機電設(shè)備故障診斷與維修 課件 第三章 機械零件修復技術(shù)

第三章機械零件修復技術(shù)機電設(shè)備故障診斷

與維修技術(shù)機械零件修理技術(shù)方案的制定機械修復技術(shù)焊接修復技術(shù)電鍍修復技術(shù)1234目錄Contents黏接與黏涂修復技術(shù)5熱噴涂技術(shù)6表面強化技術(shù)7機械維修使用的量具和儀器8機械零件修理技術(shù)

方案的制定第1節(jié)

設(shè)備維修是為保持、恢復和提升設(shè)備技術(shù)狀態(tài)進行的技術(shù)活動，包括保持設(shè)備良好技術(shù)狀態(tài)的維護、設(shè)備劣化或發(fā)生故障后恢復其功能而進行的修理，以及提升設(shè)備技術(shù)狀態(tài)進行的技術(shù)活動等。機械零件修復技術(shù)主要用于設(shè)備劣化或發(fā)生故障后恢復其功能而進行的修理，屬于再制造技術(shù)的分支，合理應(yīng)用修復技術(shù)可使修復后的零件性能更優(yōu)。機械零件修復技術(shù)的選擇應(yīng)遵守“技術(shù)合理，經(jīng)濟性好，生產(chǎn)可行”的基本原則。常用的機械設(shè)備零件修復技術(shù)有機械修復、焊接、電鍍與刷鍍、粘結(jié)與粘涂、熱噴涂與噴焊等。零件材質(zhì)---鍍鉻、鍍鐵技術(shù)適用于修復碳素結(jié)構(gòu)鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼和灰口鑄鐵等；焊接技術(shù)適用于修復低碳鋼、中碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼等；熱噴涂適用于修復碳鋼、合金鋼、鑄鐵件和絕大部分有色金屬件等；粘接修復適用于各種金屬和非金屬材質(zhì)的零件；塑性變形適用于中、低碳鋼及銅合金；金屬扣合適用于修復灰鑄鐵等。零件工作條件---例如，齒輪、凸輪等滾動工作零件，表面承受較大的接觸應(yīng)力，應(yīng)采用有益于提高接觸強度的修復技術(shù)，如鍍鉻、噴焊、堆焊等。較高的修復施工溫度會引起零件退火，破壞原有熱處理性能，因此補焊和堆焊技術(shù)等技術(shù)僅適用于未淬火零件的修復。修補層力學性能及厚度---修補層的強度、硬度、厚度以及修補層與零件的結(jié)合強度等是評價修理質(zhì)量的重要指標。修補層的力學性能是選擇修復技術(shù)的重要依據(jù)。一、影響修復技術(shù)選擇的因素不同種類修復技術(shù)的工藝特性既有相同之處，也有不同之處。因此，同一機械零件缺陷的修復可能存在幾種修復技術(shù)和方法。工程實踐中，選擇修復技術(shù)要綜合考慮以下因素?？尚行耘c經(jīng)濟性---從可行性角度看，要根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的裝備狀況、技術(shù)水平、維修生產(chǎn)管理機制，并結(jié)合修復技術(shù)的發(fā)展進步，盡量選用先進的修復技術(shù)。在經(jīng)濟性方面，應(yīng)綜合考慮零件修復成本、修后使用壽命、停機損失等。二、確定零件修復技術(shù)方案

編制機械零件修理工藝規(guī)程要遵守“優(yōu)質(zhì)、高效、低成本”原則，其主要依據(jù)是零件的工作狀況和技術(shù)要求、企業(yè)設(shè)備狀況和修理技術(shù)水平、生產(chǎn)經(jīng)驗和有關(guān)試驗總結(jié)以及有關(guān)技術(shù)文件等。調(diào)查待修零件損傷狀態(tài)

檢查待修機械零件損傷部位、損傷性質(zhì)(磨損、腐蝕、變形、斷裂)和損傷程度(磨損量大小、磨損均勻程度、裂紋深淺及長度)，明確修復零件批量。查閱零件損傷鑒定單、零件制造技術(shù)文件、裝配圖和設(shè)計說明書等技術(shù)文件，確定零件的功能以及工作條件、材質(zhì)和技術(shù)要求等。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有修復技術(shù)裝備狀況、技術(shù)水平和經(jīng)驗，估算修復工作量，確定自修還是委外修理。二、確定零件修復技術(shù)方案擬定零件修理工藝規(guī)程

擬定零件修理工藝規(guī)程的基本原則是：在保證修復質(zhì)量的前提下，力求選用最少的修復技術(shù)種類；力求避免多個修復技術(shù)之間的相互不良影響；盡量采用簡易的低成本技術(shù)。（1）確定零件修復使用修復技術(shù)種類、方法，分析零件修復中的主要問題并提出相應(yīng)措施；（2）安排零件修復工序，提出各工序的技術(shù)要求、規(guī)范，確定工藝設(shè)備和質(zhì)量檢驗標準等。（3）在進行必要試驗的基礎(chǔ)上，填寫修理技術(shù)規(guī)程卡片，經(jīng)主管領(lǐng)導批準后執(zhí)行。二、確定零件修復技術(shù)方案確定零件修理工藝規(guī)程應(yīng)注意的問題（1）注意保護不修理表面的精度和材料的力學性能不受影響。（2）安排工序時應(yīng)將產(chǎn)生較大變形的工序安排在前面，并增加校正工序；將精度要求高，表面粗糙度值要求小的工序安排在后面，避免因修復技術(shù)(如堆焊)破壞零件原有精度。（3）零件修理加工時需預(yù)先修復定位基準或給出新的定位基準。（4）有些修復技術(shù)可能導致機械零件產(chǎn)生微細裂紋，應(yīng)注意安排提高疲勞強度的工藝措施和采取必要的探傷檢驗等手段。（5）修復高速運動的機械零件，應(yīng)考慮安排平衡工序。三、機械零件修復實例

某企業(yè)鍛造車間的Y32-1500T金屬鍛造壓力機是企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，因主液壓缸柱塞嚴重劃傷，須停機修復。主液壓缸柱塞修復的工作過程如下:1.調(diào)查主液壓缸柱塞損傷狀態(tài)

