在机械维修领域，金属零件或模具表面的砂眼、划伤、损伤等局部的缺陷维修一直是一个急需解决的问题，对这方面问题的解决将会有巨大的经济效益和社会效益。以模具维修为例，一般的模具型腔复杂，设计制造周期长，尤其对于一些大型模具，其价格比较昂贵。但在使用过程中，有时会因为模具表面的一点小的划痕、凹坑或棱角磨损、崩裂等小缺陷就会造成模具的报废，这无疑增加了生产成本。
因此，对于金属设备表面小缺陷的修复再生使用，一直有很高的期望，但由于自身精度要求及恶劣的使用环境使模具修复难度比较大。金属设备修复后不仅必须保持原有设备的外型特征，而且对基体本身的结构不能影响太大。北京天工宇工贸有限公司研制开发的专利产品—铸造缺陷熔融填充修补机，可满足对金属设备维修的要求，为金属设备表面缺陷的维修提供了一种实用的新方法和新工艺。
铸造缺陷熔融填充修补技术是国内首创的一种金属设备表面缺损修复的新技术，本技术是利用可调的大电流在设定的短时间内将不同规格的金属球熔化并压焊填充到缺损处（如图1所示），使补材与基材达到冶金结合。图2是修补时的电流与时间关系曲线，电流最小为1900A，最大可达到4200A，时间为0.5~2.5s之间。由Q=0.24I2Rt公式可知，根据一定直径的钢球熔化并与基体熔合所需的热量大小，就可确定所需的电流I和时间t。因此所研制设备给出了6档规范，适用于不同材质和不同直径的钢球用于表面缺损的修补，并实现了补材与基材属冶金结合、母材的热影响很小而不影响基体性能又不变形的目的。
图1 原理示意图
图2 本设备的输出电流特征
对金属设备表面损伤的修补有很多方法和工艺可供选择，例如电刷镀、氩弧焊等技术。其中氩弧焊的优点是补材的可选面宽，补材与母材结合为冶金结合，结合强度高，但热影响区大，易损伤基体性能，且变形大。而电刷镀技术的热输量很小，但缺点是结合强度不高，而且对尖角损伤的修复性比较差。与以上方法相比较，对于金属设备表面的少量缺陷，铸造缺陷熔融填充修补填充修补技术则是理想的一种修复方法，其特点主要有：
（1）由于本技术是利用局部放电，熔焊过程中热输入量适当，热影响区极小，工件无变形。
（2）本技术使用范围广：可以对各类结构钢、不锈钢、铸铁、铸钢、镍等材质的表面缺陷进行修补。
（3）补材与基体金属间的结合强度高，属冶金结合。
（4）修补工艺简单而完整，无需特殊技术。
（5）修补后加工余量小，用磨具、油石、锉刀打磨即可，省时省力。
（6）设备体积小，重量轻，携带方便。
（7） 可对各类滚筒、轴类、平面及特殊零部件进行快速修补。
（8） 可对各类大中型机器设备及其零部件进行现场或野外不解体修理。
本设备的包装中包含有：主机、两根输出线（一根与地线夹子相连，一根与焊枪相连）、一根输入线、一根控制线（一头与焊枪相连、一头接有插头）、一根地线，在打开包装后，请先检查是否齐全，确认后请按以下步骤安装：
1、用接地线连将主机后面的“地线接头”与地线连接，以防操作过程中的电击现象。
2、将与焊枪相连的一根输出线（以下简称：输出端1）与另一根与电源夹子相连的输出线（以下简称：输出端2）分别接到主机的输出接线柱上，连接时不分极性，但要注意必须连接牢靠。
3、将与焊枪相连的控制线的另一头的插头插入主机前面板上“控制线的插座”中。
4、用输入线连接好电源。要注意的是：输入线有3股线，两股线是“火线”，接380V电源的两个“火线”，还有一股是“零线”，接外接电源的“零线”。因此，提供的电源应是380V的三相四线制电源。如果接线不明白，则要请当地电工接线。
