第六章-船机零件的修复工艺.ppt

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5565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0.10.25mm，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2040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HRC6365；沉积速度快，约0.601.00mm/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050V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550MPa，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300700Mpa。(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0.20.3mm，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:70150(3)喷打底粉：最佳厚度为0.10.2mm(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200250一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件原有尺寸。,堆焊修理的应注意：,(1)堆焊前，零件待修表面应清除油污、锈痕，露出金属光泽。(2)预热，依零件材料和焊条确定预热温度。(3)依零件材料和对表面性能的要求选择焊条。(4)堆焊时，采用分段多层堆焊法或逐步退焊法。(5)零件堆焊后进行消除应力的低温退火和机械加工,三、铸铁零件的焊补,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：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。,原因：,(1)铸铁含碳量较高，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，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。(2)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。(3)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。(4)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。,四、翻修,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。适用于钢、铸铁和铜、铝等有色金属及其合金。柴油机铝活塞翻新修理工艺铸铁活塞头翻修,柴油机铝活塞翻新修理工艺,清洁除污检验粗车探伤预热堆焊精车检验,铸铁活塞头翻修,在清洁检验粗车探伤预热：100200堆焊，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0.200.30mm，并进行磨削，使环槽具有要求的尺寸精度；修整、检验,6-6金属扣合工艺（MetalLock）,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。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。要求扣合键的材料强度高，塑性和韧性好,冷加工硬化性强,一、金属扣合工艺的种类,1.强固扣合法2.强密扣合法3.加强扣合法4.热扣合法,1.强固扣合法,强固扣合法或称波浪键扣合法适用于修理裂纹处壁厚在845mm，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；(2)设计并确定在零件裂纹处的波形槽位置；(3)利用专用钻模板和手电钻加工出波形槽；(4)将波浪键镶嵌大波形槽中(可预先在槽中涂抹胶粘剂)，用手锤敲击波浪键使之充满槽腔，将裂纹拉紧。,2.强密扣合法,强密扣合法或称波浪键一密封螺丝法。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.在裂纹上可安装密封螺钉，也可安装密封圆柱销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，,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,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。热扣合法应用于修复大型，重型设备，如大型飞轮、齿轮和重型设备的机体等,二、金属扣合工艺的特点,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，只需厂般的工具完成修理，并且可以原地芦场)修理，无需拆卸零件。,三、塑性变形修理法,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方法.冷校法热校法加热机械校直法,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，即使零件变形部位产生相反的变形，从而使之正形。冷校法常用的方法有敲击法和机械校直法。,2.热校法,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。,3.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。,第七节粘接修复技术（Adhesion）,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。,一、有机粘接修理技术,1.有机粘接修复技术的特点2.有机胶粘剂的种类3.粘接工艺4.有机胶粘剂的选用,有机粘接修复技术的特点,(1)粘接力强、粘接强度较高，但不如焊接和铆接；(2)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；(3)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；(4)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；,有机粘接修复技术的特点,(5)工艺简单，操作方便、灵活，成本低，生产率高；(6)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。(7)抗冲击性能和抗老化性能差。,有机胶粘剂的种类,按原料来源分：天然胶粘剂、合成胶粘剂；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、固体胶粘剂寸；按胶粘剂热性能分：热塑性胶粘剂、热固性胶粘剂。,3.粘接工艺,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。,4.有机胶粘剂的选用注意点：,(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。(2)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。(3)根据粘接目的和用途选用胶粘剂。例如，要求密封性应选用密封胶，要求连接牢固则应选用高强度胶粘剂。(4)根据粘接零件工作时的受力情况和工作环境选用胶粘剂。(5)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。,二、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；2)修理腐蚀损坏的零件；3)修补裂纹零件2.用于船机装配工作：1)主柴油机机座的安装；2)螺旋桨与尾轴的装配；3)用作密封垫片,三、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。,1.无机粘接修复技术的特点,(1)无机胶粘剂大多由固、液两相物质混合而成的一种枯性糊状物，且通常是水溶性的物质，毒性小，无公害，不燃烧；(2)适用温度范围广，可在-1833000范围内工作，耐热性能好；(3)耐油、耐辐射，不老化，但不耐酸、碱，耐水性差；(4)可在室温下固化，基本不收缩，稍有膨胀；,1.无机粘接修复技术的特点,(5)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；(6)无机胶粘剂脆性大，不抗冲击，粘接后的零件拆卸困难；(7)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。,2.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950，耐低温可达-183，可长时间在500下工作，短时间在700800工作，具有较宽的温度范围，是有机胶枯剂无法相比的，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。,第八节研磨技术,