經(jīng)檢查知：柱塞表面有1處劃傷，劃傷面積為400×3400mm2（柱塞直徑900mm，工作行程5000mm）。劃痕最深處為3mm，最淺處為0.1mm，平均約為0.8mm左右，局部有近十個深度達4mm左右的小坑。

2.擬定零件修復工藝規(guī)程（1）確定采用的修復技術(shù)

修復柱塞劃傷的工作面，選擇修復技術(shù)。從經(jīng)濟性和可行性考慮，工廠生產(chǎn)、設(shè)備狀況考慮：廠里有刷鍍設(shè)，修復成本低，可節(jié)約人力、物力及能源。因而，擇優(yōu)選擇電刷鍍技術(shù)修復柱塞。

（2）安排柱塞零件修復工序

①清洗去油污雜質(zhì)。用水基清洗劑或汽油除去柱塞上的油污；用氧乙炔火焰燒烤劃傷表面，清除油漬。

②表面初整形。用砂輪、油石、刮刀等去除劃傷表面的毛刺并開槽，使劃痕與坑底的基體面圓滑過渡。

③電焊。用堆焊修復表面深度為4mm左右的小坑。

④電鍍。用電刷鍍修復表面劃痕。機械修復技術(shù)第2節(jié)一、修理尺寸法

利用切削加工、機械連接（螺紋、鍵、銷、鉚接、過盈聯(lián)接等）和機械變形等各種機械方法，恢復失效零件功能的技術(shù)稱為機械修復技術(shù)。常用的機械修復技術(shù)有修理尺寸法、鑲裝零件法、局部換修法和金屬扣合法等。

修理尺寸法常用于軸、孔構(gòu)成的間隙配合副修復。它采用切削加工方法，恢復配合副主要零件原設(shè)計的幾何公差、表面粗糙度要求，使其獲得一個新尺寸（稱為修理尺寸），然后據(jù)此尺寸更換或配作另一個配合件，保證原有配合關(guān)系不變的修復技術(shù)。確定修理尺寸時，應(yīng)先考慮零件的結(jié)構(gòu)可行性和強度是否足夠，再考慮切削加工余量。二、鑲裝零件法

在磨損零件的結(jié)構(gòu)和強度允許的情況下，對零件磨損部位進行切削加工，再在這個部位鑲上一個零件補償尺寸，恢復零件原有精度的方法稱為鑲裝零件法。常用的有鑲套、加墊和機械夾固等方法。在軸徑磨損處，鑲裝一個套筒，并在軸端用固定銷固定，防止套筒工作時松動。較大鑄件產(chǎn)生裂紋后，采用鋼板螺釘加固修理。修理時，在裂紋末端鉆為?3～?6mm的止裂孔，防止因為應(yīng)力集中使裂紋繼續(xù)發(fā)展。鑲裝零件修理法適用于磨損量較大零件的修復，且不必更換配換件。應(yīng)用該方法應(yīng)注意兩個問題：（1）鑲裝件材料盡量與基體材料一致，使兩者熱膨脹系數(shù)相同，保障工作中鑲裝件的穩(wěn)固性。（2）鑲裝件與基體應(yīng)采用過盈配合。要正確選擇過盈量，過盈量過大會脹壞孔，甚至引起基體變形，而過小則穩(wěn)固性不好。圖3.1軸徑鑲套修理圖3.2補強板夾固修復裂紋三、局部修換法

對零件某一部分進行修理更換的方法稱為局部修換法。局部修換法通常是將零件磨損嚴重的部位切除，將這部分重制一個新零件，然后用機械聯(lián)結(jié)、焊接或粘接的方法固定在原來的零件上，使零件得以修復。圖3.3局部修換法

雙聯(lián)齒輪中磨損嚴重的小齒輪輪齒被切去，重新制作一個小齒輪，然后用鍵聯(lián)接、騎縫螺釘固定在原來的零件上。四、金屬扣合法

金屬扣合法是利用金屬扣件（波形鍵等）的塑性變形或熱脹冷縮的性質(zhì)，將損壞的零件連接起來，達到修復零件裂紋或斷裂目的的技術(shù)。金屬扣合法修理工藝簡單易行，大型機件可在現(xiàn)場修理；修復過程在常溫下進行，工件不受熱應(yīng)力影響；修復強度高，修復質(zhì)量可靠，特別適用于大型鑄鐵件的修復，也可用于修復不易焊修的鋼件、有色金屬件等。1．強固扣合法

在零件裂紋的垂直方向或折斷面方向上，加工出波形槽，并在槽中嵌入波形鍵；在常溫下鉚擊波形鍵，使之產(chǎn)生塑性變形充滿槽腔；當波形鍵的凸緣與槽密扣合時，損壞的零件重新牢固地連接成一個整體。該法用于修復壁厚為8～40mm的一般強度要求的薄壁零件。圖3.4

強固扣合四、金屬扣合法2.強密扣合法

該法適用于修復高壓密封零件的裂紋和折斷，如高壓氣缸和高壓容器等。它是在強固扣合工藝原理基礎(chǔ)上，再在裂紋或折斷面上栽入涂有粘接劑的綴縫栓，形成有粘接劑和金屬組成密封帶，起到防滲漏的作用。圖3.6強密扣合3．優(yōu)級扣合法圖3.7優(yōu)級扣合法1.機件2.短圓柱銷3.磚型加強件4.波形鍵5.裂縫

該法適用于修復承受高載荷的厚壁機件，例如水壓機橫梁、軋鋼機軋輥支架等。在強固、強密扣合工藝基礎(chǔ)上，先在垂直于裂紋或折斷面的修復區(qū)域加工出一定形狀的空穴（矩形等），將形狀尺寸相同的加強件鑲?cè)胙ㄖ?，然后再在機件與加強塊的結(jié)合處栽入短圓柱銷（綴縫栓），使載荷分布到更多面積上，滿足零件承受高載荷的要求。四、金屬扣合法4.熱扣合法

熱扣合法適用于修復大型飛輪、齒輪和重型設(shè)備的機身等。它是根據(jù)金屬熱脹冷縮原理，利用扣合件在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，將破裂的機件重新密合的一種工藝方法。3．優(yōu)級扣合法

