機電設(shè)備故障診斷與維修 第3版 課件 第4章　機械零件修復(fù)技術(shù)

4.1概述隨著機械零件的磨損、變形、斷裂、蝕損,機械設(shè)備的精度、性能和生產(chǎn)率就會下降,進而導(dǎo)致機械設(shè)備發(fā)生故障、事故甚至報廢,因而需要及時進行維護和修理。零件的修復(fù)技術(shù)是機修行業(yè)修理技術(shù)中的重要組成部分,合理地選擇和運用修復(fù)技術(shù),是提高維修質(zhì)量、節(jié)約資源、縮短停修時間和降低維修費用的有效措施。4.1.1機械零件修復(fù)技術(shù)的特點修復(fù)失效的機械零件與直接更換零件相比具有以下優(yōu)點:1)減少制造工時,節(jié)約原材料。2)減少更換件制造,有利于縮短設(shè)備停修時間,提高設(shè)備利用率。3)減少備件儲備,提高資金的利用率。4)利用新技術(shù)修復(fù)舊件還可以提高零件某些性能。4.1.2機械零件修復(fù)工藝的類型隨著新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),機械零件修復(fù)技術(shù)得到了長足發(fā)展,工藝方法更是多種多樣：4.2金屬扣合技術(shù)金屬扣合技術(shù)是利用扣合件的塑性變形或熱脹冷縮的性質(zhì)將損壞的零件連接起來,以達到修復(fù)零件裂紋或斷裂的目的。這種技術(shù)常用于不易焊補的鋼件、不允許有較大變形的鑄件以及有色金屬的修復(fù),對于大型鑄件如機床床身、軋機機架等基礎(chǔ)件的修復(fù)效果就更為突出。4.2.1金屬扣合技術(shù)的特點金屬扣合技術(shù)的特點有:1)整個工藝過程完全在常溫下進行,排除了熱變形的不利因素。2)操作方法簡便,不需特殊設(shè)備,可完全采用手工作業(yè),便于現(xiàn)場就地修理工作,具有快速修理的特點。3)波形槽分散排列,扣合件(波形鍵)分層裝入,逐步鉚擊,避免了應(yīng)力集中。4.2.2金屬扣合技術(shù)的分類金屬扣合技術(shù)一般分為強固扣合法、強密扣合法、優(yōu)級扣合法和熱扣合法等4種。在實際應(yīng)用中,可根據(jù)具體情況和技術(shù)要求,選擇其中一種或多種聯(lián)合使用,以達到最佳效果。1.強固扣合法強固扣合法是先在垂直于損壞零件的裂紋或折斷面上,加工出若干個一定形狀和尺寸的凹槽(波形槽),然后把形狀與波形槽相吻合的高強度材料制成的波形鍵鑲?cè)氩壑?并在常溫下鉚擊波形鍵,使其產(chǎn)生塑性變形而充滿波形槽腔,甚至使其嵌入零件機體之內(nèi)。如圖4-2所示。這種方法適用于修復(fù)壁厚為8~40mm的一般強度要求的機件。(1)波形鍵的設(shè)計和制造1)波形鍵尺寸的確定波形鍵的形狀如圖4-3所示。波形鍵的結(jié)構(gòu)尺寸主要包括凸緣直徑d、頸部寬度b、間距L和波形鍵厚度t,通常規(guī)定成標準尺寸。波形鍵的凸緣個數(shù)、每個斷裂部位安裝波形鍵的數(shù)目、波形鍵間距等根據(jù)機件受力大小和鑄件壁厚確定。一般b取3~6mm,其他尺寸按下列經(jīng)驗公式計算:d=(1.4~1.6)b(4-1)L=(2~2.2)b(4-2)t≤b(4-3)通常波形鍵的凸緣個數(shù)分別選用5、7、9個,凸緣數(shù)越多,則波形槽各凹洼斷面上的應(yīng)力越小,并可使最大應(yīng)力遠離裂縫處。但凸緣過多,會使波形鍵鑲配工作增加難度。2)波形鍵的材料。一般扣合用波形鍵材料多采用1Cr18Ni9或1Cr18Ni9Ti等奧氏體鉻鎳鋼,扣合高溫機件用的波形鍵材料是Ni36等高鎳合金鋼。3)波形鍵的制造。成批制作波形鍵的工藝過程一般包括下料→擠壓或鍛壓兩側(cè)波形→機械加工上、下平面和修整凸緣圓弧→熱處理等4步,即液壓壓力機上用模具冷擠壓成形,然后對其上、下兩平面進行機加工并修整凸緣圓弧,最后需熱處理,硬度要求達到140HBW左右。(2)波形槽的設(shè)計和加工1)波形槽尺寸的確定。除槽深T大于波形鍵厚度t外,其余尺寸與波形鍵尺寸相同,它們之間的配合最大允許間隙可達到0.1~0.2mm,波形槽深度T一般為工件壁厚H的0.7~0.8倍,即T=(0.7~0.8)H,如圖4-4a、b所示。2)波形槽的布置。對于承受彎曲載荷的機件,因機件外層承受最大拉應(yīng)力,往里逐漸減少,可將波形槽設(shè)計成階梯狀,如圖4-4c所示，也可采用一長一短式或一前一后式,如圖4-4d所示。波形槽間距W可根據(jù)波形鍵和與損壞機件原有承載能力相等的強度條件按下式計算:W=bT/H(σp/σg+1)(4-4)式中,b為波形鍵寬度,單位為mm;T為波形槽深度,單位為mm;H為機件壁厚,單位為mm;σp為波形鍵經(jīng)鉚擊后的抗拉強度極限,單位為N/mm2;σg為機件的抗拉強度極限,單位為N/mm2。對于受載荷不大的機件,波形槽間距W也可根據(jù)經(jīng)驗公式來確定,一般取W=(5~6)b。3)波形槽的加工。小型機件的波形槽可在鏜床、銑床等設(shè)備上加工。對于拆卸和搬運不便的大型機件,則可采用手電鉆、鉆模等簡便工具現(xiàn)場加工。波形槽現(xiàn)場加工的簡要工藝過程如下:①畫出各波形槽的位置線;②借助于鉆模加工波形槽各凸緣孔及凸緣間孔,鉆孔至深度T;③鉗工修整寬度b和兩側(cè)面,保證槽與鍵之間的配合間隙。(3)波形鍵的扣合與鉚合波形槽加工好后,將其清理干凈,再將波形鍵鑲?cè)氩壑?然后從波形鍵的兩端向中間輪換對稱鉚擊,使波形鍵在槽中充滿,最后鉚擊裂紋上的凸緣,即用壓縮空氣吹凈波形槽內(nèi)的金屬屑末,用頻率高、沖擊力小的小型鉚釘槍鉚擊波形鍵,將其扣入波形槽內(nèi),壓縮空氣壓力為0.2~0.4MPa。鉚擊時應(yīng)注意使鉚擊桿垂直于鉚擊面,先鉚擊波形鍵兩端的凸緣,再逐漸向中間推進,輪換對稱鉚擊,最后鉚擊裂紋的凸緣時不宜過緊,以免將裂紋撐開。根據(jù)機件要求、壁厚等因素正確掌握好鉚緊度,一般控制每層波形鍵鉚低0.5mm左右為宜。為使波形鍵充分冷卻硬化,以提高其抗拉強度極限,操作時每個部位應(yīng)先用圓弧面沖頭鉚擊其中心,再用平底沖頭鉚擊邊緣。2.強密扣合法強密扣合法是在強固扣合工藝原理的基礎(chǔ)上,再在兩波形鍵之間、裂紋或折斷面的結(jié)合線上,每間隔一定距離加工綴縫栓孔,并使第二次鉆綴縫栓孔稍微切入已裝好的波形鍵和綴縫栓,形成一條密封的“金屬紐帶”,達到阻止流體受壓滲漏的目的,如圖4-5所示。對于承受高壓的氣缸和高壓容器等的修復(fù),此法具有很高的使用價值,是一種行之有效的方法。3.優(yōu)級扣合法優(yōu)級扣合法也稱加強扣合法,這種方法是在垂直于裂紋或斷裂面的修復(fù)區(qū)上加工出一定形狀的空穴,然后將形狀、尺寸相同的鋼制加強件鑲?cè)肟昭ㄖ?在零件與加強件的結(jié)合處再加綴縫栓,使其一半嵌在零件機體上,必要時還可以再加入波形鍵,如圖4-6所示。此方法主要用于要求承受高負荷的厚壁機件,如水壓機橫梁、軋鋼機扎錕支架、錕筒等的修復(fù)。4.熱級扣合法熱級扣合法是利用金屬熱脹冷縮的原理,將制作的具有一定形狀的扣合鍵放置在形狀相同的凹槽中,扣合鍵在冷卻過程中產(chǎn)生收縮,將破裂的機件重新密合,這種方法比其他扣合法更為簡便實用,多用來修復(fù)大型飛輪、齒輪和重型設(shè)備的機身等。綜上所述,扣合法已在各行各業(yè)受到越來越普遍的應(yīng)用。實踐證明,采用扣合法修復(fù),質(zhì)量可靠,精度能夠得到保證,工藝成熟簡便,成本低廉,外形美觀。4.3工件表面強化技術(shù)工件表面強化技術(shù)是指采用某種工藝手段,通過材料表層的相變、改變表層的化學(xué)成分、改變表層的應(yīng)力狀態(tài)以及提高工件表面的冶金質(zhì)量等途徑來賦予機體材料本身所不具備的特殊力學(xué)、物理和化學(xué)性能,從而滿足材料及其制品使用要求的一種技術(shù)。4.3.1

