机械失效零件的修复技术.ppt

第四章 机械失效零件的修复技术,第一节 零件修复工艺概述,第四章 机械失效零件的修复技术,机械设备在修复性维修中，一切措施都是为了以最短的时间、最少的费用来有效地消除故障，以提高设备的有效利用率，而采用修复工艺措施使失效的机械零件再生，能有效地达到此目的。,一、零件修复的优点,第四章 机械失效零件的修复技术,1)减少备件储备，从而减少资金的占用，能起到节约的效果。,2)减少更换件制造，有利于缩短设备停修时间，提高设备利用率。,3)减少制造工时，节约原材料，大大降低修理费用。,4)利用新技术修复旧件还可提高零件的某些性能，延长零件使用寿命。,随着新材料、新工艺、新技术的不断发展，零件的修复已不仅仅是恢复原样，很多工艺方法还可以提高零件的性能和延长使用寿命。如电镀、堆焊或涂敷耐磨材料、等离子喷涂和喷焊、粘接和一些表面要化处理等工艺方法，只将少量的高性能材料覆盖于零件表面，成本并不高，却大大提高了零件的耐磨性。,二、修复工艺的选择,第四章 机械失效零件的修复技术,用来修复机械零件的工艺很多，如图4-1所示，是较普遍使用的修复零件尺寸的修理工艺。,选择机械零件修复工艺时应考虑的几个因素：,第四章 机械失效零件的修复技术,(1)修复工艺对零件材质的适应性,任何一种修复工艺都不能完全适应各种材料。表4-1可供选择时参考。,第四章 机械失效零件的修复技术,(2)各种修复工艺能达到的修补层厚度,不同零件需要的修复层厚度不一样。因此，必须了解各种修复工艺所能达到的修补层厚度。图4-2所示为几种主要修复工艺能达到的修补层厚度。,第四章 机械失效零件的修复技术,(3)被修零件构造对工艺选择的影响,例如轴上螺纹损坏时可车成直径小一级的螺纹，但要考虑拧人螺母是否受到临近轴径尺寸较大的限制。又如镶螺纹套法修理螺纹孔、扩孔镶套法修理孔径时，孔壁厚度与临近螺纹孔的距离尺寸是主要限制因素。,第四章 机械失效零件的修复技术,(4)零件修理后的强度,修补层的强度，修补层与零件的结合强度，以及零件修理后的强度，是修理质量的重要指标。表4-2可供选择零件修复工艺时参考。,第四章 机械失效零件的修复技术,(5)修复工艺过程对零件物理性能的影响,修补层物理性能，如硬度、加工性、耐磨性及密实性等，在选择修复工艺时必须考虑。如硬度高，则加工困难；硬度低，一般磨损较快；硬度不均，加工表面不光滑。耐磨性不仅与表面硬度有关，还与金相量组织、磨合情况及表面吸附润滑油的能力有关。如采用多孔镀铬、多孔镀铁、振动电弧堆焊、金属喷涂等修复工艺均能获得多孔隙的覆盖层。这些孔隙中能存储润滑油，且而改善了润滑条件，使得机械零件即使在短时间缺油的情况下也不会发生表面研伤现象。对修补可能发生液体、气体渗漏的零件则要求修补的密实性，不允许出现砂眼、气孔、裂纹等缺陷。,第四章 机械失效零件的修复技术,(6)修复工艺对零件精度的影响,对精度有一定要求的零件，主要考虑修复中的受热变形。修复时大部分零件温度都比常温高。电镀、金属喷涂、电火花镀敷及振动电弧堆焊等。零件温度低于100，热变形很小，对金相组织几乎没有影响。软焊料钎焊温度约在200400之问，对零件的热影响也很小。硬焊料钎焊时，零件要预热或加热到较高温度，如达到800以上时就会使零件退火，热变形增大。,第四章 机械失效零件的修复技术,(7)从经济性上加以考虑,如一些易加工的简单零什，有时修复还不如更换经济。由此可见选择零件修复工艺时，不能只考虑一个方面，而要从几个方面综合考虑。一方面要考虑修理零件的技术要求，另一方面要考虑修复工艺的特点，还要结合本企业现有的修复条件和技术水平等，力求做到工艺合理、经济性好、生产可行，这样才能得到最佳的修复工艺方案一些典型零件和典型表面的修复工艺选择方法见表4-3、表4-4、表4-5和 表4-6。,第四章 机械失效零件的修复技术,第四章 机械失效零件的修复技术,第四章 机械失效零件的修复技术,第四章 机械失效零件的修复技术,第四章 机械失效零件的修复技术,第二节 零件的修复工艺,一、修理尺寸法与零件修复中的机械加工,第四章 机械失效零件的修复技术,对机械设备的动配合副中较复杂的零件修理时可不考虑原来的标称尺寸，而采用切削加工和其他加工方法恢复其磨损部位的形状精度、位置精度、表面粗糙度和其他技术条件，从而获得一个新尺寸(这个新尺寸，对轴来说比原来标称尺寸小，对孔来说则比原来标称尺寸大)，称为修理尺寸，而与此相配合的另一个较简单的零件则按相应尺寸制作新件或修复，保证原有的配合性质不变，这种方法便称为修理尺寸法。