加強件可根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、載荷性質(zhì)、大小和方向等設(shè)計成不同形狀，如圖3.8所示。圖3.8a為楔形加強件，用于修復鋼件，便于拉緊。圖3.8b為矩形加強件，用于承受沖擊載荷處，靠近裂紋處不加綴縫固定，以保持一定的彈性。圖3.8c為x形加強件，它有利于扣合時拉緊裂紋。圖3.8d為十字形加強件，用于承受多方向載荷。圖3.8加強件焊接修復技術(shù)第3節(jié)

焊接修復技術(shù)是用焊接的方法進行零件修補或在零件表面制備抗磨、防腐蝕等涂覆層，的一種維修技術(shù)，適用于修復零件表面磨損或局部損傷、裂紋、斷裂等。焊接修復使用設(shè)備簡單，方便現(xiàn)場實施，因此可有效縮短停機時間。其不足之處在于，焊接加工易使修復對象產(chǎn)生熱應(yīng)力和變形，不適宜修復較高精度、薄殼和細長類零件等。一、堆焊堆焊是使用焊接方法，在機械零件表面堆覆一層具有一定性能的金屬材料的工藝方法，它既可以修復失效零件，恢復尺寸、形狀要求，又可以強化材料，改善零件表面的耐磨、耐腐蝕等性能。其適用于修復各種軸類、軋輥類零件以及工具、模具等，在農(nóng)機、工程機械、冶金、石油化工等行業(yè)廣泛應(yīng)用。圖3.9鏈輪的堆焊修復一、堆焊堆焊方法及其特點堆焊方法材料單層堆焊最小厚度/mm特點焊條電弧堆焊

實心焊絲；管狀焊絲3.2用于小型或復雜形狀零件的堆焊修復和現(xiàn)場修復。機動靈活，成本低埋弧自動堆焊根據(jù)焊接形式，選用管狀焊絲或帶極3~4.8用于具有大平面和簡單圓形表面零件的堆焊修復。焊縫光潔、接合強度高，堆焊層外形美觀、性能好熔化極氣體（自）保護堆焊實心焊絲；管狀焊絲；3.2用于承受交變載荷零件的修復，如曲軸等。溶深淺、堆焊層薄而勻、耐磨性好，工件受熱影響小氧－乙炔焰堆焊

實心焊絲；管狀焊絲；合金粉末0.8成本低，操作較復雜，堆焊批量不大的零件?；鹧鏈囟容^低，稀釋率小，單層堆焊厚度可小于1.0mm，堆焊層表面光滑等離子弧堆焊自動化：合金粉末；雙熱絲自動：焊絲自動焊0.8雙熱絲自動2.4~6.4用于堆焊各種高合金、高性能材料。生產(chǎn)率高，成形美觀，堆焊過程已實現(xiàn)機械化及自動化激光熔覆合金粉末0.9用于軸類等修復。工件熱變形小，堆焊層組織致密；可在普通材料上覆蓋高性能的堆焊層，質(zhì)量優(yōu)于傳統(tǒng)堆焊和熱噴涂工藝堆焊材料及其選擇：堆焊合金已有數(shù)百種之多。堆焊合金通常制成絲狀、管狀、帶狀或板狀，也有的制成合金粉末和焊條。堆焊合金類型焊條型號堆焊層硬度/HRC性能及用途普通低中合金鋼D102（EDPMn2-03）D107（EDPMn2-15）D112（EDPCrMo-A1-03）D127（EDPMn3-15）≥22≥22≥22≥28較好的韌性和耐磨性，易加工、價廉，多用于堆焊常溫下金屬磨損件，如車輪、齒輪、軸等中碳低合金鋼D172（EDPCrMo-A3-03）D167（EDPMn6-15）≥40≥50較好的抗中等沖擊能力，適于堆焊齒輪、軸、冷沖模等高碳馬氏體鋼D207（EDPCrMnSi-15）D227（EDPCrMoV-A1-15）≥50≥55較好的抗磨料磨損性能，耐沖擊性能較差，用于堆焊推土機刀片、螺旋槳等高錳鋼D256（EDMn-A-16）D266（EDMn-B-16）≥170（HBW）≥170（HBW）較好的抗磨料磨損性能，耐沖擊性能較差，用于破碎機、推土機等的抗沖擊耐磨件堆焊奧氏體高錳鋼、鉻錳鋼D256(EDMn-A-16)D266(EDMn-B-16)D276(EDCRMn-B-16)≥170（HBW）≥170（HBW）≥200（HBW）

兼有抗強沖擊、耐腐蝕、耐高溫的特點，用于挖掘機斗齒，水輪機葉片等奧氏體鎳鉻鋼D547(EDCrNi-A-15)D547Mo(EDCrNi-B-15)D557(EDCrNi-C-15)≥28～34≥37≥37

優(yōu)良的耐腐蝕、高溫抗氧化性，用于高、中壓閥門的密封面等堆焊、開坯軋輥等馬氏體合金鑄鐵D608(EDZ-A1-08)D687(EDZCr-D-15)D698(EDZ-B2-08)≥55≥50≥60高的抗磨料磨損性能以及較高的耐熱腐蝕性能，常用于混凝土攪拌機、混砂機、犁鏵等高鉻合金鑄鐵D642(EDZCr-B-03)D667(EDZCr-C-15)D687(EDZCr-D-15)≥45≥48≥58

很高的抗低應(yīng)力磨料磨損和耐熱、耐蝕性能，用于泵套、破碎機混合葉片等鈷基合金D802(EDCoCr-A-03)D812(EDCoCr-B-03)D822(EDCoCr-C-03)D822(EDCoCr-D-03)≥40≥44≥5328~38

綜合性能好，價格高。用于高溫高壓閥門、熱剪切刀刃、熱鍛模等常用堆焊合金特點及用途

堆焊的本質(zhì)是異種金屬的熔化焊，因此幾乎所有的熔化焊方法都可用于堆焊.

