第七章-第三节-船机零件的修复工艺-焊-金-塑-粘-研1课件

第三节 船机零件的修复工艺主讲 杨界7/13/20241武汉海事学校 杨界五、焊接修复工艺(一)概述焊接修复工艺即采用焊接的方法对损坏的金属零件进行修复的工艺，或者用于修复的焊接工艺。焊接工艺:焊接方法、焊接材料、操作过程、接头形式、焊接参数7/13/20242武汉海事学校 杨界焊接修复工艺的特点：成本低、见效快、设备简单、应用方便，焊接修复层与零件基体的结合强度高，抗冲击能力强。易产生变形和裂纹。焊接修复工艺适用于:修复层与基体的结合强度高，抗冲击能力强，对变形要求不严，存在断裂或裂纹、磨损、腐蚀以及加工失误等缺陷的零件。7/13/20243武汉海事学校 杨界(二)焊接修复工艺的分类根据被焊零件数目的的不同和焊接目的不同，分为“连接焊”和“堆焊”两种。连接焊:修理时将两个或两个以上的零件或断裂的部分焊接到一起，其主要目的是连接。7/13/20244武汉海事学校 杨界堆焊是在一个零件表面，为了增大尺寸或恢复尺寸，或者是为了使零件获得具有特殊性能(如耐磨、耐腐蚀、耐高温)的焊层而进行的焊接。堆焊既可以用于修复磨损、腐蚀、裂纹或加工失误的零件，也可以用于新零件的预保护。7/13/20245武汉海事学校 杨界熔深:在焊接接头的横截面上，母材熔化的深度。图图714熔深示意图熔深示意图7/13/20246武汉海事学校 杨界稀释:异种金属在熔焊或堆焊时，母材或预先堆焊的金属熔入熔敷金属，引起熔敷金属中有益成分相对减少的现象。稀释率:异种金属熔焊或堆焊时，熔敷金属被稀释后，母材或预先堆焊层金属在熔敷金属中所占的百分比(即熔合比)。一般要求焊缝的熔深较大；堆焊时，一般都希望焊缝的熔深较浅，堆焊层的成分被母材稀释的程度较低。7/13/20247武汉海事学校 杨界一般堆焊焊材都是耐磨、耐腐蚀、耐高温的高性能贵重材料，而母材的性能较差，如果熔深大，母材就会过多的稀释焊材，使得堆焊层的耐磨、耐腐蚀、耐高温的性能明显降低。堆焊的主要目的不是为了连接，而堆焊层与基体已经是冶金结合，即使熔深浅，其结合强度也足以保证堆焊层在使用中不会脱落。当零件母材的焊接性较差时，浅熔深和低稀释率会减少堆焊层的裂纹。为了获得浅的熔深，堆焊时一般都采用小电流、细焊材、快速焊、断续焊等措施。7/13/20248武汉海事学校 杨界(三)焊接方法的分类焊接方法熔焊、钎焊、压焊。熔焊(熔化焊)：焊接时将零件母材和焊材都加热至熔化状态以实现焊接的方法，如手工电弧焊、气焊、埋弧焊等。7/13/20249武汉海事学校 杨界钎焊：焊接时采用比焊件母材熔点低的焊接材料(称钎料)，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，使钎料熔化但母材不熔化，同时施加钎剂(即焊药)，通过焊材与母材金属元素的相互扩散而形成冶金结合的焊接方法。采用氧气-乙炔火焰进行黄铜钎焊铸铁、青铜钎焊不锈钢、银钎料钎焊铜合金等。压焊：施加压力(同时加热或不加热)以实现焊接的方法，如电阻焊、摩擦焊等。7/13/202410武汉海事学校 杨界(四)在进行焊接修复时常用的焊接方法常用于修复的焊接方法：气焊、手工电弧焊、钨极氩弧焊(TIG)、埋弧焊、CO2气体保护焊、氧气-乙炔火焰钎焊。既可以用于“连接焊”也可以用于“堆焊”。7/13/202411武汉海事学校 杨界气焊：利用氧气-乙炔火焰作热源的焊接方法。手工电弧焊(手工焊条电弧焊):将焊条作为一个电极，工件作为另一个电极，利用焊条与工件间产生的直流或交流电弧作为热源来熔化焊条。钨极氩弧焊(简称TIG):将高熔点的钨针(或铈钨针)作为一个电极，工件作为另一个电极，利用钨极与工件间产生的直流或交流电弧作为热源，另外填加焊丝，并利用氩气等惰性气体作为保护介质进行焊接的熔焊方法。7/13/202412武汉海事学校 杨界7/13/202413武汉海事学校 杨界1-喷嘴 2-钨极 3-电弧4焊缝 5-工件 6-熔池 7-填充焊丝 8-惰性气体 钨极氩弧焊7/13/202414武汉海事学校 杨界埋弧焊：将焊丝作为一个电极，工件作为另一个电极，焊丝与工件间产生的电弧埋在颗粒状的焊剂层下燃烧，电弧产生的热能使焊丝熔化进行堆焊。CO2气体保护焊：将焊丝作为一个电极，工件作为另一个电极，利用CO2气体作保护气体，焊丝与工件间产生的电弧使焊丝熔化进行焊接。CO2气体保护焊是目前焊接黑色金属材料最重要熔焊方法之一，CO2气体保护焊可自动焊也可手动焊。氧气-乙炔火焰钎焊：利用氧气-乙炔火焰进行钎焊的方法。7/13/202415武汉海事学校 杨界(五)在焊接修复工作中焊接方法的选用1.根据被焊零件的母材选择焊接方法。钎焊的适应范围最大，适合各种母材的零件；埋弧焊与CO2气体保护焊对零件母材的适应范围较小且基本相同，适合焊接低、中碳钢；钨极氩弧焊对零件母材的适应范围较大。从零件母材的焊接性好、坏的角度，焊接性最好的是低碳钢，较好的依次是中碳钢和合金结构钢，焊接性较差的是高碳钢、铝合金和铜合金，焊接性最差的材料是铸铁。