修理尺寸法实质上是修复中解尺寸链的方法。,第四章 机械失效零件的修复技术,修理尺寸法的应用极为普遍，为了得到一定的互换性，便于组织备件的生产和供应，大多数修理尺寸已标准化，各种主要修理零件都规定有它的各级修理尺寸。如内燃机的气缸套的修理尺寸，通常规定了几个标准尺寸，以适应尺寸分级的活塞备件。,轴颈、传动螺纹、键槽和滑动导轨等结构都可以采用修理尺寸法修复。但必须注意，修理后零件的强度和刚度仍应符合要求，必要时要进行验算，否则不宜使用该法修理。对于表面热处理的零件，修后仍应具有足够的硬度，以保证零件修理后的使用寿命。,第四章 机械失效零件的修复技术,零件修复中，机械加工是最基本、最重要的方法。多数失效零件需要经过机械加工来消除缺陷，最终达到配合精度和表面粗糙度等要求。它不仅可以作为一种独立的工艺手段获得修理尺寸，直接修复零件，而且还是其他修理方法修前工艺准备和最后加工必不可少的手段。,修复旧件的机械加工与新制件加工相比较有不同的特点，它的加工对象是成品旧件，除工作表面磨损外，往往会有变形；一般加工余量小；原来的加工基准多数已经破坏，给装夹定位带来困难；加工表面性能已定，一般不能用工序来调整，只能以加工方法来适应它；多为单件生产，加工表面多样，组织生产比较困难等。了解这些特点，有利于确保修理质量。要使修理后的零件符合制造图样规定的技术要求，修理时不能只考虑加工表面本身的形状精度要求，而且还要保证加工表面与其他未修表面之间的相互位置精度要求，并使加工余量尽可能小。必要时，需要设计专用的夹具。因此要根据具体情况，合理选择零件的修理基准和采用适当的加工方法来加以解决。,第四章 机械失效零件的修复技术,加工后零件表面粗糙度对零件的使用性能和寿命均有影响，如对零件工作精度及保持性、疲劳强度、零件之间配合性质、抗腐蚀性等的影响。对承受冲击和交变载荷、重载、高速的零件更要注意表面质量，同时还要注意轴类零件的圆角半径，以免形成应力集中。另外，对高速运转的零件修复时还要保证其应有的静平衡和动平衡要求。,使用机械加工的修理方法，简便易行，修理质量稳定可靠，经济性好，在旧件修复中应用十分广泛。缺点是零件的强度和刚度被削弱，需要更换或修复相配件，使零件互换性复杂化。因此应加强修理尺寸的标准化工作。,二、机械修复法,第四章 机械失效零件的修复技术,利用机械连接，如螺纹联接、键联接、销联接、铆接、过盈连接和机械变形等各种机械方法，使磨损、断裂、缺损的零件得以修复的方法称为机械修复法。例如镶补、局部修换、金属扣合等，这些方法可利用现有设备和技术，适应多种损坏形式，不受高温影响，受材质和修补层厚度的限制少，工艺易行，质量易于保证，有的还可以为以后的修理创造条件。因此，机械修复法应用很广。其缺点是受到零件结构和强度、刚度的限制，工艺较复杂，被修件硬度高时难以加工，精度要求高时难以保证。,第四章 机械失效零件的修复技术,1镶加零件修复法,配合零件磨损后，在结构和强度允许的条件下，增加一个零件来补偿由于磨损及修复而去掉的部分，以恢复原有零件精度，这样的方法称为镶加零件修复法。常用的有扩孔镶套、加垫等方法。如图4-3所示，在零件裂纹附近局部镶加补强板，一般采用钢板加强，螺纹联接。脆性材料裂纹应钻止裂孔，通常在裂纹末端钻直径为36mm的孔。,第四章 机械失效零件的修复技术,图4-4所示为镶套修复法。对损坏的孔，可镗大镶套，镗孔尺寸应保证套有足够刚度，套的外径应保证与孔有适当过盈量，套的内径可事先按照轴径配合要求加工好，也可留有加工余量,镶入后再镗削加工至要求的尺寸。对损坏的螺纹孔可将旧螺纹扩大，再车螺纹，然后力工一个内外有螺纹的螺纹套拧八螺孔甲，螺纹套内螺纹即可恢复原尺寸。对损坏的轴颈也可用镶套法修复。,镶加零件修复法在维修中应用很广，镶加件磨损后可以更换。有些机械设备的某些结构，在设计和制造时就应用了这一方法。对一些形状复杂或贵重零件，在容易磨损的部位。预先镶装上零件，以便磨损后只需更换镶加件，即可达到修复的目的。,第四章 机械失效零件的修复技术,在车床上，丝杠、光杆、操纵杆与支架配合的孔磨损后，可将支架上的孔镗大然后压八轴套。轴套磨损后可再进行更换。,汽车发动机的整体式气缸磨损到极限尺寸后，一般都采用镶加零件法修理。趋雄零件的轴承座孔，磨损超过极限尺寸时，也可以将孔镗大，用镶加一个铸铁或低碳钢套的方法进行修理。,第四章 机械失效零件的修复技术,图4-5所示为机床导轨的凹坑，可采用镶铸铁塞的方法进行修理。