為修補零件局部缺陷而進行的焊接稱為補焊。金屬材料的焊接性相差很大，補焊時要根據(jù)零件材料選用合理的補焊工藝。二、補焊

鋼制零件的補焊

碳鋼的焊接性主要與含碳量有關(guān)。含碳量增加焊接性逐漸變差，即低碳鋼零件焊接性較好，中、高碳鋼零件焊性較差，易產(chǎn)生熱裂紋、冷裂紋和氫致裂紋等。目前，鋼制零件的補焊一般采用電弧焊。鑄鐵件的補焊

鑄鐵的含碳量大于2.11%，焊接性很差。在補焊接頭處易產(chǎn)生白口組織、淬硬組織及夾渣、裂紋和氣孔，導致補焊失效和難以機加工。三、堆焊、補焊修復層切削加工1.刀具材料牌號

通常零件表面修復層呈高低不平、內(nèi)部硬度不均勻的狀態(tài)，在切削加工過程中會產(chǎn)生較大沖擊與振動。因此，切削加工刀具材料一般選用硬質(zhì)合金、聚晶立方氮化硼等。零件修復層切削常用的刀具材料如表3.9所示。零件修復方法推薦的切削加工用刀具牌號及用途堆焊補焊低合金鋼堆焊層粗加工：YG8、YT5、YW1等精加工：YT15高錳鋼堆焊層粗加工：YG類、YH類、YW類精加工：YT14、YG6X等不銹鋼堆焊層1.YG類，如YG6X、YG8等2.聚晶立方氮化硼高鉻合金鑄鐵堆焊層1.超細晶粒的YG6X、YG10H等2.聚晶立方氮化硼表3.9零件修復層切削常用的刀具材料三、堆焊、補焊修復層切削加工2.修復層機械加工參數(shù)選擇合理選擇加工方法、刀具材料、刀具幾何參數(shù)和切削用量等對保障零件修復質(zhì)量是非常重要的。低合金堆焊層的車削01高鉻合金鑄鐵堆焊層的車削02堆焊層的磨削03電鍍修復技術(shù)第4節(jié)

電鍍修復技術(shù)常用于磨損失效零件的修復。它是利用電解原理，把工件（陰極）與直流電源的負極相連，鍍層金屬（陽極）與直流電源的正極連接，并在兩極間保持一定電壓，使陽極不斷電解形成金屬陽離子，至陰極沉積在工件表面，形成金屬鍍層，如圖3.10所示。

電鍍修復過程是低溫（通常＜100℃）條件下進行的，零件不會產(chǎn)生熱變形，因此鍍層結(jié)合強度高。常用的電鍍技術(shù)有鍍鉻、鍍鐵、鍍鎳、鍍銅、電鍍合金等。圖3.10電鍍原理示意圖一、鍍鉻鍍鉻層性能和應(yīng)用（1）硬度高、耐磨性好。鍍鉻層硬度一般在400～1200HV，溫度∠300°C時硬度無明顯下降?；瑒幽Σ料禂?shù)小，約為鋼和鑄鐵的40％?？拐持院?，耐磨性比無鍍鉻層提高2～50倍。（2）與基體結(jié)合強度高。鍍鉻層與基體金屬表面的結(jié)合強度高于自身晶間結(jié)合強度。（3）耐熱、耐腐蝕、化學穩(wěn)定性好。

按用途不同，鍍鉻層可分為硬鉻層、多孔鉻層、乳白鉻層、黑鉻層、裝飾鉻層等類型。用于零件修復的鍍鉻層主要是硬鉻層和多孔鉻層。不同鍍鉻層的應(yīng)用，如表3.10所示。鍍鉻層類型特性應(yīng)用硬鉻層

很高的硬度和耐磨性常用于模具、量具、刀具刃口等耐磨零件，也用于修復磨損件，鍍鉻層厚度小于12μm多孔鉻層表面有無數(shù)網(wǎng)狀溝紋和點狀孔隙，能吸附一定量的潤滑油，具有良好的潤滑性用于主軸、鏜桿、活塞環(huán)、氣缸套的等摩擦件的鍍覆。鍍鉻層厚度一般在12～50μm

乳白鉻層硬度稍低，結(jié)晶細小，網(wǎng)紋較少，韌性較好，呈乳白色適用受沖擊載荷零件的尺寸修復和表面裝飾，如各種量具等表3.10鍍鉻層的應(yīng)用01一、鍍鉻鍍鉻工藝（1）鍍前表面處理；鍍前加工。去除零件表面缺陷及銳邊尖角，恢復零件幾何形狀、表面粗糙度要求（一般取≤Ra1.6μm）。絕緣處理。不需要鍍覆的表面要作絕緣處理。通常先刷絕緣性清漆，再包扎乙烯塑膠帶，工件的孔要用鉛堵牢。鍍前清洗。先用有機溶劑、堿溶液等將零件表面清洗干凈，然后用10％～15％的硫酸溶液浸泡0.5～1min，清除零件表面氧化膜，露出金屬結(jié)晶組織，增強鍍層與基體金屬的結(jié)合強度。（2）電鍍；將零件上掛具吊入鍍槽，根據(jù)鍍鉻層種類和要求選定電鍍規(guī)范，按時間控制鍍層厚度。修復磨損零件經(jīng)常使用的鍍液成分為鉻酐（CrO3）150~250g/L,硫酸1～2.5g/L，三價鉻2～5g/L。工作溫度55～60°C，電流密度15～50A/dm2。（3）鍍后檢查和處理。①測量。觀察鍍層表面色澤以及是否鍍滿，測量鍍尺寸、鍍層厚度及均勻性。若鍍層厚度不夠可重新補鍍，若鍍層有起泡、剝落等缺陷需退鍍后重新電鍍。②熱處理。對鍍層厚度超過0.1mm的較重要零件應(yīng)進行熱處理，以消除氫脆、提高鍍層韌性和結(jié)合強度。熱處理一般在熱的油和空氣中進行，溫度為150～250°C，時間為1～5h。③磨削加工。根據(jù)零件技術(shù)要求，進行磨削加工。鍍層薄時，可直接鍍到尺寸要求。02（1）鍍前表面處理；（2）電鍍；（3）鍍后檢查和處理。二、鍍鐵鐵鍍層的成分是純鐵，具有優(yōu)良的耐磨性和耐蝕性，適于對磨損零件作尺寸補償。低溫鍍鐵工藝的特點和應(yīng)用鍍層硬度可達45～56HRC，均勻平滑，耐磨性好，鍍層與基體結(jié)合強度高。鍍鐵層晶粒結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)狀，具有較好的儲油性能，故常用于修復具有潤滑要求的、一般機械磨損條件下工作的間隙配合副的磨損表面，也常用于修復過盈配合副的磨損表面和補償零件加工尺寸的超差。01低溫鍍鐵工藝低溫鍍鐵技術(shù)

