車輛檢測與監(jiān)控技術(shù)

封面設(shè)計(jì):崔麗芳

責(zé)任校對(duì):王杰

責(zé)任印制:郭向偉

出版發(fā)行:中國鐵道出版社北京市西城區(qū)右安門西街號(hào)

(100054,8)

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201841201841

開本:印張字?jǐn)?shù)千

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書號(hào):

ISBN978-7-113-23772-1

定價(jià):元

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,,。:(010)51873174()

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:(010)51873659,(021)73659,(010)63549480

本書為高等職業(yè)教育校企合作系列教材之一。隨著鐵路的飛速發(fā)展,鐵路運(yùn)輸安全壓

力日益增加,針對(duì)鐵路車輛的檢測與監(jiān)控工作也越來越重要,這就需要先進(jìn)的技術(shù)裝備來支

撐,以保障鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

本書根據(jù)高職鐵道車輛專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),重點(diǎn)闡述車輛無損檢測技術(shù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)。

無損檢測技術(shù)是在工件無損的條件下,檢查工件宏觀缺陷或測量工件特征的各種技術(shù)方法

的統(tǒng)稱。無損檢測的意義在于保障零件、組件的安全使用,節(jié)約材料,在零件無損的條件下

檢測零件、部件、組件、設(shè)備、材料和大型工程項(xiàng)目,使之安全有效地生產(chǎn)和工作。無損檢測

技術(shù)在鐵路運(yùn)輸部門發(fā)揮著重要的作用,用以對(duì)重要的鋼制零部件進(jìn)行定期檢查,以發(fā)現(xiàn)使

用中所產(chǎn)生的疲勞裂紋等缺陷,防止設(shè)備在繼續(xù)使用中發(fā)生災(zāi)害性事故。本書重點(diǎn)介紹磁

粉探傷、超聲波探傷技術(shù)。車輛動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)簡稱:車輛軸溫智能探測系統(tǒng)()、貨

5TTHDS

車運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測系統(tǒng)()、貨車滾動(dòng)軸承早期故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)

TPDS

()、貨車運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測系統(tǒng)()、客車運(yùn)行狀態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)()。

TADSTFDSTCDS

如今,系統(tǒng)還擴(kuò)充出動(dòng)車組運(yùn)行故障圖像檢測系統(tǒng)()、客車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)

5TTEDS

()、輪對(duì)尺寸動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)()等。車輛動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)部分重點(diǎn)闡述系統(tǒng)的

TVDSTWDS5T

功能、原理、運(yùn)用管理、設(shè)備維修等內(nèi)容。

本書由遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院王婷、翟士述任主編,遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院趙柏陽、遼

寧軌道交通職業(yè)學(xué)院謝祿濟(jì)、吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院關(guān)洪亮任副主編,吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)