先在凹坑处钻孔、铰孔，然后制作铸铁塞，该塞子应能与铰出的孔过盈配合。将塞子压入孔后，再进行导轨精加工。如果塞子与孔配合良好，加工后的结合面将非常光整平滑。严重磨损的机床导轨，可采用镶加淬火钢镶条的方法进行修复，如图4-6所示。,应用镶加零件修复法时应注意：镶加零件的材料选择和热处理方式，一般应与基体材料相同，必要时选用比基体材料性能更好的材料。为了防止松动，镶加零件与基体零件配合要有适当的过盈量，必要时可在端部采用加粘接剂、止动销、紧定螺钉、骑缝螺钉或点焊固定等方法定位。,第四章 机械失效零件的修复技术,2局部修换法,有些零件在使用过程中，往往各部位的磨损量不均匀，有时只有某个部位磨损严重，而其余部位尚好或磨损轻微。在这种隋况下，如果零件结构允许，可将磨损严重的部位切除，将这部分重制新件，用机械连接、焊接或粘接的方法固定在原来的零件上，使零件得以修复，这种方法称为局部修换法。图4-7a所示为将双联齿轮中磨损严重的小齿轮轮齿切去，重制一个小齿圈，用键联接，并用骑缝螺钉固定的局部修换。图4-7b所示为在保留的轮毂上，铆接重制的齿圈的局部修换。图4-7c所示为局部修换牙嵌式离合器并以粘接法固定的局部修换。局部修换法应用很广泛。,3塑性变形修复法,第四章 机械失效零件的修复技术,塑性材料零件磨损后，可采用塑性变形法修复，如滚花、镦粗法、挤压法、扩张法、热校直法等。有些零件局部磨损可采用调头转向的方法，如长丝杠局部磨损后可调头使用；单向传力齿轮翻转180，利用未磨损面继续使用。但必须结构对称或稍进行加工即可实现对称的零件才能进行调头转向。,4金属扣合法,第四章 机械失效零件的修复技术,金属扣合法是利用高强度合金材料制成的特殊连接件以机械方式将损坏的机件重新牢固地连接成一体，达到修复目的的工艺方法。它主要适用于大型铸件裂纹或折断部位的修复。按照扣合的性质及特点，可分为强固扣合、强密扣合、优级扣合和热扣合四种工艺。,(1)强固扣合法,该法适用于修复壁厚为840mm的一般强度要求的薄壁机件。其工艺过程是，先在垂直于机件的裂纹或折断面的方向上，加工出具有一定形状和尺寸的波形槽，然后把形状与波形槽相吻合的高强度合金波形键镶人槽中，并在常温下铆击，使波形键产生塑性变形而充满槽腔，这样波形键的凸缘与波形槽的凹部相互扣合，使损坏的两面重新牢固地连接成一体，如图48所示。,第四章 机械失效零件的修复技术,1)波形键的设计和制作：,如图4-9所示，通常将波形键的主要尺寸凸缘直径d、宽度b、间距Z和厚度t规定成标准尺寸，根据机件受力大小和铸件壁厚决定波形键的凸缘个数、每个断裂部位安装波形键数和波形槽间距等。一般取为36mm，其他尺寸可按经验公式d=(1.41.6)b；l=(22.2)b；tb计算。,通常选用的波形键凸缘个数为5、7、9个。一般波形键材料常采用1Cr18Ni9或1Cr18Ni9Ti奥氏体镍铬钢。对于高温工作的波形键，可采用热膨胀系数与机件材料相同或相近的Ni36或Ni42等高镍合金钢制造。,波形键成批制作的工艺过程是：下料挤压或锻压两侧波形机械加工上下平面和修整凸缘圆弧热处理。,第四章 机械失效零件的修复技术,波形槽尺寸除槽深T大于波形键厚度t外，其余尺寸与波形键尺寸相同，而且它们之间配合的最大间隙可达0.1-0.2mm。槽深T可根据机件壁厚H而定，一般取T=(0.70.8)H。为改善工件受力状况，波形槽通常布置成一前一后或一长一短的方式，如图4-10所示。,2)波形槽的设计和制作：,小型机件的波形槽加工可利用铣床、钻床等加工成形。大型机件由于拆卸和搬运不便，因而采用手电钻和钻模横跨裂纹钻出与波形键的凸缘等距的孔，用锪钻将孔底锪平，然后用宽度等于b的錾子修正波形槽宽度上的两平面，即成波形槽。,第四章 机械失效零件的修复技术,3)波形键的扣合与铆击：,波形槽加工好后，清理干净，将波形键镶人槽中，然后由波形键的两端向中间轮换对称铆击，使波形键在槽中充满，最后铆裂纹上的凸缘。一般以每层波形键铆低0.5mm左右为宜。,(2)强密扣合法,在应用了强固扣合法以保证一定强度条件之外，对于有密封要求的机件，如承受高压的气缸、高压容器等防渗漏的零件，应采用强密扣合法，如图4-11所示。它是在强固扣合法的基础上，在两波形键之间、裂纹或折断面的结合线上，加工缀缝栓孔，并使第二次钻的缀缝栓孔稍微切人已装好的波形键和缀缝栓，形成一条密封的“金属纽带”，以达到阻止流体受压渗漏的目的。缀缝栓可用直径为58mm的低碳钢或纯铜等软质材料制造，这样便于铆紧。