7/13/202416武汉海事学校 杨界序号序号修复工修复工艺低碳低碳钢中碳中碳钢高碳高碳钢结构构合金合金钢灰灰铸铁不不锈钢铜合金合金铝合金合金1 1镀铬+-+2 2镀铁+-3 3气气焊+-+-+-4 4手工手工电弧弧焊+-+-+5 5钨极极氩弧弧焊+-+6 6埋弧埋弧焊 +7 7C0C02 2气体保气体保护焊+8 8氧气一乙炔氧气一乙炔钎焊 +-9 9热喷涂涂 +-+1010粘接粘接 +1111金属扣合金属扣合 1212塑性塑性变形形 +注：注：“+”表示修理效果良好；表示修理效果良好；“-”表示修理效果一般；表示修理效果一般；“”表示不可使用或一般不使用。表示不可使用或一般不使用。7/13/202417武汉海事学校 杨界焊接不锈钢：手工电弧焊、钨极氩弧焊或埋弧焊焊接铜合金：钨极氩弧焊(TIC)、熔化极氩弧焊或气焊；焊接铝合金：交流钨极氩弧焊(TIG)或交流熔化极氩弧焊；焊接灰铸铁：钎焊、手工电弧焊和气焊；异种金属的焊接:一般应采用钎焊。铜与铝、铜与钢的焊接:采用钎焊可获得较好的焊接效果。7/13/202418武汉海事学校 杨界2.根据焊件的形状和焊接工作量选择焊接方法零件的形状简单(圆柱、平面)，优先考虑采用埋弧焊的自动焊或CO2气体保护焊的自动焊。活塞的堆焊翻新，大多采用埋弧自动焊。零件的形状比较复杂，堆焊量较小，选择钨极氩弧焊、手工电弧焊或气焊，由人工进行焊接。3.根据焊件的精密程度选择焊接方法焊件十分精密，焊接质量要求很高,应该采用钨极氩弧焊。7/13/202419武汉海事学校 杨界4.根据焊件对变形的要求选择焊接方法埋弧焊、CO2气体保护焊、气焊的热输入量比较大，焊后零件的变形比较大。钨极氩弧焊、手工电弧焊的热输入量比较小，焊后零件的变形比较小。5.根据焊件的尺寸选择焊接方法焊件较薄、较细，容易焊漏，选用钨极氩弧焊、氧气-乙炔气焊或钎焊的方法。埋弧焊和CO2气体保护焊的焊缝熔深很大，适合于较厚的焊件。7/13/202420武汉海事学校 杨界6.根据需要的焊层厚度选择焊接方法需要较薄的焊层，优先考虑钨极氩弧焊、气焊；需要2 mm以上较厚的焊层，优先考虑手工电弧焊、CO2气体保护焊、埋弧焊或氧气-乙炔钎焊。钨极氩弧焊、气焊、氧气-乙炔钎焊、热喷涂的焊层或涂层的厚度可薄可厚，变化范围较大。7/13/202421武汉海事学校 杨界(六)焊接修复的基本操作过程清除待焊部位的油污、锈迹，露出金属光泽。必要时采用无损探伤检查焊接部位是否有裂纹。如果有裂纹，应该钻出止裂孔，除去裂纹，并开出坡口。选择合适的焊接方法和焊材。根据零件的母材、焊材、焊层性能和环境温度等条件决定是否预热，确定预热的方法及预热温度。7/13/202422武汉海事学校 杨界采用科学、合理的焊接顺序进行连接焊或堆焊，以减少焊接裂纹和变形。常采用“分段退焊法”、“分中对称退焊法”或“逐层分段退焊法”。缺点:焊接效率低；焊接接头较多，接头处容易出焊接缺陷。焊后应尽可能使焊层缓冷。机械加工7/13/202423武汉海事学校 杨界分段退焊法(逐步退焊法):它是把长焊道分成若干段短焊道，每焊一小段就退后一段距离重新起焊，图中的数字表示焊接每个小段的先后次序，每小段的尾部与前一小段的首部相接，每小段的焊接方向与总的焊接方向(图中的大箭头)相反，见图7-15。7/13/202424武汉海事学校 杨界图图7-15 分段退焊法示意图分段退焊法示意图7/13/202425武汉海事学校 杨界分中对称退焊法:把长焊道分成若干段短焊道，从焊道的中心向两端或从焊道的两端向中心，对称、交替地，一小段一小段地焊接，图中的数字表示焊接每个小段的先后次序，如图7-16所示。采用这种方法焊接，零件受热比前一种方法更均匀。图7-16分中对称退焊法的示意图7/13/202426武汉海事学校 杨界图图7-16分中对称退焊法的示意图分中对称退焊法的示意图7/13/202427武汉海事学校 杨界逐层分段退焊法:堆焊层较长、厚度较大而进行多层堆焊时，把长焊层分成若干段短焊层，在每一层内分段退焊(类似于“分段退焊法”)，焊完一层后再焊上一层。即按照A1，A2，A3；B1，B2，B3；C1，C2，C3的顺序堆焊，相邻两个焊层的焊道方向最好相互垂直。采取阶梯焊，即上面的短段比下面的短段短一些。7/13/202428武汉海事学校 杨界图图7-17“逐层分段退焊法逐层分段退焊法”示意图示意图 7/13/202429武汉海事学校 杨界(七)铸铁零件的焊接修复1.铸铁焊接时容易出现的缺陷铸铁零件焊接时容易出现白口组织、裂纹和气孔。其原因：铸铁含碳量很高，焊接的冷却速度较大，铁水很快凝固，来不及析出石墨，因此形成了以Fe3C为基体的焊缝组织，即白口组织。白口组织的硬度高、脆性大、强度很低，性能很差。7/13/202430武汉海事学校 杨界焊缝白口组织的收缩率大，焊接时产生的热应力很大；加上白口组织的脆性大，没有塑性，导致铸铁零件焊接时焊缝容易产生裂纹。