船舶机械维修与安装工艺学

动力机械与维修

(维修部分)

shipmachineserviceandfixingtechnology

绪论introduction

一、船机维修与安装工艺学定义：

研究船舶机械(主机mainengine、辅机auxiliaryengine(machine)锅炉

boiler＞轴系shafting、舵系ruddering和螺旋桨propeller)的损伤规律和修

复过程及安装过程的科学叫船机维修与安装工艺学。

二、特点：

1、涉及学科广：

2、实践性强：

三、内容：

1、船舶机械零件的损伤及其基本修复方法；

2、船舶机械拆验(disassembleexamine)和主要件修理；

3、船舶主机、轴系、舵系的安装(fix)和试车(trial(test)run)o

第一篇船机零件(part)的损伤damage(harm;injure汲其基本修复方法

第一一章船机故障breakdown(fault;trouble)与维修service

§1—1现代维修概念contemporary(modem)serviceconcept(notion;idea)及

我国的修船制度repairshipinstitutiono

一、现代维修概念

1、维修的定义：

维修又叫修理，是指保持或恢复产品的规定功能所采取的技术措施。也可解

释为“使产品保持在或恢复到规定设计状态所需的全部活动”。

2、维修的分类serviceclassify：

1)预防维修prevent(precaution)service：

(1)预防维修：预防发生故障和失效而有计划的进行的维修。

(2)失效：因为某种原因使机件失去应有的功能时称为失效。

2)故障维修faultservice：

故障维修：故障发生后进行的维修。

2、现代预防维修方式contemporarypreventserviceform：

1)事后维修方式aftertheeventserviceform：

事后维修也称故障维修，它不控制维修时期，机件发生故障造成停机之后才

进行修理。

2）定时维修方式fixed-timeservicefonn：

定时维修又称为时间预防维修方式，它是以时间作为维修期限。只要设备使

用到预先规定的时间，不管其技术状态如何，都要进行规定的维修工作，这是早

期实行的一种带强制性的预防维修方式。

3）视情维修方式seeconditionserviceform：

视情维修又称为按需要预防维修方式，这种维修方式是根据设备实际情况来

确定维修时机。

二、修船制度therepairshipinstitution:

1、1965年以前（原六机部，现中国船舶工业总公司的）“舰船修理暂行条例:

1）类别：坞修小修中修大修

dockrepairsmallrepairmiddlerepairheavyrepair

(overhaul)