缀缝栓与机件的连接与波形键相同。,第四章 机械失效零件的修复技术,(3)优级扣合法,主要用于修复在工作过程中要求承受高载荷的厚壁机件，如水压机横梁、轧钢机主梁、辊筒等。为了使载荷分布到更多的面积和远离裂纹或折断处，须在垂直于裂纹或折断面的方向上镶入钢制的砖形加强件，用缀缝栓连接有时还用波形键加强。如图4-12所示。,第四章 机械失效零件的修复技术,加强件除砖形外还可制成其他形式，如图4-13所示。图4-13a所示的楔形加强件用于修复铸钢件；图4-13b所示的十字形加强件用于多方面受力的零件；图4-13c所示的x形加强件可将开裂处拉紧；图4-13d所示的矩形加强件用于受冲击载荷处，靠近裂纹处不加缀缝栓，以保持一定的弹性。图4-14所示为修复弯角附近的裂纹所用加强件的形式。,第四章 机械失效零件的修复技术,(4)热扣合法,它是利用加热的扣合件在冷却过程中产生收缩而将开裂的机件锁紧该法适用于修复大型飞轮、齿轮和重型没各机身的裂纹及折断面。如图4-15所示，圆环状扣合件适用于修复轮廓部分的损坏工字形扣合件适用于机件壁部的裂纹或断裂。,综上所述，可以看出金属扣合法的优点是：使修复的机件具有足够的强度和良好的密封性；所需设备、工具简单，可现场施工；修理过程中机件不会产生热变形和热应力等。其缺点主要是薄壁铸件(8mm)不宜采用；波形键与波形槽的制作加工较麻烦等。,三、电镀修复法,第四章 机械失效零件的修复技术,电镀时利用电解的方法，使金属或合金沉积在零件表面上形成金属镀层的工艺方法。电镀修复法小仅可以用于修复失效零件的尺寸，而且町以提高零件表面的耐磨性、硬度和耐腐蚀性，以及其他眭能等。因此，电镀是修复机械零件的最有效方法之一，在机械设备维修领域中应用非常广泛目前常用的电镀修复法有镀铬、镀铁、刷镀等,1.镀铬,第四章 机械失效零件的修复技术,镀铬层的优点是：硬度高(8001000Hv，高于渗碳钢、渗氮钢)，摩擦因数小(为钢和铸铁的50)，耐磨性高(高于无镀铬层的2-50倍)，导热率比钢和铸铁约高40；具有较高的化学稳定性，能长时问保持光泽，抗腐蚀性强；镀铬是与基体金属有很高的结合强度。,(1)镀铬层的性能及应用范围,镀铬层的主要缺点是脆性高，它只能承受均匀分布的载萄，受冲击易破裂。而且随着镀层厚度增加，镀层强度、疲劳强度也随之降低。,镀铬层可分为平滑镀铬层和多孔性镀铬层两类。平滑镀铬层具有很高的密实性和较高的反射能力，但其表面不易储存润滑油，一般用于修复无相对运动的配合零件足寸，如锻模、冲压模、测量工具等。而多孔性镀铬层的表面形成无数网状沟纹和点状孔隙，能储存足够的润滑油以改善摩擦条件，可修复具有相对运动的各种零件尺寸。如比压大、温度高、滑动速度大和润滑不充分的零件、金属切削机床的主轴、镗杆等。,第四章 机械失效零件的修复技术,镀铬层应用广泛。可用来修复零件尺寸和强化零件表面，如补偿零件磨损失去的尺寸。但是，补偿尺寸不宜过大，通常镀铬层厚度控制在0.3mm以内为宜。,镀铬层还可用来装饰和防护表面。许多钢制品表面镀铬，既可装饰又可防腐蚀。此时镀铬层的厚度通常很小(几微米)。但是，在镀防腐装饰性铬层之前应先镀铜或镍做底层。此外，镀铬层还有其他用途。例如在塑料和橡胶制品的压模上镀铬，改善模具的脱模性能等。,由于镀铬电解液是强酸，其蒸气毒性大，污染环境，劳动条件差，因此需采取有效措施加以防范。,注意,第四章 机械失效零件的修复技术,(2)镀铬工艺,镀铬的一般工艺过程如下：,镀前表面处理,施镀,镀后检查和处理,第四章 机械失效零件的修复技术,1)镀前表面处理：,为了得到正确的几何形状和消除表面缺陷并达到表面粗糙度要求，工件要进行机械准备加工和消除锈蚀，以获得均匀的镀层。如对机床主轴，镀前一般要加以磨削。,不需镀覆的表面要作绝缘处理。通常先刷绝缘性清漆，再包扎乙烯塑胶带，工件的孔眼则用铅堵牢。,可用有机溶剂、碱溶液等将工件表面的油脂清洗干净，然后进行弱酸蚀，以清除工件表面上的氧化膜，使表面显露出金属的结晶组织，增强镀层与基体金属的结合性。,第四章 机械失效零件的修复技术,2)施镀：,工件装上挂具吊人镀槽进行电镀，根据镀铬层种类和要求选定电镀规范，按时间控制镀层厚度。设备修理中常用的电解液成分是CrO3150250g/L；H2SO40.752.5g/L，工作温度(温差1)为5560。,3)镀后检查和处理：,镀后检查镀层质量，观察镀覆表面是否镀满及镀层色泽，测量镀层的厚度和均匀性。如果镀层厚度不合要求，可重新补镀。