轮机维护与修理 第六章(培训教材)

Chapter6船机零件的修复工艺

(RepairingTechnology)

引言零件磨损、疲劳等损伤是难以避免的，对损坏零件不能都一概弃之。此外，有时在无备件的情况下，要采用一定方法将损坏零件修复本章主要介绍常用的修复工艺。04:21Chapter6船机零件的修复工艺重点：船机零件修复工艺。难点：船机零件修复工艺的选择与修理掌握知识点：磨损零件的修复原则机械加工修复常用的方法电镀工艺的原理及组成单元镀铬的工艺过程及其特点耐磨镀铬层的种类及应用场合热喷涂工艺金属扣合工艺塑性变形修复法粘接修复研磨04:21本章重点结合典型船机零件的修复实例介绍各种修复工艺，特别是明确各种工艺在船机零件修复中的应用。比较各种修复工艺的特点、区别、适用的修复零件等。学习方法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、研磨等的工艺过程要有较深入的了解，以便能正确地运用。04:21本章具体内容§6-1船机零件修复工艺选择(Thechoiceofrepairtechnology)§6-2机械加工修复(MachiningRepair)§6-3电镀工艺（Electroplating）§6-4热喷涂工艺（Spraying）§6-5焊补修理(weldup)§6-6金属扣合工艺（MetalLock）§6-7粘接修复技术（Adhesion）§6-8研磨技术(GrindingTechnology)§6-9表面强化工艺(Surfacehardeningprocess)☆练习题04:21§6-1船机零件修复工艺的选择1船机零件修复意义与原则1.1修复意义1.2修复原则2磨损零件的修复原则和磨损极限标准2.1磨损件修复原则2.2磨损极限标准3修复工艺的选择3.1修复工艺的种类3.2修复工艺的选择4确定零部件修换应考虑的因素5修复工艺规程的制定04:211.1修复意义1)恢复损坏零件的使用功能，延长使用寿命，尤其在缺少备件的情况下解决应急之需；2)减少备件，减少新零件的购置，节约资源的浪费，降低修船费用，从而减少闲置资金，有利于生产；3)促进修复工艺和技术的提高。04:211.2修复原则选用修复工艺应从质量、经济和时间三方面综合权衡，满足下列原则：1）修复费用<新件制造成本或购买费用（S修/T修<S新/T新）；S修——修复旧零件的费用，元；T修——零件修复后的使用期，月；S新——新零件的制造成本或购买新零件的费用，元；T新——新零件的使用期，月。一般修复费用≤2／3制造成本或购买费用，就值得修理。2）所选的修复工艺要充分满足零件的修复要求；3）零件修复后必须保持其原来的技术要求；4）零件修复后必须保证具有足够的强度和刚度。重要零件修前应作必要的强度计算等。5）零件修复后的耐用期至少要能维护一个修理间隔期。04:212磨损零件的修复原则和磨损极限标准2.1磨损件修复原则2.2磨损极限标准04:212.1磨损件修复原则1）相对运动配合件，磨损后的变化尺寸变化：如轴直径变小，孔直径变大；形状变化：如轴或孔产生圆度、柱度误差；2）相对运动的配合件磨损后修复原则使配合间隙值恢复原设计要求，以恢复其工作性能。修复方法：（1）改变尺寸法：改变配合件原设计配合尺寸，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）恢复尺寸法：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、堆焊等修复工艺。⊕配合间隙△变化：

△↑→工作性能↓04:212.2磨损极限标准[1]使用和保养说明书；[2]船检局（ZC）颁布的《海上营运船舶检验规程》标准（1984）；[3]中国船舶工业总公司发布的《中华人民共和国船舶行业标准》（CB-1992）；[4]交通部发布的《中华人民共和国交通行业标准》（JT-1993）。04:213修复工艺的选择3.1修复工艺的种类3.2修复工艺的选择04:213.1修复工艺的种类修复工艺种类适用范围机加工修复镗缸镶套局部更换等磨损、腐蚀塑性变形修复冷校热校加热校直变形手工修复拂刮修锉研磨磨损、腐蚀粘接修复技术有机粘接无机粘接腐蚀、裂纹、断裂、装配等金属扣合工艺强固扣合强密扣合等裂纹、断裂热喷涂工艺喷涂喷焊磨损、腐蚀电镀工艺有槽电镀电刷镀磨损焊补工艺焊接堆焊磨损、腐蚀、裂纹、断裂表6－1常用修复工艺04:213.2修复工艺的选择选择的意义：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，加速修船速度，缩短修船时间的有效措施。根据零件修理要求和修复工艺特点全面考虑修复工艺：1）对材料的适用性；参见表6－2。2）对修补层厚度要求的适用性；参见图6－1。3）零件结构和尺寸的限制；4）对修理质量的保证——是选择修复工艺最主要的依据♀5）对零件变形和材料性能的影响。a⊕04:21常用修复工艺对常用材料的适应性修理工艺低碳钢中炭钢高炭钢合金钢不锈钢灰铸铁铜铝镀铬＋＋＋－－＋镀铁＋＋＋＋＋＋气焊＋＋＋－手工电弧焊＋＋＋＋－焊剂层下电弧堆焊＋＋振动电弧焊＋＋＋＋＋－钎焊＋＋＋＋＋＋＋－热喷涂＋＋＋＋＋＋＋＋有机胶粘接＋＋＋＋＋＋＋＋塑性变形修复＋＋＋＋金属扣合工艺＋＋＋＋＋＋04:21常用修复工艺能够达到的修复层安全厚度范围序号修复工艺安全厚度1镀铬0.01～0.30mm2镀铁0.20～2mm3电刷镀0.01～0.50mm4等离子喷涂0.25～6mm5氧－乙炔焰粉末喷涂0.50～2.5mm04:21修复后的强度指标1）修复层的结合强度修复层种类抗拉结合强度MPa手工电弧焊720埋弧焊740振动堆焊500镀铬490镀铁200等离子喷涂40电弧喷涂20胶粘10结论：焊接属于熔合，结合强度较高；镀铬结合强度也较高，但厚度增大后，结合强度急剧下降；04:21修复后的强度指标2）修复层耐磨性（1）普通焊条堆焊层不耐磨（抗粘着能力差），耐磨焊条（含锰）可提高耐磨性，但不及其他修理办法；（2）镀铬层较硬，耐磨性>45号钢的淬硬层，但不易磨合；（3）镀铁层耐磨性高于新件；（4）喷涂层与新件相当，等离子喷涂>新件3－7倍。3）修复层对零件疲劳强度的影响疲劳强度降低％45号钢试棒0喷涂层－14电弧焊层－21镀铬层－25镀铁层－29振动堆焊－3804:215）对零件变形和材料性能的影响一般，>800℃高温会使零件退火、表面层淬硬组织遭到破坏、热变形增大。1）电镀、喷涂对零件的加热量小，零件变形小、零件表面淬硬层或渗碳层组织几乎不受影响；2）堆焊、焊接、喷焊，对零件加热量大、零件温度高、热变形大，对零件精度和表面层组织有一定影响。故修复时应对零件预热，修复后还需进行适当地热处理或整形加工。04:214.确定零部件修换应考虑的因素4.1对机械设备精度的影响对工作精度影响大，则修换；否则用到下一个修理期。4.2对完成预定使用功能的影响不能完成预定功能，则修换4.3对生产效率的影响生产率明显下降，则修换4.4对零部件强度和刚度的影响4.5磨损条件4.6经济分析分析是否修换和什么时候最合适。04:215.修复工艺规程的制定5.1调查研究①查明缺陷部位、性质、损坏程度；②分析工作条件、材料结构和热处理情况；③明确修复要求④比较修复工艺特点。5.2确定修复方案根据损坏情况和修复工艺适用范围和工艺选择原则，确定方案。5.3制定修复工艺规程(p86)