表面形變強化表面形變強化的基本原理是通過噴丸、滾壓及擠壓等手段使工件表面產(chǎn)生壓縮變形,表面形成強化,其深度可達0.5~1.5mm,從而有效地提高工件的表面強度和疲勞強度。表面形變強化的成本低廉,強化效果顯著,在機械設(shè)備維修中常用噴丸強化和滾壓強化,其中噴丸強化應(yīng)用最為廣泛。1.噴丸強化噴丸強化是利用高速彈丸強烈沖擊工件表面,使之產(chǎn)生形變硬化層并引進殘余應(yīng)力的一種機械強化工藝方法。噴丸技術(shù)通常用于表面質(zhì)量要求不高的零件。2.滾壓強化滾壓強化是利用球形金剛石滾壓頭或表面有連續(xù)溝槽的球形金剛石滾壓頭以一定滾壓力對零件表面進行滾壓,使表面形變強化產(chǎn)生硬化層。目前滾壓強化用的滾輪、滾壓力大小等工藝規(guī)范尚無標準,滾壓技術(shù)一般只適用于回轉(zhuǎn)體類零件。4.3.2表面熱處理強化和表面化學(xué)熱處理強化1.表面熱處理強化表面熱處理是僅對零件表層進行熱處理,使表層發(fā)生相變,從而改變表層組織和性能的工藝,它是最基本、應(yīng)用最廣泛的表面強化技術(shù)之一。它可提高零件表層的強度、硬度、耐磨性及疲勞極限,而心部仍保留原組織狀態(tài)。(1)感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火的基本原理是將工件放在銅管繞制的感應(yīng)圈內(nèi),當感應(yīng)圈通過一定頻率的電流時,感應(yīng)圈內(nèi)部和周圍產(chǎn)生同頻率的交變磁場,于是工件中相應(yīng)產(chǎn)生了自成回路的感應(yīng)電流。由于集膚效應(yīng),感應(yīng)電流主要集中在工件表層,工件表面迅速升溫到淬火溫度,隨即噴水冷卻,使工件表層淬硬,如圖4-7所示。經(jīng)感應(yīng)加熱表面淬火的工件,表面不易氧化、脫碳,變形小,淬火層深度容易控制,生產(chǎn)率高,還便于實現(xiàn)生產(chǎn)機械化,多用于大批量生產(chǎn)形狀較簡單的零件。(2)火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是利用氧-乙炔或氧-煤氣的混合氣體燃燒的火焰,將工件表面快速加熱到淬火溫度,然后立即噴水冷卻,從而獲得預(yù)期的硬度和淬硬層深度的表面淬火方法,如圖4-8所示。火焰加熱表面淬火的淬硬層一般為2~6mm。這種表面淬火方法簡便,無須特殊設(shè)備,投資少,但加熱時易過熱,淬火質(zhì)量往往不夠穩(wěn)定。適用于單件或小批量生產(chǎn)的大型零件或需要局部淬火的工件,如大型軸類、大模數(shù)齒輪等。2.表面化學(xué)熱處理強化表面化學(xué)熱處理強化是將工件置于一定的活性介質(zhì)中,加熱到一定溫度,使活性介質(zhì)擴散并釋放欲滲入元素的活性原子,使活性原子滲入到工作表層,從而改變表層的成分、組織和性能。表面化學(xué)熱處理可以提高工件表面的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度和耐腐蝕性,使工件表面具有良好的抗粘著能力和低的摩擦系數(shù)。表面化學(xué)熱處理種類較多,一般以滲入的元素來命名。常用的表面化學(xué)熱處理強化方法有滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼及滲金屬(通常為W、V、Cr等)等。4.3.3三束表面改性技術(shù)采用激光束、離子束、電子束對材料表面進行改性已成為材料表面增強新技術(shù),通常稱為“三束表面改性技術(shù)”。1.激光束表面處理技術(shù)

激光束表面處理技術(shù)是應(yīng)用光學(xué)透鏡將激光束聚集到很高的功率密度和很高的溫度,照射到材料表面,借助于材料的自身傳導(dǎo)加熱,改變表面層的成分和顯微結(jié)構(gòu),從而提高表面性能的方法。(1)激光束表面處理技術(shù)的特點1)無須使用外加材料,僅改變被處理材料表面組織結(jié)構(gòu)。2)處理層和基體結(jié)合強度高。3)被處理件變形極小。4)加工柔性好,適用面廣。5)工藝簡單、優(yōu)越。(2)常見的激光束表面處理技術(shù)有激光表面淬火、激光表面涂敷和激光表面合金化等。1)激光表面淬火,也稱為激光相變強化,指用激光向零件表面加熱,在極短的時間內(nèi),零件表面被迅速加熱到奧氏體化溫度以上,在激光停止輻射后,快速自冷淬火得到馬氏體組織的一種工藝方法。2)激光表面涂敷。其原理與堆焊相似,將預(yù)先配好的合金粉末(或在合金粉末中添加硬質(zhì)陶瓷顆粒)預(yù)涂到基材表面。在激光的輻射下,混合粉末熔化(硬質(zhì)陶瓷顆?？梢圆蝗刍?形成熔池,直到基材表面微熔。激光停止輻射后,熔化體凝固,并在界面處與基材達到冶金結(jié)合。它可避免熱噴涂方法在涂層內(nèi)有過多的氣孔、熔渣夾雜、微觀裂紋和涂層結(jié)合強度低等缺陷。激光表面涂敷的目的是提高零部件的耐磨、耐熱與耐腐蝕性能。3)激光表面合金化。激光表面合金化是一種既改變表面的物理狀態(tài),又改變其化學(xué)成分的激光束表面處理技術(shù)。它預(yù)先用電鍍或噴涂等技術(shù)把所需合金元素涂敷在金屬表面,再用激光輻射該表面。也可以涂敷與激光照射同時進行。4)激光表面非晶態(tài)處理。激光表面非晶態(tài)處理是指金屬表面在激光束輻射下熔化并快速冷卻,熔化的合金在快速凝固過程中來不及結(jié)晶,從而在表層形成厚度為1~10mm的非晶相,這種非晶相薄層不僅具有高強度、高韌度、高耐磨性和高耐腐蝕性,而且還具有獨特的電磁性和氧化性。5)激光氣相沉積。激光氣相沉積是將激光束作為熱源在金屬表面形成金屬膜,通過控制激光的工藝參數(shù)可精確控制表膜的形成。用這種方法可以在普通材料上涂敷與基體完全不同的具有各種功能的金屬或陶瓷,節(jié)省資源,效果明顯。2.離子束表面處理技術(shù)離子束表面處理技術(shù)是指把所需元素的原子電離成離子,并使其在幾十至幾百千伏的電壓下進行加速,進而轟擊零部件表面,使離子注入表面一定深度,從而改變材料表面層的物理、化學(xué)和機械性能的真空處理工藝技術(shù)。與激光束及其他表面處理工藝相比,離子束表面處理技術(shù)的優(yōu)點如下:1)離子注入是一個非熱力學(xué)平衡過程,注入的離子能量很高,可以高出熱平衡能量的2~3個數(shù)量級,因此,原則上講,元素周期表上的任何元素,都可注入任何基體材料內(nèi)。2)離子注入表層與基體材料無明顯界面,使力學(xué)性能在注入層至基材為連續(xù)過渡,保證了注入層與基材之間具有良好的動力學(xué)匹配性,與基體結(jié)合牢固,避免了表面層的破裂與剝落。3)注入元素的種類、能量、劑量均可選擇,用這種方法形成的表面合金,不受擴散和溶解度等熱力學(xué)參數(shù)的限制,可獲得其他方法得不到的新合金相。4)離子注入為常溫真空表面處理技術(shù),零部件經(jīng)表面處理后,無形變、無氧化,能保持原有尺寸精度和表面狀態(tài),特別適合于高精密部件的最后工藝。與其他表面處理技術(shù)相比,離子束注入技術(shù)也存在一些缺點,如設(shè)備昂貴、成本較高,故目前主要用于重要的精密關(guān)鍵部件。另外,離子注入層較薄,如十萬電子伏的氮離子注入GCr15軸承鋼中的平均深度為0.1μm,這就限制了它的應(yīng)用范圍。離子注入不能用來處理具有復(fù)雜凹腔表面的零件,并且離子注入要在真空室中處理,受到真空室尺寸的限制。3.電子束表面處理技術(shù)(1)電子束表面處理技術(shù)的主要特點:1)加熱和冷卻速度快。電子束將金屬材料表面由室溫加熱到奧氏體化溫度或熔化溫度僅需0.001s,其冷卻速度可達106~108℃/s。2)零件變形小。3)與激光束表面處理技術(shù)相比,使用成本低。4)能量利用率高。5)處理在真空中進行,減少了氧化、氮化的影響,可以達到純凈的表面處理層。6)不論形狀多復(fù)雜,凡是能觀察到的地方就可用電子束處理。(2)電子束表面處理技術(shù)的類型1)電子束表面淬火。與激光表面淬火相似,采用聚焦方式的電子束轟擊金屬工件表面,控制加熱速度為103~105℃/s,使金屬表面超過奧氏體轉(zhuǎn)變溫度,在隨后高速冷卻過程中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變,使表面強化。