如果镀层有起泡、剥落、色泽不符合要求等缺陷时，可用10盐酸化学溶解或用阳极腐蚀退除原铬层，重新镀铬。对镀铬厚度超过0.1mm的较重要零件应进行热处理，以提高镀层的韧性和结合强度。一般热处理温度采用180250，时间是23h，在热的矿物油或空气中进行。最后根据零件技术要求进行磨削加工，必要时进行抛光。镀层薄时，可直接镀到尺寸要求。,2镀铁,第四章 机械失效零件的修复技术,在50以下至室温的电解液中镀铁的工艺，称之为低温镀铁。低温镀铁是目前应用十分广泛的镀铁方式。它具有可控制镀层硬度(3065HRC)，提高耐磨性，沉积速度快(每小时0.601mm)，镀铁层厚度可达2mm，成本低，污染小等优点，因而是一种很有发展前途的修复工艺。,镀铁层可用于修复在有润滑的一般机械磨损条件下工作的动配合副的磨损表面、静配合副磨损表面。还可用于补救零件加工尺寸的超差。当磨损量较大，又需耐腐蚀时，可用镀铁层做底层或中间层补偿磨损的尺寸，然后再镀防腐蚀性好的镀层。但是，镀铁层不宜用于修复在高温或腐蚀环境、承受较大冲击载荷、干摩擦或磨料磨损条件下工作的零件。,3.局部电镀,第四章 机械失效零件的修复技术,在设备大修理过程中，经常遇到大的壳体轴承松动现象。如果用扩大镗孔后镶套法，费时费工；用轴承外环镀铬的方法，则给以后更换轴承带来麻烦。若在现场利用零件建立一个临时电镀槽进行局部电镀，即可直接修复孔的尺寸，如图4-16所示。对于长大的轴类零件，也可采用局部电镀法直接修复轴上的局部轴颈尺寸。,4刷镀,第四章 机械失效零件的修复技术,刷镀是在镀槽电镀基础上发展起来的新技术，在20世纪80年代初获得了迅速发展。过去刷镀有过很多名称，如涂镀、快速(笔涂)电镀、无槽电镀等，现按国家标准称之为刷镀。刷镀是依靠一个与阳极接触的垫或刷提供电镀需要的电解液的电镀方法。电镀时，通过垫或刷在被镀的工件(阴极)上移动而得到需要的镀层。,第四章 机械失效零件的修复技术,(1)刷镀的工作原理及特点,图4-17所示为刷镀的工作原理示意图。刷镀时工件与专用直流电源的负极连接刷镀笔与电源正极连接。刷镀笔上的阳极包裹着棉花和棉纱布，蘸上刷镀专用的电解渡，与工件待镀表面接触井作相对运动。接通电源后，电解液中的金属离子在电场作用下向工作表面迁移，从工件表面获得电子还原成金属原子，结 晶沉积在工件表面上形成金属镀层。随着刷镀时间增加，镀层逐渐增厚，直至达到所需要的厚度。镀液可不断地蘸用，也可用注射管、液压泵不断地滴入。,刷镀技术的特点如下：,第四章 机械失效零件的修复技术,1)设备简单，工艺灵活，操作简便。,2)结合强度高，比槽镀高，比喷涂更高。,3)沉积速度快，一般为槽镀沉积速度的550倍，辅助时间少，生产效率高。,4)工件加热温度低，通常小于70，不会引起变形和金相组织变化。,5)镀层厚度可精确控制，镀后一般不需机械加工，可直接使用。,6)操作安全，对环境污染小，不含毒品，储运无防火要求。,7)适应材料广，常用金属材料基本上都可用刷镀修复。,在机修领域其应用范围主要有以下几个方面：,第四章 机械失效零件的修复技术,(2)刷镀的应用范围,1)恢复磨损或超差零件的名义尺寸和几何形状。,3)改善零件表面的性能。,2)修复零件的局部损伤。,4)修复电气元件。,5)用于去除零件表面部分金属层。,6)用于解决通常槽镀难以完成的项目，如盲孔、超大件、难拆难运件等。,7)对文物和装饰品进行维修或装饰。,第四章 机械失效零件的修复技术,(3)刷镀溶液,刷镀溶液根据用途分为表面准备溶液、沉积金属溶液、去除金属溶液和特殊用途溶液。常用的表面准备溶液的性能和用途见表4-7常用刷镀溶液的性能和用途见表4-8。,第四章 机械失效零件的修复技术,第四章 机械失效零件的修复技术,(4)刷镀设备,刷镀的主要设备是专用直流电源和镀笔，此外还有一些辅助器具和材料。目前已研制成功的SD型刷镀电源应用广泛，它具有使用可靠、操作方便、精度高等特点。电源的主电路供给无级调节的直流电压和电流，控制电路中具有快速过电流保护装置、安培小时计及各种开关仪表等。,刷镀笔由导电手柄和阳极组成，常见结构如图4-18所示。刷镀笔上阳极的材料最好选用高纯细结构的石墨。为适应各种表面的刷镀，石墨阳极可做成圆柱、半圆、月牙、平板和方条等各种形状。,不论采用何种结构形状的阳极，都必须用适当材料包裹，形成包套以储存镀液，并防止阳极与镀件直接接触短路。同时，又对阳极表面腐蚀下来的石墨微粒和其他杂质起过滤作用。