1）合理编排顺序2）保证精度的要求3）保证足够的强度4）安排平衡试验工序5）保证适当硬度04:21§6-2机械加工修复(MachiningRepair)零件磨损、腐蚀等损坏后，采用机械加工方法修复，使之恢复要求的几何形状和配合间隙，以恢复使用性能。新旧件修复的不同旧件修复的特点：1）修理中加工零件品种较多，数量较少。2）加工余量小，有一定限制。3）加工的工件硬度高，有时甚至要切削淬硬的金属表面，加之使用中产生的磨损与变形等，使零件的修理困难较大，加工技术要求较高。04:21一、机械加工修复中应注意的问题（一）零件的定位基准与加工精度机械加工修复中定位基准选用原则：重合原则、基准同一原则、均匀性原则（二）轴类零件的过渡圆角对曲轴应尽量取其图纸规定的上限（三）零件的表面粗糙度零件表面粗糙度的高低影响零件的疲劳强度耐磨性、油膜的形成、配合性质、抗腐蚀性解决办法：抛光、滚压（四）零件的平衡§6-2机械加工修复(MachiningRepair)04:21§6-2机械加工修复(MachiningRepair)二、机加工修复法的种类1修理尺寸法2尺寸选配法3附加零件法4局部更换法5成套更换法机加工修复法04:211修理尺寸法1.1定义：将零件（配合件中较贵重一个）损坏工作表面进行机加工，消除损坏缺陷，使零件原始尺寸改变为另一尺寸（称为修理尺寸），而配合件中另一个零件按修理尺寸重新制造，达到要求配合间隙和配合特性。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：修理尺寸

原始尺寸；轴：修理尺寸

原始尺寸。1.2修理尺寸的确定原则：（1）最小加工余量原则（2）分级修理原则04:21最小加工余量原则修理尺寸＝实测尺寸－（或+）消除缺陷所需的最小加工余量。孔：取“＋”，孔的修理尺寸

原始尺寸；轴：取“－”，轴的修理尺寸

原始尺寸。特点：最经济。缺点零件失去了互换性，备件困难，仅适用于单件生产。⊕04:21分级修理原则方法：零件按规定好的分级修理尺寸进行加工。（零件加工余量可能不是最小加工余量）配合件之一按相应分级修理尺寸制造好，直接选用，无须单件制造。例如：一根轴，全新时，主轴颈D＝300mm;工作后，磨成了椭圆，规定：第一次整圆修理尺寸为：299.75mm;第二次整圆修理尺寸为：299.50mm;第三次整圆修理尺寸为：299.25mm………………（分级尺寸一般为等差数列）根据强度要求确定轴的报废尺寸。同时根据分级尺寸，预制好许多轴瓦，直接进行选用。特点：修理周期短，经济性好；使单件变成了批量生产。应用：曲轴轴颈、缸套、活塞等零件的修理。04:212尺寸选配法方法：将一批相同机型的配合件，先机加工，使其具有正确几何形状（消除缺陷和几何形状误差），然后根据配合要求进行选配。特点：必须有一小批配合件。数量太少，则不易组成新的配合件。各对配合件具有不同的基本尺寸，不能修复所有的零件。应用：精密偶件的修理（喷油泵的柱塞—套筒；喷油器的针阀—阀座）。04:213附加零件法方法：过度磨损零件表面→机加工→恢复几何形状→附加特制零件（衬套压入）→对衬套进行机加工→恢复其原有尺寸和配合性质。应用：磨损件、裂纹的修理（如：缸盖进、排气阀损坏后，用镶套修理，即压入一衬套。再如，尾轴的轴颈镶铜套）。特点：衬套与被修理件配合为过盈配合；钢衬套的厚度一般≥2～2.5mm，铸铁衬套厚度一般≥4～5mm，以保证刚度，材料要尽量相同。04:214局部更换法方法：贵重或尺寸较大零件，若只是局部损坏，在保证强度要求前提下，从零件上去除损伤部分，再制造出这一部分新品，使其与零件余留部分（用焊接或其它方法）结合。例如：铸钢活塞顶部被烧蚀或出现了严重裂纹，将整个顶部割去，然后依据割去的部分用同样的材料制造一个新顶，用焊接法连接，焊接后进行必要的加工，达到使用要求。(FIG.6-2)04:215成套更换法为了缩短修理周期，对损坏零件（或组件），连同整台机械一起拆下，换上完好的一台。换下的机械经修理后又作为备件。例如：高压油泵中的精密偶件损坏后，将整台高压油泵更换，换下的油泵待精密偶件修复（或换新）后作为备件使用。应用适用于同类机型较多的船舶修理。04:21二、机加工修复方法6.钳工加工修复6.1铰孔6.2珩磨6.3研磨6.4刮削换位修理法p9004:21§6-3电镀工艺（Electroplating）1概述2镀铬3低温镀铁4电刷镀（BrushElectroplating）04:211概述电镀:利用电解原理使金属或非金属零件的表面上镀覆一层金属的操作。它是一种修复工艺，也是一种强化工艺。应用广泛应用于修船，例如活塞环槽、缸套镀铬，曲轴镀铁等。1.1电解、电镀基本原理1.2电镀工艺1.3镀层的分类04:211.1电解、电镀基本原理1）电解在电解液中插入两个电极通入直流电，使溶液的离子产生化学反应叫电解。

