第六章 船机零件的修复工艺

第六章船机零件的修复工艺RepairingTechnology引言零件的磨损、疲劳等损伤有时是难以避免的,对损坏的零件不能都一概弃之，有时在无备件的情况下，要采用一定的方法将损坏的零件修复，本章介绍常用的修复工艺。本章重点〓牢固掌握各种修复方法的特点，其中对金属扣合工艺、电镀工艺（镀铁、镀铬）、焊补、粘结的工艺过程要有较深入的了解，以便能正确地运用。第一节船机零件修复原则一、零件修复的意义针对零件的具体损坏情况选用合适的修复工艺进行有效修复，不仅使已损坏或将报废的零件恢复使用功能、延长使用寿命，尤其可在缺少备件的情况下解决应急之需。可以减少机舱备件数量，从而减少闲置资金，有利于生产的发展；减少新零件的购置或制造，不仅大幅度降低修船费用，而且可缩短修船期；促进修复工艺的发展和修理技术水平的提高。二、零件修复的原则选用修复工艺进行零件修理时，应从质量、经济和时间三方面综合权衡而定，具体应满足以下要求：1、S修/T修S新/T新2、所选用的修复工艺必须能够充分满足零件的修复要求；3、零件修复后必须保持其原有技术要求；4、零件修复后必须保证具有足够的强度和刚度，不影响使用性能和使用寿命。重要零件修前应作必要的强度计算等；5、零件修后的耐用度至少应能维持一个修理间隔期。三、磨损零件的修复原则配合件修复后应使配合间隙值恢复到原设计要求，以恢复其工作性能。因此配合件磨损后依照以下原则进行修复：(1)改变配合件的原设计配合尺寸，恢复配合件原设计配合间隙值，从而恢复其工作性能。如采用修理尺寸法、尺寸选配法等修复工艺；(2)恢复配合件的原设计配合尺寸，恢复配合件原设计配合间隙值，从而恢复其工作性能，如采用喷焊、电镀等修复工艺。四、磨损极限标准(1)由造机厂提供的船用柴油机或其他船用机器的使用和保养说明书中的规定；(2)中华人民共和国船舶检验局颁布的《海上营运船舶检验规程》；(3)中国船舶工业总公司1992年发布的《中华人民共和国船舶行业标准》——CB中《船用柴油机修理技术标准》、《船舶轴系、螺旋桨和舵系修理技术标准》等；(4)中华人民共和国交通部1993年发布的《中华人民共和国交通行业标准》——JT中《船用柴油机修理技术标准》等五、修复工艺的选择常用修复工艺：选择修复工艺的原则：修复工艺对零件材料的适用性修复工艺应满足要求的修补层厚度零件结构、尺寸对修复工艺的限制修复工艺应保证零件的修理质量修复工艺对零件变形和材料性能的影响常用修复工艺对常用材料的适应性常用修复工艺修补层厚度(mm)第二节机械加工修复(MachiningRepair)机械加工修复船机零件产生磨损、腐蚀等损坏后可以采用机械加工方法进行修复。此法虽然改变了零件的尺寸，但是使零件具有要求的几何形状和配合间隙，从而可以恢复使用性能。常用的方法有：修理尺寸法、尺寸选配法、附加零件法、局部更换法和成套更换法。修理尺寸法修理尺寸法是将配合件中较重要的零件或较难加工的零件进行机械加工，消除其工作表面的损伤和几何形状误差，使之具有正确的几何形状和新的基本尺寸——修理尺寸。依此修理尺寸制造与之配合的另一零件，使二者具有原设计配合间隙值。修理尺寸等于磨损件实测尺寸加上(或减去)为消除缺陷所需的最小加工余量修理尺寸法简单、经济，可延长零件的使用寿命。但使零件失去原有的互换性，给备件供应带来麻烦最小加工余量修理；分级修理尺寸选配法集中一小批相同机型的已过度磨损的配合件，分别进行机械加工消除配合表面的缺陷和几何形状误差，再按原配合间隙值重新配合成对。组成一些具有不同基本尺寸但具有相同配合间隙的新的配合件。此法简单、方便、经济，可使一部分已报废的配合件重新投入使用。缺点是必须有一小批配合件，数量太少，则不易组成新的配合件。附加零件法零件过度磨损后，将磨损的工作表面进行机械加工使之具有正确的几何形状，并在其上附加具有工作表面基本尺寸的衬套。采用此法应保证零件机械加工后的强度要求，附加的零件壁厚不能过薄，衬套材料应与零件材料具有相同的热膨胀系数等。