常用的阳极包裹材料主要是医用脱脂棉、涤棉套管等。包裹要紧密均匀、可靠，使用时不松脱。,第四章 机械失效零件的修复技术,(5)刷镀工艺,刷镀工艺过程如下：,1)镀前准备：,清整工件表面至光洁平整，如脱脂除锈、去掉飞边毛刺等。预制键槽和油孔的塞堵。如需机械加工时，应在满足修整加工目的的前提下，去掉的金属越少越好(以节省镀液)，磨得越光越好(以提高镀层的结合力)，其表面粗糙度值一般不高于Ra1.6m。,第四章 机械失效零件的修复技术,在清理平整的基础上，还必须用电净液进一步通电处理工件表面。通电使电净液成分离解，形成气泡，撕破工件表面油膜，达到脱脂的目的。电净时镀件一般接于电源负极，但对疲劳强度要求严格的工件，则应接于电源正极，以减少氢脆。电净时的工作电压和时间应根据工件的材质和表面形状而定。电净的标准是，冲水时水膜均匀摊开。,2)电净：,第四章 机械失效零件的修复技术,电净之后紧接着是活化处理。其实质是除去工件表面的氧化膜，使工件表面露出纯净的金属层，为提高镀层与基体之间的结合力创造条件。活化时，工件必须接于电源正极，用刷镀笔沾活化液反复在刷镀表面刷抹。低碳钢处理后，表面应呈均匀银灰色，无花斑。中碳钢和高碳钢的活化过程是，先用2号活化液(SHY-2)活化至表面呈灰黑色，再用3号活化液(SHY-3)活化至表面呈均匀银灰色。活化后，用清水将工件表面彻底冲洗干净。,3)活化:,第四章 机械失效零件的修复技术,活化处理后，紧接着就刷镀过渡层。过渡层的作用主要是提高镀层与基体的结合强度及稳定性。常用的过渡层镀液有特殊镍(SDY101)和碱性铜(SDY403)。碱性铜适用于改善钎焊性或需防渗碳、防渗氮和需要良好电气性能的工件，碱性铜过渡层的厚度限于0.010.05-nm。其余一般采用特殊镍作过渡层，为了节约成本，通常只需刷镀2m厚即可。,4)刷过渡层：,第四章 机械失效零件的修复技术,根据情况选择工作层并刷镀到所需厚度。刷镀时单一镀层厚度不能过大否则镀层内残余应力过大可能使镀层产生裂纹或剥离。根据实践经验，单一刷镀层的最大允许厚度见表4-9，供刷镀时参考。,当需要刷镀大厚度的镀层时，可采用分层刷镀的方法。这种镀层是由两种乃至多种性能的镀层按照一定的要求组合而成的，因而称为组合镀层。采用组合镀层具有提高生产率，节约贵重金属，提高经济性等效果。但是，组合镀层的最外一层必须是所选用的工作镀层。,5)刷工作层：,第四章 机械失效零件的修复技术,刷镀后清洗干净工件上的残留镀液并干燥，检查镀层色泽及有无起皮、脱层等缺陷，测量镀层厚度，需要时送机械加工。若工件加工完毕或可直接使用，应涂防锈液。,6)镀后检查和处理：,第四章 机械失效零件的修复技术,(6)刷镀的应用举例,此时。可采用刷镀工艺修复。其修复工艺过程如下：,1)镀前准备：用细砂布打磨损伤表面，在去除毛刺和氧化物后，用有机溶剂彻底清洗待镀表面及镀液流淌的部位，然后用清水冲净。,例如一工作状态为圆周运动的齿轮，材料为合金钢，热处理后的硬度为240285HBS，齿轮中间是一轴承安装孔，孔直径的标称尺寸 mm，长55mm。该零件在使用中经检查发现：孔直径尺寸均匀磨损至160.08mm，并有少量划伤。,第四章 机械失效零件的修复技术,2)电净：将工件夹持在车床卡盘上进行电净处理。工件接负极，选用SDB-1型刷镀笔，电压10V，时间为10-30s，镀液流淌部位也应电净处理。电净后用水清洗，刷镀表面应达到完全湿润，不得有挂水现象。,3)活化：用2号活化液(SHY-2)，工件接正极，电压10V，时间为1030s，刷镀笔型号为SDB-1。活化处理后用清水冲洗零件。,4)镀层设计：由于孔是安装轴承用的，磨损量较小，对耐磨性要求不高，可采用特殊镍打底，快速镍增补尺寸并作为工作层。为使零件镀后免去加工工序，可采用刷镀方法将孔直径镀到其制造公差的中间值，即160.02mm，此时单边镀层厚度为0.03mm。,第四章 机械失效零件的修复技术,5)刷过渡层：用特殊镍镀液，工件接负极，电压10V，镀层厚度为1-2m。,6)刷工作层：刷镀过渡层后迅速刷镀快速镍，直至所要求的尺寸。,7)镀后检查和处理：用清水冲洗干净，揩干后，测量检查镀后孔径尺寸、孔表面是否光滑，合格后涂防锈液。,四、热喷涂修复法,第四章 机械失效零件的修复技术,喷涂,用高温热源将喷涂材料加热至熔化或呈塑性状态，同时用高速气流使其雾化，喷射到经过预处理的工件表面上形成一层覆盖层的过程,喷焊（喷熔）,将喷涂层继续加热，使之达到熔融状态而与基体形成冶金结合，获得牢固的工作层,热喷涂,热喷涂技术不仅可以恢复零件的尺寸，而且还可以改善和提高零件表面的某些性能，如耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性、导电性、绝缘性、密封性、隔热性等。