2）电镀实质是电解过程。电镀时，使用直流电源，溶液中金属正离子趋于阴极，得到电子而析出镀到零件表面上；负离子趋向阳极，使阳极溶解，变成正离子进入溶液。阴极得到电子——还原反应；阳极失去电子——氧化反应。

氧化与还原反应同时进行。04:213）电化当量金属离子在溶液中带正电，每析出一个价金属原子，需一个电子。故析出金属重量与流过的电子数量（即电量）成正比。电镀中电量Q的单位为安培小时(度)，（1度＝3600库仑＝2.25×1022个电子电量。）电化当量C：理论上指每安培小时电量能析出的金属重量（g）几种常见金属的电化当量铬Cr＋60.323(g/A.h)银Ag＋4.025镍Ni＋＋1.095铁Fe＋＋1.042铜Cu＋2.372锡Sn＋＋1.108铜Cu＋＋1.186铅Pb＋＋3.865锌Zn＋＋1.220金属理论镀积重量＝电化当量×电量＝电化当量×电流×时间例：酸性镀铜（Cu＋＋），电流为10A，镀2小时，则：镀积重量G＝1.186×10×2=23.72g04:214）电流效率电镀过程中，因一部分电流在电解水，故并不是所有电流用来析出金属。所以：电流效率＝实际镀积重量/理论镀积重量η＝Gr/G。实际重量Gr＝ηG＝η·C·I·t酸性镀铜电流效率η>98%，镀铁η≈90％，镀铬η只有12～15%。04:211.2电镀工艺被镀零件作为阴极，欲镀金属作为阳极；使阳极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。电镀时，阳极金属失去电子变为离子溶于电解液中，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，发生还原反应。电镀工艺有槽电镀无槽电镀（电刷镀）有槽电镀04:211.2电镀工艺关键：严格控制工艺参数电流密度电解液温度电镀时间等优良镀层04:211.3镀层的分类1）耐磨镀层：镀铬、铁等；2）修复性镀层：同上；3）防护性镀层：如镀铬；4）防护—装饰性镀层：镀铜、铬等。在船厂修复应用较多的是镀铬、镀铁。

04:212镀铬零件作阴极；铅锑合金作阳极；电解液：CrO3+H2SO4+H2O配置。电化学反应：阴极：Cr6++6e→Cr,2H++2e→H2↑阳极：Cr3+－3e→Cr6+;4OH-－4e→2H2O+O2↑2.1镀铬工艺2.2镀铬的特点2.3镀铬在修船中的应用2.4注意事项04:212.1镀铬工艺4）最后镀铬表面的机械加工：镀后磨削加工，达要求的尺寸和几何形状。⊕1）零件镀前的准备：机加工待镀零件表面，使其具有正确几何形状；清洁被镀表面（除油脂、污物），提高镀层与待镀表面结合强度不镀表面包扎绝缘材料2）配制电解液：使其工作温度保持在55～65℃。3）镀后热处理：镀铬层厚度>0.1mm的较重要零件进行驱氢热处理，消除内应力以提高镀层韧性和结合强度。04:212.2镀铬的特点优点：（1）温度低（55～65℃）；（2）镀层与基体结合强度高，

b=300MPa(与镀前准备工作有关)；（3）镀层硬度、强度高；与镀层的厚度有关；（4）化学稳定性好，耐腐。（5）铬层硬度高，摩擦系数小，具有较高耐磨性，可使零件耐磨性提高2～50倍。（6）铬层允许厚度一般为0.1mm～0.25mm，一般控制在0.5mm以下。缺点：铬的沉积速度慢，效率低，成本高；内应力大，脆性大（与镀层厚度有关）；镀铬过程中大量气体逸出，带出铬酸，危害皮肤、眼睛、呼吸道。镀铬应通风。加强劳动保护⊕04:212.3镀铬在修船中的应用镀铬层分为防护、装饰性镀铬层和耐磨镀铬层。耐磨镀铬层提高表面耐磨性，延长使用寿命，用于修复磨损、腐蚀。按镀层结构分为以下两种：