2)電子束表面重熔。采用電子束轟擊金屬工件表面,使表面產(chǎn)生局部熔化并快速凝固,從而細化晶粒組織,提高表面強度與韌性。此外,電子束重熔可使表層中各組成相的化學(xué)元素重新分布,降低元素的微觀偏析,改善工件的表面性能。電子束表面重熔技術(shù)主要用于模具的表面處理。3)電子束表面合金化。預(yù)先將選擇好的具有特殊性能的合金粉末涂敷在金屬表面,再用電子束轟擊加熱熔化,冷卻后形成與基材冶金結(jié)合的表面合金層,主要用來提高表面的耐磨、耐腐蝕與耐熱性能。4)電子束表面非晶態(tài)處理。與激光表面非晶態(tài)處理相似,只是熱源不同。由于電子束的能量密度很高、作用時間短,工件表面在極短的時間內(nèi)迅速冷卻,金屬液體來不及結(jié)晶而成為非晶態(tài)。這種非晶態(tài)的表面層具有良好的強韌性與抗腐蝕性能。4.4塑性變形修復(fù)技術(shù)塑性變形修復(fù)技術(shù)是利用金屬或合金的塑性變形性能,使零件在一定外力作用的條件下改變其幾何形狀而不損壞零件。這種方法不僅可改變零件的外形,而且還可改變金屬的機械性能和組織結(jié)構(gòu)。4.4.1鐓粗法

鐓粗法是借助壓力來減小零件的高度、增大零件的外徑或縮小內(nèi)徑尺寸的一種方法,主要用來修復(fù)有色金屬套筒和圓柱形零件。鐓粗法可修復(fù)內(nèi)徑或外徑磨損量小于0.6mm的零件。為保證鐓粗均勻,其高度與直徑之比不應(yīng)大于2,否則不宜采用這種方法。4.4.2擠壓法擠壓法是利用壓力將零件不需嚴格控制尺寸部分的材料擠壓到已磨損部位,主要用于筒形零件內(nèi)徑的修復(fù)。4.4.3擴張法擴張法的原理與擠壓法相同,所不同的是零件受壓向外擴張,經(jīng)增大外徑尺寸,補償磨損部分。擴張法主要應(yīng)用于外徑磨損的套筒形零件。4.4.4校正法零件在使用過程中,常會發(fā)生彎曲、扭曲等殘余變形。利用外力或火焰使零件產(chǎn)生新的塑性變形,從而消除原有變形的方法稱為校正。校正分為冷校和熱校,而冷校又分為冷壓校正與冷作校正。1.冷校(1)冷壓校正將變形的零件放在壓力機的V形鐵中,使凸面朝上,施加壓力使零件發(fā)生反方向變形,保持1~2min后去除壓力,利用材料的彈性后效作用將變形抵消。檢查校正情況,若一次不能校正,可進行多次,直到校正為止。冷壓校正簡單易行,但校正的精度不容易控制,零件內(nèi)留下較大的殘余應(yīng)力,效果不穩(wěn)定,疲勞強度下降。(2)冷作校正冷作校正是用錘子敲擊零件的凹面,使其產(chǎn)生塑性變形,該部分的金屬被擠壓延展,在塑性變形層中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力,彎曲的零件在變形層應(yīng)力的推動下被校正。冷作校正的校正精度容易控制,效果穩(wěn)定,且不降低零件的疲勞強度。但它不能較正彎曲量太大的零件,通常零件的彎曲量不能超過零件長的0.05%。2.熱校熱校一般是將零件彎曲部分的最高點用氣焊的中性焰迅速加熱到450℃以上,然后快速冷卻。由于加熱區(qū)受熱膨脹,塑性隨溫度升高而增加,又因受周圍冷金屬的阻礙,不可能隨溫度增高而伸展。當冷卻時,收縮量與溫度降低幅度成正比,收縮量大于膨脹量,造成收縮力很大,靠它校正零件的變形。熱校適用于校正變形量較大,形狀復(fù)雜的大尺寸零件,其校正保持性好,對疲勞強度影響較小,應(yīng)用比較普通。熱校的關(guān)鍵在于彎曲的位置及方向必須找正確,加熱的火焰也要和彎曲的方向一致,否則會出現(xiàn)扭曲或更多的彎曲。一般操作規(guī)范如圖4-9所示:1)利用車床或V形鐵,找出彎曲零件的最高點,確定加熱區(qū)。2)加熱用的氧-乙炔火焰噴嘴,按零件直徑?jīng)Q定其大小。3)加熱區(qū)的形狀有:條狀,在均勻變形和扭曲時常用;蛇形,在變形嚴重,需要熱區(qū)面積大時采用;圓點狀,用于精加工的細長軸類零件。4)彎曲量較大時,可分數(shù)次加熱校正,不可一次加熱時間過長,以免燒焦工件表面。4.5電鍍修復(fù)技術(shù)電鍍是應(yīng)用電化學(xué)的基本原理,在含有待鍍金屬的鹽溶液中,以被鍍基體金屬作為陰極,通過電解作用,使鍍液中待鍍金屬的陽離子在基體金屬表面上沉淀,形成牢固覆蓋層的一種表面加工技術(shù)。電鍍是常用的修復(fù)技術(shù)之一,主要用于修復(fù)磨損量不大、精度要求高、形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、批量較大和需要某特殊層的零件。4.5.1概述1.電鍍的基本原理圖4-10所示為電鍍的基本原理示意圖。鍍槽中的電解液,除鍍鉻采用鉻酸溶液外,一般都用待鍍金屬的鹽溶液。鍍槽的陰極為電鍍的零件,陽極為與電鍍待鍍層材料相同的極板(鍍鉻除外)。接通電源,在電場的作用下,帶正電荷的陽離子向陰極方向移動,帶負電荷的陰離子向陽極方向移動。電解液中的陽離子,主要是待鍍金屬的離子和氫離子,金屬離子在陰極表面得到電子,生成金屬原子,并覆蓋在陰極表面上。同時氫離子也從陰極表面得到電子,生成氫原子,一部分進入零件鍍層,另一部分溢出鍍槽。2.影響鍍層質(zhì)量的基本因素影響鍍層質(zhì)量的因素較多,包括鍍液的成分以及電鍍工藝參數(shù)等。下面對主要影響因素進行討論。(1)pH值鍍液中的pH值可以影響氫的放電電位、堿性夾雜物的沉淀、絡(luò)合物的組成和平穩(wěn)、添加劑的吸附程度等。最佳的pH值往往要通過試驗來決定。(2)添加劑添加劑按作用的不同可分為光亮劑、整平劑、潤濕劑等,它們能明顯改善鍍層組織,使之平整、光亮、致密等。(3)電流密度任何電解液都必須有一個正常的電流密度范圍。電流密度過低,則陰極極化作用較小,鍍層結(jié)晶粗大,甚至沒有鍍層;電流密度過高,則將使結(jié)晶沿電力線方向向電解液內(nèi)部迅速增長,造成鍍層產(chǎn)生結(jié)瘤和技術(shù)結(jié)晶,甚至燒焦。電流密度大小的確定應(yīng)與電解液的組成、主鹽濃度、pH值、溫度及攪拌條件相適應(yīng),加大主鹽濃度、升溫及攪拌等措施均可提高密度的上限。(4)溫度溫度升高使擴散加快,濃度極化、化學(xué)極化降低,使晶粒變粗;但溫度升高可以提高電流密度,從而提高生產(chǎn)效率。(5)攪拌攪拌可以降低陰極極化,使結(jié)晶變粗,但可以提高電流密度,從而提高生產(chǎn)效率。此外,攪拌還可以增強整平劑的效果。3.電鍍前后的處理(1)電鍍前預(yù)處理電鍍前預(yù)處理是使待鍍面干凈新鮮,以獲得高質(zhì)量鍍層。首先通過表面磨光和拋光等方法使表面粗糙度達到一定要求,再用溶劑溶解后的化學(xué)、電化學(xué)方法除油,接著用機械、酸洗以及電化學(xué)方法除銹,最后把表面反放在弱酸中浸蝕一定時間作鍍前表面活性化處理等。(2)電鍍后處理電鍍后處理包括鈍化處理和氫化處理。鈍化處理是指把已鍍表面放入一定的溶液中進行化學(xué)處理,在鍍層上形成一層堅實致密的、穩(wěn)定的薄膜的表面處理方法。鈍化處理使鍍層耐腐蝕性大大提高,并增加表面光澤和抗污染能力。有些金屬如鋅,在電沉積過程中,除自身沉積出來外,還會析出一部分氫,這部分氫滲入鍍層中,使鍍件產(chǎn)生脆性,甚至斷裂,這稱為氫脆。為了消除氫脆,往往在電鍍后,使鍍件在一定的溫度下熱處理數(shù)小時,稱為氫化處理。4.電鍍金屬在維修中最常用的有鍍鉻、鍍銅、鍍鐵等。(1)鍍鉻鍍鉻層在大氣層中穩(wěn)定,不易變色和失去光澤,硬度高,耐磨性、耐熱性較好。鍍鉻工藝具有以下特點:1)鉻具有較高的導(dǎo)熱及耐熱性能,在480℃以下不變色,到500℃以上才開始氧化,700℃時硬度才顯著下降。2)鍍鉻層化學(xué)穩(wěn)定性好,硬度高(高達HR65以上),摩擦系數(shù)小,所以耐磨性好。3)鍍鉻層與基層金屬有較高的結(jié)合強度,甚至高于它自身晶間的結(jié)合強度。4)抗腐蝕性能強,鍍鉻層與有機酸、硫、硫化物、稀硫酸、硝酸或堿等均不起作用,能長期保持其光澤,使外表美觀。