铸铁焊接时，容易产生CO气体；铸铁母材中常浸入润滑油，难以除净；铸铁零件在铸造时可能留下气孔、缩松、砂眼等缺陷，由于这些原因，在焊接时容易产生气体，如果气体在焊接时没排除干净，留在焊缝中便形成了气孔。7/13/202431武汉海事学校 杨界2.手工电弧焊焊接铸铁零件的方法根据预热程度的不同主要有热焊法和冷焊法两种。热焊法:将工件整体预热600700C后施焊。热焊法的特点:需要大的加热设备将零件加热，工作量大、工作效率低、零件变形大，但焊缝不会出现白口组织。冷焊法:铸铁零件不预热，或整体预热温度不高于200C时进行焊接的方法。冷焊法的特点:方法简便、工作量小、工作效率高、零件变形小，但焊缝容易出现白口组织和裂纹。7/13/202432武汉海事学校 杨界3.铸铁件的黄铜钎焊修复一般用氧气-乙炔火焰加热，采用黄铜作钎料，熔点880C左右；钎焊时使用铜钎剂，去除氧化膜，提高结合强度。钎焊时铸铁零件的母材不熔化，所以不会产生白口组织和裂纹。黄铜钎焊铸铁的焊接接头的抗拉强度接近铸铁HT200的抗拉强度。7/13/202433武汉海事学校 杨界(八)船机零件的堆焊翻修堆焊翻修(堆焊翻新修理):先通过机械加工消除船机零件的表面损伤，然后利用堆焊工艺恢复零件的尺寸，最后进行热处理和精加工。堆焊翻新修理可用于钢、铸铁、铜、铝等材料的贵重零件。船用主、副柴油机的活塞、活塞杆、气缸盖、排气阀、阀座和机架、船用螺旋桨等都可进行局部翻新或整体翻新。7/13/202434武汉海事学校 杨界六、金属扣合工艺(一)概述金属扣合工艺：将特殊的连接件(如波浪键、加强块或螺栓等)镶嵌或安装到零件的裂纹处或断裂处，通过连接件与零件基体之间的相互扣合、卡阻和啮合作用，将有裂纹的或断裂的零件连接(并密封)起来的一种修复方法。7/13/202435武汉海事学校 杨界1.金属扣合工艺的主要特点一般仅用于壁厚大于8mm的铸铁件的修理。金属扣合工艺在常温下完成修理，零件不会变形，也不会改变零件本体材料的组织和性能，修理质量可靠。能基本恢复零件原有的强度，也可以恢复零件的密封性。基本上都是手工加工，不需要复杂的设备，可以到现场修理。工艺简单，成本低。7/13/202436武汉海事学校 杨界2.金属扣合工艺所使用的连接件的材料金属扣合工艺所使用的连接件：波浪键、加强块、密封螺栓和圆柱销等。制造扣合连接件的材料的基本要求：强度高、塑性好、初始硬度不高，形变强化效果明显；热膨胀系数低于或相近于零件本体材料。7/13/202437武汉海事学校 杨界修复高温下工作的铸铁零件（气缸盖、气缸套等）扣合连接件的材料最好采用因瓦(Invar)合金Ni36或Ni42。低膨胀合金：塑性好、形变强化效果明显、扣合强度较高、不生锈，热膨胀系数明显低于铸铁。因瓦合金可用热膨胀系数与铸铁相接近的低碳钢20钢代替。不锈钢的热膨胀系数明显高于铸铁，不宜采用不锈钢制作扣合连接件。7/13/202438武汉海事学校 杨界修复在常温下工作的铸铁零件(如柴油机机体)扣合连接件的材料：不锈钢0Crl8Ni9、1Crl8Ni9材料初始强度较高，经过铆击塑变后强度可再提高50，扣合强度较高，不会生锈，热膨胀系数比铸铁高，只能用于在常温下工作的铸铁零件。扣合连接件的材料：低碳钢15，20钢制造。材料的初始强度较低，通过铆击塑变后其强度可提高20以上，容易生锈，热膨胀系数比不锈钢低，与铸铁材料相近。7/13/202439武汉海事学校 杨界3.波浪键的形状、尺寸与制造方法波浪键：扣合连接件中最主要的连接件。波浪键的形状：由若干个圆柱体形状的“凸圆柱”和长方体形状的“连桥”相互连接所组成。波浪键的上底面和下底面是两个相互平行的平面。波浪键的“凸圆柱”数量必须是奇数，一般为5，7，9个。图图7-18 波浪键的形状波浪键的形状 7/13/202440武汉海事学校 杨界波浪键的尺寸：连桥的宽度b、凸圆柱的直径d、凸圆柱的中心距l、波浪键的高度t。一般以连桥的宽度b作为基础尺寸，b一般为36 mm，取整数。凸圆柱直径d=(1.41.6)b凸圆柱中心距l=(2.02.2)b波浪键高度t=(1.01.2)b图图7-19 波浪键的基本尺寸波浪键的基本尺寸 7/13/202441武汉海事学校 杨界波浪键属于非标准件，市场上买不到，只能自制。制造方法：精密铸造、冷挤压、电火花线切割。采用精密铸造和冷挤压制造出来的波浪键精度较低，一般达不到要求。采用电火花线切割的方法制造的波浪键精度很高，又不用制作模具。波浪键的用量不大，最好是准备好合适材料的板材。7/13/202442武汉海事学校 杨界4.金属扣合工艺所使用的工具金属扣合工艺需要使用的工具大部分都是手持机械工具、手持电动(气动)工具，主要有钻模、手电钻(或风钻)、(气动)铲凿、攻丝工具、角磨机、手锤、钢锯、探伤剂、粘接剂等。5.金属扣合工艺的应用场合主要用来修复焊接性很差的铸铁件。