一般应使衬套材料与零件材料相同，采用热套法或压入法安装衬套。此法可恢复零件原有设计尺寸，也可加工成修理尺寸，使之恢复配合性能，延长使用寿命。因影响修理质量的因素较多，故使用时应慎重。局部更换法零件局部损坏或磨损严重时可采用更换零件局部的方法修理。成套换修为了缩短修理时间，拆下有严重磨损或损伤零件的部件或设备，迅速换上备件继续运转，称为成套换修设备或部件经修理后作为备件使用或供同类机型的船舶使用第三节电镀工艺（Electroplating）电镀电镀工艺是利用电解原理在金属或非金属零件表面上镀覆一层金属的过程。它是一种修复工艺，也是一种强化工艺。可以修复磨损严重的零件使之恢复原设计尺寸和改善零件工作表面的性能，如提高耐磨性、耐蚀性等。电镀工艺广泛应用于修船，例如活塞环槽、缸套镀铬，曲轴镀铁等。分为有槽电镀和无槽电镀—电刷镀电镀工艺以被镀零件作为阴极，欲镀金属作为阳极，并使阳极的形状符合零件待镀表面的形状。电镀槽一般采用不溶金属或非金属，如铅、铅锑合金、塑料等。电解液是所镀金属离子的盐溶液。电镀使用直流电源。电镀时，阳极金属失去电子变为离子溶于电解液中，即发生氧化反应；阴极附近的离子获得电子而沉积于零件表面，即发生还原反应。镀铬镀铬时，零件作为阴极，采用铅锑合金作阳极，用铬酐(Cr03)和硫酸(H2SO4)制成电解液盛于电镀槽中进行电镀。工艺过程镀铬工艺的特点耐磨镀铬层的种类镀铬工艺镀前准备工作、首先机械加工零件被镀工作表面，使其具有正确的几何形状和一定的尺寸；清洁被镀表面(除油脂和污物)，以提高镀层与零件表面的结合强度；将不镀表面包扎上绝缘材料。配制电解液使其工作温度保持在55～65℃之间。镀铬根据要求的铬层性质和厚度选用电镀工艺参数进行电镀。镀后的热处理对于较重要的零件，当镀铬层厚度超过0.1mm时应进行驱氢热处理，清除内应力以提高镀铬层的韧性和与零件表面的结合强度。镀铬表面的机械加工镀铬工艺的特点对零件材料的组织和性能(包括热处理状态)无任何影响，不会产生变形、开裂等缺陷。镀铬层与零件基体金属的结合强度高，甚至超过本身晶间结合强度，镀铬层的硬度和强度高。镀铬层具有很高的化学稳定性，在大气中能够长时间保持光泽。铬层的硬度高，摩擦系数小，具有较高的耐磨性铬层的允许厚度一般为0.1～0.25mm，一般控制在0.5mm以内铬的沉积速度较低，生产率低而成本高耐磨镀铬层的种类硬质镀铬层：硬质镀铬层适用于润滑条件较好，承受负荷不大的零件表面。松孔镀铬层：适用于润滑不良、承受较大负荷的零件镀铁广泛采用不对称交直流低温镀铁工艺氯化亚铁水溶液中，以工业纯铁或低碳钢板作阳极，零件为阴极，依次通过不对称交流电起镀、不对称交流电过渡镀和直流电镀，使零件表面上牢固地沉积一层高硬度镀铁层的工艺。镀铁的工艺特点无刻蚀低温镀铁镀铁的工艺特点电解液温度低，通常是在20～40℃起镀，对零件材料的组织、性能无影响，也不会产生变形和裂纹等缺陷；铁镀层与基体的结合强度高，可达450Mpa；铁镀层的硬度高，耐磨性好，最高硬度可达HRC63～65；沉积速度快，约0.60～1.00mm/h，生产率高，镀铁的镀厚能力强，镀层厚度可达2mm以上；电流效率高，可达90%以上，耗电少电解液容易配制，成本低，有害气体少，对环境污染小电刷镀电刷镀又称快速电镀、涂镀，是一种无电镀槽的快速电镀工艺电刷镀原理：电刷镀工艺电刷镀工艺特点电刷镀的应用电刷镀工艺设备与电镀溶液：专用电源－0～50V直流电源；镀笔－手柄和阳极组成，阳极材料石墨和铂铱合金；电镀溶液－表面预处理溶液、电刷镀溶液电刷镀工艺：零件表面的准备－打底层(过渡层)－镀工作镀层电刷镀工艺特点设备简单，不需镀槽简化了电镀工艺镀层与零件表面结合强度高镀层厚度可以精确控制，并可实施均匀或不均匀镀层的电镀，镀后一般不需加工，可直接使用。镀层沉积速度快，生产率高电镀液温度低，对零件无影响，不会产生变形和裂纹等污染小，操作方便，工艺灵活，适用材料广泛§6-4热喷涂工艺（Spraying）热喷涂工艺热喷涂是近代各种喷涂、喷熔(或称喷焊)工艺的总称。