2)时间间隔：1年1年4年12年

3）费用：10-12万25-30万>60万100~200

万

4）修理天数：国内9（7）天1月内3〜6月1年或1

年以上。

国外4天

5）工程量：尾轴，螺旋桨，1/3所有工程量全部修理包括改装，

提高性能，

密封装置，海更新设备

等。

底阀等。

每次修理后船检部门对本船修理的时间，性能等都有记载。主要是4机1炉,

救生设备，通讯设备，灭火设备等，坏者必修。

开出修理单人员：

1）轮机部motorshipenginedepartment：大管轮chiefmateengineer；

2）驾驶部pilotdepartment：大副chiefmate（包括船体）；

3）电器部electricalequipmentdepartment：电机员electricalengineer。

2、1965年以后（交通部制定的）“修船规定”：

1）航修shippingrepair：营中发生影响船舶航行而船员难以自修的故障（必

须进厂修理）。

2）小修smallrepair：结合坞修和保持船级的“年度检验”的定期修理（海船

1一2年一次）。

3）检修examineandrepair：在2—3次小修后，技术状况变坏，结合船检局

的“定期检验”进行的较为全面的检验和修理。

三、修船制度（长江、内河适用）

为使修船制度，修船技术政策的改革工作，继续健康的进行，修改后的规定如

下：

1、为使改革工作做得更好，各单位在安排船舶修理计划时，要按“确保、

维持、待报废”的分类区别对待，对确保类船舶要认真进行技术摸底排队，对船

体，四机一炉（油轮货油泵）影响安全航行的问题，要分期分批的修好，通过计

划修船，要保证技术状况和船舶完好率。

2、维持船舶，如舱口货驳，为满足生产需要，又针对技术状况较差的实际,

对驳船换板面积的比例作了修改，这是当前所造驳船接替上的过渡措施，确无修

理价值者，仍应报废或改变用途。各管船单位要认真、慎重的进行处理，做到既

保证运力，又不造成浪费。

3、修改后的六条规定如下：

1）修船间隔期：

机动船按主机运转一万小时左右安排一次小修，两次小修后，安排一次中修。

港作、交通等辅助船，运行三年不满一万小时，仍安排一次小修。驳船小修间隔

期一般3〜4年，舱口货驳3年。

2）机动船一般不进行更机、更炉、更壳，也不安排大修，如有特殊需要，

必须作出技术论证，报管理局或交通部批准。

3）驳船一般不安排中修，如确有必要，又有价值进行中修的，须报管理局

审批。

4）维持使用的机动船舶，不再安排中修，只安排小修或维持性修理。待报

废的船舶，只安排维持性或单项针对性的修理，作短期的使用。

（-）修理类别及范围

1、航修是船舶在营运中发生影响安全航行的•般修理工程和一般事故修理,

航修应利用航次在港停泊时间，由航修站，维修点协助进行，如遇站，点不能解

决的工程，船厂应协助解决。必要时随船抢修，尽可能不影响船舶进行生产。

此外，对机、海损事故，需要进行坞修的船舶，工厂（站）应积极组织力量,

突击抢修，以确保及时修复投入生产。

2、小修是按主机运转小时结合“年度检验”进行的厂修工程。小修的目的

是消除在营运中产生的过度磨耗。经过修理，应保证船舶到下次计划修理的安全

运转。对船体、主、辅机、锅炉、轴系、舵系装置、海底阀及工程船舶专用设备

等进行的重点检查和修理，进行原有设备的调整、研磨、更换零部件和清洁保养

等工作。

小修不得对生活设施及设备进行添置改建。

对推广已鉴定合格的技术革新项目，可以列入年度计划，工厂应在规定修期

内如期完成。

小修一般和坞、排修同时进行。

工程船舶、挖泥船、泥驳、石驳必要时每年可进行一次坞修检查。

小修基本工程范围：

1）锅炉内部清洗、检修附件、修换部分炉管，小牵条，钾钉和焊补裂缝。

2）柴油主机前、后齿轮箱、离合器、减速箱、鼓风机、增压器拆装校正，

修换零部件。无特殊情况，主机曲轴不出舱（250hp以下的柴油机除外）。

3）辅机、电器、管系等进行一般检查和修换部件，但不改装移位。

4）工程船专用设备进行检查、修换挖泥工具、泥泵、绞机与易损部件。

3、中修是按主机运转小时结合“定期检验”进行的厂修工程。主要对船体、

机炉设备进行全面检查，重点修复在小修时不能解决的较大缺陷，通过修理，技

术状况应达到一、二类的要求。

按船舶维修技术政策规定：维持类船舶一般不得安排中修。

中修基本工程范围：

1）“定期检验”规定的拆装工程。

2）主机更换部件、辅机必要时可以整台更机。

3）锅炉炉胆及燃烧室局部挖补并按检验规程规定限期进行水压试验。

4）中修时一般不得对生活设施进行添装改建，对生产上有显著效果、工程

量不大的改进项目，经管理局批准，可以结合中修进行。

5）工程船的专用设备应进行全面检查：允许更换部分挖泥、起重等主要部

件及专用电器设备。

（二）修理计划及修理文件

1、修船计划分为年度、季度、月度三种。

2、修理文件是编制修理计划的原始资料，分为年度修船主要工程摘要单和

修理单。

凡修理的船舶，都应在修理年度前的五月一日前，将年度主要工程摘要单报

主管机务部门审核，主管机务部门于六月一日前将审核后的主要工程摘要单送承

修厂。

修理单：小修船舶应在进厂前60天、中修应在进厂前80天报主管机务部门

审核，主管机务部门于六月一日前将审核后的修理单相应在小修40天、中修60