特点：铬层硬度高，耐磨性好，有一定韧性。应用：①用于提高负荷小且润滑条件好的零件耐磨性；②磨损零件的尺寸修复，如：曲轴、油泵等。1）硬质镀铬层2）松孔镀铬层特点：镀层呈网状和多孔状，储油性能好，可改善润滑条件（犹如毛玻璃）。实践证明，合适网纹宽度<0.06mm，深度为：0.04mm～0.09mm，孔隙率为：25％～35％。应用：负荷较大及润滑条件差的耐磨件修复。如：缸套、活塞环、活塞销等。气缸套松孔镀铬层厚度一般为0.15mm～0.25mm，活塞环为0.10mm～0.15mm。04:212.4注意事项1）镀前准备：镀前机加工（粗糙度Ra3.2）、清洗除油、配制阳极（与零件表面具有相似的形状）。2）镀后处理：除氢（H），机加工。3）安全技术：铬酸有毒，要有好的抽风装置。

04:213低温镀铁3.1镀铁原理3.2镀铁工艺特点3.3无刻蚀低温镀铁3.4镀铁的应用04:213.1镀铁原理阳极为铁或低碳钢；阴极为被镀零件；电解液为FeCl2水溶液。不对称交直流低温镀铁工艺：不对称交流电起镀不对称交流电过渡镀直流镀牢固地沉积一层高硬度镀铁层04:21不对称交流电镀铁不对称交流电，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，沉积镀层比电解掉的多。在镀前10～20min内，采用不对称交流电起镀，可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。⊕04:21镀铁工艺1）有效电流密度J有效和不对称比β有效电流密度J有效＝J正－J负，（J正、J负分别为正负半波的电流密度）不对称比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。2）镀铁工艺起镀时，β＝1.3，均匀改变β值，4min～5min内β增至8，再镀5min～10min，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工等镀后处理。04:213.2镀铁工艺特点1）镀液温度低（20～40℃），电解挥发小、对零件组织、性能无影响；2）镀层与基体的结合强度高，可达450MPa；3）镀层晶粒细，硬度高，耐磨性好，最高硬度HRC63～65；4）沉积速度快，镀厚能力强，沉积速度是镀铬的10倍，镀层厚度2～4mm。5）电流效率高，可达90％，耗电少；6）电解液配制容易，成本低，有害气体少，对环境污染小。04:213.3无刻蚀低温镀铁1）刻蚀处理工艺（镀前表面的活化处理）：镀前，铅板作阴极；零件作阳极；30％硫酸作电解液；通直流电，电解零件表面，除去表面氧化膜；刻蚀后，捞起立即冲洗残硫酸，放入电镀池中电镀。缺点：工艺复杂；冲洗造成污染；洗不净残酸进入电镀液影响镀铁质量。2）无刻蚀处理工艺表面活化处理用盐酸水浸洗，腐蚀除去零件待镀表面氧化膜，中和去除碱性水膜，形成酸性水膜。然后将零件放人电镀槽中，先进行对称交流活化处理，再进行不对称交流起镀和过渡镀等。优点：工序减少，工艺简化，减省设备和降低污染，在保证质量前提下降低了成本。镀层结合强度高、耐磨性更好，成品率高。04:213.4镀铁应用：应用于修复要求镀层厚度较大的场合，如曲轴、精密偶件、缸套等。无刻蚀低温镀铁工艺的采用，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获得使用，节省经费可观。04:214电刷镀（BrushElectroplating）又称刷镀、涂镀，是一种无槽快速电镀工艺，始于50年代，1984年定名为电刷镀。4.1电刷镀原理4.2电刷镀工艺4.3电刷镀的工艺特点4.3电刷镀的应用04:214.1电刷镀原理不需电镀槽，只需将零件与直流电源负极相接，镀笔与正极相接。刷镀时，将蘸满电镀液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。电刷镀是一种设备和工艺大为简化的电镀。如p95图6－4。04:214.2电刷镀工艺1）电刷镀设备主要设备：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。主要工具：镀笔由手柄和阳极组成。如图6－4所示，阳极采用石墨或铂合金材料（不溶性）制作。石墨应用最多，用脱脂棉包套（便于吸附、贮存电镀液，防止两极直接接触，出现短路火花），形状依被镀零件表面形状而定。在阳极尺寸极小时用铂铱合金，用于修复划伤、小沟槽及狭窄的棱面。04:212）电刷镀溶液根据用途有：表面预处理溶液沉积金属溶液退镀溶液用以提高镀层与基体结合强度用于除去不需镀覆表面镀层。电净液活化液用电解方法清除零件表面油污和杂质，处理后用清水冲洗。用电解方法除去金属零件表面氧化膜，使零件表面露出金属光泽，为镀层与基体金属结合创造条件。酸性溶液碱性和中性电镀溶液比碱性溶液沉积速度快1.5～3倍，不适用于材质疏松材料，如铸铁，也不适用于不耐酸腐蚀材料，如锡、锌等适于各种材质，使用性能好，可获得晶粒细小的镀层，在边角、狭缝和盲孔等处有很好的均镀能力，无腐蚀性。04:212）电刷镀工艺镀层厚度（半径方向上）为0.3～0.5mm，厚度↑内应力↑，结合强度↓→裂纹或脱落。若需较大厚度，采用组合镀层，如图6-5所示，先镀打底层，再镀补偿尺寸的尺寸镀层。在尺寸镀层间镀夹心镀层≯0.05mm，最后再镀工作镀层。零件表面准备打底层（过渡层）镀工作镀层钢丝刷、丙酮清洁电净、活化处理确保零件表面光滑平整，无油污、无锈斑和氧化膜选用特殊镍、碱铜等作为底层，厚度一般为2μm～5μm提高工作镀层与零件金属基体结合力04:214.3电刷镀工艺特点1）无镀槽，设备简单，不受零件尺寸限制；2）电镀工艺简化，如：不需要包扎绝缘等；3）镀层结合强度高于有槽电镀；4）电镀液温度低（约50℃）对零件无影响；5）沉积速度快，比有槽电镀快5倍以上，由此而得名。节约能源与工时。6）镀后一般不要加工，镀层厚度可控制。7）污染少，操作方便。04:214.4电刷镀的应用目前我国修船行业已普遍使用电刷镀修复船机零件。可修复磨损和机械加工超差的船机零件，如活塞杆、增压器转子轴、电机转子轴、水泵轴、尾轴衬套等。1）轴颈磨损的修复。2）孔类零件的修理。3）滚动轴承的修理。04:21§6-4热喷涂工艺（Spraying）引言：热喷涂是近代各种喷涂、喷熔（或称喷焊）工艺的总称。热喷涂工艺既是一种表面强化工艺，也是一种修复工艺。原理：利用不同热源和工艺，将不同金属粉末喷涂或喷焊到零件的工作表面，使之与零件的金属基体形成结合牢固的覆盖层（可以满足不同的性能要求；或恢复损伤零件的原有尺寸和几何精度，恢复配合性质）。1喷涂（Spraying）2喷焊（SprayFusing）04:211喷涂（Spraying）1.1热喷涂原理1.2热喷涂的种类1.3热喷涂的设备1.4工艺过程1.5喷涂工艺特点1.6喷涂应用04:211.1热喷涂原理原理：用专用喷枪把加热（金属粉末通过热源时被加热）到熔化或近熔化状态的合金粉末直接喷涂到零件上加工预处理的表面上，从而在零件的表面形成涂层。参见图6－6。喷涂层性质：不是熔合金属组织，而是大大小小金属小颗粒在塑性状态下机械结合堆砌而成的，颗粒被撞扁成鱼鳞状，有孔隙便于贮油。高温（近1000℃）熔滴与零件接触后急剧冷却至70℃左右，产生淬硬作用，故每颗扁金属外有一层硬的氧化膜和氮化膜。喷射距离、压力、合金粉、涂层厚度等影响涂层质量。04:211.2喷涂的种类按熔化喷涂、喷熔材料所用能源分类喷涂：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；喷熔：火焰粉末喷熔、等离子粉末喷熔等。喷涂材料：丝状和粉末状（1）打底粉：自熔性好，与基体可形成冶金结合，增加结合强度。（2）工作粉：形成工作层。合金粉末的牌号很多，可根据要求选用。04:211.3喷涂的设备设备：热源、喷枪及附助设备喷枪（与气焊炬相似，多一个送粉系统）；氧气瓶；乙炔发生器或乙炔瓶；夹具；粉末及预热工件烘箱等。电弧喷涂