院包麗靜參編。本書項(xiàng)目由趙柏陽、關(guān)洪亮編寫,項(xiàng)目由王婷、翟士述編寫,項(xiàng)目由翟

123

士述編寫,項(xiàng)目、項(xiàng)目由謝祿濟(jì)編寫,項(xiàng)目由趙柏陽編寫,項(xiàng)目由翟士述、包麗靜編

4567

寫。本書由中國鐵路沈陽局集團(tuán)有限公司錦州車輛段趙連剛、施一寧任主審。在編寫過程

中,還得到了中國鐵路沈陽局集團(tuán)有限公司錦州車輛段孟闖、王剛、徐放、高超、喬鑫路、沈陽

動(dòng)車段安劍等同志的大力支持,編者在此表示衷心感謝。

限于作者的水平,書中難免有疏漏和不妥之處,敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

編者

2018年1月

第一篇無損檢測技術(shù)…………………

001

項(xiàng)目1磁粉探傷……………

003

背景知識(shí)磁粉探傷技術(shù)………………

003

任務(wù)車軸表面探傷…………………

1009

任務(wù)車輛配件表面探傷……………

2021

拓展知識(shí)罐車卡帶滲透探傷…………

030

項(xiàng)目2超聲波探傷…………

042

背景知識(shí)超聲波探傷技術(shù)……………

042

任務(wù)輪軸超聲波探傷………………

1099

任務(wù)客車車輪超聲波探傷…………

2115

任務(wù)動(dòng)車組車輪超聲波探傷………

3123

第二篇車輛動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)……………

131

項(xiàng)目3貨車運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測系統(tǒng)………

(TFDS)132

背景知識(shí)認(rèn)知系統(tǒng)……………

TFDS132

任務(wù)系統(tǒng)運(yùn)用與管理………

1TFDS138

任務(wù)系統(tǒng)設(shè)備檢修…………

2TFDS148

項(xiàng)目4車輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)………

(TPDS)155

背景知識(shí)認(rèn)知系統(tǒng)……………

TPDS155

任務(wù)系統(tǒng)運(yùn)用與管理………

1TPDS167

任務(wù)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)…………

2TPDS181

項(xiàng)目5貨車滾動(dòng)軸承故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)…………………

(TADS)191

背景知識(shí)認(rèn)知系統(tǒng)…………

TADS192

100

任務(wù)系統(tǒng)運(yùn)用與管理………

1TADS205

任務(wù)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)…………

2TADS216

項(xiàng)目6車輛軸溫智能探測系統(tǒng)…………………

(THDS)225

背景知識(shí)認(rèn)知系統(tǒng)…………

THDS225

任務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)用與管理……………………

1THDS242

任務(wù)探測站設(shè)備檢修……………………

2THDS-A244

項(xiàng)目7拓展知識(shí)———客車及動(dòng)車組動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)………

250

拓展知識(shí)客車運(yùn)行狀態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)…………………

1(TCDS)250

拓展知識(shí)動(dòng)車組運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測系統(tǒng)…………

2(TEDS)266

參考文獻(xiàn)………………………

280

200

第一篇無損檢測技術(shù)

無損檢測簡稱技術(shù)是在工件無損的條件下檢查工件

(NondestructiveTesting,NDT),

宏觀缺陷或測量工件特征的各種技術(shù)方法的統(tǒng)稱無損檢測的意義在于保障零件組件的

。、

安全使用節(jié)約材料在零件無損的條件下檢測零件部件組件設(shè)備材料和大型工程項(xiàng)

,,、、、、

目能使之安全有效地生產(chǎn)工作

,、。

科學(xué)技術(shù)發(fā)展至今無損檢測的方法已經(jīng)很多可分為大類約余種但在實(shí)際應(yīng)用

,,670,

中比較常見的有以下幾種超聲波檢測電磁檢測射線檢測滲透檢測渦流檢測聲發(fā)射

:、、、、、、

泄漏檢測光全息照相紅外熱成像微波檢測等無損檢測技術(shù)在鐵路運(yùn)輸部門同樣發(fā)揮

、、、。

著重要作用用以對(duì)重要的鋼制零部件如輪對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架鉤舌等進(jìn)行定期檢查以發(fā)現(xiàn)

,(、、),

使用中所產(chǎn)生的疲勞裂紋等缺陷防止設(shè)備在繼續(xù)使用中發(fā)生災(zāi)害性事故其中以電磁探

,,

傷超聲波探傷以及滲透探傷應(yīng)用最為廣泛本書主要介紹這三種探傷方法

、,。

無損檢測技術(shù)的特點(diǎn)

1.

在對(duì)材料或構(gòu)件進(jìn)行檢測時(shí)其目的是檢測材料或構(gòu)件中的缺陷和異常因此必

(1),。,

須首先搞清楚要檢測的對(duì)象隨后才能確定應(yīng)該采用什么檢測方法和檢測規(guī)范來達(dá)到預(yù)定

,

的目的為此必須預(yù)先分析被檢測工件的材料及其成型方法加工過程使用經(jīng)歷等即預(yù)

。,、、,

先分析缺陷的可能類型部位方向和性質(zhì)然后再選擇適當(dāng)?shù)臋z測方法

、、,。

關(guān)于無損檢測結(jié)果的可靠性一般來說不管采用哪一種檢測方法要完全檢查出

(2)。,,

結(jié)構(gòu)的異常部分是不可能的雖然經(jīng)過檢測得到了沒有缺陷的信息也不能認(rèn)為完全沒

?！啊?