热喷涂技术是全国重点推广的项目之一，在机械设备修理中占有重要地位，应用十分广泛。,1热喷涂的分类及特点,第四章 机械失效零件的修复技术,热喷涂技术按所用热源不同,氧乙炔火焰喷涂与喷焊,电弧喷涂,等离子喷涂与喷焊,爆炸喷涂,喷涂材料有丝状和粉末状两种。,热喷涂技术的特点如下：,第四章 机械失效零件的修复技术,1)适用材料广，喷涂材料广。喷涂的材料可以是金属、合金，也可以是非金属。同样，基体的材料可以是金属、合金，也可以是非金属。,2)涂层的厚度不受严格限制，可以从0.05mm到几毫米。而且涂层组织多孔，易存油，润滑性和耐磨性都较好。,3)喷涂时工件表面温度低(一般为7080)，不会引起零件变形和金相组织改变。,4)设备不太复杂，工艺简便，可在现场作业。对失效零件修复的成本低、周期短、生产效率高。,第四章 机械失效零件的修复技术,热喷涂技术的缺点是喷涂层结合强度有限，喷涂前工件表面需经毛糙处理，会降低零件的强度和刚度：而且多孔组织也易发生腐蚀；不宜用于窄小零件表面和受冲击载荷的零件修复。,2.热喷涂在机械设备维修中的应用,第四章 机械失效零件的修复技术,热喷涂技术在机械设备维修中应用广泛。对于大型复杂的零件如机床主轴、曲轴、凸轮轴轴颈、电动机转子轴，以及机床导轨和溜板等，采用热喷涂修复其磨损的尺寸，既不产生变形又延长使用寿命；大型铸件的缺陷，采用热喷涂进行修复，加工后其强度和耐磨性可接近原有性能；在轴承上喷涂合金层，可代替铸造的轴承合金层；在导轨上用氧炔焰喷涂一层工程塑料，可提高导轨的耐磨性和减摩性；还可以根据需要喷制防护层等。,3.氧乙炔火焰喷涂和喷焊,第四章 机械失效零件的修复技术,在设备维修中最常用的就是氧乙炔火焰喷涂和喷焊。氧炔焰喷涂时使用氧气与乙炔比例约为1：1的中性焰，温度约3100。其设备与一般的气焊设备大体相似，主要包括喷枪、氧气和乙炔供给装置以及辅助装置等。,喷枪是热喷涂的主要工具，目前国产喷枪分为中小型和大型两种规格。中小型喷枪主要用于中小型和精密零件的喷涂和喷焊，适应性强。大型喷枪主要用于对大型零件的喷焊，生产效率高。中小型喷枪的结构基本上是在气焊枪结构上加一套送粉装置，大型喷枪是在枪内设置了专门的送粉通道。喷枪的主要型号有QSH-4、SPH-E等。,第四章 机械失效零件的修复技术,供氧一般采用瓶装氧气，乙炔最好也选用瓶装乙炔。如使用乙炔发生器，以产气量为3m3h的中压型为宜。辅助装置包括喷涂机床、保温炉、烘箱、喷砂机、电火花拉毛机等。,喷涂材料绝大多数采用粉末，此外还可使用丝材。喷涂粉末分为结合层粉末和工作层粉末两类。结合层粉末目前多为镍铝复合粉，有镍包铝、铝包镍两种。工作层粉末主要有镍基、铁基、铜基三大类。国产喷涂粉末的性能及用途见表4-10。近年来还研制了一次性喷涂粉末，具有结合层粉末和工作层粉末的特性，使喷涂工艺简化。喷涂粉末的选用应根据工件的使用条件和失效形式、粉末特性等来考虑。对于薄涂层工件可只喷结合层粉末即可，对于厚涂层工件则应先喷结合层粉末，再喷工作层粉末。,第四章 机械失效零件的修复技术,喷涂工艺如下：,第四章 机械失效零件的修复技术,(1)喷前准备,工件清洗,预加工,预热,清洗的主要对象是工件待喷区域及其附近表面的油污、锈和氧化皮层。有些材料要用火焰烘烤法脱脂，否则不能保证结合质量。,目的是去除工件表面的疲劳层、渗碳硬化层、镀层和表面损伤，预留涂层厚度，使待喷表面粗化以提高喷涂层与基体的结合强度。预加工的方法有车削、磨削、喷砂和电火花拉毛等。采用车削的粗化处理，通常是加工出螺距0.30.7mm，深的螺纹。,目的是除去表面吸附的水分，减少冷却时的收缩应力和提高结合强度。可直接用喷枪以微碳化焰进行预热，预热温度以不超过200为宜。,第四章 机械失效零件的修复技术,(2)喷粉,对预处理后的工件应立即喷涂结合层，其厚度为0.10.15mm，喷涂距离为180200mm。结合层喷好后应立即喷涂工作层。喷涂层的质量主要取决于送粉量和喷涂距离。送粉量应适中，过大会使涂层内生粉增多而降低涂层质量，过小叉会降低生产率。喷涂距离以150200mm为宜，距离太近会使粉末加热时间不足并使工件温升过高，距离太远又会使合金粉到达工件表面时的速度和温度下降。