5、开启电源主开关（后面板上的空气开关），此时电源还不能工作，也没有指示。当打开前面板上的开关时，电源指示灯亮，则准备工作完成，可以工作。此时如有问题，请先找出问题后，再继续工作。
6、开始工作前，按下焊枪铵钮，检查记时器与接触器是否正常工作。判断是否正常，请参阅下面的标准热值设定表，在数码低的开关时，时间最短为0.5秒，数码高的开关时，时间最长为2.5秒（此时，应小心防止枪端与另外的一个输出极接触）。
1、将输出端2即夹子夹到待修补工件上，要保证连接可靠。
2、为了使熔融部分与填料接触良好，应先净化填料和工件表面（若填料与工件之间有沙子、油污、铁锈等污物则有可能焊不上，或焊接不牢靠）。
3、根据补材大小和附后的热值设定表选择选取合适的热值设定开关，热值设定开关打开后，其所处位置上方的指示灯亮。如果表中没有适合的数值，可选用与工件相同质量的材料样品进行试验，以找到最适宜的工艺条件。
4、将适宜大小的充填物（球体）置于拟修补部分，将焊枪前端放与充填物上，并施加足够的压力，以保证充分电接触，按下焊枪上的铵钮开关，保持此种状态，直到记时器的时间用完。在设定的时间内，操作将完成，熔填工作也就完成了。为取得良好的效果，填料的尺寸应比焊连部分的尺寸稍大些，若基体设备表面上的小洞或缺陷太大，一次操作不能完成，可再放一块填料，然后重复上面的程序，即可完成缺陷修补。
5、修补结束后，用磨具、油石或锉刀打磨一下修补部分。
工艺过程简图如图2所示。
① ② ③ ④ ⑤
①砂眼及其它缺陷 ②用旋转锉处理缺陷③放入小球（补材）并用本机施焊 ④焊填完毕 ⑤用磨具磨平
图2 工艺过程图
1、本设备输出的热量是按热值设定开关的数字顺序依次增加的。在两个或更多个开关同时打开的情况下，只有数码低的开关起作用。
2、在进行修补操作的过程中，不准把焊枪从工件上拿开或移动，否则电弧会损伤工件。
3、将焊枪的前端竖直放于填料的正上方，施加压力。不准直接接触工件表面。电源开启后，填料的温度逐步升高到熔点，在压力作用下变形，被压平并熔化填充到工件待修处。因此只有在达到熔化温度后，焊枪前端才与工件直接接触。
4、焊枪前部用后可能发生变形，因此，用后需用锉刀整形。
5、如需修补工件内角部位时，必须先用绝缘体包住焊枪（只露出枪尖最前端），这样除了焊枪枪尖外，其余部分均不与工件接触。
6、若长期使用，焊枪、输出线会逐渐变热，在这种情况下，应关闭电源进行冷却。待冷却后，再重新启动。
7、一定要除净修补部位和修补球间的污物，否则将影响熔融修补的质量。
1、打开电源及主开关，电源指示灯不亮，检查保险丝及输入线是否连接正确。
2、焊枪在施焊时不放电，检查两条输入线与主机是否连接牢靠，如果还不能正常放电，请检查地线夹子与基体金属设备是否连接牢靠，并确保之间无绝缘物。
3、在调试时，设备热值设定开关不能按照标准热值设定表工作，请多试几次，如仍不能正常工作，请及时与我们联系。
输入 |
380V，> |
相数 |
两相 |
频率 |
50/60Hz |
输出 |
2.5~7.5V, 1900~ |
输出调节 |
6级调节 |
调节时间 |
0.5~2.5秒/6级 |
球径（mm） |
热调级数 |
记时（s） |
4.8 |
5 |
2.5 |
4.0 |
4 |