有缺陷另外檢測得出的缺陷的種類形狀大小和方向等信息很可能由于所用的檢測方

。,、、,

法不同而有所差異

。

必須將無損檢測的結(jié)果與一定數(shù)量的破壞性檢測結(jié)果相比較才能對(duì)檢測結(jié)果做出

(3),

可靠合理的評(píng)價(jià)而這種比較的時(shí)間必須是評(píng)定質(zhì)量的最合適的時(shí)間例如當(dāng)考慮熱處

。。,

理所引起的質(zhì)量變化時(shí)必須在熱處理前后分別進(jìn)行無損檢測而對(duì)高強(qiáng)度鋼焊縫延遲裂紋

,;

的檢査必須在焊接以后放置一晝夜以上才能進(jìn)行另外有時(shí)還要采用不同的檢測方法

。,。

所以必須明確規(guī)定在什么時(shí)間用什么方法進(jìn)行檢測

,、。

無損檢測的結(jié)果只應(yīng)作為對(duì)材料或構(gòu)件的質(zhì)量和壽命評(píng)定的依據(jù)之一而不應(yīng)該

(4),,

作為材料或構(gòu)件的質(zhì)量和壽命評(píng)定的唯一依據(jù)當(dāng)然同時(shí)采用幾種檢測方法以便綜合各

。,,

種方法互相取長補(bǔ)短從而得到更多的信息也是很重要的但還應(yīng)該利用有關(guān)材料焊接和

,,;、

加工工藝等知識(shí)綜合起來進(jìn)行判斷總之無損檢測與評(píng)價(jià)技術(shù)是有關(guān)物理化學(xué)機(jī)械冶

。,、、、

金材料科學(xué)及斷裂力學(xué)等高度綜合性的技術(shù)

、。

無損檢測的應(yīng)用范圍非常廣泛被檢測的對(duì)象千差萬別缺陷的位置也不一樣為

(5),,。

了達(dá)到各種不同的檢測目的人們研究出了各種不同的檢測方法這些檢測方法都是很重要

,,

100

的不同的方法有不同的特點(diǎn)也各有其局限性因此很難互相替代

,,,。

根據(jù)被檢測對(duì)象的重要性需要用來描述材料和構(gòu)件中缺陷狀態(tài)的數(shù)據(jù)相應(yīng)地有多

(6),

有少而且任何一種無損檢測方法都不可能給出所需要的全部信息因此應(yīng)同時(shí)使用兩種

,。,

以上的無損檢測方法對(duì)材料和構(gòu)件進(jìn)行檢測才能得出合理的結(jié)論達(dá)到檢測的目的對(duì)于

,,。

大型復(fù)雜設(shè)備的檢測更是如此

。

無損檢測技術(shù)的基本要素

2.

任何一種無損檢測方法都包括以下個(gè)基本要素

5:

源它能提供適當(dāng)?shù)奶綔y介質(zhì)或激勵(lì)被檢測物體產(chǎn)生某種特殊的運(yùn)動(dòng)

(1),。

探測介質(zhì)或特殊運(yùn)動(dòng)方式它會(huì)受到被檢測物體的結(jié)構(gòu)異常不連續(xù)或某種變異的

(2),()

影響而引起變化

。

探測器它能檢測出探測介質(zhì)或特殊運(yùn)動(dòng)方式的變化

(3),。

記錄和顯示裝置能指示或記錄由探測器發(fā)出的信號(hào)

(4),。

解釋這些信號(hào)的方法

(5)。

以上個(gè)基本要素是所有無損檢測方法所共有的由源所提供的檢測介質(zhì)與被檢測物

5。

體相互作用形成多種物理場如聲場熱場電場磁場和電磁輻射場等目前對(duì)這些信號(hào)