5)鍍鉻層性脆,不宜承受不均勻的載荷,不能抗沖擊,一般鍍鉻層不宜超過0.3mm。鍍鉻工藝較復(fù)雜,成本高,一般不重要的零件不宜采用。鍍鉻工藝的分類、特點與應(yīng)用見表4-1。(2)鍍銅銅鍍層較軟,富有延展性,導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能好,對于水、鹽溶液和酸在沒有氧溶解或氧化反應(yīng)條件下具有良好的耐腐蝕性,它與基層金屬的結(jié)合能力很強,不需要進行復(fù)雜的鍍前準備,在室溫和很小的電流密度下即可進行,操作很方便。(3)鍍鐵鍍鐵是電鍍工藝的一種,由于鍍鐵工藝比鍍鉻工藝成本低、效率高、對環(huán)境污染小,因此,近年來鍍鐵工藝發(fā)展很快,在維修中已逐漸取代鍍鉻,成為零件修復(fù)的重要手段之一。鍍鐵按電解液的溫度分為高溫鍍鐵和低溫鍍鐵。4.5.2電刷鍍電刷鍍是電鍍的一種特殊方式,不用鍍槽,只需在不斷供應(yīng)電解液的條件下,用一支鍍筆在工件表面上進行擦拭,從而獲得電鍍層,所以又被稱為無槽鍍或涂鍍。電刷鍍主要應(yīng)用于改善和強化金屬材料工件的表面性質(zhì),使之獲得耐磨損、抗氧化、耐高溫等一種或數(shù)種性能。在施鍍過程中,基體材料無變形,鍍層均勻致密,與基體結(jié)合力強,是修復(fù)金屬工件表面失效的最佳工藝。1.電刷鍍的基本原理、特點及應(yīng)用(1)基本原理電刷鍍也是一種電化學(xué)沉積過程,其基本原理如圖4-11所示。將表面處理好的工件與刷鍍電源的負極相連,作為電刷鍍的陰極,將刷鍍筆與電源的正極相連,作為電刷鍍的陽極,陽極包套包裹著有機吸水材料(如脫脂棉或滌綸、棉套或人造毛套等)。刷鍍時,陽極與工件待刷鍍表面接觸并作相對運動,含有待鍍金屬離子的電刷鍍作定向遷移,在工件表面獲得電子還原成為鍍層,在工件表面沉積。鍍層的厚度隨刷鍍時間的延長而增厚,直至所需厚度為止。鍍層厚度由專用的刷鍍電源控制,鍍層種類由刷鍍液品種決定。(2)特點1)設(shè)備簡單,操作靈活,不用鍍槽,不需很大的工作場地,投資少、收效快。2)結(jié)合強度高。3)工件加熱溫度低,通常小于70℃,不會產(chǎn)生變形和晶相變化。4)鍍層厚度可以控制,控制精度為±10%。5)沉積速度快。6)適用材料廣。7)操作安全,對環(huán)境污染小。2.影響電刷鍍鍍層質(zhì)量的主要因素(1)工作電壓和電流一般來說,電壓低時,電流小,沉積速度慢,獲得的鍍層光滑細密,內(nèi)應(yīng)力小;而電壓高時,沉積速度快,生產(chǎn)率高,但容易使鍍層粗糙、發(fā)黑,甚至燒傷。(2)陰、陽極相對速度相對速度過低時,易使鍍層粗糙、脆化,有些鍍層會發(fā)黑,甚至燒傷;相對速度過高時,會使電流效率和沉積速度降低,甚至不能沉積金屬,并加劇陽極包套的磨損。(3)鍍液和工作溫度工件和鍍液最好都預(yù)熱到50℃再開始電刷鍍,一般不能超過70℃。(4)鍍液的清潔度各種鍍液不能交叉使用,更換鍍液時應(yīng)清洗各部位。若全部使用舊鍍液或在新鍍液中摻入50%及以上的舊鍍液,都會使電刷鍍生產(chǎn)效率降低。3.電刷鍍設(shè)備電刷鍍設(shè)備由電刷鍍電源、刷鍍筆和輔助裝置組成。(1)電刷鍍電源電源是電刷鍍的主要設(shè)備,它的質(zhì)量直接影響著電刷鍍鍍層的質(zhì)量。它應(yīng)滿足輸出直流電壓可無級調(diào)節(jié)和有平穩(wěn)的直流輸出;有過電壓和過電流保護功能;電源應(yīng)設(shè)有正、反開關(guān),以滿足電凈化、活化和電鍍的需要;能監(jiān)控鍍層厚度等。同時為了適應(yīng)現(xiàn)場作業(yè),電源應(yīng)盡可能體積小、重量輕、工作可靠、計量精度高、操作簡單和維修方便。考慮到實際應(yīng)用中待鍍面積的大小不同,常把電刷鍍電源按輸出電流和電壓的最大值分成幾個等級,并配套使用,見表4-2。(2)刷鍍筆刷鍍筆是電刷鍍的主要工具,其作用是在電鍍刷陽極與工件之間構(gòu)成電流回路,使刷鍍液沉積物質(zhì)沉積到工件表面形成鍍層,完成刷鍍作業(yè)。它主要由陽極和導(dǎo)電手柄組成,它們之間的連接方式主要通過鎖緊式螺母或螺紋聯(lián)接,如圖4-12所示。1)陽極。陽極是刷鍍筆的工作部分,采用不熔性材料制成,一般是含碳量為99.7%以上的高純度石墨陽極,其尺寸很小,為了保證其強度采用鉑銥合金制造。如圖4-13所示。2)導(dǎo)電手柄。導(dǎo)電手柄一般用不銹鋼或鋁制成,其作用是連接電源和陽極,使操作者可以握持或用機夾夾具夾持。握持部位均裝有絕緣塑料套,以保證操作者的安全。(3)輔助裝置1)電刷鍍機床。它用來夾持工件并使其具有一定轉(zhuǎn)速,保證刷鍍筆與工件的相對運動,以獲得均勻的鍍層。電刷鍍機床能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,范圍為0~600r/min,并帶有尾架頂尖,一般可利用鋸車床代替。對于批量電刷鍍的零部件,可以在專用機床算進行刷鍍。2)供液、集液裝置。在進行電刷鍍時,根據(jù)被鍍零件的大小,可采用不同的方式為鍍筆供液,如蘸取式、澆淋式和泵液式。流淌下來的電刷鍍?nèi)芤阂话闶褂盟芰贤?、塑料盤等容器收集,以供循環(huán)使用。4.電刷鍍?nèi)芤弘娝㈠內(nèi)芤菏请娝㈠冞^程中的主要物質(zhì)條件,對電刷鍍質(zhì)量有關(guān)鍵的影響。根據(jù)其作用可分為4大類:預(yù)處理溶液、金屬電刷鍍?nèi)芤?、退鍍液和鈍化溶液。用量最大的是前兩種,下面具體介紹。(1)預(yù)處理溶液。鍍層是否有良好的結(jié)合力,工件表面的制備工作是個關(guān)鍵。預(yù)處理溶液的作用就是除去待鍍表面油污和氧化膜,凈化和活化需要電刷鍍的表面,保證電刷鍍時金屬離子化學(xué)還原順利進行,獲得結(jié)合牢固的鍍層。預(yù)處理溶液分為電凈化和活化液兩類。1)電凈化液。呈堿性,其主要成分是一些具有皂化能力和乳化能力的化學(xué)物質(zhì),用于清洗工件表面的油污。在電流作用下具有較強的去油污能力,同時也有輕度的去銹能力,適用于所有金屬基本的凈化。2)活化液。呈酸性,主要成分是常用的無機酸,也有一些有機酸。用于去除金屬表面的氧化膜和疲勞層,使金屬表面活化,保證鍍層與基層金屬間有較強的結(jié)合力。常用預(yù)處理溶液的性能和用途見表4-3。(2)金屬電刷鍍?nèi)芤哼@類溶液多為絡(luò)合物水溶液,其金屬離子含量高,沉積速度快。金屬電刷鍍?nèi)芤旱钠贩N很多,根據(jù)鍍層成分可分為單金屬和合金電刷鍍?nèi)芤?根據(jù)鍍液酸堿程度可分為酸性和堿性兩類。酸性鍍液的突出優(yōu)點是沉積速度快,但它對基體金屬有腐蝕性,故不宜用于多孔的基體(如鑄鐵等)及易被酸侵蝕的材料(如鋅和錫等)。堿性鍍液的優(yōu)點是能適用于各種金屬材料,其鍍層致密,對邊角、裂縫和盲孔部位有較好的刷鍍能力,不腐蝕基體和鄰近的鍍層,且鍍層晶粒細、致密度高,但沉積速度慢。除鍍鎳溶液外,大多數(shù)使用中性或堿性鍍液。表4-4列出了幾種主要的刷鍍?nèi)芤旱男阅?、特點和應(yīng)用范圍。5.電刷鍍工藝電刷鍍工藝過程包括工件表面準備階段、電刷鍍階段和鍍后處理階段。工件表面準備階段又包括機械準備、電凈化處理、活化處理。電刷鍍階段包括鍍底層和鍍工作層。(1)機械準備對工件表面進行預(yù)加工,除油、去銹、去除飛邊和疲勞層,獲得正確的幾何形狀和較低的表面粗糙度。當修補劃傷和凹坑等缺陷時,需進行修正和擴寬。(2)電凈化處理它是指采用電解方法對工件待鍍表面及鄰近部位進行除油。通電使電解液成分分解,形成氣泡,撕破工件表面油膜,達到去油的目的。電凈化一般為正極性進行,即工件接負極,刷鍍筆接正極;反之,工件接正極,刷鍍筆接負極。只有對疲勞強度要求甚嚴的工件,采用負極性接電,旨在減少氫脆。(3)活化處理它是指使用活化液對工件進行處理,除去工件表面的氧化膜,使工件表面活化,呈現(xiàn)出堅實可靠的金屬基體,為鍍層與基體之間的良好結(jié)合創(chuàng)造條件。(4)鍍底層在刷鍍工作層之前,首先刷鍍很薄一層特殊鎳、堿銅或低氫脆鎘作底層,它是位于基體金屬和工件鍍層間的特殊層,其作用主要是提高鍍層與基體的結(jié)合強度及穩(wěn)定性。