船用主、副柴油机的机座、机架、气缸体、气缸盖、气缸套和各种机械的壳体7/13/202443武汉海事学校 杨界(二)金属扣合工艺金属扣合工艺的种类:强固扣合法，强密扣合法和加强扣合法。1.强固扣合法(波浪键扣合法):在零件上垂直于裂纹的方向加工出若干个与波浪键相同形状和尺寸的波形槽，将波浪键嵌入波形槽内，波形槽与波浪键之间大约有0.1 mm的间隙。铆击波浪键，使波浪键产生塑性变形而充满波形槽；依靠波浪键与波形槽相互之间的扣合、锁固作用，将裂纹紧紧压住，使裂纹件两侧连接在一起，太薄的铸铁件(壁厚小于8 mm)不能采用金属扣合工艺。7/13/202444武汉海事学校 杨界图图7-20 强固扣合法示意图强固扣合法示意图 7/13/202445武汉海事学校 杨界(2)强固扣合法的基本工艺过程表面探伤。采用着色探伤或磁粉探伤，显示出裂纹长度及裂纹尖端位置。打止裂孔。在两个裂纹尖端钻止裂孔，攻丝，拧入涂上粘接剂的螺栓，将露出零件表面的螺栓割断、磨平，堵塞止裂孔。加工波形槽。首先要在裂纹上确定波形槽的数量和位置，确定波形槽的深度。7/13/202446武汉海事学校 杨界波形槽的数量和位置:根据规定的波形槽的间距、零件的具体结构和受力情况、裂纹的总长度等因素来确定，波形槽间距为W=(56)b，一般不小于30 mm。波形槽的深度T依零件的壁厚H而定，一般取T=(0.650.75)H。7/13/202447武汉海事学校 杨界图图7-21 波形槽的同距与深度波形槽的同距与深度 7/13/202448武汉海事学校 杨界波形槽深度T大于波浪键的高度t时，不应按波形槽的深度特意制作超过规定高度的波浪键，而应嵌入13层波浪键，并逐层铆击。波浪键的原始尺寸小于波形槽的尺寸，二者存在0.1 mm左右的间隙，此时不能产生扣合作用。7/13/202449武汉海事学校 杨界波浪键的扣合作用是靠铆击产生塑变后，波浪键充满波形槽后而产生的。单层波浪键的高度过高，铆击后只是表面产生塑性变形充满槽腔，下面大部分高度没有产生塑变，波浪键与波形槽之间还存在0.1 mm左右的间隙，不能产生扣合作用和形变强化作用。7/13/202450武汉海事学校 杨界波形槽的加工方法:第一步是钻孔。选择直径比波浪键凸圆柱直径d大0.1 mm的钻头和合适的钻模，在垂直于裂纹的方向上钻孔。钻模的作用是准确地确定各个孔的相对位置。波浪键中间的凸圆柱中心正好位于裂纹线上；钻孔的数量应等于波浪键凸圆柱的数量。孔的深度要适应波浪键的高度和层数，并且各个孔的深度应基本相同；每钻1个孔后，采用相同直径的圆柱销定位，再钻下1个孔。7/13/202451武汉海事学校 杨界第二步是凿通。用头部形状为矩形、头部宽度比波浪键“连桥”宽度大0.1 mm的铲凿将各个孔之间的连桥部分凿通，形成波形槽，见图7-22。7/13/202452武汉海事学校 杨界图图7-22波形槽的加工方法波形槽的加工方法7/13/202453武汉海事学校 杨界嵌入、铆击波浪键。在波形槽中涂上胶粘剂，将波浪键嵌入波形槽，用手锤和专用工具铆击波浪键，使波浪键产生塑变充满槽腔。铆击结束后，最后一层波浪键的上平面应高于工件的表面0.51 mm，作为最后磨平时的加工余量。7/13/202454武汉海事学校 杨界波浪键的固定。波浪键的固定方法：在裂纹线上波浪键的旁边钻螺孔的底孔，要让该底孔切入波浪键0.51 mm，然后攻丝，拧入涂上胶粘剂的固定螺丝，然后割断、磨平，靠固定螺丝的螺纹将波浪键固定。磨平。用角磨机将修理部位打磨平整、光滑。7/13/202455武汉海事学校 杨界图图7-23 强固扣合法修理完毕后的状况强固扣合法修理完毕后的状况 7/13/202456武汉海事学校 杨界(3)强固扣合法的适用场合适用于壁厚在845 mm，不需要密封裂纹，承受载荷不是特别大的铸铁件。7/13/202457武汉海事学校 杨界2.强密扣合法强密扣合法(波浪键一密封螺丝扣合法):在强固扣合法的基础上，再沿着裂纹一个挨一个地钻孔、攻丝，旋入涂有胶粘剂的密封螺丝，然后割断、磨平。各密封螺丝之间相互重叠相割，重叠量1 mm左右。目的:密封裂纹和防止螺丝转动。7/13/202458武汉海事学校 杨界图图7-24 强密扣合法修理完毕后的状况强密扣合法修理完毕后的状况 7/13/202459武汉海事学校 杨界密封螺丝:选用M5M12mm的规格。密封螺丝的材料:一般都选用低碳钢材料。强密扣合法修理完毕，检验修理质量的方法有：肉眼观察的方法。采用敲击听响法检验，敲击修理部位，发出坚实声音，证明修理质量良好。有密封性要求的零件应该水压试验。强密扣合法:适用于壁厚在845 mm的铸铁件，强密扣合法:承受载荷的能力高于强固扣合法。常用来修复柴油机的气缸套、气缸盖等要求密封的、有裂纹的铸铁零件。7/13/202460武汉海事学校 杨界3.加强扣合法亦称加强块扣合法。适用于承受高载荷，壁厚大于45 mm的铸铁件。加强扣合法:主要采用“加强块”作为扣合连接件。加强块:较大尺寸的、矩形的、高强度的合金钢块。