,、、、。,

中所包含的信息只有少部分被利用和認(rèn)識(shí)這不僅是由于使用的儀器不夠完善而且在很大

,,

程度上是由于理論的缺乏和對(duì)信號(hào)本身帶有的信息認(rèn)識(shí)不足所致進(jìn)一步充分利用這些信

,

息正是今后無損檢測技術(shù)發(fā)展和努力的方向

。

200

磁粉探傷也稱電磁探傷是材料的無損檢測方法之一主要用于發(fā)現(xiàn)金屬表面的裂紋

(),。

電磁探傷是通過磁粉在缺陷附近漏磁場中的堆積以檢測鐵磁性材料表面或近表面處缺陷

,

的一種無損檢測方法即將鋼鐵等磁性材料制作的工件磁化利用其缺陷部位的漏磁能吸

。,

附磁粉的特性依磁粉分布顯示被探測物件表面缺陷和近表面缺陷該探傷方法的特點(diǎn)是

,。

簡便顯示直觀并且有較高的檢測靈敏度

、,。

在工業(yè)生產(chǎn)中磁粉探傷可用來做最后的成品檢驗(yàn)以保證工件在經(jīng)過各道加工工序

,,

如焊接金屬熱處理磨削后在表面上不產(chǎn)生有害的缺陷它也能用于半成品和原材料

(、、),。

如棒材鋼坯鍛件鑄件等的檢驗(yàn)以發(fā)現(xiàn)原來就存在的表面缺陷在鐵路運(yùn)輸部門設(shè)備

、、、,。,

定期檢修時(shí)對(duì)重要的鋼制零部件如輪對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架鉤舌等也常采用磁粉探傷以發(fā)現(xiàn)

,(、、),

使用中所產(chǎn)生的疲勞裂紋等缺陷防止設(shè)備在繼續(xù)使用中發(fā)生災(zāi)害性事故

,。

背景知識(shí)磁粉探傷技術(shù)

為了全面了解磁粉探傷技術(shù)的相關(guān)知識(shí),學(xué)生以小組為單位匯報(bào)磁粉探傷的應(yīng)用、工作

原理、磁化方法、退磁方法和一般工作程序,為后續(xù)任務(wù)的實(shí)施奠定理論基礎(chǔ)。

知識(shí)目標(biāo)

()掌握磁粉探傷的基本原理;

1

()掌握磁粉探傷的磁化方法和退磁方法;

2

()掌握磁粉探傷的一般程序。

3

技能目標(biāo)