(5)鍍工作層根據(jù)工件的使用要求,選擇合適的金屬鍍液刷鍍工作層。它是最終鍍層,將直接承受工作載荷、運動速度、溫度等工況,應(yīng)滿足工件表面的力學(xué)、物理和化學(xué)性能要求。為保證鍍層質(zhì)量,合理地進行鍍層設(shè)計很有必要。鍍層設(shè)計時,要注意同一鍍層一次連續(xù)刷鍍的厚度。由經(jīng)驗總結(jié)出的單一刷鍍層一次連續(xù)刷鍍的安全厚度見表4-5。(6)鍍后處理刷鍍后徹底清洗工件表面的殘留鍍液并擦干,檢查質(zhì)量和尺寸,需要時送機械加工。若鍍件不再加工,采取必要的保護措施(如涂油等)。剩余鍍液過濾后分別存放,陽極、包套拆下清洗、晾干、分別存放,下次對號使用。6.鍍層剝離的主要原因及防止措施(1)工件和鍍液溫度太低工件和鍍液溫度太低,而選用的電壓和電流又太大,造成鍍層應(yīng)力過大,從而開裂剝離。措施:用溫水浸泡加熱工件,鍍液加熱到50℃,剛開始時用低電流刷鍍,然后逐漸增大電流。(2)電流脈沖太大鍍平面時,因操作不當,總停留在一處或總在一處開始刷鍍,使工件多次承受大電流脈沖;夾持偏心或陽極與工件周期性地在某固定部位擠壓接觸,產(chǎn)生較大電流脈沖;停車或起車時,陽極與工件并未脫離也能造成大的脈沖電流。電流脈沖太大將導(dǎo)致鍍層剝離。措施:針對不同的產(chǎn)生原因,采用不同的措施。(3)工件和鍍層氧化氧化的原因較多,如工序間停頓時間太長、極性用錯等。措施:工序間應(yīng)緊湊、不中斷;勤換筆,防止工件溫升太大;極性一旦用錯,一定要重新活化等。(4)工件、陽極相對運動速度低在刷鍍有劃痕、擦傷、凹坑等局部缺陷的工件時,由于陽極移動受限制,工件、陽極相對運動速度低,產(chǎn)生過熱、結(jié)合力低等缺陷,容易造成鍍層剝離。措施:使用SDB—4型旋轉(zhuǎn)刷鍍筆或其他方法刷鍍。(5)其他原因陽極混用,造成交叉污染;工件邊緣未倒角;疲勞層未除去等。措施:針對不同的原因,分別處理。4.6熱噴涂修復(fù)技術(shù)熱噴涂技術(shù)是表面工程技術(shù)的重要組成部分。它是利用電弧、離子弧燃燒的火焰將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融狀態(tài),在高速氣流推動下,噴涂材料被霧化并以一定速度射向預(yù)處理過的零件基體表面,形成具有一定結(jié)合強度涂層的工藝方法。4.6.1熱噴涂技術(shù)的分類及特點1.分類按提供熱源的不同,熱噴涂技術(shù)可分為火焰噴涂(含爆炸噴涂、超音速噴涂)、電弧噴涂、等離子噴涂、激光噴涂和電子束噴涂等。幾種熱噴涂工藝特點的比較見表4-6。2.特點1)適用范圍廣。2)工藝簡便,沉積快,生產(chǎn)效率高。3)設(shè)備簡單,重量輕,移動方便,不受場地限制。4)工件受熱影響小。5)涂層厚度可控制,最薄可以幾毫米,而且噴涂層系多孔組織,易存油,潤滑性好。但熱噴涂技術(shù)也存在缺點,例如噴涂層與基體結(jié)合強度不高,不能承受交變載荷和沖擊載荷;涂層孔隙多,雖有利于潤滑,但不利于防腐蝕;基體表面制備要求高,表面粗化處理也會降低零件的強度和剛性;涂層的質(zhì)量主要靠工藝來保證,目前尚無有效檢測方法。4.6.2熱噴涂材料熱噴涂材料有粉、線、帶和棒等不同形態(tài),它們的成分是金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷及塑料等。粉末材料居重要地位,種類逾百種。線材與帶材多為金屬或合金(復(fù)合線材尚含有陶瓷或塑料);棒料只有幾十種,多為氧化陶瓷。1.自熔性合金粉末它是在合金粉末中加入適量的硼、硅等強脫氧性元素,降低合金熔點,增加液態(tài)金屬的流動性和濕潤性。主要有鎳基合金粉末、鐵基合金粉末、鈷基合金粉末等。它們在常溫下具有較高的耐磨性和耐腐蝕性。2.噴涂合金粉末噴涂合金粉末可分為結(jié)合層用粉和工作層用粉兩類。(1)結(jié)合層用粉結(jié)合層用粉噴在基體與工作層之間,它的作用是提高基體與工作層之間的結(jié)合強度。結(jié)合層用粉又稱打底粉,主要是鎳、鋁復(fù)合粉,其特點是每個粉末顆粒中鎳和鋁單獨存在,常溫下不發(fā)生反應(yīng),但在噴涂過程中,粉末加熱到600℃以上時,鎳和鋁就發(fā)生強烈的放熱反應(yīng)。同時,部分鋁被氧化,產(chǎn)生更多的熱量。這種放熱反應(yīng)在粉末噴射到工件表面后還能持續(xù)一段時間,使粉末與工件表面接觸瞬間達到900℃以上的高溫。在此高溫下鎳會擴散到母材中去,形成微區(qū)冶金結(jié)合。大量的微區(qū)冶金結(jié)合可以使涂層的結(jié)合強度顯著提高。(2)工作層用粉工作層用粉的種類較多,主要分為鎳基、鐵基、銅基3大類。每種工作粉所形成的涂層均有一定的適用范圍。3.復(fù)合粉末復(fù)合粉末由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的固體物質(zhì)組成的粉末,能發(fā)揮多材料的優(yōu)點,得到綜合性能的涂層。按復(fù)合粉末涂層的使用性能,大致可以分為以下幾種:(1)硬質(zhì)耐磨復(fù)合粉末常以鎳或鈷包覆碳化物,如碳化鎢、碳化鉻等,碳化物分散在涂層中,成為耐磨性能良好的硬質(zhì)相,同時與鐵、鈷、鎳合金有極好的液態(tài)潤滑能力,增強與基體的結(jié)合能力,且有耐腐蝕、耐高溫性能。(2)抗高溫耐熱和隔熱復(fù)合粉末一般采用具有自黏結(jié)性能的耐熱復(fù)合粉末(NiCr/Al2O3)或耐熱合金線材打底,形成一層致密的耐熱涂層,中間采用金屬陶瓷型復(fù)合材料,外層采用導(dǎo)熱率低的耐高溫的陶瓷粉末。(3)減磨復(fù)合粉末常用的減磨復(fù)合粉末一般有鎳包石墨、鎳包二硫化鉬、鎳包硅藻土、鎳包氟化鈣等。鎳包石墨、鎳包二氧化鉬具有減磨自潤滑性能;鎳包硅藻土、鎳包氟化鈣具有減磨性能和耐高溫性能,可以在800℃以上使用。(4)放熱型復(fù)合粉末常用的放熱型復(fù)合粉末是鎳包鋁,其鎳鋁比為80∶20、90∶10、95∶5。它常作為涂層的打底材料。4.絲材主要有鋼質(zhì)絲材,如T12、T9A、80及70高碳鋼絲等,用于修復(fù)磨損表面;還有純金屬絲材,如鋅、鋁等,用于防腐。4.6.3熱噴涂技術(shù)的主要方法及設(shè)備1.氧-乙炔火焰粉末噴涂它是以氧-乙炔為熱源,借助高速氣流將噴涂粉末吸入火焰區(qū),加熱到熔融狀態(tài)后再以一定的速度噴射到已制備好的工作表面上,形成噴涂層。圖4-14所示為其典型裝置示意圖,圖4-15所示為其原理簡圖。(1)噴槍噴槍是氧-乙炔火焰粉末噴涂技術(shù)的主要設(shè)備。目前國產(chǎn)噴槍大體可分為中小型和大型兩類。中小型主要用于中小型零件和精密零件的噴涂,其適應(yīng)性強。大型噴槍主要用于大直徑和大面積的零件,生產(chǎn)率高。中小型噴槍的典型結(jié)構(gòu)如圖4-16所示。當送粉閥不開啟時,其作用與普通氣焊槍相同,可用作噴涂前的預(yù)熱及噴粉后的重熔。按下送粉開關(guān)閥柄,送粉閥開啟,噴涂粉末從粉斗流進槍體,隨著氧-乙炔混合氣被熔融,噴射到工作表面上。(2)氧氣供給裝置一般用瓶裝氧氣,通過減壓閥供氧即可。(3)乙炔供給裝置比較好的辦法是使用瓶裝乙炔。如使用乙炔發(fā)生器,以3m2/h的中壓乙炔發(fā)生器為好。(4)輔助裝置一般包括噴涂機床、測量工具及粉末回收裝置等。2.電弧噴涂電弧噴涂是將兩根被噴涂的金屬絲作為自耗性電極,以電弧為熱源,將融化的金屬絲用高速氣流霧化,并以高速噴射到工件表面形成涂層的一種工藝。其特點:涂層性能優(yōu)異、效率高、節(jié)能經(jīng)濟、使用安全。應(yīng)用范圍包括制備耐磨涂層、結(jié)構(gòu)防腐涂層和磨損零件的修復(fù)(如曲軸、一般軸、導(dǎo)輥)等。電弧噴涂的示意圖如圖4-17所示。電弧噴涂設(shè)備主要由直流電焊機、控制箱、空氣壓縮機及供氣裝置、電弧噴槍等組成。電弧噴槍是進行電弧噴涂的主要工具,電弧噴涂技術(shù)的進步與噴槍的改進和發(fā)展是分不開的。