利用电弧加热金属使之熔化，用压缩空气将熔化金属吹成雾状喷到零件表面形成涂层的工艺。主要设备：直流电焊机、空气压缩机、电喷枪和各种辅助设备。电弧喷涂的最高温度可达5538℃～6649℃。等离子喷涂

将电流和惰性气体（如氮气、氩气等）通过等离子喷枪，造成强烈电弧放电，形成的等离子流能量高度集中，温度可达11093℃。等离子弧作热源熔化金属喷至零件表面形成涂层工艺。主要设备有等离子喷枪、硅整流直流电源和各种辅助设备。火焰喷涂

利用氧—乙炔火焰熔化金属，用压缩空气将其喷至零件工作表面形成涂层的工艺。喷涂使用氧和乙炔为1∶1的中性焰，温度可达3100℃左右。主要设备有气源、喷枪和辅助设备等。04:211.4工艺过程1）喷前准备：包括——预处理、表面准备、预热等。预处理：凹切、清洁（一般采用四氯化碳除油污）；粗化：用喷砂、拉毛、开槽、车螺纹、滚花等方法（喷熔面不需粗化）。保护：非喷涂表面隔离保护（用胶带、有机硅树脂、水玻璃或其它保护材料遮盖保护）。预热：喷涂前零件待喷表面应预热，以除掉表面的潮气，降低涂层收缩应力，防止涂层产生裂纹。预热温度在70℃～150℃，最高不超高270℃。2）喷底粉：厚度0.1～0.2mm。3）喷工作层：厚度0.3～1.5mm（依要求而定）。4）喷涂层机加工：车削时，刀具要锋利，吃刀深度要小；磨削时，最好在200℃的机油中浸泡30分钟。⊕04:2104:211.5喷涂工艺特点优点：适用材料及喷涂材料广；设备简单、操作容易、效率高；热应力小、几乎不变形（低于250℃）；涂层厚度从0.05mm至几毫米，且被喷零件尺寸不限；涂层贮油性好，有利于润滑。缺点：喷涂层与零件表面主要为机械结合，结合强度低，约为5MPa～50MPa，抗冲击性能差。04:211.6应用适用于修复磨损、腐蚀或加工超差的零件，不适合修复承受高应力交变载荷或冲击性载荷的零件。1）磨损件修复，如：轴、增压器的转子；2）铸件局部缺陷的修复；3）新制零件工作表面强化。据有关单位对滑动轴承实验：普通淬硬钢轴断油后，不到3小时油膜破坏，轴咬伤；喷涂轴在孔隙吸饱润滑油后，同样条件下可连续运行20h以上。04:212喷焊（SprayFusing）2.1定义：喷枪把加热到熔化状态的合金粉末喷到零件表面上，再用火焰使涂层重新熔化，使涂层与金属零件的表面熔焊在一起。2.2操作方法：粉末火焰喷熔所用设备和喷枪与粉末火焰喷涂相同。喷熔前，清洁零件表面，除去油污和锈等，预热温度为200℃～250℃。喷熔采用一步法或两步法喷熔操作1）一步法：喷一点粉末熔化一点，边喷边熔，喷粉与熔化交替进行；2）二步法：先喷粉，最后再熔化，适于大面积喷焊。每次喷涂厚度为0.2mm～0.3mm，一次喷涂层不过厚，多次薄喷达到要求喷熔层。重熔温度可达1000℃左右，零件表面虽未熔化，但表层与涂层交界处被熔化涂层所溶解，金属元素的扩散、渗透使交界处构成新组织，形成表面合金层。但零件温度↑→变形↑，喷熔后应缓慢冷却或进行退火处理。04:212喷焊（SprayFusing）2.3特点：1）厚度0.1～2mm；2）喷熔涂层与零件表面为冶金结合，结合强度高，约为300MPa～700MPa。3）喷焊后应缓冷（或退火），防止裂纹（热应力）和变形。喷焊后一般要采用粗车和精磨。2.4应用：等离子喷涂可喷高熔点材料，涂层致密，结合强度高。受热应力、冲击、磨损作用而损坏的零件，如：轴类零件、缸盖阀座的裂纹等。04:21小结喷涂与喷焊的区别（1）对工件的热影响不同；（2）应用范围不同：喷涂适用于不受高应力交变载荷的静配合面；（3）孔隙率：喷涂：组织疏松，储油性能好，耐蚀性差。（4）喷涂层与零件表面主要为机械结合，结合强度低，约为5MPa～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300MPa～700MPa。04:21§6-5焊补修理1概述是船机零件的修理方法之一，主要针对零件的裂纹、断裂、严重磨损、腐蚀和烧蚀等损坏的修理。1）焊补：分为焊接和堆焊。可采用手工电弧焊或气焊等方法实施焊补。2）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。在船上用于应急修理。缺点：焊补时零件温度高，易导致变形和裂纹。特别是铸铁件的焊补需格外小心。04:21焊补工艺类别——各种管路及有色金属——尾柱、舵杆等气焊电弧焊电渣焊手工电弧焊——船体结构各位置焊接埋弧半自动焊埋弧自动焊气体保护焊等离子焊接——铝、铜合金及不锈钢构件船体结构平角焊舱壁构架的角焊船用通风管道等电阻对焊————锚链缝焊点焊烙铁钎焊火焰钎焊通风管道等熔焊压焊钎焊熔化焊条，在零件表面熔覆一层或多层金属熔焊焊补工艺焊接堆焊04:212焊接（Welding）2.1定义通过加热或加压，或加热+加压，使金属零件在连接处达到原子间冶金结合的方法。04:212焊接（Welding）2.2原理(依施加能量不同分为熔焊、压焊和钎焊三大类)1）熔焊：用加热方法进行焊接。