2.0 |
3.0(3.2) |
3 |
1.5 |
2.0 |
2 |
1.5 |
1.6(2.0) |
1 |
1.0 |
0.6~1.0 |
S |
0.5 |
名称 |
碳钢球 |
铬钢球 |
不锈钢球1 |
不锈钢球2 |
等级与规格 |
C-4.8 C-4.0 C-3.2 C-2.4 C-1.6 |
Cr-4.0 Cr-3.0 Cr-2.0 |
S-4.0 S-3.0 S-2.0 |
SM-4.0 SM-3.0 SM-2.0 |
用途 |
软钢材料 不需硬化 |
硬钢材料 需硬化 |
任何类型的不锈钢 |
|
在铸造工艺过程中，由于各种工艺因素，会造成很多铸造缺陷，如气孔、砂眼、裂纹等，因此，铸件缺陷几乎难以完全避免，废品率较其他金属加工方法较高。因此，寻找一种结合强度高、工艺灵活、硬度相近、颜色相似、简便易行的修复方法非常必要。铸造缺陷熔融填充修补机的研制成功为其提供了一种切实可行的修补方法。
机械零部件或模具，制造工艺复杂，价格昂贵，其表面具有优良的耐磨、耐蚀等性能。这些零部件或模具在使用过程中，不可避免地会因正常或非正常原因产生局部磨损、划伤或局部崩落等缺陷，而造成其功能的失效。机械零部件的表面失效，特别是贵重零部件或模具的失效，将会造成可观的经济和材料损失。因此，与机械制造和模具制造相伴而形成的设备维修行业，一直在探讨零部件和模具局部失效部位的修补技术。
当前，重要零部件或模具表面局部的修补技术较多，按修补层与基体的结合特征，可归纳为：喷涂、镀覆、粘涂、堆焊等技术。它们各有特色，也各有优缺点。
差 |
差 |
良 |
优 |
良 |
腐蚀 |
良 |
差 |
良 |
一般 |
差 |
划伤 |
一般 |
差 |
一般 |
一般 |
堆焊 |
裂纹 |
孔眼 |
差 |
差 |
良 |
优 |
熔融填充修补机 |
一般 |
良 |
良 |
良 |
粘涂 |
优 |
优 |
差 |
差 |
镀覆 |
优 |
优 |
差 |
差 |
喷涂 |
加工超差 |
磨损 |
铸造缺陷 |
损坏形式 修复工艺 |
中 大 无 小 中 热影响区 易 高 易 易 高 操作难易程度 低 高 低 中 高 修复成本 优 优 优 优 优 耐磨性 中 可控 优 堆焊 中 可控 优 熔融填充修补机 低 可控 良 粘涂 中 可控 良 镀覆 高 可控 良 喷涂 设备价值 硬度 结合强度 指标 修复工艺
因为在修补中，铸造缺陷熔融填充修补机采用的能量是一个短时、大电流（1900~
主要组成有主机电源、焊枪、脚踏开关、输出线、工具箱。
铸造缺陷熔融填充修补机主机电源提供一个短时、大电流，可以为修补过程产生一个高密度的能量。主要包括时间及热值设定电路、各档位的互锁电路、输入、输出控制电路等。
（1）各种铸造缺陷
（2）各种划伤、凹坑
（3）各种腐蚀缺陷
（4）各种崩刃、塌陷
（5）电镀层表面损伤修复
（6）各种工模具损伤修复
大批量、大件 0.5~2.5秒 6档 2.5~7.5V， 1900~4000A 两相 380V，50Hz Ⅱ 大批量、中小件 0.5~2.5秒 6档 2.5~7.5V， 2000A 两相 220V，50Hz Ⅲ 移动性好、大批量、中小件 0.5~2.5秒 3档 2.5~7.5V， 2000A 两相 220V，50Hz Ⅳ 3~10次/秒 0.5~2.5秒 调节时间 Ⅴ Ⅰ 型号 大批量、大件 6档 2.5~7.5V， 1900~4000A 两相 380V，50Hz 移动性好、精度高 适用场合 连续调节 输出调节 0~14V 输出 两相 相数 220V，50Hz 输入电压