兩根金屬絲2在送絲滾輪3的帶動下,通過導(dǎo)電嘴5呈一定角度匯交于一點,在導(dǎo)電嘴5上緊固導(dǎo)電塊4,通過電纜軟線連接直流電源1。金屬絲與導(dǎo)電嘴接觸而帶電。因而兩根金屬絲相交時短路產(chǎn)生電弧,不斷被電弧融化。引入的壓縮空氣通過空氣噴嘴6形成高速氣流霧化熔化的金屬,并以高速噴向工件10,在已制備的工作表面上堆積形成噴涂層9。3.等離子噴涂等離子噴涂是以電弧放電產(chǎn)生等離子體作為高溫?zé)嵩?將噴涂材料迅速加熱至熔化或熔融狀態(tài),在等離子射流加速下獲得高速度,噴射到經(jīng)過預(yù)處理的零件表面形成涂層。圖4-18所示為等離子噴涂原理示意圖。在陰極和陽極(噴嘴)之間產(chǎn)生一直流電弧,該電弧把導(dǎo)入的工作氣體加熱電離成高溫等離子流并從噴嘴噴出形成等離子焰。粉末材料從粉末口送入火焰中,熔化、加速、噴射到基件表面上形成涂層。工作氣體可以用氬氣、氮氣,或者在這些氣體中再摻入氫氣,也可采用氬和氦的混合氣體。等離子噴涂設(shè)備主要包括噴槍、送粉器、整流電源、供氣系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等。(1)噴槍噴槍是最關(guān)鍵的部件,其結(jié)構(gòu)形式多樣,但其基本組成是一樣的,即陰極、噴嘴(陽極)、進氣道與氣室、送粉道、水冷密封以及槍體。(2)送粉器送粉器是用來貯存噴涂粉末和按工藝要求向噴槍輸送粉末的一種裝置。送粉器的種類很多,有自重式送粉器、刮板式送粉器、霧化式送粉器、電磁振動式送粉器、鼓輪式送粉器及其他新研制的送粉器。(3)整流電源等離子噴涂均勻采用直流電源,整流器大致有三種:飽和電抗器式(或硅整流電源)、可控硅型電源、直流發(fā)電機電源。(4)供氣系統(tǒng)包括工作氣體和送粉氣體的供給系統(tǒng),主要由氣瓶、減壓閥、儲氣筒、流量計以及管道接頭組成。(5)水冷系統(tǒng)水冷系統(tǒng)用于冷卻電源整流元件、電纜及噴槍。(6)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)用于對水、電、氣、粉的調(diào)節(jié)和控制。4.6.4熱噴涂工藝氧-乙炔火焰噴涂技術(shù)設(shè)備簡單、操作方便、成本低廉且勞動條件較好,因而廣泛應(yīng)用于機修等部門。下面就以氧-乙炔火焰噴涂技術(shù)為例來介紹熱噴涂工藝過程。熱噴涂施工基本有4個步驟:施工前的準備工作、工作表面預(yù)處理、噴涂及噴涂后處理。1.施工前的準備工作噴涂的準備工作內(nèi)容有材料、工具和設(shè)備的準備以及工藝的制訂。在編制工藝前首先應(yīng)了解被噴涂工件的實際狀況和技術(shù)要求并進行分析,從本企業(yè)設(shè)備、工裝等實際出發(fā),努力創(chuàng)造條件,定出最佳工藝方案。工藝制訂中主要考慮以下幾個方面。(1)確定噴涂層的厚度一般來說,噴涂后必須進行機械加工,因此涂層厚度中包括加工余量,同時還考慮噴涂時的熱脹冷縮。(2)確定涂層材料選擇涂層材料的依據(jù)是涂層材料的性能應(yīng)滿足被噴涂工件材料的配合要求、技術(shù)要求以及工作條件等,分別選擇結(jié)合層和工作層用材料。(3)確定噴涂參數(shù)根據(jù)涂層的厚度、材料性能確定熱噴涂的參數(shù),包括乙炔、氧氣的壓力、噴距、噴槍與工件的相對運動速度等。2.工件表面預(yù)處理工件表面預(yù)處理也稱表面制備,它是保證涂層與基體結(jié)合質(zhì)量的重要工序。(1)凹切表面存在疲勞層和局部嚴重拉傷的溝痕時,在強度允許的前提下,可以凹切處理。凹切是指為提供容納噴涂層的空間在工件表面上車掉或磨掉一層材料。(2)基體表面的清理即清除油污、鐵銹、漆層,使工件表面潔凈。油污、油漆可用溶劑、清洗劑清除。如果油漬已滲入基體材料(如鑄鐵)內(nèi),可用氧-乙炔焰烘烤。對銹層可用酸浸、機械打磨或噴砂清除。(3)表面粗化基體表面粗化的目的是為了增強涂層與基體的結(jié)合力,并消除涂層的應(yīng)力效應(yīng)。常用的粗化方法有噴砂、開槽、車螺紋、滾花、拉毛等。這些方法可單用,也可并用。1)噴砂。噴砂是最常見的粗化工藝方法。砂?？刹捎檬⑸?、氧化鋁砂、冷硬鐵砂等,砂粒以鋒利、堅硬為好,必須清潔干燥、有尖銳棱角。砂粒的尺寸、空氣壓力的大小、噴涂角度、距離和時間應(yīng)根據(jù)具體情況進行確定。2)開槽、車螺紋或滾花。對軸、套類零件表面的粗化處理,可采用開槽、車螺紋或滾花等粗化方法,槽或螺紋表面粗糙度以Ra=6.3~12.5為宜,加工過程中不加潤濕劑和冷卻液。對不適宜開槽、車螺紋的工件,可以在表面滾花紋,但應(yīng)避免出現(xiàn)尖角。3)拉毛。硬度較高的工件表面可用電火花拉毛進行粗化,但薄涂層工件應(yīng)慎用。電火花拉毛是將細的鎳絲作為電極,在電弧的作用下,電極材料與基體表面的局部熔合,產(chǎn)生粗糙的表面。表面粗化呈現(xiàn)的新鮮表面應(yīng)防止污染,嚴禁用手觸摸,保存在清潔、干燥的環(huán)境中,粗化后應(yīng)盡快噴涂,間隔時間一般不超過兩小時。(4)非噴涂部位表面的防護噴涂表面附近的非噴涂表面需加以保護,常用的方法是用耐熱的玻璃或石棉布屏蔽起來,必要時應(yīng)按零件形狀制作相應(yīng)的夾具進行保護,注意夾具材料要有一定的強度,且不得使用低熔點合金,以免污染涂層。對基體表面上的鍵槽、油孔等不允許噴涂的部位,可用石墨塊或粉筆堵平或略高于基面。噴后清除時,注意不要碰傷涂層,棱角要倒鈍。3.噴涂(1)噴前預(yù)熱噴涂時先將工件預(yù)熱到100~250℃,減少涂層與基體的溫度差。通常工件用氧-乙炔焰預(yù)熱,即直接用噴槍或氣焊炬加熱,小工件可在烘箱內(nèi)預(yù)熱。(2)噴結(jié)合層涂層厚度應(yīng)控制在相應(yīng)范圍內(nèi):Ni/Ae層為0.1~0.2mm,Ni/Ae層為0.08~0.1mm。但因涂層薄很難測量,故一般考慮用單位噴涂面積的噴粉量來確定,大致為0.08~0.15g/cm2。噴粉時用中性或弱碳火焰,送粉后出現(xiàn)集中亮紅火束,并有藍白色煙霧;若火焰末端呈白亮色,表明粉有過燒現(xiàn)象,應(yīng)調(diào)整火焰或減小送粉量,或增大流速;若火焰末端呈暗紅色,說明粉末沒有熔透,應(yīng)加大火焰,控制粉量與流速。如果調(diào)整火焰和粉量無效時,可改變粉末粒度和含鎳量,或改用粗粉末或用含鎳量大的粉末。噴粉時噴射角度要盡量垂直于噴涂表面,噴涂距離一般掌握在180~200mm。(3)噴涂工作層結(jié)合層噴完后,用鋼絲刷去除灰粉和氧化膜,更換料斗噴涂工作層。使用鐵基粉末時用弱碳化焰,使用銅基粉末用中性焰,使用鎳基粉末時介于兩者之間,視其成分進行調(diào)整。噴距控制在180~200mm為宜。噴距過大,熔粒溫度降低、速度減慢而能量不足、結(jié)合強度低,組織疏松;噴距過小,粉粒熔不透,沖擊力強,產(chǎn)生反彈,沉積效率低,結(jié)合強度也低。噴涂時,噴槍與工作相對移動速度最好在70~150mm/s。噴涂過程中,應(yīng)經(jīng)常測量基體溫度,超過250℃時宜暫停噴涂。(4)噴后工件冷卻噴涂后冷卻時,主要防止涂層脫裂和工件變形。特別對一些特殊零件應(yīng)采取一定預(yù)防措施,如長軸在機床上邊轉(zhuǎn)動邊自然冷卻,或?qū)⑵浯怪睉覓臁?.噴涂后處理噴涂后處理包括封孔、機械加工等工序。涂層的孔隙約占總體積的15%,而且有的孔隙相互連通,由表及里。零件為摩擦副時,可在噴涂后趁熱將零件浸入潤滑劑油中,利用孔隙儲油,有利于潤滑;但對于承受液壓的零件,孔隙則容易產(chǎn)生泄漏,則應(yīng)在零件噴涂后,用封孔劑填充孔隙,這一工序稱為封孔。對于封孔劑的性能要求是:浸透性好,耐化學(xué)作用(不溶解、不變質(zhì)),在工作溫度下性能穩(wěn)定,能增強涂層性能等。常用的封孔劑有石蠟、環(huán)氧樹脂及酚醛等。當噴涂層的尺寸精度和表面粗糙度不能滿足要求時,需對其進行機械加工,一般采用車削或磨削加工。