自动浮起, 用焊条轻轻拨去。如果熔池出现“沸腾”现象, 说明温度过高, 焊缝过烧, 应适当调整火焰。提高焊接速度。

待焊缝填满后, 要对焊缝进行整形。整形时要加热焊缝的表层, 并观察焊缝金属的成型。整形从焊缝边缘开始, 加热边缘, 使其熔化, 随后用焊条轻轻拨去氧化物和杂质以及多余的焊 肉。整形侧面的焊缝时, 待焊缝表面金属一熔化, 就立即用焊条拨去, 要防止产生过热造成流淌。

在焊补缺陷时, 要随时控制焊接区的温度, 随时控制热流方向, 即要熟练地、灵活地运用加热减应气焊法。利用局部加热的方法, 改变应力的分布状况, 降低焊缝区域内的温差, 使焊 缝有自由伸缩的可能, 从而减少焊接应力。

3、加热减应的要点

（1）加热减应的部位可以选择一处或多处。选择的部位应是与其它部位联系不多或强度较大的边、角、

棱等部位。

（2）焊前, 预热减应区至400-500℃ ,然后进行焊接, 焊补之后, 再次对减应区加热至

600-700℃, 保持此温, 直至焊缝冷却到300℃以下为止。

（3）焊补的顺序是, 从工件的里面缺陷开始焊补, 逐渐向外延伸, 焊接的火焰方向要指向

减应区, 切勿朝向其他非焊补区。

（4）加热的减应区形状可以是多种多样的, 常用的减应区形状为带状和三角形。带状的加热减应区是将加热的带状区作为过渡区, 使应力逐渐引向外部, 见图4中中间带状网格区。三角形的加热减应区常用于缺陷靠近工件边缘和边角部位的情况下, 这些部位自由伸缩的余地较大, 通过加热消减应力的效果最好, 见图4中边缘部分的网格区。

图4 带状和三角形加热减应区

4、注意事项

（1）为了使焊缝金属更好的熔合，充分利用焊接火焰的热量，使整个焊补过程中，焊嘴基本垂直于被焊部位, 成80-90°角, 拨渣时, 倾斜角调小至30-40°

（2）焊补应在室内避风处进行。

（3）为便于焊缝熔合和整形，应将被焊部位置于水平位置, 成水平焊缝, 铁水不易流淌。

（4）要确保焊补全过程中的氧气和乙炔的充分供应, 不能中途断气。

2.3手工电弧冷焊法

手工电弧冷焊法用于修补缸体水套壁的裂纹与破损，下面详细介绍一下此种方法的操作。

图5 汽缸套示意图

1、焊前准备

焊前的清洁工作和裂纹检查与气焊相同, 而坡口准备工作的要求则要高些。电焊前需要在裂纹两端的前方约5-8mm 处各钻直径为3mm 的止裂孔, 见图6。止裂孔的大小视壁厚而定, 当水套壁的厚度为5-8mm 时, 下部的壁厚可达10余毫米, 这时可选用小直径为4-8mmm 的钻头钻孔。钻孔要沿裂纹的中心线进行, 在确保焊透的前提下, 坡口尽量不要过宽或过深, 更不要钻穿。

钻后用角向磨光砂轮或凿子修整坡口, 坡口的形状见图6所示的A-A 剖面。

图6 钻止裂孔和坡口淮备工作

2、焊机和焊接材料

手工电弧冷焊以采用直流弧焊机为好。但是直流弧焊机有磁偏吹现象, 最好将负极搭铁线（直流反接法）接在引弧板上, 然后再将引弧板栓紧在靠近焊缝的螺孔上, 这样还可防止因接触不良所造成的电弧烧伤现象。如果用的是交流弧焊机, 则空载电压应高一些, 一般取75-80V 。

焊条型号宜用镍基的铸308型。直径细一些的好焊, 常用直径为3.2mm 的焊条。焊前需要将焊条在120摄氏度下烘烤1-2小时才能使用。焊接电流用90-110A 。