是用不對稱交流-直流電在較低溫度（4℃即可開始鍍）下進行的鍍鐵工藝。其原理是通過一定手段，使交流電兩個半波不相等，通電后較大的半波使工件呈陰極極性，鍍上一層鍍層；另一個較小的半波使工件呈陽極極性，將部分鍍層電解掉，但總體上沉積的鐵要多于溶解的鐵，故鍍層逐漸增厚。低溫鍍鐵設(shè)備簡單，電鍍液的溫度一般在20~50°C。低溫鍍鐵工藝過程分為鍍前預(yù)處理、鍍鐵和鍍后處理。02

電刷鍍又稱金屬筆鍍或快速電鍍。工作時，零件接電源的負極，鍍筆接電源的正極，浸滿溶液的鍍筆在零件表面不斷擦拭，使溶液中的金屬離子在零件表面放電結(jié)晶，逐漸沉積形成鍍層。電鍍刷層的結(jié)合強度高，鍍層厚度易控制，設(shè)備和工藝簡單，便于現(xiàn)場修復，能完成槽鍍難以完成的項目，廣泛用于零件表面局部損傷的修復。三、電刷鍍1.電刷鍍工藝

使用刷鍍電源、鍍筆、鍍液、輔具及輔助材料，對零件進行鍍前處理、沉積鍍層和鍍后處理，達到零件修復目的的操作方法和過程稱為刷鍍工藝。輔具包括能夠裝夾工件并按一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的裝置和供液、集液裝置等。

（1）鍍前表面處理；

（2）刷鍍工作層；

（3）鍍后處理。2.電鍍刷溶液電刷鍍?nèi)芤喊床煌猛?，分為鍍前表面處理溶液、鍍液、鈍化液和退鍍液。

黏接與黏涂修復技術(shù)第5節(jié)一、黏接修復技術(shù)

黏接修復是用熱熔、溶劑、膠粘劑等方法，對斷裂件、磨損件等進行修復的方法，可部分代替焊接、鉚接、過盈聯(lián)接和螺栓聯(lián)接等，常用于零部件裂紋和破碎部位修復、鑄件砂眼和氣孔填補、連接表面的密封補漏、防松緊固等。其缺點是膠粘劑不耐高溫，結(jié)構(gòu)膠粘接的工作溫度通常＜150℃，無機膠粘接粘的工作溫度＜800℃，粘接層耐老化性、耐沖擊性、抗剝離性較差。粘接工藝

粘接技術(shù)操作簡單，能粘接各種金屬、非金屬材料，粘接處的防腐性、密封性、耐疲勞性和經(jīng)濟性等較好。粘接過程的工作溫度＜200℃，零件不會產(chǎn)生變形、裂紋、金相組織改變等。粘接作業(yè)的主要工藝流程如圖3.11所示。圖3.11粘接工藝流程一、黏接修復技術(shù)粘接接頭的形式

粘接接頭形式是保證粘接承載能力的主要環(huán)節(jié)之一。應(yīng)該盡可能使粘接接頭承受剪切力，避免剝離和不均勻扯離力，增大粘接面積，提高接頭承載能力。粘接接頭的形式如圖3.12所示。圖3.12粘接接頭的形式一、黏接修復技術(shù)膠粘劑的選用

按粘料物質(zhì)屬性分，粘接劑可分為有機膠和無機膠。按照膠粘劑用途，可分為結(jié)構(gòu)膠、通用膠、特種膠三大類。結(jié)構(gòu)膠粘接強度高，耐久性好，用于承受應(yīng)力大的部位。非結(jié)構(gòu)膠用于受力小的部位。特種膠主要滿足耐高溫、耐超低溫、耐磨、耐蝕、導電、導熱、導磁、密封等特殊的要求。因此，選擇膠粘劑時要明確粘接目的，了解被粘物的特性，熟悉膠粘劑的性質(zhì)及其使用條件，還要考慮工藝和成本。類別牌號主要成分主要性能用途通用膠HY-914環(huán)氧樹脂，703固化劑雙組分，室溫快速固化，室溫抗剪強度22.5~24.5MPa60°C以下金屬和非金屬材料粘補KH-520環(huán)氧樹脂，703固化劑雙組分，室溫固化，室溫抗剪強度24.7-29.4MPa60°C以下各種材料502α-氰基丙烯酸乙酯單組分，室溫快速固化，室溫抗剪強度9.8MPa70°C以下受力不大的各種材料結(jié)構(gòu)膠J-19環(huán)氧樹脂，雙氰胺單組分，高溫加壓固化，室溫抗剪強度52.9MPa120°C以下受力大的部位J-04鋇酚醛樹脂丁腈橡膠單組分，高溫加壓固化，室溫抗剪強度21.5～25.4MPa250°C以下受力大的部分204環(huán)氧樹脂單組分，高溫加壓固化，室溫抗剪強度22.3MPa200°C以下受力大的部分密封膠Y-150厭氧膠甲基丙烯酸單分組，隔絕空氣后固化，室溫抗剪強度10.48MPa100°C以下螺紋堵頭和平面配合處緊固密封堵漏7302液體密封膠聚酯樹脂半干性，密封耐壓3.92MPa200°C以下各種機械設(shè)備平面法蘭螺紋聯(lián)接部位的密封W-1密封耐壓膠聚醚環(huán)氧樹脂不干性，密封耐壓0.98MPa

常用膠粘劑的主要性能和用途黏涂層組成與性能

表面黏涂技術(shù)是以高分子聚合物與功能填料（如石墨、二硫化鉬、金屬粉末、陶瓷粉末和纖維等）組成的復合材料膠黏劑涂覆于零件表面，實現(xiàn)特定用途（如聯(lián)結(jié)、耐磨、抗腐蝕、絕緣、保溫、防輻射等）的一種表面工程技術(shù)，廣泛應(yīng)用于耐磨損、耐腐蝕修復，修補零件裂紋、劃傷、鑄件缺陷以及密封、堵漏等。