4.6.5熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域幾乎包括全部的工業(yè)生產(chǎn)部門。1.熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用熱噴涂技術(shù)在機修中的應(yīng)用主要在以下幾個方面:1)修復(fù)舊件,恢復(fù)磨損零件的尺寸。2)修補鑄造和機械加工的廢品,填補鑄造裂紋。3)制造和修復(fù)減磨材料。4)噴涂特殊的材料,可得到耐熱或耐腐蝕等性能的涂層。2.實例發(fā)動機曲軸磨損嚴重,磨削無法修復(fù)或修復(fù)效果較差,可采用等離子噴涂法來修復(fù)。(1)噴涂前軸頸的表面處理1)根據(jù)軸頸的磨損情況,在曲軸磨床上將其磨圓,直徑一般減少0.50~1.00mm。2)用銅皮對所要噴涂軸頸的臨近部位進行遮蔽保護。3)用拉毛機對待涂表面進行拉毛處理。用鎳條做電極,在6~9V、200~300A交流電下,使鎳溶化在軸頸表面上。(2)噴涂將曲軸卡在可旋轉(zhuǎn)的工作臺上,調(diào)整好噴槍與工件的距離(100mm左右)。選鎳包鋁(Ni/Al)為打底材料,耐磨合金鑄鐵與鎳包鋁的混合物為工作層材料;底層厚度一般為0.20mm左右,工作層厚度根據(jù)需要而定,噴涂規(guī)范見表4-7。噴涂過程中,所噴軸頸的溫度一般要控制在150~170℃。噴涂后的曲軸放入150~180℃的烘箱內(nèi)保溫2h,隨箱冷卻,以減少噴涂層與軸頸間的應(yīng)力。(3)噴涂后的處理噴涂后要檢查噴涂層與軸頸基體是否結(jié)合緊密,如果不夠緊密,則除掉重噴。如果檢查合格,可對曲軸進行磨削加工。由于等離子噴涂層硬度高,一般選用較軟的碳化錫砂輪進行磨削。磨削時進給量要小一些(0.05~0.10mm),以免擠裂涂層。另外,磨削后一定要用砂條對油道孔進行研磨,以免飛邊刮傷瓦片。清洗后,將曲軸浸入80~100℃的潤滑油中煮8~10h,待潤滑油充分滲入涂層后即可裝車使用。4.7焊接修復(fù)技術(shù)通過加熱、加壓或兩者并用,用或不用填充材料,借助于金屬原子擴散和結(jié)合使分離的材料牢固地連接在一起的加工方法稱為焊接。將焊接技術(shù)應(yīng)用于維修工程時稱為焊接修復(fù)。根據(jù)提供熱能的不同方式,焊接可分為電弧焊、氣焊和等離子焊等;按照焊接的工藝和方法不同,又可分為補焊、堆焊、噴焊和釬焊等。4.7.1補焊1.鋼制零件的補焊對鋼進行補焊主要是為修復(fù)裂紋和補償磨損尺寸。鋼的品種繁多,其可焊性差異很大。這主要與鋼中的碳和合金元素的含量有關(guān)。一般來說含碳量越高、合金元素種類和數(shù)量越多,可焊性越差?？珊感圆钪饕冈诤附訒r容易產(chǎn)生裂紋,鋼中碳、合金元素含量越高尤其是磷和硫,出現(xiàn)裂紋的可能性越大。鋼的裂紋可分為焊縫金屬在冷卻時發(fā)生的熱裂紋和近焊縫區(qū)母材上由于脆化發(fā)生的冷裂紋兩類。1)熱裂紋只產(chǎn)生在焊縫金屬中,具有沿晶界分布的特點,其方向與焊縫的魚鱗狀波紋相垂直,在裂紋的斷口上可以看到發(fā)藍或發(fā)黑的氧化色。產(chǎn)生熱裂紋的主要原因是焊縫中碳和硫含量高,特別是硫的存在。2)冷裂紋主要發(fā)生在近焊縫區(qū)的母材上,產(chǎn)生冷裂紋的主要原因是鋼材的含碳量增高,其淬火傾向相應(yīng)增大,母材近焊縫區(qū)受焊接熱的影響,加熱和冷卻速度都大,結(jié)果產(chǎn)生低塑性的淬硬組織。(1)低碳鋼零件低碳鋼零件的可焊性良好,補焊時一般不需要采取特殊的工藝措施。手工電弧焊一般選用J42型焊條即可獲得滿意的結(jié)果。(2)中、高碳鋼零件中、高碳鋼零件,由于鋼中含碳量的增加,焊接接頭容易產(chǎn)生焊縫內(nèi)的熱裂紋,熱影響區(qū)內(nèi)由于冷卻速度快而產(chǎn)生的低塑性淬硬組織引起的冷裂,焊縫根部由于氫的滲入而引起的氫化裂紋等。2.鑄鐵件的補焊鑄件由于具有突出的優(yōu)點,所以至今仍是制造形狀復(fù)雜、尺寸龐大、易加工、防振減磨的基礎(chǔ)零件的主要材料。焊接是鑄鐵件修復(fù)的主要方法之一。(1)鑄鐵件補焊的種類鑄鐵件的補焊分為熱焊和冷焊兩種,需根據(jù)外形、強度、加工性、工作環(huán)境及現(xiàn)場條件等特點進行選擇。1)熱焊。熱焊是焊前對工件高溫預(yù)熱(600℃以上),焊后加熱、保溫、緩冷。用氣焊和電弧焊均可達到滿意的效果。熱焊的焊縫與基體的金相組織基本相同,焊后機加工容易,焊縫強度高、耐高壓、密封性能好。特別適合鑄鐵件毛坯或機加工修整達到精度要求的鑄鐵件。2)冷焊。冷焊是在常溫下或僅低溫度預(yù)熱進行焊接,一般采用手工電弧焊或半自動電弧焊。冷焊操作簡便、勞動條件好,施焊時間較短,具有更大的應(yīng)用范圍,一般鑄鐵件多采用冷焊。常用鑄鐵件補焊方法見表4-8。(2)冷焊工藝要點簡介鑄鐵件冷焊采用非常規(guī)焊接工藝來避免焊接缺陷,其原則是盡量減少焊劑的稀釋率,降低C、Si、S、P含量;控制焊接溫度,減少焊接熱循環(huán)的影響;消除或減少焊接的內(nèi)應(yīng)力,防止裂紋。其工藝要點如下:1)坡口的制備。坡口的形狀、尺寸根據(jù)零件結(jié)構(gòu)和缺陷情況而定,如圖4-19所示。未穿透裂紋可開單面坡口,薄壁件單面坡口為V形,如圖4-19a所示;厚壁件開U形單面坡口,如圖4-19b所示;易穿透裂紋應(yīng)開雙面坡口,但開坡口之前應(yīng)在裂紋終點鉆止裂口,垂直裂紋或薄壁件鉆小孔,斜裂紋或薄壁件鉆較大孔,如圖4-19c所示。2)焊條的使用。焊條使用前應(yīng)烘干(溫度為150~250℃,保溫2h,或按說明書進行)。冷焊電流盡量小些。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜件和薄壁件,應(yīng)選用?2.5或?3.2焊條。結(jié)構(gòu)簡單件或厚大件用?4焊條。3)直流電源應(yīng)用。直流電源的兩極電弧溫度不同,正極為4200℃,負極為3500℃。為減少母材熔深,采用直流反接,即焊條接正極。4)施焊。引焊點應(yīng)在始焊點前20mm處鋪設(shè)引弧板,以防焊點形成白口、氣孔等缺陷。焊條要直線快速移動(直線運動),不做擺動。為了達到限制發(fā)熱量的目的,對于長焊縫應(yīng)該采取分段、斷續(xù)或分散施焊的方法,如圖4-20a、b所示。當工件厚度較大時,則應(yīng)采用多層施焊方法,如圖4-20c所示。并行焊道應(yīng)往前段焊道壓入1/3~1/2,這樣可減少母材的熔入量,而且焊縫平齊美觀,如圖4-20d所示。每焊段熄弧后,立即用尖頭小錘敲擊,用力稍輕,使焊縫遍布麻點,以消除應(yīng)力,防止裂紋,然后用鐵刷消除焊皮殘渣,小于60℃(不燙手)時才可繼續(xù)施焊。3.有色金屬的補焊機械設(shè)備中常用的有色金屬有銅及銅合金、鋁及鋁合金等。因為它們的導(dǎo)熱性高、線膨脹系數(shù)大、熔點低,高溫狀態(tài)下脆性大、強度低,很容易氧化,所以可焊性差,補焊比較復(fù)雜、困難。下面介紹銅及銅合金焊修的特點以及在補焊中需要注意的問題。(1)補焊材料及選擇目前國產(chǎn)的電焊條主要有:TCu(T107)——用于補焊銅結(jié)構(gòu)件;TCuSi(T207)——用于補焊硅青銅;TCuSnA或TCuSnB(T227)——用于補焊磷青銅、紫銅和黃銅;TCuAl或TCuMnAl(T237)——用于補焊鋁青銅及其他銅合金。氣焊和氬弧焊補焊時用焊絲,常用的有:SCu—1或SCu(絲201或絲202)——適用于補焊紫銅;SCuZn—3(絲221)——適用于補焊黃銅。補焊紫銅和黃銅合金時,也可使用焊粉。(2)補焊工藝補焊時必須要做好焊前準備,對焊絲和焊件進行表面清理,開60°~90°的V形坡口。施焊時要注意預(yù)熱,一般溫度為300~700℃,注意補焊速度,遵守補焊規(guī)范;氣焊時,選擇合適的火焰,一般為中性焰;電弧焊則要考慮焊法。焊后要進行熱處理。4.7.2堆焊堆焊用于修復(fù)零件表面因磨損而導(dǎo)致的尺寸和形狀的變化,或賦予零件表面一定的特殊性能。用堆焊技術(shù)修復(fù)零件表面具有結(jié)合強度高,不受堆焊層厚度限制。