天以前送承修厂。

（三）交修、施工、检查和验收

（四）修船质量的考核和保证

（五）修船期的考核和保证

（六）船员自修范围

三、船舶维修保养体系（CWBT）

船舶维修保养体系（CWBT）是以我国传统的船舶维修管理方式为基础，

吸收国外先进的管理经验形成的一种适合我国情况的现代化船舶维修管理模式。

CWBT是我国“五七”期间交通部重点科研课题，由上海远洋运输公司和

上海海运局共同研制，并作为“五七”期间国家重点推广的新技术。

§1—2故障breakdown（trouble;fault;failure（失效））

一、故障的基本概念

任何产品（无论整机还是零部件），凡不能完成其规定功能或其性能指标恶化

至规定指标外的一切现象均称作故障。对不可修复的产品则称为失效。

二、故障的分类

1、按对船舶航行影响分类

1）不停航的局部故障：

因为故障导致设备丧失部分功能，但船舶仍可继续航行。

如更换主机某缸的喷油泵。

2）船舶短期停航的重大故障：

由于严重的故障使船机设备功能部分丧失，必须停航争取短期内船员自修采

用更换备件等措施排除故障。

这种故障均可在船舶营运条件下由船员自修解决。停航时间：货船不应超过

6h,客船不应超过2h。如喷油设备损坏，活塞环折断，气缸盖裂纹，轴系、舵

系故障等。

3）长时间停航的重大故障：

异常严重的故障使船机设备功能丧失，造成船舶丧失航行能力，必须进厂长

时间的修理。

如螺旋桨桨叶折断及船体破洞，曲轴折断，尾轴折断等故障导致船舶丧失主

要功能，进厂修理。

2、按故障演变过程分类

1）渐进性故障：

由于零件的磨损使机械或设备的性能逐渐变坏而发生的故障。

这类故障可以测量检查来预测和防止故障的发生。如活塞环、气缸磨损，轴承

磨损，管系腐蚀穿孔。

2）突发性故障：

因为外界随机因素或材料内部的潜在缺陷造成的突然发生的故障。事先无法预

知。

如螺旋桨桨叶折断，主机突然停车等。

3）波及性故障：

因为某种故障而产生的故障，又称二次故障。

如船搁浅一机座变形一曲轴弯曲。或连杆螺栓折断一连杆，气缸套，活塞甚至

机体等损坏。

3、按故障的原因分类

1）结构性故障：

因为设计不当出现的结构上的缺陷而引起的故障。

如园角太小一应力集中一疲劳断裂；冷却水道过窄一缸盖产生裂纹。

2）工艺性故障：

制造、安装及维修工艺上的问题导致的故障。

如轴系安装不良一轴承发热；曲轴RJ-裂纹；曲轴R处镀上C「一裂纹。

3）磨损性故障：

正常情况下长期工作由于零件磨损产生的故障。

如磨损一间隙TT性能

4）管理性故障：

违反操作规程或管理不当造成的故障。

如起动后立即开高速，高负荷-拉缸；轴承油压过低或中断一轴承合金熔化。

4、按故障的严重性及后果分类

1）致命故障：

是指危及或导致人身伤亡，引起主要总成报废或造成重大经济损失的故障。

2）严重故障：

是指严重影响产品正常使用，或者规定的重要指标恶化至规定范围以外必需

停机修理，修理费用较高，在较短的有效时间内无法排除的故障，即需要更换外

部重要零部件或拆开机体更换内部零部件的故障。

3）一般故障：

明显影响产品正常使用，修理费用中等，在短期的有效时间内可以排除的故障,

即需要更换或修理产品外部零件的故障。

4）轻度故障：

轻度影响产品正常使用，暂时不会导致工作中断，修理费用低廉的故障，即在

日常保养中能用随机工具轻易排除的故障。

5、按故障的后果对机械工作能力的影响分类

1）完全性故障：

由于故障导致机器丧失主要功能，工作完全中断。

2）局部性故障：

由于故障导致机器丧失部分功能，但还能够继续使用。

6、按故障发生的时期分类

1）早期故障：

2）使用期故障：

3）老化期故障：

三、故障的规律

1>浴盆曲线bathtubcurve（见图1—1）：

按故障出现的时期分为：早期故障期；偶然故障期和耗损故障期。

1）早期故障期earlystagebreakdownstage

jan>wysEMLmixo

（1）特点：开始故障率高，随工作时间延长而下降。

（2）原因：设计，制造，安装问题所致。

（3）解决方法：跑合，调整间隙，使乐小而趋于稳定。

2）偶然故障期（随机故障期）accidentalbreakdownperiod

（1）特点：故障率低而稳定，使用时间长（机械进入正常使用阶段）。

（2）原因：设计，制造中潜在缺陷；操作管理不当（不能预测）。

（3）解决方法：设法延长II期，它是产品的主要使用期，也是可靠性指标的

主要评估期。

2）耗损故障期wastebreakdownperiod

（1）特点：故障率随工作时间延长而上升，维修费用3工作效果

（2）原因：磨损间隙3疲劳、腐蚀等引起。设备中某些零件已老化，耗损

衰竭了，失效率不断上升了。

（3）解决方法：III期到来之前进行检修。可使故障期推迟到来。

2、其它的故障规律曲线（见图1—2）（并非所有产品的规律）

A(»)

图1.2故障率曲线

四、故障模式、故障机理及故障分布

1＞机械产品：磨损、腐蚀、疲劳、断裂等均为故障模式。

2、电器产品：短路、漏电等均为故障模式。

第二章摩擦、磨损rub^wear

§2-1摩擦的基本理论

一、固体的表面特性

1、表面形貌

表面形貌也就是微观粗糙度和宏观粗糙度（即波纹度）。如图2—1所示，P

«)b)