图图7-25加强扣合法示意图加强扣合法示意图1-铸铁件；铸铁件；2-圆柱销或密封螺丝；圆柱销或密封螺丝；3-加强块；加强块；4-波浪键波浪键;5-裂纹裂纹7/13/202461武汉海事学校 杨界加强扣合法的加工方法在铸铁件上垂直裂纹的方向加工出与加强块形状和尺寸相吻合的凹槽，涂上胶粘剂，将加强块镶嵌到凹槽中，在加强块与铸铁件的交界线上钻孔，铆入圆柱销(圆锥销)或拧入密封螺丝。加强块的材料：采用合金调质钢(如40Cr)，经调质处理后使用，或低碳钢(如20钢)。7/13/202462武汉海事学校 杨界加强扣合法两个特点：加强块可以使载荷分布到铸铁件的更大的面积上和离裂纹更远的地方加强扣合法适合用于修理承受高载荷、壁厚大于45 mm的大型厚壁铸铁件。加强块不需进行铆击。加强块的强度不能依靠形变强化来提高，而只能依靠自身原有的强度。7/13/202463武汉海事学校 杨界4.热扣合法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 7/13/202464武汉海事学校 杨界7/13/202465武汉海事学校 杨界七、塑性变形修复工艺塑性变形修复工艺：在不破坏零件的前提下，利用金属本身的塑性，通过施加外力或加热的手段，使已经发生塑性变形而失效的金属零件再发生反向塑性变形，以恢复零件原有几何形状的修复方法。船机零件：柴油机曲轴、连杆的弯曲变形、螺旋桨桨叶因碰撞弯曲变形7/13/202466武汉海事学校 杨界常用的塑性变形修复法：冷校法、热校法、加热-机械校直法。塑性变形修复法：仅适用于塑性材料，脆性材料如铸铁不能采用此法。7/13/202467武汉海事学校 杨界(一)冷校法适用于零件材料的塑性较高、塑变量较小、零件尺寸不是过大的场合。冷校法是在常温下，靠敲击或施加外力来恢复零件原有几何形状的修复方法。常用的冷校法：敲击法和机械校直法。1.敲击法靠锤子敲击零件使其发生反向塑性变形，以恢复零件原有几何形状的修复方法。7/13/202468武汉海事学校 杨界图图7-26 敲击法校直的原理示意图敲击法校直的原理示意图7/13/202469武汉海事学校 杨界敲击法校直弯曲零件的另一种方法：采用头部具有特殊形状的锤子，敲击零件发生塑变后尺寸变短的区域，使敲击的部位产生局部塑性伸长以恢复零件的整体形状。7/13/202470武汉海事学校 杨界2.机械校直法在专用的液压机上，对发生塑变的零件的凸起部位施加静压力，使其产生反向塑性变形来进行校直的方法。在施加压力时，反向变形的程度比原有塑性变形的程度稍微大一些，即适当矫枉过正，以达到消除原有塑性变形的目的。7/13/202471武汉海事学校 杨界图7-28机械校直法校直曲轴示意图1v形铁；2曲轴；3液压机压头；4铜皮或铅软皮垫片；5百分表；6平台7/13/202472武汉海事学校 杨界注意：在支撑部位和加压部位都要垫加铜、铅软垫片，以免损坏轴颈的工作面。机械校直法常用来校正变形不大的螺旋桨桨叶。采用机械校直法校直零件的缺点：零件的截面变化处(如轴颈根部过渡圆角处)塑性变形较大，并留下残余拉应力，使零件的疲劳强度降低。7/13/202473武汉海事学校 杨界(二)热校法对发生了塑性变形的金属零件进行局部快速加热来校正变形零件的方法。零件发生弯曲塑变后，弯曲部位的凸面尺寸会变长，热校直时在轴弯曲部位的凸面采用氧气-乙炔火焰进行局部快速加热，加热部位的膨胀受到周围材料的约束，造成很大的压应力，因此使加热部位产生了压缩塑变。当零件冷却下来时，由于凸面的尺寸变短了，使零件的弯曲方向朝相反的方向变化，因此使零件的弯曲变形得到一定的恢复。一般需在零件的凸面经多点多次加热冷却后，才能使零件校直。7/13/202474武汉海事学校 杨界图图7-29 热校法校直零件的示意图热校法校直零件的示意图7/13/202475武汉海事学校 杨界热校法适用于焊接性好的钢材，如低碳钢或普通低合金钢；对于淬硬倾向较大的合金钢要慎用，因其容易产生淬硬组织和裂纹。热校法可矫正弯曲变形较大、尺寸较大的零件，但对操作技术和经验要求较高。7/13/202476武汉海事学校 杨界(三)加热-机械校直法热校法与机械校直法的联合运用适用于弯曲变形较大并且尺寸较大的零件。先采用机械校直法使零件恢复一定的变形，再用热校法局部加热校直。或先加热，后采用机械加压进行校直。例如螺旋桨桨叶弯曲变形较大时，将叶片弯曲变形处加热后再用千斤顶加压或用螺杆和螺母制作的上紧夹具加压的方法使桨叶形状复原。7/13/202477武汉海事学校 杨界八、粘接修复技术（一)概述粘接修复技术：利用胶粘剂把相同的或不同的材料连接到磨损、腐蚀的零件上，或者将断裂的零件牢固地连接在一起，使损坏的零件恢复使用性能的方法。7/13/202478武汉海事学校 杨界1.粘接技术的主要特点粘接不会像焊接那样改变材料的基体组织，不会引起零件的变形和硬度降低等问题。可获得多种特殊性能，如良好的密封、导电、绝缘以及耐腐蚀性能。设备工艺简单，容易操作，成本低，生产效率高。