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16 教案:第6章 船机零件的修复工艺.docx

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本课件为第六章船机零件的修复工艺的讲义文字版,介绍修复工艺的选择原则,以及机械加工、电镀与电刷镀、焊补、金属扣合、塑性变形修复、粘接与研磨等常用修复工艺的要点。

第六章船机零件的修复工艺封面,标示本章主题与修复工艺选择原则、电镀与电刷镀修复、焊补、金属扣合与塑性变形修复等内容主线
改变配合件的原设计说明页,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
修复工艺选择原则内容页,在常温或温度不高的条件下进行修复,对零件变形和材料性能几乎没有影响
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第1页:第六章船机零件的修复工艺

第六章船机零件的修复工艺
近年来,我国的经济和对外贸易一直持续稳定增长,外贸海运量大幅度增加促进我国海运事业的迅速发展,也为我国修船业的发展带来新的机遇

第2页:改变配合件的原设计

增大,工作性能下降。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。

  • 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;

  • 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。

船机运转过程中,对有相对运动的配合件按机器使用、保养说明书的要求或船舶检验机关的要求,定期进行磨损检测,或依运转情况进行磨损检测。例如主、副柴油机的活塞与气缸套、曲轴主轴颈与主轴承、曲柄销轴颈与连杆大端轴承等配合件的磨损测量。测量后计算出的磨损量、磨损率和几何形状误差等磨损指标,与标准比较后作出判断。

磨损指标是否达到或超过极限值,磨损零件是否应该修理或换新等需要有权威的磨损极限标准作为判断的依据。

目前船机零件的磨损极限标准主要有
(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;
  • 1984年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》;
  • 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;
  • 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。
  • 修复工艺的选择1.修复工艺的种类目前我国修船厂普遍使用的船机零件修复工艺主要有表6-l中所列各种。

表6-1常用修复工艺2.修复工艺的选择船舶进厂修理时,针对零件损坏形式合理选择修复工艺是提高修船质量、降低修船费用、加快修船速度和缩短修船时间的有效措施。选择修复工艺时,应根据零件修理的要求和修复工艺的特点全面考虑。

选择修复工艺的原则是
1)修复工艺对零件材料的适用性任何一种修复工艺都不可能适用于所有的材料,有其使用的局限性。

应根据待修零件的材料选用适合的修复工艺。表6-2为修复工艺适用材料的情况。表6-2常用修复工艺对常用材料的适应性注:“+”为修理效果良好,“—”为修理效果不好。2)修复工艺应满足要求的修补层厚度船机零件磨损程度不同,要求恢复原设计尺寸时所需增加的厚度不同,而各种修复工艺所能达到的修补层厚度各异,所以亦应根据修复零件的要求来选择修复工艺。

图6-1为常用修复工艺的修补层厚度。

3)零件结构、尺寸对修复工艺的限制零件的尺寸、结构并非适用任何修复工艺,甚至使某些修复工艺无法进行。例如孔径太小的零件无法进行喷涂,壁厚太薄的零件不能采用扣合工艺等。4)修复工艺应保证零件的修理质量零件修复后,零件材料的强度、修补层强度、修补层与零件的结合强度等能否满足修理要求是检验修理质量的重要指标,也是选择修复工艺的最主要的依据。

5)修复工艺对零件变形和材料性能的影响

第3页:修复工艺选择原则

在常温或温度不高的条件下进行修复,对零件变形和材料性能几乎没有影响。但在高温下,如喷焊、堆焊时零件容易变形,甚至会使零件材料的组织、性能发生变化。第二节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。
  • 修理尺寸法具有相对运动的配合件磨损后配合间隙增大甚至超过极限间隙值,零件工作性能变坏。

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。例如,曲轴主轴颈过度磨损后,在保证轴颈强度要求下,光车主轴颈,依光车后的尺寸重新配制主轴瓦使具有原有的轴承间隙。

孔的修理尺寸大于孔的基本尺寸;

轴的修理尺寸小于轴的基本尺寸。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。此法在修船厂中广泛应用。

  • 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,此种方法称为尺寸选配法。例如柴油机喷油泵和喷油器中的精密偶件就可采用此法修理。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。

例如,气缸盖上阀孔的镶套修理。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。

例如,活塞顶部烧蚀严重或产生裂纹,可将损坏部分除去,镶上与之完全相同的局部,如图6-2所示。铸钢活塞可采用焊接,铸铁活塞采用螺钉连接。

第4页:成套换修为了缩短修理

  • 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。例如柴油机运转中高压油泵柱塞一套筒偶件咬死,立即换上备用油泵,而损坏的油泵经修理后作为备件使用。第三节电镀工艺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。近年来电刷镀,即无槽电镀的应用进一步扩大了电镀工艺在修船领域中的应用。

  • 电镀1.电镀工艺电镀分为有槽电镀和无槽电镀——电刷镀。

有槽电镀是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。

根据电镀质量、镀层厚度等的不同,电镀时所选用的电流密度、电解液的温度、电镀时间等工艺参数不同。

严格控制电镀工艺参数是获得优良镀层的关键。目前船机零件常选用镀铬和镀铁来修复或强化零件工作表面。2.镀铬镀铬时,零件作为阴极,采用铅锑合金作阳极,用铬酐(CrO3)和和硫酸(H2SO4)制成电解液盛于电镀槽中进行电镀。1)镀铬工艺(l)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

第5页:配制电解液使其工作温度保持在

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。

一般采用磨削加工来达到要求的尺寸和几何形状精度。

  • 镀铬表面的机械加工2)镀铬工艺的特点(1)镀铬是在低温55~65℃范围内进行的,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,这与零件镀前准备工作质量密切相关。
  • 镀铬层的硬度和强度高。

铬层的硬度一般可达HV400~1200,加热到300~500℃时铬层硬度几乎不变。铬层的强度随其厚度变化,镀层越薄强度越高,镀层厚度为0.lmm时,σb=500~600MPa,当铬层厚度增至0.5mm时σb=160~300MPa。这是由于镀铬过程中晶体组织转化和氢气渗入使铬层产生很大内应力,使脆性增加,并随厚度增加而增大。

  • 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,可使零件的耐磨性提高2~50倍。
  • 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。

镀铬过程中有大量气体逸出,带出铬酸,危害人体皮肤、眼睛和呼吸道,所以镀铬车间必须通风良好。3)耐磨镀铬层的种类耐磨镀铬层是用于提高零件表面耐磨性,延长使用寿命和用于修复磨损、腐蚀的零件。

按铬层结构分为两种
(1)硬质镀铬层铬层硬度高,耐磨性好,具有一定的韧性。

改变电镀工艺参数可获得三种不同镀铬层,灰色(无光泽)镀铬层、光泽镀铬层和乳白色镀铬层。其工艺参数和镀铬层性能如表6-3所示。

6-3各种硬质镀铬层工艺参数和性能镀铬层性能工艺条件种类硬度高(HV1200)、脆性大、结晶组织细小,有较少的网、状裂纹,表面光亮电解液温度低(35~40º),电流密度较高灰色镀铬层硬度较高(HV800-1200)、脆性小、结晶组织细小,有较少的网、状裂纹,表面光亮电解液温度和电流密度均为中等光泽镀铬层硬度低(HV400-700)、韧性较好、裂纹很少或没有,化学稳定性较高,能承受较大变形,表面呈乳白色电解液温度较高(>65º),电流密度较低乳白色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。

新造零件镀层厚度一般在0.15~0.25mm之间,修复零件镀层厚度一般不超过0.5mm。硬质镀铬广泛应用于修船中,如修复柴油机、压缩机的曲轴和高压油泵柱塞等。一般仅对配合件之一镀铬。

  • 松孔镀铬层铬层表面呈网状沟纹或多孔状,能够贮存润滑油。

当零件工作时,如果供油不足,润滑油会从零件表面镀层孔隙中流出分布在工作表面各处,从而改善润滑条件,降低零件的磨损。松孔镀铬层的耐磨性取决于网纹的密度、深度和宽度。

网纹的形成方法有
机械松孔法,即预先在被镀表面上用机械方法(如铣削、喷丸或滚压)形成小孔或凹坑,然后再镀铬;