将焊件接头加热至熔化状态，不加压完成。加热→原子动能↑→原子间相互扩散↑→紧密接触接头。如气焊、电弧焊、电渣焊等。2）压焊：用加压或加压＋加热的方法进行焊接。①加压＋加热：接头加热至塑性或表面熔化状态→加压力→接头接触面积↑→氧化层破坏、挤出、晶格变形产生再结晶→形成牢固接头。②施加足够压力→工件塑性变形→原子间相互接触→牢固接头（如爆炸焊等）；如锻焊、接触焊、摩擦焊等。3）钎焊：采用比母材熔点低的钎料，借助其湿润母材作用，填充母材间隙并与其相互扩散，冷凝后形成牢固接头。如烙铁钎焊、火焰钎焊等。2.3应用：裂纹与断裂修理。修船厂常选用气焊和电弧焊修理损坏的零件。例如应急焊接断裂曲轴和曲轴裂纹、焊接修理螺旋桨桨叶裂纹等。04:213

堆焊（Built-upWelding）3.1定义：用熔化焊条的方法在零件损伤表面上熔覆一层或多层金属的方法。保证质量的注意事项：（1）堆焊前零件待修表面清除油污、锈痕，使露出金属光泽；（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和逐步退焊法，两种方法的目地是在堆焊时，使零件受热均匀，降低热应力和热变形。分段多层堆焊法把长焊层分成若干短焊层，然后分段一层层堆焊；逐步退焊法把长焊道分成若干段短焊道，每段由后向前焊。多道焊堆焊时，各焊道应有一定的重叠，多层焊堆焊时，焊层之间依焊道方向成90°重叠。（5）零件堆焊后，应低温退火消除应力再机械加工。⊕04:213堆焊3.2应用：主要针对磨损、腐蚀件的修复增大或恢复零件的尺寸。如增压器壳体废气侧的腐蚀部位的修复。活塞顶部严重烧蚀的修理等。04:214铸铁件的焊补修理铸铁件焊补易产生裂纹的原因：1）含碳量较高（为2.5％～4.0％），焊补时铸铁熔化后冷却，因冷却速度较大易产生白口（Fe3C），白口收缩大；铸铁塑性很低，而焊补时热应力大；铸铁中含有较多的硫、磷（含硫0.02％～0.2％、含磷0.01％～0.5％），不仅引起脆性，而且促进白口。造成焊补后零件产生裂纹。2）铸铁中碳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）作为摩擦零件使用时，铸铁组织中浸透油脂，一般难以除去，焊补时使焊缝中产生气孔。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。04:21手工电弧焊铸铁的方法方法有：热焊法、半热焊法和冷焊法。冷焊法：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：简便，焊补速度快，零件变形小。缺点是易产生淬硬组织而出现白口，铸铁焊接要求：对焊补技术要求高，工艺要求严格，避免产生裂纹和气孔。04:21冷焊修理工艺缸盖裂纹焊补工艺介绍1）裂纹末端钻止裂孔（孔径Ф5－Ф6mm）防止裂纹延伸；2）用凿子沿裂纹开出U型坡口；3）将缸盖缓慢加热到150－400℃，用石棉布盖住缸盖，露出裂纹进行焊补。冷焊时加热至<200℃；4）铸铁缸盖采用镍基铸铁焊条，铸钢采用耐热钢焊条；5）用直流电焊机焊接，并用细焊条低电流施焊，减少母材的溶化量；6）每次焊补长度不超过30－40mm，而且焊得薄而窄，尽量减少焊补热对缸盖的影响，乘焊缝红热状态，用小锤快速而轻轻敲击整条焊缝，减少焊缝收缩应力防止裂纹产生；7）焊后需保温缓冷至室温或低温退火处理防止出现白口。⊕04:21磨损铸铁零件的堆焊修复工艺采用短段热焊法：对焊段进行600℃～700℃预热，趁热堆焊，然后预热下一个焊段和堆焊，余此类推。每个焊段长度控制在25～40mm。由于焊前预热温度高，能够彻底除净零件表面上的油脂，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，仍属冷焊法。用气焊预热，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。04:21铸铁件的钎焊修复工艺1）钎焊钎料采用比母材熔点低的金属材料，加热温度高于钎料熔点、低于母材熔点，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。硬钎焊和软钎焊硬钎焊：钎料熔点高于450℃；常见有铸铁件的黄铜钎焊软钎焊：钎料熔点低于450℃。常见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。母材虽处高温但未熔化，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。缺点：黄铜钎焊修复铸铁件的缺点是钎料与母材颜色不一致。⊕04:21四、翻修利用堆焊工艺再机加工恢复零件的尺寸，使零件宛如新造。适用于钢、铸铁和铜、铝等有色金属及其合金。1、铝活塞的翻修工艺p1012、铸铁活塞头的翻修工艺p10104:21§6-6金属扣合工艺