工件表面的线速度为2030mmin。喷涂过程中应注意粉末的喷射方向要与喷涂表面垂直。,第四章 机械失效零件的修复技术,(3)喷涂后处理,喷涂后应注意缓冷。由于喷涂层组织疏松多孔，有些情况下为了防腐可涂上防腐液，一般用涂装、环氧树脂等涂料刷于涂层表面即可。要求耐磨的喷涂层，加工后应放人200摄氏度的机油中浸泡半小时。当喷涂层的尺寸精度和表面粗糙度不能满足要求时，可采用车削或磨削的方法对其进行精加工。,氧乙炔火焰喷焊工艺与喷涂大体相似，包括喷前准备、喷粉和重熔、喷后处理等。喷焊时喷粉和重熔紧密衔接，按操作顺序分为一步法和二步法两种。一步法就是喷粉和重熔一步完成的操作方法，二步法就是喷粉和重熔分两步进行(即先喷后熔)。一步法适用于小零件，或零件虽大，但需喷焊的面积小的场合。二步法适用于回转件(如轴类)和大面积的喷焊，易实现机械化作业，生产效率高。,电弧喷涂的最高温度为55386649，等离子喷涂最高温度为11093，可见对快速加热和提高粒子速度来说，等离子喷涂最佳，电弧喷涂次之，氧炔焰喷涂最差。但由于电弧喷涂和等离子喷涂都需要专用的成套设备，成本高，因此它们的应用远不如氧炔焰喷涂广泛。,五、焊接修复法,第四章 机械失效零件的修复技术,利用焊接技术修复失效零件的方法称为焊接修复法。用于修补零件缺陷时称为补焊。用于恢复零件几何形状及尺寸，或使其表面获得具有特殊性能的熔敷金属时称为堆焊。,焊接修复在没备维修中占有很重要的地位，应用非常广泛。它的特点是：结合强度高；可以修复大部分金属零件因各种原因(如磨损、缺损、断裂、裂纹、凹坑等)引起的损坏；可局部修换也能切割分解零件，用于校正形状，对零件进行预热和热处理；修复质量好、生产效率高、成本低，灵括性大，多数工艺简便易行，不受零件尺寸、形状和场地以及修补层厚度的限制，便于野外抢修。但焊接方法也有不足之处，主要是容易产生焊接变形和应力，以及裂纹、气孔、夹渣等缺陷。对于重要零件焊接后应进行退火处理，以消除内应力。不宜修复较高精度、细长、薄壳类零件。,1.钢制零件的焊修,第四章 机械失效零件的修复技术,机械零件所用的钢材料种类繁多，其可焊性差异很大。一般而言，钢中含碳量越高、合金元素种类和数量越多，可焊性就越差。一般低碳钢、中碳钢、低台金钢均有良好的可焊性，这些钢制零件的焊修主要考虑焊修时的受热变形问题。但一些中碳钢、合金结构钢、合金工具钢割件均经过热处理，硬度较高、精度要求也高，焊修时残余应力大，易产生裂纹气孔和变形，为保证精度要求，必须采取相应的技术措施。如选择合适的焊条，焊前彻底清除油污、锈蚀及其他杂质，焊前预热，焊接时尽量采用小电流、短弧，熄弧后马上用锤头敲击焊缝以减少焊缝内应力，用对称、交叉、短段、分层方法焊接以及焊后热处理等措施均可提高焊接质量。,2.铸铁零件的焊修,第四章 机械失效零件的修复技术,铸铁在机械设备中的应用非常广泛。灰口铸铁主要用于制造各种支座、壳体等基础件，球墨铸铁已在部分零件中取代铸钢而获得应用。铸铁件的焊修分为热焊法和冷焊法。热焊是捍前将丁件高温预热，焊后再加热、保温、缓冷。热焊的焊接方式采用气焊或电焊效果均好，焊后易加工，焊缝强度高、耐水压、密封性能好，尤其适用于铸铁件毛坯缺陷的修复。但由于热焊法成本高、能耗大、工艺复杂、劳动条件差，因而应用受到限制。铸铁冷焊是在常温或局部低温预热状态下进行的，具有成本较低、生产率高、焊后变形小、劳动条件好等优点，因此得到广泛的应用。其缺点是易产生白口和裂纹，对工人的操作技术要求高。,铸铁可焊性差，焊修时主要存在以下几个问题：,第四章 机械失效零件的修复技术,1)铸铁含碳量高，焊接时易产生白口，既脆又硬，焊后加工困难，而且容易产生裂纹；铸铁中磷、硫含量较高，也给焊接带来一定困难。,2)焊接时，焊缝易产生气孔或咬边。,3)铸铁件原有气孔、砂眼、缩松等缺陷也易造成焊接缺陷。,4)焊接时，若工艺措施和保护方法不当，易造成铸铁件其他部位变形过大或产生电弧划伤而使工件报废。,因此，采用焊修法最主要的还是提高焊缝和熔合区的可切削性，提高焊补处的防裂性能、防渗透性能和提高接头的强度。,铸铁冷焊多采用手工电弧焊，其工艺过程简要介绍如下：,第四章 机械失效零件的修复技术,先将焊接部位彻底清整干净，对于未完全断开的工件要找出全部裂纹及端点位置，钻出止裂孔，如果看不清裂纹，可以将可能有裂纹的部位用煤油浸湿，再用氧炔焰将表面油质烧掉，用白粉笔在工件表面涂上白粉，裂纹内部的油慢慢渗出时，白粉上即可显示出裂纹的痕迹。此外，也