周期换向松孔法,是镀铬过程中每镀15min后将阴、阳极进行短时间交换,实施阴极处理后再继

第6页:电镀与电刷镀修复

续镀铬。松孔镀铬层适用于润滑不良、承受较大负荷的零件。一般用来提高这种工作条件下零件的耐磨性。柴油机气缸套松孔镀铬层厚度一般为0.15~0.25mm,活塞环为0.10~0.15mm。表6-4和表6-5分别为气缸套和活塞环松孔镀铬层厚度选择。

表6-4气缸套松孔镀铬层厚度选择铬层总厚度(mm)气缸直径柴油机转速≤500r/min柴油机转速>500r/min<0.30≤1000.35-0.450.30-0.40>100-2000.45-0.550.40-0.50>200-3000.55-0.650.50-0.60>300-4000.65-0.75>400-5000.75-0.85>500-600注:铬层总厚度为气缸直径方向上铬层厚度之和。

表6-5活塞环松孔镀铬层厚度选择铬层径向偏差(mm)单面铬层厚度(mm)活塞环直径(mm)≤0.040.10-0.1445-90≤0.040.14-0.1890-185≤0.040.18-0.25185-3503.镀铁目前生产中广泛采用不对称交直流低温镀铁工艺。

它是在常温的氯化亚铁水溶液中,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。

一般工业用交流电为正弦波交流电,是由两个相等相反的半波组成。电镀时采用此种交流电,一个半波使零件呈阴极极性沉积镀层,另一半波则使零件呈阴极极性把镀层(甚至基体)电解除掉。因此对称交流电不能进行电镀。不对称交流电是使两个半波不等,较大半波进行电镀获得镀层,较小半波电解镀层,沉积的镀层总比电解掉的多。

所以,在开始镀前l0~20min内,采用不对称交流电起镀,可以使镀层晶粒细小均匀,表面较平滑,内应力较相同电流密度下的直流电镀层小,结合强度也较直流电镀层高得多。

结合强度可达450MPa,镀层不易脱落。起镀时应满足J有效和β为一定值的条件。正、负半波电流密度之差,称为有效电流密度J有效,即J有效=J正-J负式中:J正----正半波电流密度,A/dm²;J负----负半波电流密度,A/dm²。正、负半波电流密度之比称为不对称比β,即β=J正/J负当l<β≤1.3时,获得较小内应力的镀层;

β增加达6~8时,镀层的内应力和硬度均增大;

当β>8时,镀层的硬度不再增加。起镀时,β=1.3,均匀改变β值,4~5min内增至8,再镀5~l0min,使应力与硬度均匀增加,以防内应力骤然增加造成镀层内脱层。这一阶段为过渡镀,为直流电镀作准备。过渡镀后,在不断电的情况下把交流电转为直流电进行电镀。最后进行热处理和机械加

第7页:电解液温度低

工等镀后处理。1)镀铁的工艺特点(1)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。

2)无刻蚀低温镀铁在低温镀铁工艺中需要进行阳极刻蚀处理,即零件镀铁前,以铅板作阴极、零件作阳极,在30%的工业硫酸电解液中通以直流电,电解处理零件被镀表面。其目的是采用电解方法除去零件表面的氧化膜并生成钝化膜,保护纯净的零件表面在空气中不被氧化。

刻蚀处理后立
即冲洗零件表面残酸,但这不仅污染环境,若残酸带入电镀液中还会降低镀铁质量。

近年来,为了克服阳极刻蚀处理的缺点和简化工艺,出现了无刻蚀镀铁新工艺,使镀铁工艺有了新发展。无刻蚀镀铁工艺是以Fe++为主,在经过电化学活化处理呈现微融活化态的钢铁零件表面上沉积,形成金属键结合与微晶结构的高强度的镀铁层。

无刻蚀镀铁工艺过程是
零件在镀前的表面活化处理基采用盐酸水浸洗的方法,腐蚀除去零件待镀表面的氧化膜,中和去除碱性水膜,形成酸性水膜。

然后将零件放人电镀糟中,先进行对称交流电活化处理,再进行不对称交流电起镀和过渡镀等。与刻蚀镀铁相比较,无刻蚀镀铁工艺省去了硫酸阴极刻蚀处理,减少了工序,简化了工艺,减省了设备和降低了污染,从而保证了镀铁的质量和降低了成本。无刻蚀镀铁的镀层结合强度高、耐磨性更好,质量隐定可靠,成品率高。

目前,无刻蚀镀铁己广泛应用,尤其在修复磨损失效的柴油机曲轴方面成果显著,修复曲轴长度可达4m以上,使大批报废曲轴重新投入使用,节省了大量经费。

此外,镀铁还用于修复其他磨损、腐蚀的零件,如精密偶件、缸套等。

  • 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。

它始于20世纪50年代美国的一种修复电镀废品的镀覆技术,70年代广泛用于飞机、船舶、机车、电子、机械、化工乃至文物修补和艺术装饰上。1.电刷镀原理电刷镀也是基于电解原理在零件工作表面上快速沉积金属形成镀层的工艺。刷镀不需电镀槽,只需将零件与直流电源的负极相接,镀笔与正极相接。

刷镀时,将蘸满电镀液的镀笔在零件表面上移动,即用镀笔涂刷零件工作表面。

在电场作用下,电镀液中的金属离子向零件表面迁移,并从表面获得电子后沉积其上形成镀层。所以,电刷镀是一种设备和工艺大为简化的电镀,如图6-3所示。2.电刷键工艺1)设备与电镀溶液电刷镀的主要设备是专用电源,采用无级调节电压的直流电源;常用电压范围为0~50V。镀笔是电刷镀的主要工具,是由手柄和阳极组成的。

阳极为镀笔的工作部分,石墨和铂铱合金是理想的不溶性阳极材料,其中石墨应用最多,只有在修复划伤、小沟槽及狭窄的棱

第8页:电镀与电刷镀修复

面时,由于阳极尺寸极小才用铂铱合金阳极。采用石墨阳极时在其外部包扎脱脂棉包套,目的是为了吸附和贮存电镀液,防止两极直接接触产生电弧烧伤零件表面和防止石墨粒子脱落污染电镀液。石墨阳极的形状依被镀零件表面形状而定。电镀溶液是获得优质镀层和高生产率的关键。

根据用途不同有以下三种溶液
(l)表面预处理溶液为了提高镀层与零件基体的结合强度,不仅用一般的方法清洁零件表面,还必须进行严格的电化学处理,即进行电净处理和活化处理,因此须使用电净液和活化液。
电净液
在电净液中用电解的方法清除零件表面上的油膜和杂质污物称为电净处理。

电净液为无色透明的碱性溶液,—l0℃不结冰,腐蚀性小,可长期存放。零件经电净处理后用清水冲洗。

活化液
在活化液中用电解的方法除去零件金属表面的氧化膜称为活化处理。

处理后零件表面露出金属光泽,有利于镀层与其结合牢固。活化液是无色透明的酸性溶液,腐蚀性小,可长期存放,循环使用。

  • 电刷镀溶液电刷镀溶液是在被镀零件表面上沉积镀层金属的溶液,其金属离子含量高,并以有机络合物形式存在,所以稳定。

电刷镀溶液一般分为酸性和碱性两大类。酸性溶液较碱性溶液的离子沉积速度快1.5~3倍,但绝大多数酸性溶液不适于材质疏松的金属材料,如铸铁,也不适用于不耐酸腐蚀的材料,如锡、锌等。碱性和中性溶液有很好的使用性,可获得细小晶粒的镀层,在边角、狭缝和盲孔等处有很好的均镀能力,无腐蚀性,通常在各种材料零件上镀覆。

2)电刷镀工艺(1)零件表面的准备零件表面的预处理是保证镀层与零件表面结合强度的关键工序。

零件表面应光滑平整,无油污、无锈斑和氧化膜等。为此先用钢丝刷、丙酮清洁,然后进行电净处理和活化处理。

  • 打底层(过渡层)为了进一步提高工作镀层与零件金属基体的结合力,选用特殊镍,碱铜等作为底层,厚度一般为2~5μm。

然后再于其上镀覆要求的金属镀层,即工作镀层。

  • 镀工作镀层电刷镀工作镀层的厚度(半径方向上)为0.3~0.5mm,镀层厚度增加内应力加大,容易引起裂纹和使结合强度下降,乃至镀层脱落。

但用于补偿零件磨损尺寸时,需要镀层厚度较大,为避免因厚度过大使内应力增加,采用组合镀层,如图6-4所示。先在零件表面上镀打底层,再镀补偿尺寸的尺寸镀层,其间镀上不超过0.05mm厚度的夹心镀层,最后镀工作镀层。