隨所用的堆焊材料的不同可得到不同耐磨性能的修復(fù)層?，F(xiàn)在,堆焊已廣泛地用于礦山、冶金、農(nóng)機、建筑、電站、鐵路、車輛、石油、化工設(shè)備以及工具、模具等的制造和修理。1.堆焊的特點1)堆焊層金屬與基體金屬有很好的結(jié)合強度,堆焊層金屬具有很好的耐磨性和耐蝕性。2)堆焊形狀復(fù)雜的零件時,對基體金屬的熱影響最小,防止焊件變形和產(chǎn)生其他缺陷。3)可以快速得到大厚度的堆焊層,生產(chǎn)率高。2.堆焊方法幾乎所有熔焊方法均可用于堆焊,目前應(yīng)用于最廣的有手工電弧焊、氧-乙炔焰堆焊、埋弧堆焊及等離子堆焊等。常用的堆焊方法及其特點見表4-9。4.7.3噴焊噴焊是在噴涂基礎(chǔ)發(fā)展起來的。噴焊是指對經(jīng)過預(yù)熱的自熔性合金粉末涂層再加熱,使噴涂層顆粒熔化(1000~1300℃),造渣浮到涂層表面,生成的硼化物和硅化物彌散在涂層中,對顆粒和基體表面潤濕達到良好黏結(jié),最終質(zhì)地致密的金屬結(jié)晶組織與基體形成0.05~0.10mm的冶金結(jié)合層。噴焊層與基體結(jié)合強度約為400MPa,它抗沖擊性能較好,耐磨耐腐蝕。噴焊可以看成是合金噴涂和金屬堆焊兩種工藝的復(fù)合。在用噴焊技術(shù)修復(fù)大面積磨損或成批零件時,因合金粉末價格高,故應(yīng)考慮其經(jīng)濟性,技術(shù)上可用焊接工藝的一般不采用噴焊。1.噴焊用自熔性合金粉末噴焊用自熔性合金粉末是以鎳、鈷、鐵為基材的合金,其中添加適量硼和硅元素,起脫氧造渣焊接熔劑的作用,同時能降低合金熔點,適于氧-乙炔火焰噴焊。(1)鎳基合金粉末對硫酸、鹽酸、堿、蒸汽等有較強的耐蝕性,抗氧化性達800℃,紅硬性達650℃,耐磨性強。(2)鈷基合金粉末最大特點是紅硬性,可在700~750℃保持較好的耐磨性,抗氧化性達800℃,耐腐蝕性略低于鎳基焊層,耐硝酸腐蝕近于不銹鋼。(3)鐵基合金粉末耐磨性好,自熔性比鎳基粉差,耐硫酸、鹽酸腐蝕性比1Cr18Ni9Ti不銹鋼好,不耐硝酸的侵蝕,抗氧化溫度不超過600℃。2.氧-乙炔火焰噴焊噴焊方法主要有火焰粉末噴焊和等離子粉末噴焊等。用氧-乙炔噴焊槍把自熔性合金粉末噴涂在工件表面,并繼續(xù)對其加熱,使之熔融而與基體形成冶金結(jié)合的過程,稱為氧-乙炔火焰噴焊。噴焊的工藝過程基本與噴涂相同。(1)噴焊工藝氧-乙炔火焰噴焊工藝過程與噴涂大體相似,包括噴前準備、噴粉和重熔及噴后處理等幾個步驟。1)噴前準備包括工件清洗、預(yù)加工和預(yù)熱等。徹底清除油和銹;表面硬度較大時,需退火處理;去除電鍍層、滲碳層及氮化層等;噴前預(yù)熱,一般碳鋼預(yù)熱溫度為250~300℃,合金鋼一般為300~400℃。2)噴粉和重熔分為一步法噴焊和二步法噴焊。①一步法噴焊就是邊噴邊熔交替進行,使用同一支噴槍完成噴涂、噴焊工序。首先,工件預(yù)熱后噴0.2mm左右的薄層合金粉,將表面封嚴,以防表面氧化。接著按動送粉開關(guān)進行送粉,將噴上去的合金粉重熔。根據(jù)熔融情況及噴焊層厚度要求決定火焰的移動速度?；鹧嫦蚯耙苿拥耐瑫r,再送粉并重熔。這樣,噴粉、重熔、移動周期進行,直至工件表面全部覆蓋完成,一次厚度不足,可重復(fù)加厚。一步法噴焊對工件輸入熱量小,工件變形小,適合于小型零件或小面積噴焊。噴焊層總厚度以不超過2mm為宜。②二步法噴焊就是將噴涂合金粉和重熔分開進行,即先完成噴涂層再對其重熔。首先對工件進行大面積或整體預(yù)熱,工件的預(yù)熱溫度合適后,將火焰調(diào)為弱碳化焰。抬高焊槍使火焰與待噴面垂直,焊嘴與工件相距100~150mm。按動送粉開關(guān)進行送粉,噴涂每層厚度不超過0.2mm,這有利于控制噴層厚度及保證各處粉量均勻,重復(fù)噴涂達到重熔厚度后停止噴粉,然后開始重熔。重熔是二步法噴焊的關(guān)鍵工序,在噴粉后立即進行。若有條件,最好使用重熔槍,將火焰調(diào)整成中性焰或弱碳化焰的大功率碳化焰,將涂層加熱至固-液相線之間的溫度。噴距為20~30mm,重熔速度應(yīng)掌握適當,即涂層出現(xiàn)“鏡面反光”時,向前移動進行下一個部位的重熔。為了避免裂紋的產(chǎn)生,重熔后應(yīng)根據(jù)具體情況采用不同冷卻措施。中低碳鋼、低合金鋼的工件和薄焊層、形狀簡單的鑄件可在空氣中自然冷卻;但對焊層較厚、形狀復(fù)雜的鑄鐵件,錳、鉬、釩合金含量較大的結(jié)構(gòu)鋼件,淬硬性高的工件等,要在石灰坑中緩冷;小件可用石棉材料包裹起來緩冷。3)噴后處理包括噴后要緩慢冷卻,并進行浸油、機械加工、清理及檢驗等。(2)影響噴焊層質(zhì)量的因素1)合金的熔點。2)涂層熔融后對基體表面的潤滑。3)工件材質(zhì)的適應(yīng)性。4.7.4釬焊采用比母材熔點低的金屬材料作釬料,把它放在焊件連接處一同加熱到高于釬料熔點、低于母材熔點的溫度,利用熔化后的液態(tài)釬料潤濕母材,填充接頭間隙并與母材產(chǎn)生擴散作用而將分離的兩個焊件連接起來的焊接方法稱為釬焊。釬焊具有溫度低,對焊接件組織和力學(xué)性能影響小,接頭光滑平整,工藝簡單,操作方便等優(yōu)點。但釬焊較其他焊接方法焊縫連接強度低,因此適于強度要求不高的零件的裂紋和斷裂的修復(fù),尤其適用于低速運動零件的研傷、劃傷等局部損傷的補修。釬焊分為硬釬焊和軟釬焊,釬料熔點高于450℃的釬焊稱為硬釬焊,而釬料熔點低于450℃的釬焊就稱為軟釬焊。下面以鑄鐵拔叉的黃銅釬焊修復(fù)為例來說明其修復(fù)過程:1)去除待焊部位的疲勞層、油污及鐵銹等,最好是將其打磨光亮。2)選HS221(絲221)、HS222(絲222)或HS224(絲224)、HL103(料103)等為釬料,該釬料熔點為860~890℃。3)選無水硼砂或硼砂與硼酸混合物(成分各半)作釬劑。4)選用較大的火焰能率,以弱氧化焰進行釬焊。注意:焊前要先將工件表面的石墨燒掉。5)留有足夠的加工余量,釬焊后進行成形加工。4.8粘接修復(fù)技術(shù)借助膠黏劑把相同或不同的材料連接成為一個連續(xù)牢固整體的方法稱為粘接,也稱為膠結(jié)或粘合。采用膠黏劑來進行連接達到修復(fù)目的的技術(shù)就是粘接修復(fù)技術(shù)。粘接與焊接、機械連接(鉚接、螺紋聯(lián)接等)統(tǒng)稱為三大連接技術(shù)。4.8.1粘接的特點1.粘接的優(yōu)點1)不受材質(zhì)的限制,相同材料或不同材料、軟的或硬的、脆性的或韌性的各種材料均可粘接,且可達到較高的強度。2)粘接時的溫度低,不會引起基體(或稱母材)金相組織發(fā)生變化或產(chǎn)生熱變形,不易出現(xiàn)裂紋等缺陷,因而可以修復(fù)鑄鐵件、有色金屬及其合金零件、薄件及微小件等。3)粘接工藝簡便易行,不需要復(fù)雜設(shè)備,節(jié)省能源,成本低廉,生產(chǎn)率高,便于現(xiàn)場修復(fù)。4)與焊接、鉚接、螺紋聯(lián)接相比,減輕結(jié)構(gòu)重量的20%~25%,表面光滑美觀。5)粘接還可賦予接頭密封、隔熱、絕緣、防腐、防振以及導(dǎo)電、導(dǎo)磁等性能。兩種金屬間的膠層還可防止電化學(xué)腐蝕。2.粘接的缺點1)不耐高溫。一般有機合成膠只能在150℃以下長期工作,某些耐高溫膠也只能達到300℃(無機膠例外)。2)粘接強度不高(與焊接、鉚接相比)。3)使用有機膠黏劑,存在易燃及有毒等安全問題。4)有機膠受環(huán)境條件影響易變質(zhì),抗老化性能差。其壽命由于使用條件不同而差異較大。5)膠接質(zhì)量尚無可行的無損檢測方法,主要依靠嚴格執(zhí)行工藝來保證質(zhì)量,因此應(yīng)用受到一定限制。4.8.2粘接機理粘接是一個復(fù)雜的過程,它包括表面浸潤、膠黏劑分子向被粘物表面移動、擴散和滲透,膠黏劑與被粘物形成物理和機械結(jié)合等問題,所以有關(guān)粘接機理,人們提出了不少理論來解釋,目前粘接機理尚無統(tǒng)一結(jié)論,以下幾種理論從不同角度解釋了粘接現(xiàn)象。1.機械理論該理論認為被粘物表面存在著粗糙度和多孔狀,