具備磁粉探傷技術(shù)的應(yīng)用能力。

素質(zhì)目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)。

300

一、磁粉探傷基本原理

鐵磁性材料和工件被磁化后由于不連續(xù)性的存在使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生

,,

局部畸變而產(chǎn)生漏磁場吸附施加在工件表面的磁粉形成在合適光照下目視可見的磁痕

,,,

從而顯示出不連續(xù)性的位置形狀和大小

、。

如圖所示以馬蹄形磁鐵為例進(jìn)行解釋說明

1-1-1,。

圖馬蹄形磁鐵

1-1-1

馬蹄形磁鐵如圖所示具有極和極磁鐵外部磁力線從極出發(fā)穿過

1-1-1(a),NS。,N,

空氣進(jìn)入極磁鐵內(nèi)部磁力線從極出發(fā)到極閉合它的兩極能吸引鐵磁性材料

S,SN,。

若將磁鐵彎曲使兩磁極靠得很近如圖所示磁力線離開極穿過空氣重新

,,1-1-1(b),N,

進(jìn)入極產(chǎn)生漏磁場

S,。

若將磁鐵兩端繼續(xù)彎曲使兩極融合成圓環(huán)如圖所示此時(shí)磁鐵內(nèi)既無磁極

,,1-1-1(c),

又不產(chǎn)生漏磁場因而不能吸引鐵磁性材料但在磁鐵內(nèi)部包容了一個(gè)圓周磁場

,,。

若圓環(huán)形磁鐵某處存在裂紋如圖所示則在裂紋兩側(cè)立即產(chǎn)生極和極

,1-1-1(d),NS,

形成漏磁場漏磁場能強(qiáng)烈地吸附磁粉形成磁痕顯示出裂紋缺陷

,,。

由于空氣的磁導(dǎo)率材料被磁化的難易程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率那么如果

(),,

在磁化了的鐵磁性工件上存在著不連續(xù)性或裂紋則磁力線優(yōu)先通過磁導(dǎo)率高的工件這就

,,

迫使一部分磁力線從缺陷四周繞過形成磁力線的壓縮此時(shí)如果缺陷處在工件表面或近

,。,

表面則磁力線便會(huì)從工件表面進(jìn)入空氣中繞過缺陷再折返回工件中形成漏磁場進(jìn)而吸

,,,

附磁粉顯示出缺陷位置

,。

如圖所示漏磁場的形成和大小取決于磁力線與缺陷的相對(duì)位置

1-1-2,:

磁力線與缺陷垂直漏磁場最強(qiáng)最易檢出缺陷

(1),,;

圖漏磁場的形成

1-1-2

400

磁力線與缺陷平行或夾角小于不能檢出缺陷

(2)20°,;

磁力線與缺陷夾角大于可以檢出缺陷但靈敏度降低

(3)20°,,。

從磁粉探傷實(shí)踐中得到如下結(jié)論

:

磁導(dǎo)率越小漏磁場強(qiáng)度越強(qiáng)

(1),;

外加磁場足以磁化零件才能吸引磁粉呈現(xiàn)缺陷磁痕

(2),,;

缺陷越深深寬比越大漏磁場強(qiáng)度越大磁粉堆積越多缺陷顯示越清晰如圖

(3)(),,,,1-1-3

所示

;

僅能檢查表面和近表面缺陷

(4);

磁力線與缺陷趨于垂直漏磁通越強(qiáng)趨于平行不產(chǎn)生漏磁通

(5),,,;

工件表面覆蓋層會(huì)影響磁痕顯示如圖所示

(6),1-1-4。

圖缺陷寬度圖工件表面覆蓋層對(duì)磁痕顯示的影響

1-1-31-1-4

二、工件磁化

在磁粉探傷中通過外加磁場使工件具有磁性的過程稱為工件磁化常用的磁化方法

,。

有周向磁化法縱向磁化法和多向磁化法

、。

周向磁化法

1.

周向磁化是指給工件直接通電或者使電流流過貫穿空心工件孔中的導(dǎo)體

,。

目的在工件中建立一個(gè)環(huán)繞工件并與工件軸線垂直的周向閉合磁場用于發(fā)現(xiàn)與工件

:,

軸線平行的縱向缺陷即與電流方向平行的缺陷

,。

根據(jù)被檢工件的形狀和大小周向磁化方法又可分為軸向通電法中心導(dǎo)體法觸頭法

,、、

和平行電纜法等多種

。

軸向通電法

(1)

軸向通電法是將工件直接通以電流使工件周圍和內(nèi)部產(chǎn)生周向磁場如圖所示

,,1-1-5。

圖軸向通電法

1-1-5

工件電流磁力線電極

中心導(dǎo)體法1—;2—;3—;4—

(2)

對(duì)于管件和環(huán)形工件的縱向缺陷可采用中心導(dǎo)體法如圖所示

,,1-1-6。

500

圖環(huán)形工件的中心導(dǎo)體法

1-1-6

工件電流磁力線電極心桿

1—;2—;3—;4—;5—

觸頭法

(3)

觸頭法是一種局部磁化法如圖所示它使用一對(duì)圓錐形的銅棒作為兩個(gè)通電電

,1-1-7,

極銅棒的一端通過電纜與電源連接另一端與工件接觸通電后電流通過兩個(gè)觸頭施加

,,。,

在工件表面形成以觸頭為中心的周向磁場

,。

平行電纜法

(4)

平行電纜法常用來對(duì)焊縫作周向磁化以探測工件上的縱向裂紋如圖所示

,1-1-8。

圖觸頭法圖平行電纜法

1-1-71-1-8

縱向磁化法

2.