  • 电刷镀工艺特点(l)设备简单,不需镀槽。

电刷镀取消电镀槽,扩大了应用范围,取消了对零件尺寸的限制,大小件均可镀,尤其是难拆卸和难运输的大型零件可原地刷镀修复。

  • 简化了电镀工艺。

零件上不需镀的部位不需包扎绝缘,节省材料和辅助工时。

  • 镀层与零件表面结合强度高。

由于电刷镀镀层是在电、化学和机械(镀笔与零件表面摩擦)作用下沉积在彻底清洁的零件表面上,所以结合强度高于有槽电镀。

  • 铰层厚度可以精确控制,并可实施均匀或不均匀镀层的电镀,即在同一零件上刷镀不同厚度的镀层。

镀后一般不需加工,可直接使用。

  • 镀层沉积速度快,生产率高。

由于电镀液的离子浓度高,电刷镀时零件与镀笔相对运动均有利镀层的沉积,比有槽电镀的沉积速度快5倍以上。

  • 电镀液温度低,对零件无影响,不会产生变形和裂纹等。

一般电镀液温度约50℃。

  • 污染小,操作方便,工艺灵活,适用材料广泛。

常用的金属材料均可采用此项技术。

  • 电刷镀的应用目前我国修船业已普遍采用电刷镀修复船机零件。

可修复磨损、腐蚀和机械加工超差的

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零件。例如修复活塞杆、增压器转子轴、电机转子轴、水泵轴和尾轴衬套等。某船厂采用电刷镀修复因加工不慎超差0.18m的直径为720~800mm、长5m的尾轴铜衬套,仅用半天时间完成,不仅节省工时、材料和费用,而且挽救了零件,保证船舶如期下水。第四节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。

  • 热喷涂工艺的种类和特点1.热喷涂工艺的种类通常按照熔化热喷涂材料所用的热源划分。
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。

2.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。

  • 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。

  • 工艺简单,操作容易,涂层形成速度快,加工时间短,生产率高。
  • 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。

  • 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。

  • 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。

  • 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。

  • 粉末火焰喷涂1..喷涂原理火焰喷涂是利用氧一乙炔火焰作热源,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,如图6-5所示。
喷涂时热源是氧和乙炔为1
1的中性焰,温度可达3100℃,压缩空气的压力为0.45MPa。

火焰粉末喷涂的设备主要有气源、喷枪和辅助设备等。火焰粉末喷涂的喷枪如图6-6所示。其结构简单,适用于喷涂和喷熔,操作灵活、方便。

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。

国产合金粉末牌号很多,可依具体要求选用。

  • 喷涂工艺过程(1)进行零件表面的预处理为增强涂层与零件表面的结合强度,预先对零件表面进行凹切——车削或磨削表面,为容纳涂层提供一定厚度尺寸;

清洁——除去表面油污,锈蚀、漆皮等;粗化—采用喷砂、拉毛、开槽、车细螺纹或滚花等方法使零件表面变粗糙。

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  • 预热预热温度为70-150℃,目的是除去零件表面的潮气,降低涂层的收缩应力,防止涂层产生裂纹。
  • 喷打底粉又称过渡层,用以增加结合强度,最佳厚度为0.1-0.2mm。
  • 喷工作粉要求薄涂层的零件只喷过渡层;

要求厚涂层零件则应按要求选用工作层的合金粉。小零件或喷厚涂层的零件应采用间歇喷涂,以防零件温度过高。

  • 喷涂层的机械加工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,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。
  • 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。

火焰粉末喷熔所用的设备、喷枪等均与火焰粉末喷涂相同,所不同的只是工艺过程。2.喷熔工艺过程零件喷熔前的预处理只需将零件表面清洁和进行预热,预热温度为200~250℃。喷熔时采用一步法或两步法进行喷熔操作。

1)一步法喷熔将零件待喷熔表面分成若干段,每喷一段后立即停止喷金属,只用火焰将涂层金属重新熔化,边喷边熔,使涂层金属与零件表面金属熔融互溶,形成光洁的高结合强度的喷熔层。

用边喷边熔加工完全部待喷表面是喷与熔一步完成,故称一步法。每次喷粉厚度约为0.2~0.3mm。喷、熔交替速度应适当,过快涂层不能全部重熔,过慢会产生过烧和合金元素烧损等缺陷。一步法喷熔厚度一般不大于2mm,广泛应用于小零件或精密零件的修复,也可用于大、中零件的边角或局部的修复。

2)两步法喷熔
即喷与熔分为两步进行,为先喷后熔。

喷熔时,先将零件待喷表面全部喷涂金属,然后停喷,用火焰使涂层重新熔化。每次喷涂厚度为0.2~0.3mm。一次喷涂层不可过厚,要求涂层厚的零件采用多次薄喷达到要求厚度。重熔温度可达l000℃左右,虽零件表面未被熔化,但零件表层与涂层交界处被熔化了的涂层所溶解,金属元素相互扩散与渗透,使交界处构成新的组织,形成表面合金层。

这是固态金属被液态合金溶解所形成的牢固的冶金结合,因此喷熔层与零件表面结合强度高。

但是零件温度很高,变形较大,故喷熔后应缓慢冷却或进行退火处理。火焰粉末喷熔工艺适用于修复磨损、腐蚀的零件或同时承受冲击载荷的零件,例如轴类零件、挖泥船的铰刀等。除上述火焰粉末喷涂和喷熔工艺外,等离子喷涂和喷熔亦应用较多。通过电流和惰性气体(如氮气、氢气)的强烈电弧放电形成等离子流,这是一束能量高度集中的弧柱,温度极高,可达11093℃。

等离子喷涂是利用等离子弧作热源熔化金属并喷至零件工作表面形成涂层的工艺。

可喷涂高熔点材料,涂层致密,结合强度高。由于喷涂时热量十分集中,零件受热少,不会产生变形。常用来喷涂重要零件,例如用于修复机车柴油机气缸套等。等离子喷熔的设备与等离子喷涂设备大体相同,只是喷枪有所不同。主要设备有等离子喷枪、硅整流直流电源和各种辅助设备等。

由于离子弧产生有害的光辐射、有害气体(臭氧)、粉尘、金属蒸气、噪声、放射性物质和高频磁场等,因此必须加强劳动保护,安全操作。

第五节焊补修理

第11页:焊补工艺包括焊接和堆焊两种

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。

焊补工分艺的特点
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。

  • 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。

随加热的热源不同有
气焊、电弧焊、电渣焊、铝热焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。

压焊是用加压或同时加热和加压的方法进行焊接,依加压形式的不同有:接触焊、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊等。修船厂通常多选用气焊和电弧焊修理损坏的零件,例如应急焊接断裂的曲轴和曲轴裂纹、焊接修理螺旋桨桨叶裂纹等。

  • 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件原有尺寸。为了保证堆焊修理的质量应注意以下几点:(1)堆焊前,零件待修表面应清除油污、锈痕,露出金属光泽。

  • 预热,依零件材料和焊条确定预热温度。
  • 依零件材料和对表面性能的要求选择焊条。
  • 堆焊时,采用分段多层堆焊法或逐步退焊法。

分段多层堆焊法是把长焊层分成若干短焊层,然后分段一层层堆焊;逐步退焊法是把长焊道分成若干段短焊道,每段由后向前焊。以上两种方法在堆焊时零件受热均匀,可大大降低热应力和热变形。多道焊堆焊时,各焊通应有一定的重叠;多层焊堆焊时,焊层之间依焊道方向成900重叠。

  • 零件堆焊后进行消除应力的低温退火和机械加工。
  • 铸铁零件的焊补铸铁零件的焊补修理向来是人们畏惧的难题,这主要是由于铸铁零件焊补后容易产生裂纹,难于保证质量。