表面黏涂修復是一種快速、經(jīng)濟的修復方法，大部分磨損零件都能用黏涂耐磨層的方法得以修復。黏涂技術(shù)修復機械零件的質(zhì)量，應(yīng)從粘著強度、抗壓強度、沖擊強度、硬度、摩擦性、耐磨性、耐化學腐蝕性、耐熱性和絕緣、導電性等方面進行綜合評判。二、表面黏涂修復技術(shù)黏涂層由基料、固化劑、特殊填料和輔助材料組成。表面黏涂修復技術(shù)的應(yīng)用

黏涂層涂敷工藝過程有五個步驟：表面處理，配膠，涂敷，固化和修整后加工，涂敷常用的方法由刮涂法、刷涂壓印法、模具成型法等。

表面黏涂修復與其他修復技術(shù)配合使用，可獲得理想的修復效果。熱噴涂技術(shù)第6節(jié)一、熱噴涂技術(shù)原理

熱噴涂技術(shù)包括熱噴涂和熱噴焊兩種工藝方法。它利用高溫熱源(電弧、

燃燒火焰

、

等離子體等)將噴涂材料熔化，通過高速氣流使其霧化，噴射到工件表面形成覆蓋層（噴涂層）

。熱噴涂過程

以圖3.13所示的粉末火焰噴涂為例，噴槍引入氧氣和乙炔，兩者混合后在噴嘴出口處產(chǎn)生燃燒火焰。噴槍上裝有粉斗，利用氣流產(chǎn)生的負壓，抽吸粉斗中的粉末，使粉末隨氣流從噴嘴中心噴出進入火焰，被加熱或軟化，焰流推動熔粒以一定速度噴射到零件表面形成涂層。熔融粉末表層在表面張力的作用下趨于球狀，其顆粒的大小在一定程度上決定了涂層中變形顆粒的大小和表面粗糙度。圖3.13粉末-火焰噴涂過程

熱噴涂按照熱源種類可分為：火焰類，包括火焰噴涂、爆炸噴涂、超音速噴涂等；電弧類，包括電弧噴涂、等離子噴涂等；電熱法，包括電爆噴涂、感應(yīng)加熱噴涂和電容放電噴涂；激光噴涂等。一、熱噴涂技術(shù)原理噴涂層

噴涂層形成機理決定了其結(jié)構(gòu)。在熱噴涂過程中，加熱至熔融、半熔融或高塑性狀態(tài)的噴涂材料微顆粒，在高速撞擊基體表面后，以“盤碟”形狀粘附在基體上。扁平粒子相互疊加產(chǎn)生搭橋效應(yīng)，使得涂層出現(xiàn)孔隙，如圖3.14所示。圖3.14涂層形成過程

孔隙對涂層質(zhì)量有重要影響。先進的工藝方法，如高能高速等離子噴涂、低壓和可控氣氛等離子噴涂、高速火焰噴涂、冷氣動力噴涂等方法，可有效地減少氣孔產(chǎn)生，改善涂層結(jié)構(gòu)和性能。此外，通過控制工藝過程也可獲得理想的涂層結(jié)構(gòu)，如控制涂層厚度方向的氣孔分布，可提高厚涂層的可靠性；控制橫向裂紋，并誘發(fā)縱向裂紋，可提高涂層韌性；控制粒子溫度和沖擊速度，可獲得理想的粒子形狀等。一、熱噴涂工藝工件表面預(yù)處理熱噴涂生產(chǎn)包括3個基本工序：工件表面預(yù)處理——噴涂工作層——涂后處理。

工件表面預(yù)處理對熱噴涂涂層的性能，特別是涂層與基體的結(jié)合有重要影響?！稛釃娡?/p>

金屬零部件表面的預(yù)處理（GB/T11373-2017）》規(guī)定，工件表面預(yù)處理可根據(jù)噴涂涂層的功能和表面初始狀態(tài)，采用不同的表面預(yù)處理工藝，但都應(yīng)采用機械方法去除銹蝕物、灰塵及其他污染物。(1)脫脂(2)車螺紋/開槽(3)噴砂(4)結(jié)合底層一、熱噴涂工藝噴涂工作層熱噴涂生產(chǎn)包括3個基本工序：工件表面預(yù)處理——噴涂工作層——涂后處理。

GB/T19823-2020《熱噴涂工程零件熱噴涂涂層的應(yīng)用步驟》規(guī)定了熱噴涂涂層應(yīng)用于提高零件表面性能或廢舊零件修復、再制造過程中的一般性工藝規(guī)程。(1)

預(yù)熱

噴涂前適當?shù)刂苯宇A(yù)熱待噴涂表面。(2)噴涂操作

噴涂操作主要是選擇噴涂方法和噴涂參數(shù)。采用何種噴涂方法注意取決于選用的噴涂材料、工件狀況及對涂層質(zhì)量的要求。一、熱噴涂工藝涂后處理熱噴涂生產(chǎn)包括3個基本工序：工件表面預(yù)處理——噴涂工作層——涂后處理。（1）涂層檢驗（2）涂層的后處理（3）涂層精加工三、熱噴焊工藝

熱噴焊是用熱源將涂層材料重熔，使涂層內(nèi)顆粒之間、涂層與基體之間形成無孔隙的冶金結(jié)合的一種技術(shù)，噴焊后的表面狀況如圖3-15所示。圖3-15噴焊后的表面狀況噴焊工藝：噴焊有一步噴焊法和二步噴焊法噴焊工藝

（1）一步法是使用同一支噴槍，噴涂一段即熔一段，噴、熔交替進行，適用于小型零件或小面積噴焊。

（2）

二步法噴焊是將噴粉和重熔分為二道工序，即先噴粉后重熔，噴涂與重熔均用大功率噴槍。

（3）噴焊后處理：噴焊完成后，應(yīng)采用自然冷卻、緩冷或等溫退火等對零件進行熱處理。通常中低碳鋼、低合金鋼工件、薄噴焊層、形狀簡單的鑄鐵件等，采用自然冷卻法；錳、鉬、釩合金含量較大的結(jié)構(gòu)鋼件、厚噴焊層、形狀復雜的鑄鐵件等，采用在石灰坑緩冷或石棉包裹緩冷法。三、熱噴焊工藝噴涂與噴焊工藝特點比較（1）工件受熱情況