热喷涂工艺是把丝状或粉末状材料加热到近熔化或熔化状态，进而使之雾化、加速，最后喷至零件表面上形成覆盖层的工艺.热喷涂工艺既是一种表面强化工艺，也是一种修复工艺。作为强化工艺，可以根据工作需要在零件表面喷涂各种不同材料，使之分别具有耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化等性能。作为修复工艺可以修复磨损、腐蚀等损伤零件的表面，恢复其原有尺寸，延长零件使用寿命。一、热喷涂工艺的种类喷涂：有电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂(包括爆炸喷涂、超音速喷涂)等。喷涂材料为丝状或粉末状。喷熔：有火焰粉末喷熔、等离子粉末喷熔等。热喷涂工艺的特点(1)适用的材料范围广。各种金属或非金属材料的表面均可获得预定性能的涂层。(2)热喷涂材料广。金属及其合金、陶瓷、有机树脂等均可作为涂层的材料。(3)工艺简单下操作容易，涂层形成速度快，加工时间短，生产率高。(4)喷涂零件受热温度低，热应力小，变形非常小。喷熔零件温度高，热应力大，容易产生变形或裂纹。热喷涂工艺的特点(5)喷涂层与零件表面为机械结合，结合强度低，约为5～50MPa，抗冲击性能差。喷熔涂层与零件表面为冶金结合，结合强度高，约为300～700Mpa。(6)喷涂层是由金属颗粒堆积而成的，内部多孔，可存油，有利于润滑。喷熔层则是连续致密的金属。(7)喷涂层厚度可从0.05mm至几毫米。喷熔层的最小厚度为0.8mm，一步法喷熔层厚度一般不大于2mm；二步法每次喷熔层厚度为0.2～0.3mm，可多次实施获得较大厚度的喷熔层。二、粉末火焰喷涂喷涂原理:火焰喷涂是利用氧—乙炔火焰作热源，用专用喷枪把加热到熔化或近熔化状态的合金粉末喷到经过预先处理的零件表面上形成要求涂层的工艺.火焰粉末喷涂的设备主要有气源、喷枪和辅助设备等。喷涂所用合金粉末有两种：一种是为提高结合强度的打底粉，另一种是根据零件使用要求喷涂的工作粉2.喷涂工艺过程(1)进行零件表面的预处理:凹切、清洁、粗化(2)预热:70～150℃(3)喷打底粉：最佳厚度为0.1～0.2mm(4)喷工作粉(5)喷涂层的机械加工特点、应用火焰粉末喷涂的涂层与零件结合强度低，不抗冲击载荷，但零件温度低，对零件无影响。所以可用以修复磨损、腐蚀和机械加工超差的零件，但不适于修复承受高应力交变载荷或冲击载荷的零件。例如可修复尾轴衬套、增压器和电机的转子轴等。三、粉末火焰喷熔1.喷熔原理：喷熔(或喷焊)也是利用氧—乙炔焰作热源，用专用喷枪把合金粉末加热到熔化状态后喷到经预处理的零件表面上，再用火焰使涂层重新熔化后熔焊在零件表面上的工艺。2.喷熔工艺过程预处理：清洁、预热200～250℃一步法喷熔两步法喷熔第五节焊补修理焊补工艺焊补工艺包括焊接和堆焊两种工艺，是船机零件的修理方法之一。焊补工艺能有效地修理裂纹和断裂的零件，修复严重磨损、腐蚀和烧蚀的零件，可采用手工电弧焊或气焊实施焊接或堆焊。焊补工艺的特点：成本低、工时少、效率高，堆焊层与零件基体结合强度高。但焊补时零件温度高，易产生变形和裂纹。因此，为了保证修理质量，对焊补工艺要求严格，要求焊前预热，焊后退火。一、焊接焊接是通过加热或加压，或同时加热加压的方法，使两个金属件连接达到原子间的冶金结合，形成永久性连接的一种工艺。焊接方法依施加能量不同分为熔焊和压焊两大类：熔焊是用加热使金属熔化的方法进行焊接：气焊、电弧焊、电渣焊、铝热焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊压焊是用加压或同时加热和加压的方法进行焊接：接触焊、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊二、堆焊堆焊是用熔化焊条的方法在零件磨损或腐蚀的表面上熔敷一层或多层金属的操作。堆焊一般采用熔焊。堆焊工艺适用于修补零件大面积磨损、腐蚀破坏，或补偿较大的尺寸偏差以恢复零