铸铁零件焊补难于保证质量的原因主要是:(1)铸铁含碳量较高,一般为2.5%~4.0%,焊补时铸铁熔化后冷却,由于冷却速度较大易产生白口(Fe3C),且白口收缩大;铸铁塑性很低,而焊补时热应力很大,铸铁中含有较多的硫、磷,一般含硫0.02%~0.2%、含磷0.01%~0.5%,不仅引起脆性,而且促进白口,这些都会造成焊补后零件产生裂纹。

  • 铸铁中的碳主要以片状石墨形式存在,焊补时石墨被高温氧化生成CO气体,使焊缝金属易产生气孔或咬边。
  • 铸铁作为摩擦零件使用时,铸铁组织中浸透油脂,一般难以除去,焊补时在焊缝中产生气体,形成气孔。
  • 铸铁零件在铸造时产生的气孔,缩松、砂眼等也容易造成焊补缺陷。

铸铁零件采用手工电弧焊的焊补方法主要有:热焊法、半热焊法和冷焊法。冷焊法是铸铁零件整体温度不高于200℃时进行焊补的方法。冷焊法的特点是方法简便,焊补速度快,零件变形小,修理质量较高;其缺点是易产生淬硬组织而出现白口,因此对焊补技术要求较高,工艺要求严格,防止产生裂纹和气孔。

第12页:铸铁零件裂纹的冷焊修理

铸铁件焊补修理的具体工艺1.铸铁零件裂纹的冷焊修理工艺1确定裂纹部位后在裂纹两端前方3mm至5mm处钻止裂孔,依零件壁厚度决定止裂孔直径大小;2在裂纹上开坡口;3预热,用氧炔焰对施焊部位烘烤,预热温度为200oc左右,并对油污不大的零件还可以除油,有效的防裂;4选择焊条,依零件材料和要求选择焊条。

国产铸铁冷焊用的电焊条种类很多,使用较为广泛的是镍基铸铁焊条。

焊条直径越细越好,并且按说明要求使用。5焊接,选用直流电焊机,并常用细焊条低电流施焊,以减少母材的熔化量。一般冷焊铸铁用的电流较焊接钢件用的电流小10%到25%。6焊后处理,焊后应缓冷防止出现白口或采用低温退火处理。2.磨损铸铁零件的堆焊修理采用短段热焊法:对焊段进行600oc到700oc预热,趁热堆焊,然后预热下一个焊段和堆焊,余类推。

每个焊段长度在25mm到40mm。

由于焊前预热温度高,能够及时彻底除净虹吸在零件表面上的油脂,因此焊缝内不会产生气孔。采用短焊段热焊法修复磨损件,零件的整体温度仍较低,故仍属冷焊法范畴。以气焊预热,电焊施焊,预热施焊交替进行,协调配合。并且对焊后部分的缓冷保温等细致严格,以获得优良的堆焊修复质量。

3.铸铁件的钎焊修复1钎焊采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点,低于母材熔点的温度,使液态钎料润湿母材填充接头间隙并与母材相互扩散而连接焊件的方法称为钎焊。

钎焊分为硬钎焊和软钎焊。钎料熔点高于450oc的钎焊称为硬钎焊;钎料熔点低于450oc的钎焊称为软钎焊。常见的硬钎焊有铸铁件的黄铜钎焊,软钎焊有铸铁件的锡铋合金钎焊。2铸铁件的黄铜钎焊修复小型铸铁件或大型铸铁件的局部多采用黄铜钎焊。钎焊时,利用氧炔焰加热母材与熔化钎料,因母材虽处高温但未熔化,所以接头处不会产生白口。也不会产生裂纹。

修复过程
清洁修复部位,除去油污、铁锈等;

选钎料和钎剂;调整火焰,用弱氧化焰进行钎焊,并在焊后机械加工。黄铜钎焊修复铸铁件的缺点是钎料与母材颜色不一致。

  • 翻修目前,利用堆焊工艺对损坏的零件进行局部或整体翻修的修理方法获得广泛应用,它不仅使零件恢复使用性能,且宛如新造,还可根据要求堆焊特殊金属材料使零件具有特殊的理化性能和提高机械性能。

船用主,副柴油机的活塞、活塞杆、气缸盖、排气阀、阀座和机架,船用螺旋桨等均可进行局部或整体翻新。这种堆焊翻新修理适用于钢、铸铁和铜、铝等有色金属及其合金。以下简介柴油机铝活塞和铸铁活塞头的翻修工艺。

  • 柴油机铝活塞翻新修理工艺(1)清洁除污用清洗剂除去铝活塞表面的油污和积炭;
  • 检验检测活塞外圆、环槽及各有关尺寸,测量活塞烧蚀及损坏情况;
  • 粗车将活塞欲修理的部位、环槽、顶部和外圆进行粗车加工,车去黑皮,清除裂纹等;

第13页:探伤将活塞顶部

  • 探伤将活塞顶部、环槽和外圆等部位打磨干净,然后进行着色探伤,检查有无裂纹,如发现裂纹应继续车削除去;
  • 预热将铝活塞均匀加热至120~150℃;
  • 堆焊采用氩弧焊机、铝焊丝对环槽、顶部、外圆及缺损部位进行堆焊,留2~3mm的加工余量,焊后缓冷;
  • 精车严格按图纸要求进行精车,使活塞的尺寸、位置精度和粗糙度达到图纸规定要求;
  • 检验进行活塞各部位的尺寸、位置精度测量。

最后清除残留焊渣及毛刺,抛光和包装,使已损坏的铝制活塞成为崭新的新制活塞。

  • 铸铁活塞头翻修大型铸铁活塞头翻新修理工艺基本上与上述工艺相同。

在清洁、检验、粗车和探伤后进行100~200℃左右的预热,先用手工电弧焊在活塞头上的裂纹和气孔等处堆焊,然后用自动电焊机堆焊并留3~4mm加工余量,缓冷至常温;精车加工活塞头部,达到图纸要求的尺寸、形状精度后,在环槽的上、下表面镀铬0.20~0.30mm,并进行磨削,使环槽具有要求的尺寸精度;最后进行修整、检验等。

第六节金属扣合工艺金属扣合工艺是利用高强度合金材料制成连接件,通过连接件材料的塑性变形把零件上的裂纹或断裂处连接起来,使其恢复使用功能的一种修理方法。

目前,金属扣合工艺作为有效地修理裂纹和断裂的工艺被广泛应用。尤其对难于保证焊补修理质量的铸钢件和铸铁件,以及不允许产生变形的零件,均是一种难得的最佳修理方法。例如船用主、副柴油机的机座、机架、气缸体、气缸盖和气缸套,各种机械的壳体和螺旋桨等的裂纹均已采用此法修理,并且质量可靠、延长了零件的使用寿命,大大节约了费用和时间。

金属扣合工艺的连接件,即扣合键是修理裂纹零件的关键,通过扣合键的变形强化而把裂纹拉紧。

所以要求扣合键的材料强度高,塑性和韧性好,冷加工硬化性强,即材料冷变形后强度大大提高。受热零件用的扣合键材料的膨胀系数还应与零件材料的膨胀系数接近。一般扣合键材料多选用镍铬不锈钢1Crl8Ni9、1Crl8Ni9Ti等,冷变形后其强度可提高50%;也可选用普通低碳钢10、15、20钢等,冷变形后强度可提高10%~20%;

高温零件可选用含镍量高并与零件材料膨胀系数相近的高温镍基合金::Ni36、Ni42等(其膨胀系数与铸铁相近)或选用10、15、20钢。

金属扣合工艺所用设备和工具极为简单,一般只需钻模板和手电钻、铆钉枪等。

  • 金属扣合工艺的种类1.强固扣合法强固扣合法或称波浪键扣合法。

它是在零件上垂直裂纹方向加工出一定形状和尺寸的波形槽,将与波形槽相吻合的扣合键——波浪键镶嵌其内,使键与槽之间有0.lmm的间隙。常温下铆击波浪键,使之产生塑性变形而充满槽腔。由于波浪键与波形槽的相互啮合将零件裂纹拉紧而成牢固的一体,如图6-7所示。波浪键和波形槽如图6-8所示。