（MetalLock）1定义利用高强度合金材料制成特殊连接件，把机件损坏处连接起来，使之恢复使用性能的修理方法。应用广泛应用于修理裂纹和断裂，尤其对难焊补的铸钢、铸铁件和不允许有变形零件，是最佳修理方法。船上许多大型机件（如：主、副柴油机的机座、机架、气缸体、缸盖等）以及各种机械的壳体和螺旋桨等的裂纹修复均可采用。近年来，金属扣合工艺与胶粘剂配合使用不仅增大连接强度，而且有利于提高密封性。04:212扣合的类型1）波浪键扣合法(强固扣合)图6-82）波浪键—密封螺钉扣合法）强密扣合法）图6-103）加强块扣合法图6-11、124）热扣合法图6-1304:212.1波浪键扣合法(强固扣合)1）方法：垂直裂纹方向加工出波形槽，嵌入形状相似波浪键，常温下铆击波浪键，利用波浪键与槽的啮合作用使零件联成一体。2）适用范围：一般强度零件，壁厚在8～45mm。3）波浪键材料：镍铬不锈钢—1Crl8Ni9、1Crl8Ni9Ti等，冷变形后强度可提高50％；或普通低碳钢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，此种材料膨胀系数与铸铁相近，或选用10、15、20钢等。04:214）波浪键和槽的形状和尺寸键尺寸：凸缘直径d、宽度b、间距l、厚度t。通常d、b、l为标准尺寸，如6-9所示。尺寸：b=3～6mm，其它尺寸依公式计算：d＝(1.4～1.6)b；l＝(2.0～2.2)b；t＝(1.0～1.2)b凸缘数取5、7、9个。凸缘数越多，波形糟各凹处断面上应力越小，最大应力远离裂纹。波形槽尺寸：糟形状与尺寸与键一致，配合间隙0.1～0.2mm，槽深T依零件壁厚H而定，T＝(0.65～0.75)H，依槽深放人一层或两层波浪键。载荷不大普通铸铁零件，波形槽间距W＝(5～6)b。承受较大载荷的高强度铸铁件，可依波浪键和零件材料的强度计算波形槽的间距W。2.1波浪键扣合法(强固扣合)04:215）波浪键扣合工艺a.裂纹两端钻止裂孔；b.设计并在零件裂纹处画出波形槽位置线；c.利用专用钻模板和工具加工出波形槽；d.将波浪键嵌入波形槽中（可预先在槽内涂抹胶粘剂），铆击波浪键使之充满槽腔。2.1波浪键扣合法(强固扣合)04:212.2波浪键—密封螺钉扣合法（或螺丝密封法）强密扣合法1）方法：在波浪键扣合基础上，沿裂纹钻孔攻丝（有一定重叠）；将涂有粘结剂的密封螺钉旋入。钻削第二个孔切入已装好密封螺钉，螺钉间有0.5～1.5mm重叠。全部裂纹装满密封螺钉后用砂轮打磨平整。在裂纹上可装密封螺钉或密封圆柱销。前者用于承受低压的裂纹零件，后者用于承受高压的裂纹零件。密封螺钉选用M3～M8；圆柱销直径选用3～8mm，长度与波浪键厚度t相同。密封螺钉和圆柱销材料与波浪键相同，不重要零件选用低碳钢或紫铜。2）应用：有强度要求和密封要求的场合。如缸体、机体裂纹的修理。04:212.3加强块扣合法1）方法：垂直裂纹(或折断面)加工出矩形空穴，嵌入加强块，沿结合线加工圆孔，嵌入短圆柱。2）特点：加强块使载荷分布到多面积和远离裂纹处加强块形状有：矩形、十字形、X形等，如图6－11所示，依机件和裂纹情况选用。3）必要时用波浪键将加强块与机件扣合。4）应用：用于承受高载荷、壁厚超过45mm的机件。04:212.4热扣合法原理：利用金属材料热胀冷缩特性修复零件裂纹方法。将一定形状扣合键加热至一定温度，嵌入裂纹处相应形状、尺寸的键槽中，当扣合键冷却收缩后将零件裂纹拉紧而成一体。如图6－13所示。扣合键形状、尺寸依零件裂纹部位的形状和安装的可能性设计成不同的形式，例如圆环形、工字形等。04:212.5扣合工艺特点1）在常温下完成，零件不变形，不破坏原有形状、尺寸、位置精度；对铸铁裂纹的修理效果好。2）修理质量可靠，能保证强度和密封性等；3）工艺简单、成本低；4）不需特殊设备，可现场修理；目前已广泛应用于修船工作中。04:21塑性变形修复法实质是压力加工方法。1修复磨损零件常用方法：镦粗法、挤压法和扩张法。原理：利用塑性变形将零件非工作部位的部分金属转移到零件磨损工作部位上，以恢复零件工作表面的原有尺寸。注意事项：a.该法使零件的形状、尺寸改变，所以机械性能和组织结构也会改变。b.含碳量＜0.3％未经热处理和碳钢零件或有色金属（或合金）零件，塑性变形修复时可不加热；含碳量＞0.3％碳钢或合金钢零件，因其塑性低，变形阻力大，需加热后再进行塑性变形修复。§6-7零件塑性变形(压力加工)修复法04:21§6-7零件塑性变形(压力加工)修复法如柴油机曲轴弯曲，连杆弯曲、扭转和平面方向弯曲变形见图6－14。在长期使用中，零件受机械碰撞而引起变形，如船舶螺旋桨桨叶打在缆绳或礁石上而使桨叶弯曲变形。零件变形经校正后仍可继续使用。常用冷校法、热校法、加热—机械校直法等修复，根据零件变形程度选用。2修复变形零件04:21一、冷校法用于塑性较高、尺寸较小的零件；基于反变形原理，考虑弹性变形使反变形减小，故反变形应较原变形适当增大，达到消除变形的目的。（1）敲击法：根据零件材料、形状、尺寸及变形程度选用木槌、铜锤或铁锤和锤击力度。敲击时，不可在一处多次敲击，而应移动地敲击，每处敲击3～4次。特点：校正变形稳定，对疲劳强度影响不大。如图6－15所示，小型曲轴的弯曲变形采用敲击法进行校直。螺旋桨桨叶变形不大亦用此法校正。（2）机械校直法（或称静载荷法）适于弯曲变形不大的小型轴类零件。将弯曲凸面朝上，用压力机或千斤顶使之反向变形，且比原弯曲量大，保持压力1～2min后卸载。施压数次可较直，如图6－16所示。也可校正变形不大的螺旋桨桨叶。缺点：校直后零件有残余应力，低温退火难以完全消除，使用中可能再度弯曲变形。由于校直后轴上截面变化处（如过渡圆角）塑性变形较大，产生残余应力较大，疲劳强度降低。04:21二、热校法原理：利用金属材料热胀冷缩特性，校正变形零件。方法：在轴弯曲凸面局部快速均匀加热，因受热膨胀，轴弯曲变形增大。当冷却时，受热部分收缩产生相反方向弯曲变形，达到校正变形目的。图6－17示出轴的热校直。加热校直曲轴，采用氧—乙炔焰或喷灯，在最大弯曲变形的轴颈的1/6～1/3圆周上加热，加热温度达250℃～550℃。自最大弯曲处向两端减温加热。加热后保温缓冷达室温时检测弯曲度变化。经数次加热才能校直。适用弯曲变形较大的零件，对操作技术水平和经验要求高。04:21三、加热——机械校直法加热法+机械校直法。适用于弯曲变形较大的零件。方法：先用机械校直法使零件产生一定的相反的弯曲变形，再用加热法校直。运用当螺旋桨桨叶弯曲变形较大时，采用加热和千斤顶施力使桨叶弯曲变形得以矫正复原。此外还有：四、镦粗法、五、扩张法、六、缩小法、七、压延法04:21§6-8粘接修复技术（Adhesion）