3、操作要点

（1）焊接采用间断、倒退、分段的焊法, 每段焊接长度不宜超过15mm . 运条要如图7所示, 先从坡口的一侧引弧, 然后将焊条缓慢地提起3-4mm ，并向前移10mm 起焊。焊条提高了, 电弧就拉长, 焊接电压升高, 电流下降, 这样焊得的焊缝熔深减小, 熔宽增大。此时电弧燃烧的声音为“嚓一嚓嚓”, 透过电弧能清楚地看到焊缝金属的熔合情况。最后用打圈圈的运条方式将弧坑填满, 立即将焊条快速地向后拉起熄弧。熄弧后马上用端部带有圆弧的小锤连续锤击焊缝, 待焊缝冷却至60摄氏度左右时方可继续施焊。

图7 运条方式

（2）焊接应从壁厚较厚的部位起焊。如果壁厚超过15mm 时, 则不能直接一次焊成, 要分道焊, 如图8所示。先用焊道1、2堆两边的坡口, 此时焊条要直线往复运送。每段焊25-30mm 。

第3条焊道采用打圈圈的运条方式, 焊层要薄, 每段约焊20mm 。

图8 多道堆边焊

（3）如果破损处壁厚过薄（2mm 一下）, 或有多条裂纹或破洞时, 采取挖补的方法较简便, 见图9。先将缺陷

处挖去, 整修边缘, 使成图9所示的矩形孔, 边缘开成50°的单边坡口，如图10所示。另外找一块低碳钢板。钢板的厚度要小于或等于基体金属的壁厚, 并剪成与孔洞相同的形状, 作为镶补块嵌人孔洞, 镶嵌补块的中部要压成稍微鼓起的形状, 这样可提高焊缝的塑性, 减小焊接应力, 防止开裂。镶补板先用点焊固定在孔洞内, 焊点要少, 焊肉要薄。施焊时要在孔洞的对称边反向交错进行, 运条方式同（1）。

图9 挖补洞的形状 图10 挖补洞的坡口

2.4 厌氧胶粘补法

主要用于修复气门弹簧座和气门导管壁的裂纹以及气缸套壁渗漏缺陷。其优点在于对缸体无热影响, 不会产生热应力拉裂缸体。缸体的气门弹簧座及气门导管壁等处的壁厚约2mm

左右, 要焊补这么薄的部位是极为困难的, 可以说是禁区。而用厌氧胶粘补则非常简便, 只要按下述工艺规范操作, 很易成功。粘补的另一优点是胶接层有良好的密封性, 耐热、耐腐蚀, 因此用于修补气缸套壁的渗漏缺陷非常合适。工艺程序如下：

1、粘前清洁

先用喷灯或氧乙炔焰烧烤缺陷部位, 烧去油脂, 蒸发水份。然后用砂布打磨缺陷部位, 磨去表面的积炭和锈迹, 最后用汽油擦洗表面, 待晾干后涂胶。

2、各种缺陷的修理方法

（1）气门弹簧座裂纹的修理：剔除旧气门弹簧座圈, 另配制新座圈, 涂上厌氧胶压入即可。

（2）气门导管壁裂纹的修理：将新导管表面上的保护层除去, 用砂布打毛, 使其粗糙。若导管承孔磨损变形超差, 则可将导管表面镀铜加大尺寸另配。使其外径去毛刺后比孔径大0.03mm , 随后涂胶压入。

（3）缸体上部或下部缸套壁渗漏缺陷的修理 将缸套向渗漏的一端压出50-60mm ，用砂

布将缸套外表打磨粗糙, 然后用汽油擦除油污, 待晾干后涂胶压回缸套即可。

3、涂胶方法

涂用的胶用ZY-802厌氧胶。涂胶的时候, 仅需在相互配合的任一个结合面上涂胶, 即单面涂胶, 而不需双面都涂胶。

2.5 电刷镀法

图11 电刷镀法原理示意图

主要用于修复轴承座的磨损、失圆和不同轴度。缸体的曲轴主轴承座和各轴承座孔是很难用焊接修复的, 焊接不但会造成缸体变形, 而且焊后还需精加工。如用刷镀修复则非常简便, 镀后稍加修整即能交付使用。其操作程序如下：