此法适用于修理裂纹处壁厚在8~45mm,有一般强度要求的零件。

强固扣合工艺
(1)在零件上裂纹两端钻止裂孔,防止裂纹扩展;
  • 设计并确定在零件裂纹处的波形槽位置;
  • 利用专用钻模板和手电钻加工出波形槽;
  • 将波浪键镶嵌入波形槽中(可预先在槽中涂抹胶粘剂),用手锤敲击波浪键使之充满槽

第14页:强密扣合法

腔,将裂纹拉紧。

  • 强密扣合法强密扣合法或称波浪键—密封螺丝法。

是在上述强固扣合法的基础上,再沿裂纹钻孔、攻丝和旋入涂有胶粘剂的密封螺钉。所有密封螺钉彼此重叠,即当第一个密封螺钉装入后,钻削第二个螺钉孔时,使其切入第一个螺钉,两个螺钉有0.5~1.5mm的重叠。沿裂纹长度装满密封螺钉后用砂轮打磨平整,如图6-9所示。在裂纹上可安装密封螺钉,也可安装密封圆柱销。

前者适用于承受低压的有裂纹的零件,后者则适用于承受高压的有裂纹零件。

密封螺钉可选用M3~M8规格;圆柱销直径可选用3~8mm,长度均与波浪键的厚度相同。此外,它们的材料亦同于波浪键,但不重要的零件也可选用低碳钢或紫铜等较软材料。强密扣合法不仅满足零件的强度要求,而且满足零件的密封性要求,所以可用来修理有密封要求的裂纹零件,例如承受高压的柴油机气缸套和气缸盖、压力容器等。

3.加强扣合法加强扣合法亦称加强块扣合法。

采用一定形状、大尺寸的高强度合金钢块做扣合键,镶嵌入机件上垂直裂纹方向加工出的与扣合键相吻合的键槽内,铆击扣合键使之充满槽腔,拉紧裂纹。再于加强钢块与机件交界处,镶嵌圆柱销,要求圆柱销分布在钢块和机件上各半,如图6-10所示。加强扣合法主要用于承受高载荷的厚壁机件,通常壁厚超过45mm。

加强块的形状各异,有矩形、十字形和X形等,依机件和裂纹的情况选用,如图6-11所示。

4.热扣合法热扣合法是利用金属材料热胀冷缩的特性修复零件裂纹的方法。将一定形状和尺寸的扣合键加热至一定温度后,放入零件裂纹处已加工好相应形状、尺寸的键槽内,当扣合键冷却产生收缩时,将零件上裂纹拉紧形成一体,使零件恢复使用功能,如图6-12所示。

扣合键的形状、尺寸依机件上裂纹的部位、形状和安装的可能性等进行设计,例如可设计成圆环形、工字形等。

扣合键的加热最低温度可经计算求出,并要求实际加热温度比计算温度约高100~200℃。热扣合法应用于修复大型、重型设备,如大型飞轮、齿轮和重型设备

第15页:金属扣合工艺

的机体等。

  • 金属扣合工艺的特点金属扣合工艺修理零件的裂纹和断裂具有可靠的修理质量和较高的经济性,主要具有以下特点:(1)金属扣合工艺在常温下完成修理,零件不变形,也不会破坏零件原有的形状、尺寸及位置精度;
  • 修理质量可靠,能够保证零件所要求的强度和密封性等;
  • 工艺简单,操作灵活和快速,所以成本低、效率高、经济效益好;
  • 不需特殊设备,只需一般的工具完成修理,并且可以原地(现场)修理,无需拆卸零件。

正是由于金属扣合工艺具有上述优点,所以目前已广泛用于修船厂的零件修理工作中。

  • 塑性变形修复法塑性变形修复法是利用金属或合金的塑性变形的性能,使零件在一定外力作用下改变或恢复零件的原有几何形状和尺寸而不被破坏的修复分法。

塑件变形修复法实质上是一种压力加工的方法,只不过压力加工的对象不是零件毛坯,而是失效的零件,如变形的曲轴、螺旋桨桨叶等。船机零件在长期使用中,由于受到弯曲、扭转等应力作用产生塑性变形,例如柴油机曲轴的弯曲变形、连杆的弯曲、扭转变形,如图6-13所示。

另外,零件在使用过程中还会由于受到机械碰撞引起变形,如船舶螺旋桨桨叶打在缆绳上或礁石上而使桨叶弯曲变形。

零件产生变形将影响其工作性能而失效,但零件产生变形的程度在一定的范围内可以采用适当的方法校正,使之恢复原状后可以继续使用。生产中常采用冷校法、热校法、加热一机械校直法等修复变形零件,可根据零件变形程度选用。修理前,应对零件的变形部位、变形程度等进行检验以便准确地诊断和修理。

  • 冷校法对于材料塑性较高、变形程度不大或尺寸较小的变形零件可用冷校法进行修复。

冷校法是基于反变形原理,即使零件变形部件产生相反的变形,从而使之正形。由于材料的弹性变形会使反变形程度减小,所以反变形程度应较原变形程度适当增大,达到消除变形、恢复原有形状的目的。冷校法常用的方法有敲击法和机械校直法。1)敲击法用锤子人工敲击零件变形部位的背面,使之产生反向变形。

根据零件材料性能、形状尺寸和变形程度等的不同可分别选用木槌、铜锤或铁锤和相应的锤击力度进行敲击。

敲击时,不可在一处多次敲击,应移动地敲击,每处敲击3~4次。此法校正变形的效果稳定,对零件的性能(如疲劳强度)影响不大。例如小型曲轴的弯曲变形采用敲击法进行校直。用铁锤敲击曲柄臂内侧或外侧,使变形的曲轴轴线发生变化达到校直,如图6-14所示。螺旋桨桨叶变形不大时亦可用此法校正。

2)机械校直法机械校直法或称静载荷法,一般是在压床或专用机床上进行变形零件的校直,用于校正弯曲变形不大的小型轴类零件。

例如小型曲轴,用V形铁在曲轴两端或弯曲部位附近的两个主轴颈处支承曲轴,并将弯曲凸面朝上,用压力机或千斤顶加压使之产生反向变形,且较原弯曲变形量大,保持压力l~2min后卸载。如此数次施压可消除变形,曲轴得以校直,如图6-15所示。此法也可校正变形不大的螺旋桨桨叶。

经此法校直的零件内有残余应力,采用低温退火也难以完全消除,会在以后的使用中再度变形。

此外,由于校直后轴上截面变化处(如过渡圆角)塑性变形较大,产生较大的残余拉应力,使疲劳强度降低。

  • 热校法

第16页:热校法是利用金属材料

热校法是利用金属材料热胀冷缩的特性校正变形零件。通常是在轴弯曲凸面进行局部快速均匀加热,零件材料受热膨胀,使轴的两端向下弯曲,即轴的弯曲变形增大。当冷却时,由于受热部分收缩产生相反方向的弯曲变形,从而使轴的弯曲变形得以校正。如图6-16轴颈的热校直。

加热校直轴时,采用氧—乙炔焰或喷灯在最大弯曲变形的轴颈1/6~l/3圆周上加热,使加热温度达250~550℃,且自变形最大处向两端降温加热;

加热后保温、缓冷至室温时,检测弯曲变形的变化。一般需经数次加热才能校直。此法适用于弯曲变形较大的零件,并且对工人的操作技术和经验要求较高。

  • 加热—机械校直法此法为加热法与机械校直法的联合运用,适用于弯曲变形较大的零件。

可先采用机械校直法使零件产生一定的相反方向的变形,再用加热法局部加热校直。也可先加热后加压进行校直。螺旋桨桨叶弯曲变形较大时,将叶片弯曲变形处加热后,再用千斤顶或用上紧夹具螺母加压的方法使桨叶形状慢慢复原。第七节粘接修复技术利用胶粘剂把相同或不同的材料或损坏的零件连接成一个牢固的整体,使损坏的零件恢复使用性能的方法称粘接修复技术。

用胶粘剂修复破裂的船机零件成功地解决了某些用其他方法均无法修复的零件的维修问题,从而挽救了大量的零件使之恢复使用,延长了寿命。

另外,利用胶粘剂还可以进行装配工作和使相互接触的零件具有密封性能,使修造船工作中的某些装配工艺大大简化,劳动强度大大降低,生产率显著提高。目前,粘接修复技术广泛地应用于修造船生产。