图2-1表面形般的纲成

a）;堆表面形蜕:b）：雉表面微观几何特性

1-波纹度2粗缢度;3-宏观几何形状偏理；1波纹度波距;粗检度波距；”一波及度波高；

小粗糙度波高;△-形状误差

•①-1-3・M〃•3.皿4L*27rti如1止注出估古芋且：SM阳J11布f瓶

2、金属的晶体结构

金属在固态下都是晶体，即由原子有规则的排列。如图2—2所示，P8o

图二2g"晶体中铁冰子排列示❷图

a）原子堆砌模型;b）由I格;e）品的

-I>-rTTZanXt.IH-,£/.»At-z.VlYnShttJ*lClul-bl.jj54

金属元素中，约有90%以上的金属晶格属于以下三种晶格形式：

体心立方晶格，如图2—3所示。面心立方晶格，如图2—4所示。

密排六方晶格，如图2—5所示。

图2.3体心立方品格

•JTXfchl：>iFEHWt1fch喙目七皿n&11-HI

图2T面心立方品格

k化jMttinAH、〃川1aB■人皿HULJCUig

R92-5密排六方品珞

3、表面能

表面中全部分子所具有的额外势能的总和叫做表面能。它是内能的一种形式。

4、表面膜

1）物理吸附膜：

当气体或液体与固体表面接触时，由于分子或原子相互吸引的作用力而产生的

吸附叫做物理吸附。这种吸附所形成的膜叫物理吸附膜。

2）化学吸附膜：

由于极性分子的有价电子与基体表面的电子发生交换而产生的化学的结合

力，使极性分子定向排列，吸附在金属的表面上所形成的吸附膜叫做化学吸附膜。

3）化学反应膜：

由于润滑油中的硫、磷、氯等元素与金属表面进行化学反应，二者之间的价

电子相互交换，而形成一种新的化合物膜层叫做化学反应膜。

4）氧化膜：

表面氧化形成具有化学吸附性质的反应膜。除金以外氧对所有金属都能形成

化学吸附反应生成氧化膜。

污柒层

限用气体信

氧化只

□

—金属蜃林

图2.7金属表层结构示意图

二、固体表面的接触（如图2—8,P10）

1、名义（儿何）接触面积An：

JV

图2-9粗椅接触衣面面积

它是两接触固体儿何界面的边界所确定的面积。如图2—9,PIOo

An=axb,An与所加载荷无关。

2、轮廓接触面积Ap：

它是物理接触表面被压皱部分的面积。如图2—9,Pi。中虚线范围内面积的

综和。Ap的大小与表面所承受的载荷有关。

3、真实接触面积Ar：

在轮廓接触面积内，各真实接触部分微小面积之和叫真实接触面积，如图2

一9中虚线内黑点的各个面积之和，它只是名义（儿何）接触面积的儿百分之一

到几万分之一。

三、摩擦理论rubtheory

1、摩擦的概念

1）定义：

当两个相互接触的物体，在外力作用下产生相对运动或具有相对运动趋势时,

在表面之间将产生阻止其发生相对运动或具有相对运动趋势的作用，这种现象称

为摩擦。而这种阻止发生相对运动或相对运动趋势的力称为摩擦力。

2）摩擦的种类：

（1）按摩擦副表面的润滑状态分

①干摩擦dryrub：两摩擦表面间即无润滑油又无湿气的摩擦。常指名义上无

润滑的摩擦。如刹车带与轴之间的摩擦、火车车轮与铁轨的摩擦、纺织机械上的

摩擦。

②边界摩擦boundary（border）yub：两摩擦表面间存在一层极薄的润滑油膜

（O.Wm）,其摩擦和磨损并不取决于润滑剂的粘度，而取决于两摩擦表面的特性

和润滑剂的特性的摩擦。如齿轮轮齿表面间的摩擦即为边界摩擦。

③液体摩擦liquidrub：具有体积特性的流体层隔开的两固体相对运动时的摩

擦，既流体粘性引起的摩擦。因为摩擦发生在流体内部，所以磨损最小。如正常

运转的曲轴与滑动轴承之间的摩擦。

④半干摩擦semi-dryrub：指同时存在着边界摩擦和干摩擦时的摩擦。如发动

机工作时，气缸上部和活塞环（特别是上死点时第i道活塞环附近）之间的摩擦。

⑤半液体摩擦semi-liquidrub：指同时存在着边界摩擦和液体摩擦时的摩擦。

（2）按摩擦副的运动形式分

①滑动摩擦：当相互接触表面相对滑动（或具有相对滑动的趋势）时叫滑动

摩擦。

②滚动摩擦：物体在力矩作用下沿着接触表面滚动时的摩擦。

（3）按摩擦副的材质分

①金属材料的摩擦：摩擦副由金属材料组成的摩擦。如钢、铸铁及有色金属

等。

②非金属材料的摩擦：摩擦副由非金属材料组成的摩擦。如高聚合物、与金属

材料配对时。

（4）按摩擦副的工况条件分

①一般工况的摩擦：即常见的工况（速度、压力、温度）下的摩擦。

②特殊工况下的摩擦：指在高速、高温、高压、低温、真空等特殊工况下的

摩擦。

2、古典摩擦定理

1）摩擦力的大小与作用于摩擦面的法向载荷成正比，即摩擦系数为常数。

2）摩擦力的大小与表观接触面积无关，既同一材料的物体不论其大小如何,

其摩擦系数相同。

3）静摩擦力大于动摩擦力。亦静摩擦系数C大于动摩擦系数fd。

4）摩擦力与滑动速度无关。

§2-2磨损原理及减少磨损的途径

一、概述

1、磨损wear（andtear）：相互接触的物体在相对运动时，表层材料不断发生

损耗的过程或者产生残余变形的现象。

2、磨损量的表示方法：

1）线磨损：它是以摩擦表面法向尺寸的减少量来计量的，用Ah表示。也可

用线磨损率KL来表示，即滑动单位路程L摩擦表面法向尺寸的减少量。

KL=△h/L

2）体积磨损：它是以单位面积上的减少量来计量的，用AV表示。也可用

体积磨损率K、，来表示，即单位面积AN内滑动单位路程L表面物质体积的减少量。

Kv=AV/ANL

3）质量磨损量：它是以单位面积内表面物质质量的损失来计量的，用AW

表示。也可用质量的磨损率Kw来表示，即单位面积AN内滑动单位路程L表面物

质质量的损失量。

Kw=AW/ANL

4）比磨损率：单位载荷P作用下，滑动单位路程L所磨去的体积或质量。

Wv=AV/PL或W\=AW/PL

二、磨损类型

1、粘着（结）磨损coherewear

1）定义：摩擦副相对运动时，由于固相焊合，接触点表面的材料由一个表

面转移到另一表面的现象称粘着磨损。

2）过程：微凸体接触一滑动一塑性变形一剪切一表面膜破坏一温升一软化

和熔化一粘着一继续滑动一剪断一金属转移一形成新的粘着点一……

3）粘着磨损影响因素：

（1）材料特性的影响：

a、摩擦副材料的互溶性：互溶性t,磨损t,反之相反

b>多项金属与单项金属：多项金属粘着倾向I,磨损Io

c、晶体结构：六方晶体较面心立方或体心立方晶体结构的金属，fl,磨损

IO

d、材料的硬度：硬度t,磨损I。

e、摩擦副配对：金属一非金属，磨损I0

f、脆性材料与塑性材料：脆性材料磨损Io

（2）压力的影响：Wt,磨损1,Wt到临界值后，粘着磨损tto

（3）温度的影响：tt,粘着磨损。

a、摩擦副表面材料的性能改变：

tt,硬度I,粘着倾向t,磨损t。

ttf,相变，熔化，粘着倾向3磨损t。

b、化合物薄膜生成：11,氧化薄生成3磨损I。

C、润滑剂性能改变：tt,油膜变稀，氧化或燃烧，油膜破坏，磨损t0

d、滑动速度：图2-10P12V3磨损t。

v=v临时，磨损最利害。

V>v临时，粘着磨损I0

滑动速位V新荷W

a）b）

图2-1。潜揭联与滑动速发和载荷的关系

。）滑动速度—荷W

2、磨料（粒）磨损abrasivewear

1）定义：在摩擦过程中，因硬颗粒或硬的凸出物，冲刷摩擦表面而引起材

料脱落的现象称磨料（粒）磨损。

2）过程：

（1）磨料对摩擦表面进行微量切削过程。

（2）磨料作用使摩擦表面受交变接触应力和变形，使表面疲劳破坏。

（3）对塑性较大的材料，磨料（粒）在力的作用下，压入表面而产生压痕,

从表面层上挤压出剥落物。

3）磨料（粒）磨损的影响因素

（1）材料硬度：材料硬度3磨损］。

图废粒怏度对金属磨损的影响:

为

（3）磨料（粒）粒度：磨料（粒）粒度t,磨损f。

3、疲劳磨损fatigued（tired）wear

1）定义：两接触表面作滚动或滚动滑动复合运动摩擦时，因周期性载荷作

用下，使表面产生变形和应力，从而使材料导致裂纹和分离出微片或颗粒的磨损

称疲劳磨损。

2）疲劳磨损的过程：

（1）裂纹起源于摩擦表面：

特点：磨屑呈片状，断口颜色较暗。

（2）裂纹起源于次表面：

纯滚动时，最大剪切应力作用于距表面约0.768b（b为接触半径）的深度处。

若此处材料强度低或有缺陷，将会首先产生塑变，经过一定循环之后，产生疲劳

裂纹，裂纹沿着最大剪切应力的方向或夹杂物的分布走向发展，直致表面形成材

料脱落。

特点：裂纹扩展缓慢，断口较亮。

（3）裂纹起源于硬化层和心部过渡区：

经表面强化处理（渗碳、淬火）的零件，其接触疲劳裂纹起源于表面硬化层

和心部交界过渡区。

特点：裂纹发展一般先平行于表面，经过扩展一段后再垂直或倾斜于接触表

面向外发展。先是小麻点剥落，然后很快大块剥落，这类的剥落深度一般较大。

3）影响因素：

（1）材料因素：

a、冶金质量：质量3缺陷少，疲劳源I,疲劳磨损I0

b、组织结构状态：未溶碳化物的尺寸大，分布不均，疲劳磨损to

c、硬度：硬度3疲劳磨损I0

（2）表面粗糙度：表面粗糙度I,抗疲劳磨损性能t,疲劳磨损I0

（3）残余应力：表面残余压应力，疲劳磨损!o

表面残余拉应力，疲劳磨损to

（4）润滑油：粘度3疲劳磨损I。

4、腐蚀磨损corrodewear：

1）定义：在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学或电化学反应，产生

物质损失，称腐蚀磨损。

2）腐蚀磨损类型：

（1）氧化磨损：在摩擦过程中，金属与空气中的氧或润滑油中的氧起反应

生成氧化膜时的磨损。

（2）特殊介质的腐蚀磨损：在摩擦过程中，金属与酸、碱、盐等特殊介质

起化学腐蚀作用时的磨损。

（3）穴蚀：固体相在气蚀状态的液体运动下而产生的表面破坏。

3）腐蚀磨损过程：与周围介质发生化学反应一生成腐蚀产物-摩擦脱落一

露出新鲜机体一生成腐蚀产物T摩擦脱落一……

4）影响因素：

（1）氧化膜硬度H。与机体金属硬度Hm的比值：

a、当H0>Hm时，磨损f。

b、当H°^Hm时，载荷小时，磨损I。

载荷大时，磨损t。

c、当H。与Hm都高时，磨损I。

（2）氧化膜的性质：（指与基体结合强度）

脆性氧化膜与基体结合强度I,易磨掉。如铝氧化膜。

韧性氧化膜与基体结合强度3不易磨掉。如钢氧化膜。

（3）滑动速度：

滑动速度3氧化磨损I（如图2—10中a）所示）。

（4）接触压力（如图2—10中b）所示）：

当Pt,氧化磨损3

当P=P（）时，氧化磨损最大。后减小，再增加（Po为某一值）。

当P>临界压力后，转为粘着磨损，且磨损急剧t。

（P<Po时,主要成分为Fe。；P>Po时,主要成分为FeO,Fe2（）3和Fes。m）

5、微动磨损smallmovewear（slightvibrationwear）：

1）定义：两接触表面由于受相对低振幅振荡运动而产生的磨损称微动磨损。

2）微动磨损的发生过程：接触压力一使摩擦副表面的凸起部分发生塑性变

形和粘着。小振幅振动一使粘着点剪切脱落f露出基体金属表面一这些脱落颗粒

及新表面又与大气中的氧反应，生成以三氧化二铁（FC2C）3）为主的氧化物；磨屑

呈红褐色，如有润滑油则流出红褐色胶体。这些氧化物不易排出，故在摩擦面起

着磨料磨损的作用。如此循环不止。若振动应力很大时，微动磨损处能形成表面

应力源，由疲劳裂纹发展引起完全的破坏（断裂）。

3）影响因素：

a、载荷（w）的影响：

Wt,微动磨损toW超过临界值后，微动磨损|。

b、相对湿度：湿度t,微动磨损Io

c、振幅：振幅t,微动磨损tO

d、润滑剂：一般情况影响不大，但有润滑剂，微动磨损Io

e、材料性能：材料的硬度3微动磨损Io

三、减少磨损的途经

1、结构设计方面

要求结构合理，保证零件的强度、刚度，防止应力集中，有良好的冷却方式

和润滑方式等。

2、摩擦副材料的选择

选择磨合性好，耐磨，fI,热膨胀系数小，耐热性好，高温耐磨性好等。

配对时注意避免同种金属配对，不选择纯金属，而选择合金或异种金属配对。

3、加工、装配工艺方面

加工、装配工艺合理，并且要保证质量。