大批量、大件。
大批量、大件。
大批量、中小件。
移动性好、大批量、中小件。
移动性好、精度高。
两相 |
380V，50Hz |
Ⅱ |
两相 |
220V，50Hz |
Ⅲ |
两相 |
220V，50Hz |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅰ |
型号 |
两相 |
380V，50Hz |
两相 |
相数 |
220V，50Hz |
输入电压 |
安全，因为输出的工作电压很低，最大的只有14V左右。
铸造缺陷熔融填充修补机的电源使用的电极是由非常耐热的材料加工的，并可以根据不同的修补部位形状选择不同形状的电极。
本技术采用电源的热设定电路共有3档、6档和无机调节，因此，根据损伤程度及修补材料可按指导书设定档次。
因为修补机采用的是短时的大电流，在短时间内会产生大的密集性能量，长时间连续工作后会在输出线上产生累加，因此输出线会很热，这时应该关机休息一下在接着工作。
采用补片修补时，焊点直径约在 0.60~
可以采用单点模式，利用踏板一点一点的修补。这种方法适用于修补面积较小的工件。方法是每踏一次脚踏板放电一次，形成一个点核，然后将电极抬起，放在新的待修点，再踏一次脚踏板，形成第二个点核，如此连续下去，点与点的之间必须搭接好，形成一个修补面。
当打开电源开关后，如果指示灯不亮，首先检查是否接上电源，如果确定无误后，打开机箱后面板下侧的小门，检查空气开关是否闭合。
档位开关的有效原则是低位有效，即同时有两个或两个以上的开关打开，数字最低的是有效的，其他的是无效的。如果还不是这个原因就检查一下是否出现接线松动或线头脱落。
在修补过程中如果没有输出请先检查是否已经打开机器和进行了档位的选择，如果都没有问题，看是否压纽开关或脚踏开关是否压下有反应，如果也没有请检查压纽开关或脚踏开关是否已经出现问题。
一般出现这个问题的原因是输出控制线可能连接发生短路，如果没有，就是机器工作时间太长，请关机休息一下再用。
①材料之砂眼及其它缺陷；
②用旋转锉将缺陷处理；
③放一小球（补材）在缺陷处并用本机施焊；
④焊填完毕；
⑤用磨具磨平。
Ⅴ型 Ⅰ∽Ⅴ型 Ⅴ、Ⅵ型 Ⅰ∽Ⅴ型 适用机型 特殊部位 凹坑 划伤 孔眼 适合部位 HRC20~60 HRC20~60 HRC20~55 硬度 150目 0.1~0.2mm Φ 0.1~0.5 Φ0.6~4.8 规格 粉材 片材 丝材 球材 材料
本技术中已给出了普通碳钢、铬钢、不锈钢及镍基合金的不同直径的球体、棒体材料，并给定了它们所对应的档位。
补材的选用，是根据被修件的工况、损伤表面的形状和技术要求确定的，表面磨损或棱角崩损面积比较大的，宜用片材或粉材修补；表面划伤的沟痕，宜用丝材或粉材修补；棱角损伤或凹坑，宜用片材或粉材修补。补材材料应视被修件的使用要求选择，尽量使修复后的零部件（特别是工模具）达到被修件所需的各种物理化学性能，并兼顾考虑补材和基材之间的可焊性要求。
补材选定后要进行一定的表面处理。对于片材和丝材，要严格除去表面的氧化皮或锈斑，常用的方法是用砂布打磨或进行酸洗。对长时间未用或受潮的粉材，要在90~120℃下烘烤，以除去所含的水分。