  • 有机粘接修复技术1.有机粘接修复技术的特点有机粘接与传统的铆接、键连接、螺纹连接和焊接等工艺方法相比,具有以下特点:(1)粘接力强、粘接强度较高,但不如焊接和铆接;
  • 粘接时温度低,固化时收缩小,所以粘接后零件不会产生变形和裂纹,也不破坏零件材料的性能;
  • 粘接后胶缝耐腐蚀,耐磨和具有密封性,有的胶缝还具有隔热、防潮和防震的性能;
  • 粘接技术不受零件材料的限制,相同或不同的金属或非金属材料均可粘接,同时不会增加零件重量;
  • 工艺简单,操作方便、灵活,成本低,生产率高;
  • 胶粘剂不耐热,一般在50℃以下使用,有的也可在150℃以下长期使用,某些耐高温的胶粘剂也只能达到300℃左右;
  • 抗冲击性能和抗老化性能差。
  • 有机胶粘剂的种类用有机胶粘剂可以粘接各种材料,例如金属与金属、金属与非金属、非金属与非金属等。

有机胶粘剂的品种繁多,分类方法也很多,主要分类方法有:按原料来源分:天然胶粘剂、合成胶粘刑;

按粘接接头强度特性分
结构胶粘剂、非结构胶粘剂;
按胶粘剂状态分
液态胶粘剂、固体胶粘剂;
按胶粘剂热性能分
热塑性胶粘剂、热固性胶粘剂。
  • 粘接工艺

第17页:胶粘剂粘接零件

胶粘剂粘接零件的方法是把胶粘剂均匀涂抹在零件断裂面上或两个零件的结合面上,并在接头处施加足够的力,使之牢固粘接在一起。为了保证粘接质量,应按一定的粘接工艺进行操作。只有准确、严格地完成每一道工序,才能获得牢固的粘接。图6-17为粘接工艺流程。4.有机胶粘剂的选用粘接质量与胶粘剂的选用得当与否关系极大。

所以,选用胶粘剂应注意以下几点:(1)掌握被粘接物的种类、性能、表面状态、裂纹缝隙大小和修复要求等情况;

  • 了解胶粘剂的性能特点,如粘度、粘接强度、使用温度、收缩率、线胀系数、耐蚀性、耐水性、耐介质及抗老化性能等。

各种结构胶粘剂的性能参见附录Ⅰ;

  • 根据粘接目的和用途选用胶粘剂。

例如,要求密封性时应选用密封胶,要求连接牢固则应选用高强度胶粘剂。选用胶粘剂参见附录Ⅱ;

  • 根据粘接零件工作时的受力情况和工作环境选用胶粘剂;
  • 使用粘接技术修复零件时应考虑这种工艺实施的可能性、经济性与胶粘剂的来源等情况。
  • 有机胶粘剂在船机上的应用1.用于修理损坏的船机零件1修理松动的过盈配合件具有过盈配合的轴、孔零件,因长期使用产生微动磨损,造成配合松动而影响使用性能。

例如齿轮与轴的配合松动将影响传递运动。采用在轴颈表面压花、镶套或电镀的方法都不能有效地修复,而且工艺复杂、成本高。采用有机胶粘剂修理效果好,工艺简单,成本低。采用厌氧胶修理船用发电机轴与滚动轴承的配合松动、离心泵轴与叶轮的松动等。2修理腐蚀损坏的零件由于电化学腐蚀造成的柴油机气缸套、气缸体的损坏,各类舱室和隔舱壁的破坏;

由于穴蚀造成的螺旋桨桨叶损坏、气缸套外圆表面损坏等,均可在腐蚀面积大,但深度较小并且尚未危及零件强度的情况下采用有机胶粘剂进行修理。

例如某油船SulzerRND76型主机的第二、第三缸的气缸体内壁上的数条深5mm、宽10mm、长800mm的腐蚀凹坑,采用有机胶粘剂修理,修补时间短,费用低,质量可靠,经0.4MPa水压试验无渗漏。3修补裂纹零件柴油机气缸盖进气阀孔壁裂纹,船舶管系的裂纹、漏洞,油柜和水柜的裂纹或焊缝开裂等均可采用有机胶粘剂进行修补。

  • 用于船机装配工作1)主柴油机机座的安装主机机座在机舱中定位后,在机座与底座(底板)之间各要求位置上安装一定厚度的铸铁垫块,并在工艺上要求铸铁垫块上、下平面分别与机座下平面和底座(或固定垫块)上平面紧贴,色油沾点在25mm×25mm面积上不少于2~3点。

然而刮研铸铁垫块劳动强度高,工作量大,耗时多,效率低。为了改进机座安装工作,采用有机胶粘剂进行机座安装或采用塑料垫块代替铸铁垫块。图6-18为用有机胶粘剂安装机座。

安装时,使铸铁垫块的厚度较要求尺寸少0.5~1.0mm,不需研刮垫块,只需在垫块上、下表面和地脚螺栓孔涂以环氧树脂胶粘剂安装垫块和固定机座,不仅节省金属材料,更主要的是简化机座安装工艺,减轻了劳动强度和提高了效率。

第18页:采用塑料垫块代替铸铁

采用塑料垫块代替铸铁垫块已日益增多,使机座安装工作更加简化和快速,缩短工时、加快修造船速度。图6-19为SulzerRTA58-84型柴油机机座安装采用的环氧树脂垫块。2螺旋桨与尾轴的装配为了简化螺旋桨与尾轴的安装,对于沿海和内河的中、小型船舶的螺旋桨与尾轴可采用环氧树脂粘接,省去键槽和大量的研刮工作,如第九章图9-13所示。

3用作密封垫片船舶机械、设备的密封,传统上采用静密封固体材料,如紫铜、橡皮、石棉、纸箔及白漆一丝麻等。

这些固体垫片与零件之间接触面不平,不能相互吻合,故密封性差,还因固体垫片材质不致密、安装时易错位、过度压缩、老化和腐蚀等造成漏泄,引起油、水、气的外溢。自20世纪60年代起国外开始使用高分子液态密封胶代替传统的固体垫片作为连接件的密封材料。

液态密封胶在常温下呈粘稠液态,涂在零件结合面上形成一层具有粘性、粘弹性的可剥性薄膜,可填充结合面的不平,达到完全吻合,粘附于结合面上,因弹性好而耐压。

所以液体垫片具有良好的密封性。液态密封胶用于各类泵、齿轮箱、空气压缩机等的法兰平面和结合面的密封;用于柴油机气缸套与气缸体、道门与机架的结合面;高压油管、水管和蒸汽管的接头和振动较大的锁紧螺母的防松上。例如MAN型柴油机气缸盖上、下部(上部为铸铁材料、下部为耐热钢)结合面间不密封,冷却水漏泄,采用609密封胶修理,取得良好效果。

又如风镐接风口螺母在50MPa工作压力、40~50次/min的振动频率下工作,螺母上紧后2~3天发生松动,采用厌氧胶加强连接,在相同工作条件下可连续工作100天不松动。

  • 无机粘接修复技术无机胶粘剂是由无机的酸、碱、盐和金属氧化物、氢氧化物等构成的具有粘接性能、应用广泛的胶粘剂,分为磷酸盐类和硅酸盐类胶粘剂。

无机胶粘剂广泛用于船机修理工作中,如修理断轴、气缸体和箱盖的裂纹,增压器涡轮端壳体腐蚀等。

  • 无机粘接修复技术的特点(l)无机胶粘剂大多由固、液两相物质混合而成的一种粘性糊状物,且通常是水溶性的物质,毒性小,无公害,不燃烧;
  • 适用温度范围广,可在-183~3000ºC范围内工作,耐热性能好;
  • 耐油、耐辐射,不老化,但不耐酸、碱,耐水性差;
  • 可在室温下固化,基本不收缩,稍有膨胀;

第19页:采用无机胶粘剂

  • 采用无机胶粘剂进行套接、槽接粘接时粘接强度高,但不适宜平接粘接;
  • 无机胶粘剂脆性大,不抗冲击,粘接后的零件拆卸困难;
  • 无机胶粘剂的原料易得,价格低廉,粘接工艺简单,使用方便、灵活。
  • 氧化铜无机胶粘剂氧化铜无机胶粘剂是磷酸盐类胶粘剂的一种,是由正磷酸、氧化铜粉和氢氧化铝按一定的比例和一定方法调制而成的,现用现配。