1. 镀前清洁：先用碱水煮洗去除油垢, 再用细砂纸打磨, 去除锈痕、毛刺。

2. 测量轴承座孔的尺寸、失圆度, 在磨损大的失圆方位作好记号, 确定刷镀层厚度。

3. 电解除油处理：用镀笔蘸零号电净液擦拭轴承座孔, 镀笔接正极, 缸体接负极, 电压8-12V, 电净时间20-30秒左右, 然后用清水冲洗。

4. 活化受镀面：先用2号活化液处理去除氧化膜, 缸体接正极, 镀笔接负极, 电压12-15V, 处理时间20-30秒, 待工件表面呈灰白色时即用清水冲洗, 然后用8号活化液处理, 电压18-20V , 处理时间30秒左右, 将2号活化液活化处理后的炭黑去除, 待工件表面呈银灰色时即用清水冲洗。

5. 刷镀快速镍 因为气缸体的材质是灰铸铁, 质地疏松, 不能用酸性的特殊镍溶液刷镀，否则易腐蚀剥落。刷镀时镀笔接正极, 缸体接负极, 刷镀快速镍的电压12-16V, 镀笔与工件的相对运动速度为10-15m/min, 对磨损大、失圆部位应多镀, 待恢复整圆后再均匀刷镀至所需尺寸。亦可先在需镀范围内刷镀, 以后逐渐缩小镀笔的移动幅度, 直到要求厚度最大处结束, 以获得厚薄不均的镀层达到复圆。

6. 用假芯轴刮研修整达到复圆和同轴度。

2.6 镗缸

拉缸是汽车发动机的常见故障之一。所谓“拉缸”是指气缸内壁被拉成很深的沟纹，活塞、活塞环与气缸壁摩擦副丧失密封性，从而导致气缸压缩压力降低，动力性丧失；可燃混合气下窜使曲轴箱压力增大，严重时会引起曲轴箱爆炸；润滑油上窜到气缸内引起烧机油现象发生；排气管冒烟严重；发动机噪声异常；发动机不能正常工作甚至熄火。

镗缸是对干式缸套过度磨损比较常见的修理方法。湿式缸套主要以更换活塞-缸套组方式进行修理。

（1）镗削量的计算。当气缸的修理级数确定后，即可选配同级活塞，然后根据活塞直径和气缸直径计算镗削量。活塞与气缸配合间隙0.03mm 适用汽油机，柴油机0.15mm. 磨缸余量为0.02-0.04mm ，镗削量可按下式进行计算：

镗削量=活塞裙部最大直径-气缸最小直径+活塞与气缸配合间隙-磨缸余量

（2）镗缸机。镗缸所用的设备有两种，固定式镗缸机和移动式镗缸机，由于移动式镗缸机精度差，工作效率低，已被固定式镗缸机所替代。

（3）镗缸定位基准的选择。为了保证镗缸质量，在操作上应注意首先做好定位基准的选择。选择镗缸的定位基准的目的是：保证气缸镗削后，各缸中心线与曲轴主轴承座孔中心线在一个平面上并相互垂直。固定式镗缸机以缸体底面前后两主轴承座孔和气缸上口作定位基准，其镗缸精度比较高。

（4）确定气缸镗削中心。定气缸中心有同心法和偏心法两种。同心法定中心是在气缸未磨损部位定中心，可以保证各缸镗削后中心线与原来的中心线不变。偏心法定中心，是在气缸最大磨损部位定中心，镗削后的气缸中心线发生偏移。固定式镗缸机的定位方法是靠装在镗杆上的定心杆进行的。定心杆，由螺钉调整到与气缸直径相应的位置，然后将镗杆伸入到缸口未磨损的台阶部位（如缸口台阶被刮过，需以活塞环行程以下的气缸下部定位），使定心杆球端距离气缸顶面3-4mm 。转动镗杆检查定心杆与气缸表面接触的均匀情况。当定心杆与缸壁四周间隙相等时，即为已经对正中心。