4、表面处理方面

1）冷作硬化工艺：冷压光工艺等。

2）表面淬火和化学处理工艺：火焰淬火，高频淬火，渗碳淬火，气体软氮

化，渗硫，渗硼等。

3）表面复盖工艺：推焊，喷涂，喷焊，电镀等。

5、冷却、润滑方面：

选择合理的冷却、润滑方式和冷却剂、润滑剂。

6、使用管理方面：

避免违章作业，注意维护保养。如机器一起动就开高速，满负荷运转或在高

速，满负荷运转中一下就停车，油温、水温过高或过低也不及时处理等等。

第三章无损探伤notdamageflawdetection

§3—1磁粉探伤magneticpowder（force）flawdetection

一、磁粉探伤的原理和特点

1、原理：

将铁磁性工件置于磁场中被磁化，如果工件的表面或近表面存在有缺陷（气

孔、裂纹、夹杂、疏松等）时，磁力线在此处会发生偏散现象，一部分磁力线绕

过缺陷暴露在空气中，产生漏磁现象，这种漏磁就在工件表面形成一对N,S极

的局部磁场，如果撒上磁铁粉，局部磁场的磁极便吸附磁铁粉而显示缺陷的位置,

形状和大小。如图3-1P5

图磁粉探伤原理图

I-零件;2-缺陷：3出力线；

4-电阻铁;5・汨班;6•磁饮扮

2、特点：

1）磁粉探伤只适用于铁磁性工件（铁、钻、银及其合金）；

2）磁粉探伤只能检查出工件的表面及近表面存在的缺陷；

3）磁粉探伤只能检查出与磁力线垂直或成一定角度的缺陷。

二、磁化方法

1、纵向磁化：

是指工件磁化后，所产生的磁力线方向与工件的轴线方向（或纤维方向）一直

的磁化方法。如图3—2所示。

图3.2弧向威化示意图

1-零件;2-铁施

2、周向磁化：

是指工件磁化后，所产生的磁力线方向是圆周方向或与工件轴线方向垂直的

磁化方法。如图3—3所示。

图3.3周向磁化示意图

3、综合磁化：

纵向磁化和周向磁化同时存在称为综合磁化。

综合磁化时，周向磁化一般用交流电，纵向磁化一般用直流电。一般固定式

磁力探伤机都可以分别进行纵向磁化，周向磁化和综合磁化。如图3—5所示。

图3.5好合磁化小悉图

1•零件;2•维缘休

三、磁粉探伤的磁化电流

1、磁化电流的种类：

1）交流电：有集肤效应，可探离表面1〜1.5mm；

2）直流电：无有集肤效应，可探离表面3〜4mm；

为确保安全，一般用低压（24伏）大电流。

2、磁化方式：

1）连续式：在探伤过程中，一直通以电流；

2）冲击式：以大电流在短时间内将工件磁化，断电后利用剩磁探伤。又称

剩磁式。适用于剩磁性强的材料和大的工件。

3、磁化电流的大小：

周向磁化电流的选择见表3—1,纵向磁化电流一般为周向磁化电流的

70〜85虬电流大小选择合适方能得出可靠的结果，过大或过小均不能得出正确的

结果。

周向磁化电流的选择表3

—1

规范名适用工件通电方式电流强度（A）

称以1柱板形

形

较严规高速运动、弯曲冲击、冲击(25-30)D20S

范交变负荷及其它高负荷零连续(10~15)D10S

件

较宽规其它零件冲击(20-25)D15S

范连续(6-10)D7S

注：1、表中D为圆柱形零件直径，mm；S为与电流方向垂直的板形零件宽

度，mm；

2、纵向磁化电流一般为周向磁化电流的70-85%o

四、磁粉探伤应注意的问题

1、工件的外形：

直径均匀的长轴应分段磁化，•.•两端比中间的磁感应大得多；外形不整齐，

不规则的工件，如曲轴，磁化时磁力线分布不均，也应分段磁化，如图3-4所示。

图3T曲轴总部樵化检在小意图

I屋一器;2M轴

2、磁粉质量：

应选择颗粒均匀(直径约为0.2〜lum左右)，颜色明显的黄褐色的四氧化三

铁(Fe304),杂质少。

3、零件的装夹：

装夹接线牢固，用非工作面，垫以铅块，以免烧伤接触表面。

4、退磁：

对不再热处理的工件应退磁。

§3—2荧光探伤fluorescenceflawdetection(fluoresce-

ntlight)

一、荧光探伤的原理及特点

1、荧光探伤的原理：

就是利用水银石英灯所发出的紫外线来激发发光物质，使发光物质产生一种

荧光，而借助这种荧光检查出工件的缺陷。

法?|可仅£%%以1%叶•诬

支’.—

//咪7

口

匕1?13-8荧光探伤法示氐图

I1-紫外线光以;2-透过紫外线和

%中止可见光的浊光片；3-紫外

2、荧光探伤的特点：

1）适用于表面裂纹，而且只能检查与零件表面相通的缺陷;