縱向磁化是指在被檢工件中建立起沿其軸向分布的縱向磁場的磁化方法其目的是為

,

了檢測取向基本與工件軸向垂直的缺陷

。

線圈法

(1)

如圖所示線圈法對(duì)工件進(jìn)行磁化后所產(chǎn)生的磁力線與工件的軸線平行常用來

1-1-9,,,

檢測與工件或焊縫軸線垂直的缺陷

。

圖線圈磁化法

1-1-9

600

磁軛法

(2)

磁軛法用于檢測焊縫中的縱向缺陷適合于焊接件及各種大中型工件的局部檢測如

。、,

圖所示

1-1-10。

多向磁化法

3.

多向磁化法是指通過復(fù)合磁場在工件中產(chǎn)生一個(gè)大小和方向隨時(shí)間成圓形橢圓形或

,、

螺旋線變化的磁場因?yàn)榇艌龅姆较蛟诠ぜ喜粩嗟刈兓钥砂l(fā)現(xiàn)工件上所有方向的缺

,,

陷如圖所示

,1-1-11。

圖磁軛磁化法圖交叉磁軛的結(jié)構(gòu)

1-1-101-1-11

三、工件退磁

退磁

1.

退磁就是將工件內(nèi)的剩磁減少到零或最小的操作過程使剩磁對(duì)工件的使用性能不產(chǎn)

,

生不利影響

。

下述幾種情況必須進(jìn)行退磁

:

需要再次進(jìn)行磁粉檢測的工件而前一次檢測留下的剩磁對(duì)工件以后的磁化有

(1),

影響

。

工件上的剩磁對(duì)以后的機(jī)械加工會(huì)造成困難

(2)。

工件上的剩磁對(duì)測量儀器的操作或精度會(huì)造成不良影響

(3)。

軸承軸套齒輪等配合良好的運(yùn)動(dòng)件如有剩磁存在會(huì)吸引金屬微粒加快工件的

(4)、、,,,

磨損

。

退磁原理

2.

退磁就是使構(gòu)件內(nèi)的剩磁減為零也就是打亂構(gòu)件內(nèi)由于磁化而取向一致排列的磁疇

,,

從而使之恢復(fù)到未磁化前的雜亂無章的狀態(tài)最終使工件對(duì)外不再顯示磁性退磁的方法

,。

是加以反向外磁場并交替變化且逐漸減弱至零于是剩余磁場被逐步減弱直至變?yōu)榱憧?/p>

,,。

的來說退磁后剩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度不大于

,3Gs。

700

退磁方法

3.

交流退磁法

(1)

常用的交流退磁法是把工件放入通以交流電的退磁線圈中然后將工件通過并逐漸離

,

開線圈至外或者將工件放入退磁線圈中不動(dòng)而逐漸將電流降低到零即可實(shí)現(xiàn)

1.5m,,,

退磁

。

直流退磁法

(2)

用直流電產(chǎn)生的磁場對(duì)工件進(jìn)行退磁的方法稱為直流退磁法直流電退磁時(shí)既要不

,。,

斷變換電流的方向同時(shí)又要逐漸減小電流強(qiáng)度

,。

四、磁粉探傷程序

磁粉探傷程序是指從磁粉探傷的預(yù)處理磁化工件施加磁粉或磁懸液磁痕分析包括

、、、(

磁痕分析和記錄退磁和后處理的全過程

)、。

預(yù)處理

1.

用化學(xué)或機(jī)械方法徹底清除工件表面的油污鐵銹毛刺氧化皮金屬屑和砂粒等

(1)、、、、。

有非導(dǎo)電覆蓋層的工件通電磁化時(shí)必須將與電極接觸部位的非導(dǎo)電覆蓋層打磨

(2)