定义（或原理）：利用粘接剂对表面的物理吸附力和粘接剂固化后对表面的机械连接力等作用，将两个物体牢固地粘接在一起，使其恢复使用性能的方法，称为粘接修复技术。作用：成功解决了用其它方法无法修复零件的维修问题，使之恢复使用。可进行装配工作，保持零件密封性要求，大大简化了修造船中某些配装工艺，生产率明显提高。04:21§6-8粘接修复技术（Adhesion）粘结剂的分类：1）按胶粘剂的物性属类分：有机胶粘剂、无机胶粘剂；2）按原料来源分：天然胶粘剂、合成胶粘剂；3）按粘接接头强度特性分：结构胶粘剂、非结构胶粘剂；4）按胶粘剂状态分：液态胶粘剂、固体胶粘剂；5）按胶粘剂热性能分：热塑性胶粘剂、热固性胶粘剂。04:21一、有机粘结修复1有机粘结剂（OrganicAdhesive）以有机化合物为基料制成胶粘剂。以环氧树脂粘结剂为例。主要成分：⑴环氧树脂:胶稠状。⑵固化剂：与（1）反应固化。⑶增塑剂：提高韧性。⑷稀释剂：调节（1）的稠稀。常用甲苯、丙酮等。⑸填料：改善粘结剂的一些物理或机械性能，并减少粘结剂的用量。04:21一、有机粘结修复2有机粘接的特点⑴粘接强度高（但不如焊、铆）；⑵粘接温度低，固化时收缩小；零件不会变形、裂纹；⑶耐腐蚀，绝缘性和密封性好，有些有隔热、防潮、防振效果；⑷粘接不受材料限制，不增加重量；⑸工艺简单、操作方便、成本低。缺点：抗冲击、耐热性能差。一般在50℃以下使用，有的也可在150℃以下长期工作，耐高温粘接剂可达300℃左右。抗冲击性和抗老化性较差。04:21一、有机粘结修复3粘接工艺⑴表面处理：机加工、清洗等；⑵接头制备：接头方式对粘接强度影响大：叠接、槽接、套接等。⑶调胶：⑷涂胶：0.2～0.4mm，然后贴合加压，用夹具固定。⑸固化：室温24小时，加温固化可缩短固化时间。4.有机胶粘剂的选用p10804:21二、有机胶粘剂在船机上的应用1.在修理中的应用：1.1修复松动的过盈配合件采用厌氧胶修理发电机轴与滚动轴承的配合松动，离心泵的泵轴与叶轮的松动等。1.2修理腐蚀件对腐蚀面积虽大，但深度较小且尚未危及零件强度的情况下采用胶粘剂进行修理。1.3修补裂纹零件：一般与金属扣合工艺联合使用。缺点：耐热性差（低于200℃），环氧树脂粘结剂只能低于80℃，也称为“常温粘结剂”。04:21