2）不仅适用于金属，也适用于非金属；

3）灵敏度高，可发现1阿大小的裂纹。

二、荧光探伤的步骤

1、被检查零件的清洗：

清除被检查零件表面的污垢和油迹。一般用四氯化碳水溶液清洗；

2、零件表面涂荧光液：

在零件表面涂上一层很薄的荧光液，搁置一段时间，使荧光液充分渗透到零

件表面的缺陷中；

3、去除零件表面的荧光液：

用乳化剂涂于零件表面，再用细小的流水冲洗干净零件表面的乳化剂，并用

布擦干净；

4、涂显像剂：

在零件表面涂上一层显像剂，由于显像剂有吸附作用，它会把渗入零件缺陷

中的荧光液吸附在显像剂表面；

5、在水银石英灯下观察：

打开水银石英灯，待15min左右，等水银石英灯点稳定后，将零件置于灯光

下，由于荧光液在紫外线的激发下会发出荧光，便可在零件表面的缺陷处出现强

烈的荧光。我们可以根据荧光的形状、位置及大小来判断零件的缺陷。

三、荧光物质和显象剂的选择

1、荧光物质的选择：

1）发光性好；

2）渗透性强；

3）要容易被洗净。

一般为油类（煤油，矿物油）+荧光物质组成。

表3—2为儿种常用的液体荧光剂。

液体荧光物质发光情况表3—2

荧光物质成分发光颜色发光波长最大波段(nm)