噴涂工件表面溫度控制在250℃以下，一般不會產(chǎn)生金相組織改變，適用于形狀復雜、薄壁、長軸及重要機件的修復。噴焊時，重熔燒結(jié)溫度達900℃以上，容易引起應(yīng)力和變形，多數(shù)工件會發(fā)生退火及不完全退火。（2）噴涂層結(jié)構(gòu)與狀態(tài)

噴涂層有孔隙，噴焊層均勻致密，無孔隙。（3）承受載荷性能

噴涂層不能承受沖擊載荷和較高的接觸應(yīng)力，適用于各種面接觸配合。噴焊層結(jié)合強度大，可承受沖擊載荷和較高的接觸應(yīng)力，適用于線接觸等場合。（4）粉末熔融性

噴焊用自熔性的合金粉末，噴涂使用的粉末不受限制。噴涂與噴焊的選擇

工件承受負載大，尤其是承受沖擊負荷，要求涂層有很高的結(jié)合強度或零件在腐蝕介質(zhì)中使用，或要求涂層致密宜采用噴焊。零件尺寸精度要求高、不允許變形或不允許改變原有組織的，宜采用噴涂方法。四、熱噴涂的應(yīng)用與發(fā)展

熱噴涂技術(shù)既可用于修復機械零件，也能夠快速制備各種功能涂層和保護涂層。噴涂包括各種金屬及合金、陶瓷、金屬陶瓷、金屬化合物、非金屬礦物、塑料等。熱噴涂的應(yīng)用

隨著高能等離子噴涂、

三陰極等離子噴涂、

高速火焰噴涂(HVOF)設(shè)備等的問世

，熱噴涂層表面粗糙度、硬度及耐磨性能大幅提升

,

已部分取代硬鉻工藝

。表3-17熱噴涂技術(shù)與其他修復技術(shù)工藝特點比較有關(guān)參數(shù)熱噴涂堆焊電鍍零件尺寸零件幾何形狀零件的材料涂層厚度/mm孔隙率結(jié)合強度熱輸入預(yù)處理后處理公差可達表面粗糙度沉積率/kg﹒h-1幾乎不受限一般適用簡單形狀幾乎不受限1~251%~15%一般低噴砂通常不需要好粗糙度小1~30易變形件除外不能用于小孔金屬≤25通常無高通常很高機械清洗消除應(yīng)力差粗糙1~70受鍍槽尺寸限制范圍廣導電材料或?qū)щ娞幚怼?通常無良好無化學清潔或刻蝕消除應(yīng)力和脆性良好極佳0.25~0.5四、熱噴涂的應(yīng)用與發(fā)展熱噴涂技術(shù)發(fā)展方向解決涂層結(jié)合強度不高、發(fā)展精密噴涂技術(shù)等是熱噴涂技術(shù)研究和發(fā)展的主要方向。（1）開發(fā)新的涂層材料，改善涂層性能，特別是涂層與基體的結(jié)合強度例如，用BC52、BC51取代MCrA1Y改善涂層剝落現(xiàn)象；在噴涂材料中添加微量稀土元素使基體強韌化，改善熔敷層組織致密性和耐磨性；用超聲霧法化制備快凝Ni-Mo-Cr-B合金微晶粉末，使用等離子噴涂法即可將該粉末沉積在金屬基體，獲得耐磨型和耐腐蝕性更佳的非晶涂層，非晶態(tài)與晶態(tài)相比在電學、磁學、電化學和力學性能等方面有著較大的優(yōu)越性。（2）涂層結(jié)構(gòu)梯度化使用功能梯度材料（(functionallygradientmaterials,FGM)

）可有效解決基體和涂層材料熱膨脹系數(shù)差異較大，引起的涂層剝落問題。功能梯度材料是選用兩種(或多種)性能不同的材料，通過連續(xù)地改變這兩種(或多種)材料的組成和結(jié)構(gòu)，使其界面消失導致材料的性能隨著材料的組成和結(jié)構(gòu)的變化而緩慢變化的一種新型復合材料。用功能梯度材料作涂層和界面層，可以消除連接材料中界面交叉點以及應(yīng)力自由端點的應(yīng)力奇異性，并增強連接強度，減小裂紋驅(qū)動力。（3）利用數(shù)學模型預(yù)測涂層性能綜合考慮影響熱噴涂涂層質(zhì)量的因素，建立數(shù)學模型預(yù)測涂層性能，優(yōu)化工藝參數(shù)。俄羅斯科學院等離子噴涂實驗室建立了等離子噴涂氣孔的預(yù)測模型，獲得較好的效果；武漢理工大學測定了不同配比復合材料的物性參數(shù)，利用有限元對材料殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力進行計算優(yōu)化，取得滿意的結(jié)果。（4）計算機應(yīng)用于熱噴涂技術(shù)利用計算機在線監(jiān)控和調(diào)整熱噴涂工藝參數(shù)，數(shù)控程序控制噴涂設(shè)備和機械手等，可以提高工藝參數(shù)控制精度，達到提高涂層質(zhì)量的目的。表面強化技術(shù)第7節(jié)

零件表面是零件內(nèi)部材料于環(huán)境的交界面，通常是指深度幾個到幾十個微米表層。機械零件的失效大多發(fā)生于零件表面。表面強化技術(shù)是指在材料表面施加外力或熱處理等手段，改變材料表面的組織結(jié)構(gòu)，從而提高表面強度、硬度、抗疲勞和應(yīng)力腐蝕等性能的技術(shù)。一、表面機械（形變）強化

表面機械（形變）強化是通過噴丸、滾壓和內(nèi)擠壓等方法使零件金屬表面發(fā)生塑性變形，晶粒得到細化的工藝，形變產(chǎn)生的硬化層深度可達0.3~1.5mm。噴丸強化