粘接的不足之处：与铆接、螺纹连接和焊接等工艺方法相比，粘接层的结合强度较低、抗冲击性能和抗老化性能较差、粘接接头的耐热性较低。7/13/202479武汉海事学校 杨界2.胶粘剂的分类方法按用途分类：结构胶粘剂、非结构胶粘剂和特种胶粘剂三大类。结构胶粘剂：将结构单元牢固地连接成整体结构，其粘接强度高、耐久性好，能够承受较大的应力。非结构胶黏剂：恢复尺寸，修复磨损、腐蚀的零件，密封等用途而进行的表面粘涂和密封，不能承受太大的载荷。(如表面粘接用胶粘剂、密封胶粘剂)特种胶粘剂：满足特殊需要，改变零件表面功能(如导电、导磁、绝缘等性能)所进行的粘接。7/13/202480武汉海事学校 杨界按化学成分类：有机粘接剂和无机粘接剂按被粘接材料分类：金属用胶、塑料用胶、橡胶用胶、陶瓷用胶、木材用胶、纤维用胶、玻璃和水泥用胶、纸用胶等。按胶粘剂的形态分类：溶液型、乳液型、糊状、胶泥、胶膜、胶带、胶粒、胶棒等。7/13/202481武汉海事学校 杨界3.粘接的基本工艺过程一般粘接的基本工艺过程粘接前的表面处理是粘接成功的关键环节。保证粘接强度，必须严格地对表面进行除污、除油、除锈、脱脂和粗化。图图7-30粘接的粘接的基本工艺过程基本工艺过程7/13/202482武汉海事学校 杨界4.选择胶粘剂考虑的因素被粘接物的材料、表面状态、裂纹缝隙大小、粘接面大小、受力情况和使用环境条件等情况要符合胶粘剂说明书的要求。胶粘剂的性能特点，如粘接强度、使用温度、收缩率、线胀系数、耐蚀性、耐水性及抗老化性能等要符合使用工况的要求。7/13/202483武汉海事学校 杨界5.粘接修复技术的应用粘接修复技术：可用于修复因磨损、腐蚀、裂纹或断裂而损坏的零件，以及加工失误的零件、其他工艺均无法修复的零件，用粘接却得到了良好的修复效果。利用胶黏剂进行装配工作和对零件的接触面进行密封，使修船、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。7/13/202484武汉海事学校 杨界(二)有机胶粘剂在船机修造工作中的应用1.修理损坏的船机零件(1)修理磨损松动的过盈配合件过盈配合的轴与套类的零件(例如轴与齿轮)，因长期使用产生微动磨损，造成配合松动而影响传递运动。采用厌氧胶修理船用发电机轴与滚动轴承的配合松动、离心泵轴与叶轮的松动，修理效果较好，工艺简单，成本低。7/13/202485武汉海事学校 杨界(2)修理腐蚀损坏的零件柴油机气缸套、气缸体和各类船舱壁的电化学腐蚀，螺旋桨桨叶、气缸套外圆表面的穴蚀(3)修补裂纹零件柴油机气缸盖进气阀阀杆导孔壁裂纹，船舶管系的裂纹、漏洞，油柜和水柜的裂纹或焊缝开裂等损坏，可采用有机胶粘剂并结合金属扣合、覆板或镶套等其他工艺进行修复。7/13/202486武汉海事学校 杨界2.船机零部件的装配(1)主、副柴油机机座的安装在主、副机机座与底座之间安装若干个铸铁垫块按传统工艺：铸铁垫块的上、下平面要与机座和底座紧密相贴，用色油检验，接触点在1平方英寸面积内不少于23点。需要反复刮研铸铁垫块，此项工作劳动强度很高、工作量大、效率很低，而且垫块的接触面积很小。7/13/202487武汉海事学校 杨界采用有机胶粘剂配合铸铁垫块的安装，可克服传统工艺的缺点。安装时，使铸铁垫块的厚度h比实际需要的厚度H小一些，使铸铁垫块上、下平面都充满0.51.0 mm的环氧树脂胶黏剂，这样不需刮研垫块，待胶粘剂固化后，铸铁垫块的上、下面与机座或底座完全接触。7/13/202488武汉海事学校 杨界图7-31 有机胶粘剂用于主机机座安装的示意图7/13/202489武汉海事学校 杨界(2)螺旋桨与艉轴的装配沿海和内河的中小型船舶的螺旋桨与艉轴，在二者配合面之间有意设计了一定的间隙，采用适当的方法充满环氧树脂胶粘剂，待粘接剂固化后螺旋桨与艉轴的配合面可达到完全接触，从而省去了键连接和大量的刮研工作。7/13/202490武汉海事学校 杨界(3)做密封垫片船舶机械设备的密封，传统上采用静密封固体材料，如紫铜、橡皮、石棉、纸箔及白漆一丝麻等。使用高分子液态密封胶来代替传统的固体垫片作为连接件的密封材料。液态密封胶：使用前呈黏稠的液态，固化后形成一层类似橡胶性质的、富有弹性的可剥性薄膜，黏附于结合面上，具有良好的密封性能和耐压性能。7/13/202491武汉海事学校 杨界液态密封胶：应用于各类泵、齿轮箱、空气压缩机等的法兰平面和结合面的密封；柴油机气缸套与气缸体、道门与机架的结合面的密封；高压油管、水管和蒸汽管的管接头的密封。一般来说，与无机胶粘剂相比，有机胶粘剂的粘接强度较大，耐热性差，脆性较小，抗冲击性较好，耐腐蚀性较好，抗老化性较差，粘接工艺较复杂。7/13/202492武汉海事学校 杨界(三)无机胶粘剂在船机修造工作中的应用无机胶粘剂：以无机物配制而成的胶粘剂，一般由液态的无机酸、碱、盐与固态的金属氧化物粉末组成。