氧化铜无机胶粘剂的熔点为950ºC,耐低温可达-183ºC,可长时间在500ºC下工作,短时间在700~800ºC工作,具有较宽的温度范围,是有机胶粘剂无法相比的,并且具有较高的热稳定性、高绝缘性,耐油,但不耐酸、碱,粘接强度较低,脆性较大。

氧化铜无机胶粘剂适用于受力不大,不需拆卸的紧固连接,用于修补高温下工作的零件,可代替焊接、铆接及过盈配合等连接方法,如用于气缸体与气缸套配合面上大面积铸造缺陷(砂眼)的修补,修理船舶管系腐蚀漏洞、增压器涡轮端壳体腐蚀等。

第八节研磨技术研磨是精密和超精密零件精加工的主要方法之一,是在精加工,如精车、精磨或精洗加工后的超精加工。研磨加工可使零件获得极高的尺寸精度、几何形状和位置精度,最高的表面粗糙度等级以及提高配合精度。零件的内、外圆表面、平面、圆锥面、斜面、螺纹面、齿轮的齿面及其他特殊形状的表面均可以采用此种方法进行加工。

船舶主、副柴油机燃油系统中的三对精密偶件:柱塞—套筒偶件、针阀—针阀体偶件、出油阀—出油阀座偶件的内、外圆表面、圆锥面、平面在制造时都需要采用研磨进行精加工。

在针阀—针阀体配合锥面磨损和柴油机的进排气阀配合锥面磨损后均需采用研磨技术进行修复,使配合面恢复密封性能。进行研磨的零件材料可以是经淬火或未经淬火的碳钢、合金钢、硬质合金,也可以是铸铁、铜及其合金等有色金属材料,或玻璃、水晶和塑料等非金属材料。灵活的研磨技术是进行精密零件修理的有效方法,尤其是在备件缺乏、时间紧迫的情况下此法尤为重要。

例如,主、副柴油机的喷油器故障大多是针阀—针阀体偶件的锥面配合不良引起的,轮机人员须经常进行针阀偶件的研配工作。

所以,研磨技术在船上轮机工作中是克服精密设备短缺、延长零件寿命、节省修理费用和保证船舶正常航行的有效工艺,轮机人员应该掌握研磨技术。

  • 概述1.研磨原理研磨是使零件与研磨工具在无强制的相对滑动或滚动的情况下,通过加入其间的研磨剂的微切削和研磨液的化学作用,在零件表面生成易被磨削的氧化膜,从而加速研磨过程。

所以研磨加工是机械、化学联合作用完成的精密加工。1零件与研磨工具的相对运动零件与研磨工具不受外力的强制引导,以免引起偏差和缺陷;运动方向周期变换,以使研磨剂均匀分布在零件表面上并加工出纵横交叉的切削痕,均匀研磨零件表面;研磨表面上各点相对于研磨工具表面的滑动路程相等,以达到均匀切削。

2研磨压力在实际应用的压力范围内,研磨效率随压力增加而提高。

研磨压力取决于零件材料、研磨工具材料和外界压力等因索,一般通过实验确定。常用的压力范围为0.05~0.3MPa,粗研宜用0.l~0.2MPa,精研宜用0.0l~0.1MPa。研磨压力过大,研磨剂磨粒被压碎,切削作用减小,表面划痕加深,研磨质量降低;压力过小则研磨效率大大降低。

第20页:研磨速度

研磨速度研磨速度影响研磨效率,一定条件下,研磨速度增加将使研磨效率提高。研磨速度取决于零件加工精度、材质、重量、硬度、研磨面积等。一般研磨速度在10~150m/min。速度过高,产生的热量较多,引起零件变形、表面加工痕迹明显等质量问题,所以精密零件研磨速度不应超过30~60次/min。

一般手工粗研往复次数为30~60次/min,精研为20~40次/min。

4研磨时间研磨初期,因研磨剂磨粒锋利,微切削作用强,零件研磨表面的几何形状误差和粗糙度得以较快地纠正。随着研磨时间的延长,磨粒钝化,微切削作用下降,不仅零件精度不能提高,反而由于热量增加使之下降。粗研时间取决于研磨剂的切削性能,为提高研磨效率,当研磨剂磨粒钝化,研磨效果差时应立即更换研磨剂。

精研时间一般约为1~3min,超过3min研磨效果不显著。

所以,粗研时选用较粗的研磨剂,较高的压力和较低的速度进行研磨,以期较快地消除几何形状误差和切去较多的加工余量;精研时选用较细的研磨剂、较小的压力和较高的速度进行研磨,以获得精确的形状、尺寸和最高的表面粗糙度。

  • 研磨膏研磨膏或称研磨剂,是在研磨粉中加入油溶性或水溶性辅助材料制成的一种混合剂。

使用时,需用研磨液稀释后才能进行研磨。研磨粉是具有一定粒度的磨料。油溶性辅助材料有分散剂(煤油、机油)、载体(柏子油、凡士林油等)及着色剂、防腐剂等;水溶性辅助材料有分散剂(丙三醇等)、载体(十六醇、硬脂酸等)及着色剂、防腐剂等。

1)磨料常用的磨料有以Al2O3,为主要成分的各种刚玉(棕刚玉、白刚玉和铬刚玉)、以SiC为主要成分的各种碳化硅(黑碳化硅、绿碳化硅、立方碳化硅)、碳化硼和Cr2O3,等。

磨料的种类和用途见表6-6。

表6-6常用磨料的种类及用途用途硬度和强度颜色主要化学成分代号名称工件材料加工方法各种碳钢、合金钢、铸铁、硬青铜粗研具有较高的硬度,韧性高,承受力大,锋利棕褐、灰褐,暗红92.5%-97%Al2O3A棕钢玉淬硬钢、高速钢、铸铁粗研和精研比棕钢玉硬,但韧性稍低,锋利,切削性好白色97%-98.5%Al2O3WA白钢玉青铜、黄铜、铸铁、大理石、玻璃等非金属材料粗研比白钢玉硬,性脆,锋利黑色(半透明),深蓝97%-98.5%SiCC黑碳化硅淬硬钢、硬质合金、硬铬、金刚石、硬度高的非金属材料粗研和精研比黑碳化硅硬,但次于人造金刚石和碳化硼,性脆,锋利绿色(半透明)94%-99%SiCGC绿碳化硅淬硬钢、工具钢、合金钢的韧性大的材料粗研和精研比白钢玉韧性好玫瑰红色97.5%-98%Al2O3PA铬钢玉

第21页:粘接与研磨技术

轴承钢、淬硬钢精研强度大、棱角锋利黄绿色87%-92%SiCSC立方碳化硅硬质合金、硬铬、宝石、淬硬钢粗研和精研比绿碳化硅硬而脆,但次于人造金刚石,颗粒能自行修磨保持锋利,高温易氧化灰色至黑色85%-95%B4CBC碳化硼硬质合金、光学玻璃粗研和精研硬度仅次于天然金刚石,强度也稍低,自锐性较好灰色至黄白色JR人造金刚石铜、青铜、淬硬钢、铸铁粗研和抛光2质软,极细抛光剂深绿色Cr2O3氧化铬淬硬钢、玻璃、水晶、铜抛光比氧化铬软,极细抛光剂红色,暗红Fe2O2(或FeO,Fe2O3)氧化铁淬硬钢、玻璃、水晶、铜抛光质软白色氧化镁淬硬钢、玻璃、水晶、铜抛光质软土黄色氧化铈磨料的粒度是指磨料颗粒的尺寸大小,粒度号是根据l英吋长度上有多少个孔的筛网而定。

按磨粒的颗粒尺寸范围和粒度号分为磨粒、磨粉、微粉和超微粉四种,如表6-7所示。研磨加工仅使用粒度号为100以上的磨料,称为研磨粉。研磨加工常用的磨粒粒度号及其所能达到的表面粗糙度分别如表6-8、表6-9所示。

表6-7磨料粒度号及对应的磨粒公称尺寸基本颗粒尺寸范围(μm)粒度号种类2000-1600121600-1250141250-1000161000-80020800-63024630-50030磨粒500-40036400-31546315-25060250-20070200-16080160-125100125-100120100-8080-63150180磨粉63-5024050-4028063-50W6350-40W50微粉40-28W40