在实际生产中，为减少每次镗缸的镗削量，也有采用偏心法来镗缸的。但只能适用于镶过缸套并在允许偏移范围内的气缸。这是因为，偏心法镗缸将使气缸中心偏离原有中心，当偏心过大时，连杆小头将压向活塞销座使活塞一面压向缸壁，增加了气缸的磨损，反而会缩短发动机使用寿命。

（5）选择适当的吃刀量。镗削量确定后，应根据每次允许的吃刀量考虑镗削次数。一般铸铁气缸，第一刀切削深度应不大于0.05mm ，因为气缸表面有硬化层和气缸磨损不均，吃刀量过大、切削力过大会引起振动，不仅影响气缸加工质量，而且有损于镗缸机，又加剧刀具的磨损。中间几次可以大一些，但不得超过镗缸机限制的最大允许吃刀量。最后一刀，切削深度应控制在0.03-0.05mm ，以保证镗削的精度和表面粗糙度。

镗缸的切削要求：对于一般灰铸铁缸体硬度在HB180-230，采用YG6或YG8硬质合金刀具；切削速度为125-150m/min；走刀量为0.10-0.15mm/r；吃刀量如前所述。

气缸应隔缸镗削。镗缸后缸口应加工成75°倒角，以便活塞连杆机构的装配，并注意倒角宽度应符合规定。

（6）镗缸的工艺过程及技术要求。镗缸必须在缸体螺孔、焊补等其他作业完毕后，才可进行，镗缸工艺步骤如下：

根据量缸测量结果，确定加大扩缸修理尺寸。

根据修理尺寸选定同尺寸的活塞，同组的活塞重量、尺寸应一致，按下式进行确定气缸的镗削量： 镗削量=活塞裙部最大直径-气缸最小直径+活塞与气缸配合间隙-磨缸余量

测量选用的活塞的精确直径尺寸，根据配缸间隙，留出粗镗、精镗加工余量及珩磨余量，确定起镗尺寸，初镗进刀量一般在0.03-0.05mm 。

粗镗--留精镗加工余量为0.10mm 。

精镗--留珩磨余量为0.03mm 。

珩磨--达到规定尺寸及表面粗糙度。

清洗--将缸体仔细清洁，然后将配对的活塞放进气缸中推行检查配合情况，最后将气缸内涂润滑油防锈。

在珩磨后，缸壁表面粗糙度Ra 值不大于3.2μm ，在缸套表面形成均匀一致的凸凹痕迹（缸壁的表面有60°可见网纹，缸壁呈泛灰蓝色），气缸的圆度误差应不大于0.005mm ，圆柱度误差不大于0.015mm ；同时要保证气缸与活塞之间0.03mm 的配合间隙。

在珩磨过程中要随时注意检查气缸的尺寸。一般用量缸表或用活塞试配加工尺寸变化情况。但应注意，加工过程中所产生的切削热量，可能影响到气缸直径的变化，测量时要考虑这一因素，用活塞试配要在珩磨加工结束半小时以后进行。活塞与气缸配好后，应在活塞顶上打好缸号，以防装配时错乱。 结论

气缸体的损坏形式是多种多样的, 各种缺陷所处的部位也不一样, 因此修复时应灵活运用上述几种方法综合修理才能取得满意的修复效果, 如果采用单一的焊接或粘接法修理, 不是针对缺陷对症下药, 往往会降低修复质量, 甚至导致缺陷扩大和延伸。只要按表1所示的

方法选用修复工艺, 并严格按照操作规程去做, 一般的缸体缺陷是不难修复的。

参考文献

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