无机胶粘剂的突出特点：具有很高的耐热性，最高可承受2700C的高温，耐油、抗老化、毒性小、不燃烧；无机胶粘剂的缺点：不耐酸、碱，耐水性较差，脆性较大，不抗冲击等。无机胶粘剂的粘接接头：一般都采用套接或槽接，不适合采用对接接头。7/13/202493武汉海事学校 杨界磷酸盐类无机胶粘剂或硅酸盐类无机胶粘剂两类，应用最多的：磷酸一氧化铜无机胶粘剂。磷酸一氧化铜无机胶粘剂由甲、乙两个组分组成。甲组分：黑色的氧化铜粉末，乙组分：磷酸与氢氧化铝配制而成的磷酸铝溶液，不用时分开放置，使用时将甲、乙两个组分按照适当的配比进行调制，现用现配。磷酸一氧化铜无机胶黏剂:可长时间在500C下工作，短时间在700800C工作；耐油、耐水性较好，因此密封堵漏效果好。7/13/202494武汉海事学校 杨界磷酸一氧化铜无机胶粘剂:适用于工作温度高、受力不大，不需拆卸、需要密封的部位。如修理气缸体、气缸盖或其他箱体上的裂纹，气缸体与气缸套配合面上的铸造缺陷，增压器涡轮端壳体的腐蚀等。无机胶粘剂的粘接强度较小、耐热性好、脆性较大、抗冲击性和耐腐蚀性较差，抗老化性较好，粘接工艺较简单。7/13/202495武汉海事学校 杨界九、研磨加工技术研磨加工：在零件和与其相配合的研磨工具(或者是与其相配合的另一个零件)之间加入含有磨料颗粒的研磨剂，使零件与研磨工具(或相配合的另一个零件)在一定的压力和速度下作相对运动，磨料颗粒对零件的被加工表面所进行的精密切削加工。7/13/202496武汉海事学校 杨界研磨：精密零件的制造和修理时进行精加工的主要方法之一，一般是在机床精加工(如精车、精磨)之后的最终精加工工序。研磨加工：使零件获得极高的尺寸精度、几何形状精度、配合精度以及最高的表面粗糙度等级。零件的平面，内、外圆柱面，圆锥面，螺纹面，齿轮的齿面，凸、凹球面等其他型面均可采用此种方法进行精加工。7/13/202497武汉海事学校 杨界船舶主、副柴油机的进、排气阀与阀座偶件以及燃油系统中的三对精密偶件(柱塞-套筒、针阀-针阀体、出油阀-出油阀座)在制造或修理时的最后一道工序都需要进行研磨。研磨的零件材料：各种金属和非金属材料，如经淬火或未经淬火的碳钢、合金钢或玻璃等。研磨既可用手工操作，也可在研磨机上进行。零件在研磨前须先用其他加工方法获得较高的预加工精度，所留的研磨余量一般为230m。7/13/202498武汉海事学校 杨界(二)影响研磨质量的主要因素(1)零件与研具的相对运动保证零件研磨表面上各点的研磨行程基本相等研磨的轨迹：尽量均匀地遍及整个研具表面；否则会引起零件和研具的偏磨。研磨的运动方向：周期性变换，使研磨剂均匀分布在零件表面，并加工出相互交叉的切削痕，均匀地研磨零件表面。7/13/202499武汉海事学校 杨界(2)研磨压力研磨表面的压力要均匀；否则会导致偏磨。适当的压力范围内，研磨效率随压力增加而提高。研磨压力过大，研磨剂的磨粒被压碎，切削作用减小，表面划痕加深，研磨质量降低；压力过小，则研磨效率大大降低。合适的研磨压力：取决于零件材料、研磨工具材料和外界压力等。一般粗研压力0.10.2 MPa，精研压力0.010.1MPa。7/13/2024100武汉海事学校 杨界(3)研磨速度在一定条件下，研磨速度的增加将使研磨效率提高。合适的研磨速度:根据零件的加工精度、材质、重量、硬度、研磨面积等具体情况而定。一般来说，对于同一个零件，粗研时的研磨速度应低于精研时的研磨速度。7/13/2024101武汉海事学校 杨界(4)研磨程序在研磨初期，研磨剂的磨粒锋利，微切削作用强。粗研时选用较粗的研磨剂、较高的压力和较高的速度进行研磨，以期较快地消除几何形状误差和切削掉较多的加工余量；精研时选用较细的研磨剂、较小的压力和较低的速度进行研磨，以获得精确的形状、尺寸和最高的表面粗糙度等级。7/13/2024102武汉海事学校 杨界(三)研磨剂研磨和抛光加工时对零件表面进行微切削加工的材料。1.研磨剂的组成由磨料、分散剂(研磨液)和辅助材料混合制成。磨料的作用：起切削作用常用的磨料：刚玉、碳化硅、碳化硼和人造金刚石等。分散剂(研磨液)的作用：使磨料均匀分散在研磨剂中，稀释、润滑和冷却等作用。常用的分散剂：煤油、机油、甘油、酒精和水等。7/13/2024103武汉海事学校 杨界辅助材料：混合脂，常由硬脂酸、脂肪酸、环氧乙烷、三乙醇胺、石蜡、油酸和十六醇中的几种材料配成，辅助材料的作用：研磨过程中起乳化、润滑和吸附的作用，并促使零件表面产生化学反应，生成易脱落的氧化膜或硫化膜，以提高加工效率。辅助材料中还有着色剂、防腐剂和芳香剂等。7/13/2024104武汉海事学校 杨界磨料的粒度：磨料颗粒的尺寸大小，粒度号：磨料颗粒的大小相当于1平方英寸的多少分之一，用数字表示。粒度号100表示磨料颗粒的大小相当于1平方英寸的一百分之一。7/13/2024105武汉海事学校 杨界磨料按粒度号和颗粒的大小分为磨粒、磨粉、微粉和超微粉四种，微粉和超微粉的粒度号前面加字母W，如W63表示粒度号为63的微粉。