煤油浅蓝色400~240

矿物油浅蓝色400-240

航空油25%、石油25%、变压器油50%浅蓝色/

航空油25%、石油25%、煤油50%浅蓝色约450

变压器油或高级机油与煤油比为1:2或1:3,再加鲜明天蓝色约500

上鱼油5%

变压器油或高级机油与煤油比为1:3,再加上鱼玫瑰色约600

油5%、葱油5%

2、显像剂的选择：

1)有良好的吸附能力：

2)容易被洗净，对工件无腐蚀作用；

3)非荧光物质；

4)对人体无害。

一般使用氧化镁粉(MgO),碳酸镁粉(MgC03)粉，石英粉等。以MgO粉最为普

遍。

§3-3超声波探伤ultrasonic(supersonic)waveflawdetection

一、超声波探伤的原理、特点及方法

1、什么是超声波：

人耳不能听闻的声波称为超声波。人能听闻的声波为20(16)〜2万Hz,高于2

万Hz的声波称为超声波，低于2万Hz的声波称为次声波。

2、超声波产生的方法：

机械法，热学法，电动力法，磁致伸缩法和压电法等。

压电效应：在某些晶体(如石英、钛酸钢、错钛酸铅等)的电轴方向加上交

变电压，在交变电压的作用下，晶体会发生拉仰和压缩变形，即发生机械振动而

产生超声波；当晶体在外来机械力的作用下而发生拉伸和压缩变形时，晶体表面

产生异号电荷，在电轴方向形成交变电压，这种现象叫压电效应。由此可见压电

效应是可逆的。由于这种压电效应造成了机械能和电能的相互转换，为超生波探

伤提供了可能。

3、超声波探伤的原理：

超声波通过两种介质的接触面时，要发生折射和反射现象，我们利用这种现象

来发现工件的内部的缺陷。如图3—9所示。

匕图3-9超声波探明m地图

H1始波T;2-缺陷波F；3-底波8；4荧光

册5超声波;&帙陷;7-零杵身探头

4、超声波探伤的特点：

1）可检查金属和非金属材料；

2）可探零件的内部缺陷

注：a、仪器的盲区：在使用某一种超声波探伤仪探伤时，临近探伤我面的」

段距离内如有缺陷，其反射波和始波无法分辩出来，因此无法判断其有无缺陷，

故此距离称为该仪器的盲区。

但是，使用产生表面波的探头，可以探测零件表面的缺陷，克服了纵、横波

探伤所难以发现表面缺陷的缺点。表面波探伤时只能发现沿工表面一个波长深度

范围内的表面缺陷。

b、仪器的分辩率：在使用某•种超声波探伤仪探伤时，对零件内部相邻近两

个缺陷的区分能力称为该仪器的分辩率。

3）速度快，穿透力强（5〜5000mm）,灵敏度高，效果好。

4）设备轻巧，操作方便，成本低，对人体无害。

5、超声波探伤的方法：

穿透法，共振法及脉冲反射法。常用脉冲反射法。现代超声波探已逐步向显

像法及自动化方向发展。

二、超声波探伤结果的分析判断

1、缺陷性质的分析判断：

所谓缺陷性质即工件的缺陷是属于裂纹、夹渣、气泡还是疏松等等。

1）据缺陷反射波型式判断：

a，，八,♦,u

由于工件内部的各种缺陷其形成原因、性质、形状、大小等不同，超声波反

射的波幅高度、波的形状、波的分布及反射波的次数等也不同。因此可以根据荧

光屏上的波形来判断。有裂纹波、气孔波、夹渣缺陷波、白点缺陷波等等。如图

3—10所示。

2）根据被探工件材料的性质及加工工艺判断：

如铸件：气孔、砂眼、夹渣、疏松等较多。

锻件：裂纹、夹渣、折叠｛隔层｝、白点等。

焊接件：未焊透、夹渣、气孔、裂纹、白点等。

3）根据缺陷存在的位置判断：

如裂纹大部分发生在工件的表面和应力集中的位置；疏松、缩孔多在铸件的

浇冒口处等。总之要综合上面的几种情况才能正确确定缺陷的性质，光靠荧光屏

上的波形的区别不是太明显的，也容易导致错误。

2、缺陷位置的判断

1）几何刻度法：

ljW3-11电子刻度缺陷

,定位尔森困

2）电子刻度法：如图3—11所示。

3、缺陷大小的判断

1）试块比较法：

2）半波高度法：如图3—12所示。

图3・12半波而度法判断缺陷大小

3）脉冲消失法（全波消失法）：如图3—13所示。

L=d/2+x

x=atg0

M=Q—2L=Q—2（d〃+atgO）

式中：M—实际缺陷的尺寸，mm；

Q—两探头中心尺寸，mm；

L—晶片半径的尺寸与x之和，mm；

a—缺陷埋藏深度，mm；

。一半扩散角，°o

三、频率选择

1、在同一材料中，频率越高，超声波衰减越大，.•.工件厚度越大，选择频

率越低。厚度越小，频率越高；

2、同一频率，材料晶粒越粗，超声波衰减越大，同时易产生晶粒反射波。

，对晶粒粗和组织不致密的材.料，选择频率应低。反之，选择频率应高。如铸铁,

fI；钢，fto

3、频率高，波长短，发现小缺陷的能力强即探伤灵敏度高，...需要探测的

缺陷越小，选择频率应高越。反之相反。

综上所述，选择频率的原则为：既要考虑穿透能力，又要考虑发现缺陷的能力,

还要考虑工件所需发现缺陷的大小。，在超声波衰减不大的情况下，频率尽可能

选择高些。不同类型的工件选择的频率不同。一般选择如下：

铸铁件：0.5〜1兆赫(MC,百万兆赫)钢件：2〜5兆赫

铝及其合金：3〜10兆赫铜合金：1〜3兆赫

非金属：20千赫〜1兆赫

§3-4其它各种无损探伤方法

一、射线探伤ray(radioactivity)flawdetection

1、原理：

射线探伤是利用各种物质对射线的吸收或射线对各种物质的衰减作用不同的

原理来实现的。如图3—14所示。

图3.14射线探伤库理示意图

WI.射缓源；2•限止射线回柒体的光闽；

攵3-射找束;4■零件;5•软片;&落在软片-

■各处的射线强度

U

•—•**・4•A-.Bd-h

2、射线探伤的特点：

适用于内部探伤，能检查金属和非金属，灵敏度高；缺陷位置，形状，大小

均可在软片上直接看出；穿透力强(可穿透300mm钢材)。但操作复杂，对人体

有害。

二、听响法hear(listen)sound(noise)method

1、原理：

是根据敲击工件发出的声音轻脆或沙哑来判断工件有无缺陷的。

2、特点：

方法简单，可靠性取决于检查者的实践经验；适用于小而薄的工件，如轴瓦

等。但难以确定缺陷的类型、性质、位置、大小。

三、渗油探伤和颜色探伤seepoilflawdetectionandcolorflawdetection

1、渗油探伤seep（ooze）oil（sat;grease）flawdetection

工件表面涂煤油一擦干表面一涂上一层白粉一适当加热f渗进裂纹中的煤油

被吸附在白粉上一显现出缺陷。

特点：适用于金属或非金属的与表面相通的表面裂纹；操作方便；方法简单;

不要任何设备。但灵敏度低。

2、颜色探伤color（putcoloron）flawdetection

颜色探伤是在渗油探伤的基础上发展起来的。

1）特点：简单、迅速、可靠、灵敏度高、可探宽度为1um以上的裂纹。

2）药品：

（1）洗涤剂、（2）红色渗透剂、（3）显像剂。

3）操作工艺：

清洗：喷洗涤剂洗净工件表面f擦干净。

着色：喷红色渗透剂，等15mm左右一喷洗涤剂，洗净工件表面的红色渗透

剂一擦干净。

显像：喷显像剂一显现出裂纹。

4）注意事项：有毒，易燃，应于通风良好的地方操作，不可近火，保存于

40℃以下的地方。

四、各种探伤方法的综合应用

所谓各种探伤方法的综合应用就是合理地利用各种探伤方法的特点，相互配

合，取长补短，达到较好地对工件质量进行全面检查的目的。

第四章机械加工修复法machiningrepair（restore;renovate）method

§4—1修理尺寸法和尺寸选配法repairsizemethodandsizeselectmatch

method

一、修理尺寸法repairsizemethod

所谓修理尺寸法是将零件的损伤工作表面进行机械加工，消除损伤缺陷，使

零件的原始尺寸改变为另一尺寸——修理尺寸。以恢复它们的正确几何形状。

要求与被修理零件相配合的零件，亦必需具有响应的修理尺寸，使得它们之间的

配合性质符合规定。

修理尺寸的确定方法：

1、从最小加工余量出发：

修理尺寸等于实际测得的尺寸减去（或加上）为消除损伤缺陷所需要的最小加

工余量。

1）轴：d轴=（1原—61-6z

式中：d轴一轴修理后的直径，mm；

d原一轴磨损后，修理前测得的最小直径，mm；

61、82.分别为轴的单边加工余量，mm；一般MW62mm。

2）孔：D、孔=D原+8i+62

式中：D孔一孔修理后的