说明:本页原文数据存在粘连,表格未能安全拆分,以上按段落保留原文,建议对照原课件图片核对。

第22页:粘接与研磨技术

28-20W2820-14W2014-10W1410-7W107-5W75-3.5W53.5-2.5W3.52.5-1.5W2.51.5-1.0W1.5超微粉1.0-0.5W1.00.5及更细W0.5表6-8常用磨料粒度范围应用粒度加工方法一般零件的研磨100-240240-W14粗研磨精研磨精密零件、量具、刃具的精密研磨W14-W10W7-W5W5以下粗研磨半精研精研磨表6-9常用磨料加工能达到的表面粗糙度能达到的表面粗糙度(μm)磨料粒度加工方法Ra0.20240-280280-W40磨粉粗研磨Ra0.10Ra0.05Ra0.025W28-W20W20-W14W14-W10微粉半精研磨Ra0.012Ra0.006W7W5精研磨磨料的研磨性能与其粒度、硬度和强度有关。

磨料的硬度
是指磨料表面抵抗局部塑性变形的能力。

研磨加工就是利用磨粒与零件材料的硬度差来实现的,所以磨粒硬度越高,切削能力越强,研磨性能越好;磨料的强度是磨粒承受外力不被压碎的能力。磨粒强度越高,切削力越强,寿命越高,研磨性也越好。

以金刚石的研磨能力为准,设为l,其他磨料的研磨能力分别为:0.28绿刚玉0.5碳化硼1.0金刚石0.10棕刚玉0.12白刚玉0.26黑碳化硅2)研磨膏研磨膏分为油溶性和水溶性两大类。

油溶性研磨膏使用时需用航空汽油、煤油或机油等研磨液稀释。油溶性研磨膏可使加工表面获得极高的粗糙度等级和精确尺寸。水溶性研磨膏使用时需用水、甘油等研磨液稀释。研磨液需具有一定的粘度和稀释能力,以粘吸磨料和使之均匀;具有较好的润滑和冷却能力,及具有化学活性和无腐蚀性,以加速研磨的化学作用。

研磨膏是一种重要的表面光整加工材料,除船用外,广泛用于仪表、仪器、光学玻璃镜头、量具、金相试片和精密零件的精研磨和抛光。

常用氧化铬、氧化铝、碳化硼、碳化硅、

第23页:氧化铁等研磨膏

氧化铁等研磨膏。常用研磨膏的品种、规格和应用范围见表6-10所示。

表6-10普通研磨膏的品种、规格及应用范围应用范围粒度范围磨料代号颜色产品名称金属镀件的精抛和钢件的最后抛光W3.5以下Cr2O3深绿氧化铬研磨膏贵金属如金银制品、有机玻璃和玻璃制品的抛光W3.5以下Fe2O3深红氧化铁研磨膏普通碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜的研磨60~280A棕色棕钢玉研磨膏淬火钢、高速钢、轴承钢、不锈钢等的研磨和抛光60~W1WA白色白钢玉研磨膏铜、铝等有色金属,硬质核计,玻璃等的研磨和抛光60~W5GC浅绿绿碳话硅研磨膏硬质合金、陶瓷、宝石、光学玻璃等的研磨和抛光60~280BC褐黑色碳化硼研磨膏注:除磨粒、磨粉60~280为软膏外,微粉和超微粉均为硬膏。

研磨分为粗研、半精研、精研三种。精密零件的粗研可选用W14~Wl0的级化铝研磨膏;半精研选用W7~W5的氧化铬研磨膏;精研和偶件互研时选用W5以下的氧化铬研磨膏。

  • 研磨工具研磨是精密和超精密加工方法,是精密零件加工制造的最后工序,也是精密零件的修复方法。

研磨时,零件与研具表面接触并作相对运动,研具的几何形状精度直接影响零件表面的加工精度。因此,对研具要求较高,不仅要制造精度高,而且耐磨。研具有手工研具和机械研具。按研具工作表面形状分为研磨平板、研磨尺、研磨盘、研磨棒、研磨套和研磨环等;按研具的用途分为平面、外圆、内孔、锥面、球面、螺纹、齿轮等研具。

研具的材料一般常用灰铸铁、低碳钢、铜、铝、铅、木材、丝绸和皮革等。

零件外圆或内孔研磨时,分别用机床夹持零件或研磨棒,使之按一定转速回转,然后用手握住研磨套或零件,涂上研磨膏使磨粒随研磨具作往复和回转运动进行研磨切削。配合件配合面磨损、腐蚀用研磨进行修复时,则采用配合面上涂研磨膏使之相对运动相互研磨,即互研。

  • 船机零件的研磨修复在船上柴油机的进、排气阀和阀座、燃油系统精密偶件等的配合面磨损失效后,是由轮机人员进行研磨,自修恢复其使用功能。
  • 平面研磨修复船机零件工作表面或其它配合面为平面的配合件,当平面发生磨损或腐蚀时,如果零件尺寸较小和研磨要求不太高,可以在高精度的研磨平板上手工研磨修复。

研磨前,先将零件加工表面和平板清洗干净,将研磨剂均匀涂于零件待修表面上,并放于研磨板上;研磨时,用手按住零件,沿8字形轨迹运动,使磨痕交叉以提高表面粗糙度等级;研磨一段时间后,将零件转动一定角度再继续研磨。一般圆形零件转120°,方形零件转90°,矩形零件转180°,目的是研磨均匀。研磨平板是带有交叉沟槽(深度为1.5~2mm)的铸铁板。

针阀体端面发生腐蚀,套筒端面密封不良均可以在平板上研磨修复,如图6-20所示。

第24页:研磨时根据腐蚀

研磨时根据腐蚀、磨损情况,即研磨量的大小确定研磨工序和选用研磨膏。如研磨量大,就需要先进行粗研,再精研。一般选用氧化铝研磨膏粗研,氧化铬研磨膏精研。按8字形轨迹在研磨平板上滑动,直至零件端面呈均匀暗灰色为止。清洗后,再与相对应的配合平面互研,使之吻合。互研时,只需加润滑油进行研磨。

  • 锥面研磨修复喷油器针阀偶件的锥面配合面和进、排气阀的阀面磨损、腐蚀后,在船上条件下采用互研方法进行修复。

针阀偶件锥面磨损后锥面上环形密封带(正常宽度为0.3~0.5mm)变宽或中断、模糊不清时,采用互研修复。一般选用极细的氧化铬研磨膏或润滑油进行手工互研。先在针阀锥面上放少量(一点点)研磨膏,准确迅速插入到针阀体座面,严防研磨膏粘到内圆表面上破坏内孔精度。

一手握针阀体,另一手拿针阀,适当施力使二者相对左右转动,相互研磨,直到针阀锥面上出现细窄光亮的环形密封带为止。

研磨中,依针阀锥面磨损情况可先用研磨膏互研,再用润滑油互研,或只用油互研。最后进行雾化试验以检验针阀密封性。研磨是一项精细的工作,研磨中的清洁尤为重要,并应细心、耐心地研磨,操之过急,效果不良。复习思考题1、金属扣合修复法有哪几种?各适用于哪些场合?

  • 对波浪键的材料有什么要求?

常用的有哪些材料?

  • 试述波浪键扣合法的修复工艺及其要点?
  • 波浪键---螺钉扣合密封法中,对密封螺钉材料有什么要求?
  • 有机粘结剂有哪些主要成分?

它们有什么作用?

  • 无机粘结剂的粘结工艺及使用场合是什么?
  • 试述各种常用镀层的性能及用途。
  • 镀铬电解液的成分有哪些?

比例及其对镀铬层性能的影响是什么?

  • 镀铬的特点、镀铬层的性质及用途是什么?
  • 采取松孔镀铬的目的及其形成方法是什么?
  • 镀铁工艺的特点是什么?
  • 电刷镀有哪些特点?
  • 试述氧—乙炔焰喷涂和喷焊的原理及特点?
  • 试述氧—乙炔焰喷涂和喷焊的工艺过程。
  • 一对摩擦副能否同时镀铬?

为什么?

  • 零件镀铬后为什么要进行除氢处理?
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