研磨粉：粒度号为100及粒度更细的磨料，研磨加工一般只使用研磨粉。磨粉、微粉和超微粉都属于研磨粉。7/13/2024106武汉海事学校 杨界磨料的研磨性能与其粒度、硬度和强度有关。磨料的硬度：磨料表面抵抗局部塑性变形的能力。磨粒硬度越高，切削能力越强，研磨能力越好；磨料的强度：磨粒承受外力不被压碎的能力。磨粒强度越高，切削力越强，寿命越高，研磨能力也越好。7/13/2024107武汉海事学校 杨界表7-8各种磨料的相对研磨能力金刚石碳化硼绿碳化硅黑碳化硅白刚玉棕刚玉1.00.50.280.260.120.10研磨能力是一个相对指标，是以金刚石的研磨能力为准，设为1，其他磨料的研磨能力见表7-8。7/13/2024108武汉海事学校 杨界液态研磨剂，液态研磨剂呈液态，不需要稀释便可直接使用，一般用于粗研磨。固体研磨剂也称研磨皂，常温时呈块状，可直接使用或加研磨液稀释后使用。固体研磨剂常用于精研磨和抛光。膏状的研磨剂称作研磨膏，可直接使用或加研磨液稀释后使用。研磨一般都采用研磨膏进行研磨。7/13/2024109武汉海事学校 杨界2.研磨膏研磨膏分为油溶性和水溶性两大类。油溶性研磨膏一般用煤油或机油等研磨液稀释。水溶性研磨膏一般用水、甘油等研磨液稀释。7/13/2024110武汉海事学校 杨界研磨膏是一种重要的表面光整加工材料，广泛用于仪表、仪器、光学玻璃镜头、量具、金相试片和精密零件的精研磨和抛光。常用的研磨膏：氧化铬、氧化铝、碳化硼、碳化硅、氧化铁等研磨膏，精密零件的粗研选用W14W10的氧化铝研磨膏；半精研选用W7W5的氧化铬研磨膏；精研和偶件互研时选用W5以下的氧化铬研磨膏。7/13/2024111武汉海事学校 杨界表7-9 常用的研磨膏品种、规格和应用范围产品名称品名称颜色色磨料代号磨料代号粒度范粒度范围应用范用范围 氧化氧化铬研磨研磨膏膏深深绿CrCr2 20303W3.5W3.5以下以下金属金属镀件的精抛和件的精抛和钢件的最件的最后抛光后抛光氧化氧化铁研磨膏研磨膏深深红FeFe2 2O O3 3W3.5W3.5以下以下贵金属如金金属如金银制品、有机玻制品、有机玻璃和玻璃制品的抛光璃和玻璃制品的抛光棕棕刚玉研磨膏玉研磨膏棕色棕色A A6028060280普通碳普通碳钢、合金、合金钢、可、可锻铸铁、硬青、硬青铜的研磨的研磨白白刚玉研磨膏玉研磨膏白色白色WAWA60W160W1淬火淬火钢、高速、高速钢、轴承承钢、不不锈钢等的研磨和抛光等的研磨和抛光绿碳化硅研磨碳化硅研磨膏膏淡淡绿GCGC60W560W5铜、铝等有色金属，硬等有色金属，硬质合合金，玻璃等的研磨和抛金，玻璃等的研磨和抛光光碳化硼研磨膏碳化硼研磨膏褐黑色褐黑色BCBC6028060280硬硬质合金、陶瓷、宝石、光合金、陶瓷、宝石、光学玻璃等的研磨和抛光学玻璃等的研磨和抛光7/13/2024112武汉海事学校 杨界(四)研磨工具研磨工具(研具):与零件被研磨部位的形状和尺寸相吻合的、为研磨而特制的工具。研具的作用:一方面是使零件研磨成形，另一方面是作为研磨剂的载体。研具的硬度应低于零件的硬度，又要有一定的耐磨性，7/13/2024113武汉海事学校 杨界研具的材料:一般常用灰铸铁、低碳钢、铜、铝、铅、木材、丝绸和皮革等。研具按其工作表面的形状可分为研磨平板、研磨棒、研磨套、研磨盘等研具；按研具的用途可分为平面、外圆、内孔、锥面、球面、螺纹、齿轮等研具。7/13/2024114武汉海事学校 杨界互研:两个相互配合的零件相互研磨。互研的偶件只能成对使用，不可互换。7/13/2024115武汉海事学校 杨界(五)船机零件的研磨修复研磨是船上轮机人员必须掌握的基本技能之一。(1)平面的研磨修复当船机零件的配合平面发生磨损或腐蚀时，如果零件尺寸较小并且研磨要求不是非常高时，可以在高精度的研磨平板上采用手工研磨修复。套筒端面或针阀体端面发生腐蚀、磨损，使端面密封不良时，可以在研磨平板上研磨修复，如图7-32所示。7/13/2024116武汉海事学校 杨界图图7-32 高压油泵套筒端面的研磨高压油泵套筒端面的研磨7/13/2024117武汉海事学校 杨界研磨平板:带有交叉沟槽的铸铁板，沟槽的深度为1.52 mm，沟槽的作用是存贮研磨膏和磨屑。研磨时，用手均匀用力按住零件，在研磨平板上沿“8”字形轨迹运动，得到交叉的磨削痕。一般圆形零件转120，方形零件转90，矩形零件转180研磨量大，先进行粗研，后进行精研。一般选用氧化铝研磨膏进行粗研，选用氧化铬研磨膏进行精研，直至零件端面呈均匀的暗灰色为止。互研时，只需加润滑油进行研磨。7/13/2024118武汉海事学校 杨界(2)锥面的研磨修复喷油器针阀偶件的锥面磨损后，锥面上的环形密封带(正常宽度为0.30.5 mm)出现中断、模糊不清时，可采用手工互研进行修复。针阀锥面上出现细窄、连续、光亮的环形密封带。然后用轻柴油或煤油清洗，再用润滑油互研。最后进行雾化试验以检验针阀偶件的密封性。7/13/2024119武汉海事学校 杨界