噴丸強化是在室溫條件下，把高速運動的彈丸噴射到零件表面（如圖3.17所示），使金屬材料表面層在再結(jié)晶溫度下，產(chǎn)生彈性和塑性變形，生成一層具有較高殘余壓應(yīng)力的冷作硬化層，即噴丸強化層，其深度可達0.3~0.5mm。圖3.17機械噴丸示意圖

噴丸強化能顯著提高零件在室溫及高溫下的疲勞強度和抗應(yīng)力腐蝕性能，還能用于表面消光、去氧化皮和消除鑄、鍛、焊件的殘余應(yīng)力。普通碳鋼、鋁合金、鈦合金、鎳基或鐵基熱強合金等零件均可應(yīng)用噴丸強化技術(shù)。一、表面機械（形變）強化滾壓強化

滾壓強化是在常溫條件下，利用硬質(zhì)滾壓頭，以一定的壓力對零件表面進行滾壓運動，使零件表面形變硬化，獲得光潔、強化表面的技術(shù)。滾壓強化的改性層最大深度達5mm，滾壓余量通常為0.01~0.02mm，滾壓后，尺寸公差等級可達IT7~IT6，表面粗糙度Ra可達0.8~0.1mm，表層應(yīng)當可提高5~10%，硬化層深度可達0.2~2mm，疲勞強度可提高10~30%。

滾壓強化適用于形狀簡單的板類、軸類和溝槽類零件等。利用特定的工模具（棒、襯套、開合模具等）也可實現(xiàn)對零件的孔壁或周邊的擠壓，達到滾壓強化的目的。二、表面加熱強化表面熱處理強化

表熱處理是通過對零件表層加熱，使表層溫度達到相變點以上，然后快速冷卻，使表面獲得馬氏體組織，得到硬化層，而心部仍然保留原組織狀態(tài)，從而達到強化零件表面的目的。

表面熱處理強化應(yīng)用極為廣泛，常用工藝有:火焰加熱表面淬火、鹽熔爐加熱表面淬火、高頻和中頻感應(yīng)加熱表面淬火、接觸電阻加熱表面淬火等。表面化學熱處理強化

化學熱處理主要用于提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度或某種化學性能及物理性能等。

常用的工藝方法有滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等，其基本原理是:將零件置于適當?shù)慕橘|(zhì)中加熱保溫,使一種或幾種元素滲入它的表層,以改變其化學成分和組織,從而獲得所需性能的熱處理工藝。二、表面加熱強化表面化學熱處理強化表3.18常用化學表面熱處理方法的主要應(yīng)用性能三、激光表面處理激光表面處理原理

激光器發(fā)射出來的光，通過聚焦集中到一個極小的范圍內(nèi)，可以獲得極高的功率密度，可達到1014w/cm2。焦斑中心溫度可達到幾千度到幾萬度。激光束向金屬表面層進行熱傳遞，金屬表層和其所吸引的激光進行光熱轉(zhuǎn)換。由于光子能穿過金屬的能力極低，僅能使金屬表面的一薄層溫度升高，在激光加熱過程中，金屬表面極薄層的溫度在微秒級內(nèi)就能達到相變或熔化溫度。

激光表面處理是以高能量激光束快速掃描工件，使被照射的金屬或合金表面溫度以極快速度升高到相變點以上，當激光束離開被照射部位時，在熱傳導作用下，處于冷態(tài)的基體使表面迅速冷卻發(fā)生自冷淬火。激光表面處理硬化層深度和硬化面積可控性好，能夠得到較細的硬化層組織，處理過程中零件變形極小，硬度一般高于常規(guī)淬火，適用于強化零部件或工模具的表面，如發(fā)動機缸孔、曲軸、沖壓模具、鑄造型板等。其工藝流程為：預(yù)處理（表面清理及預(yù)置吸光涂層）——激光淬火（確定硬化模型及淬火工藝參數(shù)）-——質(zhì)量檢測（宏觀及微觀檢測）。三、激光表面處理激光表面處理設(shè)備與技術(shù)

激光表面處理設(shè)備包括:激光器、功率計、導光聚集系統(tǒng)、工作臺、數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件。激光器是主要設(shè)備，主要有固體激光器(如紅寶石激光器、釹玻璃激光器)、氣體激光器(如CO2氣體激光器、準分子激光器)、液體激光器等。

常用的激光表面強化處理技術(shù)有:激光表面固態(tài)相變硬化、激光表面合金化、激光表面涂敷、激光表面“上光”等。四、電火花表面強化電火花表面強化原理

電火花表面強化一般是在空氣介質(zhì)中進行。在電極與工件之間接上直流電源或交流電源，在振動器作用下，電極與工件之間的放電間隙頻繁發(fā)生變化，故電極與工件之間不斷產(chǎn)生火花放電。

零件表面的電火花強化由火花強化機完成，工藝過程包括強化前準備、實施強化和強化后處理。強化前首先應(yīng)了解工件材料硬度、表面狀況、工件條件及需要達到的技術(shù)要求，以便確定是否采用該工藝；其次確定強化部位并清洗干凈；最后選擇設(shè)備和強化規(guī)范。實施強化該工序是強化工藝的重要環(huán)節(jié)，包括調(diào)整電極與工件強化表面的夾角，選擇電極移動方式和掌握電極移動速度等。強化后處理主要包括表面清理和表面質(zhì)量檢查。

電火花表面強化技術(shù)也稱電火花沉積、電火花堆焊，是一種表面處理技術(shù)，其原理是通過電火花放電將電極材料熔滲到工件表面，并與工件表層金屬發(fā)生合金化作用，以得到結(jié)合牢固的強化層。四、電火花表面強化電火花表面強化特點

（1）電火花強化設(shè)備投資和運行費用都很低。設(shè)備價格低，電極材料來源廣泛，且材料消耗量很少。對于以提高耐磨性為目的的沉積，可選用YG類硬質(zhì)合金，能形成高硬度、高耐磨、抗腐蝕的沉積層；以修復機器零件已磨損部位為目的沉積，可采用碳素鋼、紫銅、黃銅等材料作為電極。(2)熔滲層與基體結(jié)合牢固，不會發(fā)生剝落。