被修件在修补前一定要清除油污，对待修部位要认真清洗，对待修部位的毛刺、氧化层和疲劳层要细心清除，切勿伤及周边的工作面。清洗的方法可先用柴油清洗，再用清洗剂清洗，最后对待修部位要用丙酮细心擦拭，如果待修表面是剥落或划伤，表面可能有撕裂，遇到此种情况，可先用电极在不使用补片的情况下对待修表面进行加工，通过加工可使待修表面的撕裂合拢，然后再用补材修补。
母材热影响区极薄，实测热影响区宽度为0.10-0.25mm，融合区和热影响区的组织，因骤然冷却，一般为淬火组织。
应用本技术修补的机械零部件或模具损伤后，用锉刀、手砂轮或油石打磨成标准尺寸。
1) 按待修件的技术要求选择修补材料；
2) 按待修件表面的形状，准备相应尺寸及形状的补材；
3) 清理待修表面的毛刺、凸点；
4) 对补材及待修部位用丙酮细心擦拭，彻底清除表面油污；
5) 待补材干燥后，将补材放置在待修部位；
6) 电极压在补材上，工作模式选择开关放在“单点”位置，按下踏脚开关，将补材固定在待修表面上；
7) 工作模式选择开关放在“连续”位置上，即可进行补材加工；
8) 当第一层补材补好后，用5~10倍放大镜检查，确定没有漏补部位后，然后进行表面修整，将修补表面修整光滑平整，再继续按上述方法放第二层补材，继续进行补材加工，直到将缺陷部位补好后，并留有加工余量，补修工作完成；
9) 进行机械加工，使修补面符合使用要求。
修补铸铁件时特别注意补焊前的预处理。
铸铁件的修补，可在清洗后、用电刷镀技术对待修表面进行电净及活化处理后进行，在没有电刷镀设备的情况下，也可进行火焰烘烤，然后再进行修补加工。电净、活化或烘烤的目的是为了清除渗入到铸件内部的油污及表面的碳黑，以提高修补层同基体的结合强度。关于电净、活化工艺规范及操作，请参考电刷镀工艺有关书籍及专著。
火焰烘烤工艺如下：
（1）用清洗剂除去表面油污；
（2）用喷灯、氧-乙炔火焰枪或焊炝烘烤待修表面，使基体温度达到100~150℃，使基体内部的油污渗出；
（3）用砂布打磨，去掉表面的氧化层、疲劳层和油污；
（4）用丙酮擦拭，干燥后即可进行补焊。
其补焊工艺同上。
凹坑的修补可采用粉材和片材。
在修补前，先按凹坑直径加工好补片材料，或用粉材补焊，补片直径的大小，对凹坑的修补质量有很大关系。对于较深而直径又较小的凹坑，补片的直径不得大于凹坑直径，每层补片补后，都比较平整，如图b所示。如果补片大于凹坑的坑直径，修补到最后，凹坑的中间易产生间隙，如图a所示。在修补凹坑时一般用圆柱形电极，电极的端部是球形，圆柱直径的大小视凹坑的大小而定。
在修补划伤时，要依据划伤的深度、宽度及技术要求，将补片剪成条状。或用丝材、粉材补焊。电极的选择，要视划伤深浅及宽窄而定，对浅而宽的划伤可用圆柱形电极如图a所示；对浅而窄的划伤，可先用矩形电极，端部加工成梯形，如图b所示；对窄而深的划伤，可将圆柱形电极加工成楔形，如图c所示。
在修补表面剥落时，最重要的是如何使补片的形状和剥落部位的形状相同，剥落部位的形状比较复杂，如补片的形状同剥落部位的形状相差太大，每层修补后，都会扩大一些修补面积或在边缘地方产生间隙。为了使补片的形状同剥落层部位的形状相同，可采用印痕法剪切补片，方法是将纸用手压在剥落部位，这样剥落部位的形状就印在了纸上，再用剪刀按印痕剪下，贴在补片上，按贴纸的形状将补片剪下，然后即可进行修补工作，也可用粉材直接补焊。
